目前多晶硅生產(chǎn)面臨著降低能耗，減少污染，提高質(zhì)量，擴(kuò)大產(chǎn)量四大難題。目前我國(guó)太陽(yáng)能硅材料行業(yè)絕大部分依賴進(jìn)口，因此必須提高技術(shù)改變受制于人的局面。

　　太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括晶體硅原料生產(chǎn)、硅棒與硅片生產(chǎn)、太陽(yáng)能電池制造、組件封裝、光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和光伏發(fā)電系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。其中硅原料是最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在業(yè)界曾有“擁硅者為王”的說(shuō)法。目前，世界上太陽(yáng)能光伏電池90%以上以是單晶硅或多晶硅為原材料生產(chǎn)的。目前擺在多晶硅生產(chǎn)中有四個(gè)主要的問(wèn)題需要解決：降低能耗、減少污染、提高質(zhì)量、擴(kuò)大產(chǎn)量。我國(guó)太陽(yáng)能硅材料行業(yè)目前絕大部分依賴進(jìn)口，因此必須提高技術(shù)改變受制于人的局面。

　　技術(shù)尚有欠缺我國(guó)太陽(yáng)能硅料主要依賴進(jìn)口

　　在全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，高純度硅料不僅要求硅的純度高達(dá)7～9個(gè)9，而且其中的硼、磷等雜質(zhì)限制在幾十個(gè)ppt(萬(wàn)億分之一)，它是光伏企業(yè)生產(chǎn)太陽(yáng)能電池所需的核心原料。因此，高純度硅料的合成、精制、提純、生產(chǎn)也就成為光伏產(chǎn)業(yè)集群中最上游的產(chǎn)業(yè)。目前，盡管中國(guó)的硅原料礦藏儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的25%，但是國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)企業(yè)(如尚德、天威英利等)所需原材料絕大部分需要從國(guó)外進(jìn)口。這是因?yàn)橛糜谔?yáng)能電池生產(chǎn)的硅料主要是通過(guò)不同的提煉方式從硅原料中提煉而成的單晶硅和多晶硅。在中國(guó)，現(xiàn)有的高純度硅原料生產(chǎn)技術(shù)與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在產(chǎn)量和能耗等方面尚有不足之處。如此一來(lái)，這不僅大大增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，更成為制約當(dāng)前我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)向上游環(huán)節(jié)發(fā)展難以逾越的“瓶頸”，使我們國(guó)家用很低的價(jià)格賣(mài)出高能耗、高污染的粗原料的同時(shí)，用極高的價(jià)格購(gòu)回高純硅料。

　　據(jù)了解，雖然我國(guó)硅料工業(yè)起步較早(20世紀(jì)50年代)，但由于生產(chǎn)規(guī)模小、工藝技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴(yán)重、消耗大、成本高，絕大部分企業(yè)因虧損而相繼停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)。到2004年我國(guó)只剩下峨眉半導(dǎo)體材料廠和洛陽(yáng)單晶硅有限公司兩家生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)能力僅為100噸/年，且能滿足太陽(yáng)能電池生產(chǎn)需要的硅料實(shí)際產(chǎn)量只有80噸。專家預(yù)計(jì)，2010年我國(guó)用于太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的硅料需求量將達(dá)到4365噸，2015年為1.62萬(wàn)噸。若不以自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)改變國(guó)內(nèi)多晶硅的生產(chǎn)現(xiàn)狀，我國(guó)硅料工業(yè)受制于國(guó)際市場(chǎng)的狀況將無(wú)法改變，這將危及我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

　　精餾節(jié)能技術(shù)降低能耗綜合利用減少污染

　　現(xiàn)代化工過(guò)程對(duì)節(jié)能工作非常重視，國(guó)外投入大量人力物力進(jìn)行節(jié)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)，節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新措施、新方法不斷問(wèn)世。我國(guó)的多晶硅生產(chǎn)，在采用化工上已經(jīng)成熟的先進(jìn)技術(shù)后，將不再是“高能耗、高污染”產(chǎn)業(yè)，而是“綠色的陽(yáng)光事業(yè)”。對(duì)多晶硅精餾過(guò)程進(jìn)行研究，在運(yùn)用精餾節(jié)能技術(shù)對(duì)其進(jìn)行分析后，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能：

　　第一，實(shí)行多效精餾，使能量得到充分利用。多效精餾是將原料分成大致相等的N股進(jìn)料，分別送入壓力依次遞增的N個(gè)精餾塔中，N個(gè)塔的操作溫度也依次遞增。壓力和溫度較高塔的塔頂蒸汽向較低塔的塔釜再沸器供熱，同時(shí)自身也被冷凝，以此類推，這樣就節(jié)省了低壓塔再沸器的能耗和高壓塔冷凝器的水耗。在這個(gè)系統(tǒng)中，只需向第一個(gè)最高壓力塔供熱，系統(tǒng)即可進(jìn)行工作，所需能量約為單塔能耗的1/N，如將三個(gè)塔串在一起采用三效精餾技術(shù)，其能耗僅用原來(lái)的1/3，節(jié)能幅度達(dá)到67%，節(jié)能效果非常明顯。

　　多晶硅生產(chǎn)中，很多塔器都是為了提純多晶硅而設(shè)置的，可以根據(jù)合理的能量和溫差匹配，實(shí)現(xiàn)多效精餾，達(dá)到大幅度節(jié)能減排的目的。

