中国粉体网讯 随着能源危机的不断加剧，国家对于清洁能源的发展越来越重视，光伏产业作为清洁能源的代表之一，自2007年开发以来，迅速占领市场并广受好评。随着全球光伏市场的爆发性增长，作为光伏原料的多晶硅市场也是门庭若市，而多晶硅制备技术也在不断推陈出新，其中，改良西门子法、硅烷法、流化床法是市场应用最多的方法。
改良西门子法作为主流的多晶硅生产技术，一度曾占据全球90%的市场份额，伴随着光伏行业的快速发展，改良西门子法在成本方面的潜力已挖潜殆尽，面对这种局面，具有先天成本优势的流化床法重新进入大众视野，成为热门技术研究方向。并且，在未来五到十年之间，极有可能取代改良西门子法成为最佳的多晶硅制造技术。
流化床法一般是以硅烷或氯硅烷作为硅源气、以氢气作为载气，在流化床反应器内预先放置的硅籽晶上发生气相沉积反应。随着生产进行，从流化床底部不断排出长大的颗粒硅产品，同时从顶部添加适量的硅籽晶。
优点：与改良西门子法相比，流化床法生产颗粒硅的生产能耗大幅降低，其连续运行的生产模式对于提高生产效率十分有利。另外，颗粒状产品利于下游使用。
目前成功实现多晶硅商业化生产的流化床装置都采用了硅烷流化床，其原料为硅烷与氢气。硅烷易与其他氯硅烷分离，本身分解温度低，分解率高，副反应少，这就赋予了硅烷流化床法很大的优势：精馏、尾气处理工序简单，能耗和单体投资都能大大降低，反应转化率接近100%，流化床电耗仅为改良西门子法的10%~20%。另外，由于反应彻底，副反应少，整个反应体系能够做到完全闭路循环。
我们知道，多晶硅按纯度要求分为金属级、电子级（EG）和太阳能级（SOG），特别是对于电子级而言，要求多晶硅的纯度在11N。这就对多晶硅生产方法的产品纯度提出了难题。
由于对于产品纯度的苛刻要求，流化床法生产过程比其他流态化过程更为复杂，对装备制造也提出了更高的要求。
在反应过程中，硅烷气进入流化床后会迅速分解，一部分发生异相反应，沉积至硅颗粒表面；另一部分发生均相反应，生成气相微核，该微核经过一系列聚合长大过程生成硅粉，在此聚合过程中还有一定比例粘附到硅颗粒表面，成为颗粒硅产品的一部分。这个复杂的过程导致了颗粒硅生产中某些问题会无法避免。
难点一：壁面沉积
硅烷流化床的控制目标是在床层内硅籽晶颗粒上进行化学气相沉积，从而得到不断长大的颗粒硅，但是由于流态化本身的特性，剧烈的颗粒运动使得流化床内的物质浓度、温度分布均匀，不可避免的在床层与装置接触面上发生气相沉积，比如内壁面、喷嘴等关键部位，甚至会发生尾气管道的堵塞。在内壁面上硅沉积会严重地降低流化床的传热效率，还可能诱发器壁的破裂，沉积严重时，流化床装置运行较短时间就需要停车进行清理，降低了生产效率。
难点二：流态化控制
在硅烷流化床中，随着反应的进行，硅颗粒粒径逐渐增大，同时作为进料气的硅烷和氢气密度较小，获得良好流态化的操作难度非常大。为了适合下游使用并兼顾生产经济性，硅颗粒产品粒径一般控制在700到2000微米，按照经典的Geldart分类法属于典型的D类颗粒，在流化时容易产生极大气泡和节涌，操作稳定性不好，同时大气泡对于控制硅烷的均相沉积和增加气体与颗粒的接触面积都不利，进而会降低硅烷的转化率并产生更多硅粉。流化床内颗粒粒径难以直接测量，只能通过排出产品颗粒大小和经验来估算，但是颗粒粒径对于流化床进料量是决定性的，同时该流化床本身操作区间和弹性较小，一旦控制不好很容易出现落床、节涌等异常情况，对设备和生产运行带来损害。
难点三：产品纯度控制
产品纯度控制曾一度是流化床法的软肋，这也是流化床法具备如此大成本优势仍被西门子法击败的主要原因。随着近年来材料、控制等相关技术领域的不断进步，流化床法的纯度控制得到了极大改善，已经能够满足光伏领域的需求，某些好的产品甚至能够达到电子级品质。但是在装置开发和生产运行中，颗粒硅纯度控制仍是需要重点关注的领域。因为床内颗粒的长时间磨蚀，常用的金属材料会给反应体系带入大量的金属污染，较为常见的解决思路是运用高强度的非金属特殊材质作为反应器内衬，杜绝此环节的金属污染。同时作为原料的硅烷提纯也需要得到保证，特别是循环利用的氢气，在后端分离和重新提纯的环节中需要重点关注。
参考文献：周舟，吴锋，吕磊，硅烷流化床高纯多晶硅材料制备技术分析2016.9月
