中国粉体网讯 在全球碳中和背景下，光伏产业迎来高景气度，光伏产业链的各个环节也迎来涨价期，其中涨幅最大还属上游的多晶硅料。说起多晶硅，在能源结构调整、CO2减排、雾霾治理等方面，多晶硅作为光伏产业重要原材料，扮演了举足轻重的角色。
一、多晶硅：光伏上游重要原料
多晶硅按照产品纯度的不同，可分为工业硅、冶金级多晶硅、太阳能级别多晶硅及电子级别多晶硅。太阳能级多晶硅作为光伏产品制造的基础原材料，处于晶硅光伏产业的上游环节。
光伏发电靠光伏电池板，光伏电池板的主体是光伏电池片。光伏电池片可以用多晶硅材料，经直拉单晶炉拉制过程生成直拉单晶晶棒，或经铸锭过程生成多晶/单晶铸锭。直拉硅棒或铸锭硅锭，经去皮、切方、切片、选片，制成光伏电池片，依工艺路径分单晶电池片、多晶电池片/铸锭单晶电池片，如下图所示。
二、多晶硅的生产制备
1. 生产流程
多晶硅制备主要是将工业硅粉通过一系列的化学手段进行提纯从而得到可以用于太阳能行业和电子行业的多晶硅料。生产流程一般分两步：第一步将工业硅（纯度98%-99%）与无水氯化氢反应得到三氯氢硅(SiHCl3)和氢气，经多级馏化提纯得到气体三氯氢硅(SiHCl3)、二氯二氢硅、或硅烷(SiH4)。第二步是将上述高纯气体还原成高纯硅，生产光伏或半导体行业用的硅料。
用于光伏生产的是太阳能级多晶硅，一般纯度在6N~9 N之间，国标根据具体的参数差异将太阳能级多晶硅分为太阳能一级、太阳能二级、太阳能三级。
2. 主流工艺——改良西门子法
1955年，德国西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。
改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl（或外购HCl），HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3，分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅，生产工艺流程见下图。
改良西门子法包括五个主要环节：SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗。
改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8～10μm/min，一次通过的转换效率为5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃，仅次于SiCl4（1200℃），所以电耗也较高，为120 kWh/kg（还原电耗）。
在当前主流多晶硅生产法-改良西门子法的生产成本中，电力成本、原料成本和折旧成本是主要部分，三者合计占到总成本的80%左右，其中电力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折旧成本占比达15%。因而，电力、原材料、折旧成为降低多晶硅生产成本的主要领域。
改良西门子法包括五个主要环节：SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗。
改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8～10μm/min，一次通过的转换效率为5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃，仅次于SiCl4（1200℃），所以电耗也较高，为120 kWh/kg（还原电耗）。
在当前主流多晶硅生产法-改良西门子法的生产成本中，电力成本、原料成本和折旧成本是主要部分，三者合计占到总成本的80%左右，其中电力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折旧成本占比达15%。因而，电力、原材料、折旧成为降低多晶硅生产成本的主要领域。
参考来源：乐晴智库、雪球网、索比光伏网、中国科技网等。
（中国粉体网编辑整理/初心）
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