　　第二，提高分離效率，降低回流比，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。分離過(guò)程中，分離效率的提高可以在很大程度上降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少排放、提高回收率、提高企業(yè)效益。在多晶硅精餾過(guò)程中，采用高效導(dǎo)向篩板、新型填料等新型分離設(shè)備，可以提高其分離效率，降低精餾塔的操作回流比，由于精餾塔的能耗與回流比呈線性關(guān)系，這樣就成比例地降低了能耗。提高分離效率也是提高多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量和降低四氯化硅排放的最有效方法。

　　第三，全面優(yōu)化流程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。將多晶硅生產(chǎn)各股物料進(jìn)行全面的物料平衡和能量平衡，考察其能耗的合理性，采用熱集成技術(shù)，將流程優(yōu)化，最大限度地節(jié)能降耗。通過(guò)貫穿生產(chǎn)線的節(jié)能和清潔生產(chǎn)，并在生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)閉環(huán)清潔生產(chǎn)，達(dá)到降低能耗和Si(硅)、H2(氫氣)、Cl2(氯氣)等原料消耗，降低成本的目的，使產(chǎn)品具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，質(zhì)量符合目前和未來(lái)超大規(guī)模集成電路和太陽(yáng)能電池的要求。

　　此外，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的SiCl4(四氯化硅)、SiH2Cl2(二氯二氫硅)、SiHCl3(三氯氫硅)等氯硅烷副產(chǎn)物，使生產(chǎn)成本居高不下，部分氯硅烷及氯化氫進(jìn)入尾氣排放系統(tǒng)，既增加了尾氣處理成本，也增大了污染物的排放量，廢水中的氯離子濃度達(dá)1700～2500mg/L。如何有效地解決氯硅烷副產(chǎn)物的出路是降低多晶硅生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，也是現(xiàn)在多晶硅生產(chǎn)企業(yè)面臨的重大技術(shù)難題。

　　尾氣、副產(chǎn)物、余熱的回收綜合利用可以降低多晶硅項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的污染，從而進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能減排的目的。國(guó)外多晶硅企業(yè)的建廠，大多是與化工企業(yè)結(jié)合，在“化工集團(tuán)傘下”經(jīng)營(yíng)，容易實(shí)現(xiàn)集團(tuán)內(nèi)部的“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”，廢物可以做到“零排放”。例如德國(guó)瓦克公司就實(shí)現(xiàn)了多晶硅的全封閉循環(huán)生產(chǎn)，硅材料生產(chǎn)年銷售額在30億歐元以上，其中有10億歐元就是對(duì)多晶硅副產(chǎn)物進(jìn)行深加工的有機(jī)硅產(chǎn)品所得。除了把四氯化硅氫化成三氯氫硅回收利用外，還可以利用四氯化硅、氯化氫等制成目前市場(chǎng)上需求的氣相白炭黑、硅酸乙酯、有機(jī)硅產(chǎn)品、人造石英等材料。

　　提高光電轉(zhuǎn)換效率降低生產(chǎn)成本

　　提高光伏材料的轉(zhuǎn)換效率和降低太陽(yáng)電池的制造成本是光伏工業(yè)一直追求的兩個(gè)目標(biāo)。多晶硅硅片是太陽(yáng)能光伏電池的核心部分，硅片的質(zhì)量對(duì)于太陽(yáng)能的光電轉(zhuǎn)化率起著至關(guān)重要的作用。一般情況下，普通太陽(yáng)能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率為10%～14%，而高純度硅片的太陽(yáng)能光伏電池轉(zhuǎn)化率可達(dá)16%，甚至更高，因此，對(duì)于太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)過(guò)程來(lái)說(shuō)，多晶硅的生產(chǎn)更加至關(guān)重要。

　　從冶金級(jí)硅生產(chǎn)半導(dǎo)體級(jí)多晶硅有兩個(gè)主要的方法：改良西門(mén)子法和硅烷法。在其生產(chǎn)過(guò)程中，多級(jí)精餾技術(shù)及其設(shè)備至關(guān)重要，通過(guò)新型的化工精餾設(shè)備及相關(guān)精餾技術(shù)可以提高最終產(chǎn)物超純硅的質(zhì)量。

　　我們注意到近幾年由于各國(guó)政府推進(jìn)政策的支持，下游光伏產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)迅速，而上游由于擴(kuò)產(chǎn)的大規(guī)模投入及時(shí)間問(wèn)題，多晶硅供應(yīng)量明顯不足，因此供需不平衡導(dǎo)致多晶硅價(jià)格持續(xù)上漲。

　　多晶硅材料是整個(gè)光伏發(fā)電成本中最高的部分。

　　在大多數(shù)國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)中，硅材料的成本占到了太陽(yáng)能電池總生產(chǎn)成本的56.2%以上，約占并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的30%。

　　因此，進(jìn)一步地降低成本，提高多晶硅材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)推動(dòng)整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展有著很重要的作用。主要應(yīng)對(duì)方法有：一、引入新型的分離傳質(zhì)設(shè)備，如北京化工大學(xué)的高效導(dǎo)向篩板塔和填料塔對(duì)加速多晶硅生產(chǎn)精餾過(guò)程的一體化并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)清潔生產(chǎn)有著很大的促進(jìn)作用；二、通過(guò)引入新型精餾裝置從而提高多晶硅產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)的大型化；三、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用大型合成爐和還原爐。

　　目前85%以上的太陽(yáng)能電池都是用晶硅片制成的，在未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)還不可能有其他材料可以完全替代硅材料來(lái)制作太陽(yáng)能電池。多晶硅產(chǎn)品純度高，工藝要求嚴(yán)格，行業(yè)技術(shù)進(jìn)步快，研究費(fèi)用投入大，生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和三廢處理投入較大，產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模效應(yīng)明顯。國(guó)內(nèi)多晶硅廠家今后也會(huì)在人才、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格等方面面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。