多晶硅生產中能耗的分析及節(jié)能對策分析

張國超

江蘇康博新材料科技有限公司 江蘇揚州 225600

隨著現(xiàn)代技術的不斷發(fā)展和進步，多晶硅的產業(yè)也面臨著巨大的考驗，受國外市場的經濟危機，經濟貿易保護，地緣政治等因素影響，我國多晶硅行業(yè)乃至整個光伏行業(yè)發(fā)展不斷受到打壓。我國多晶硅的產量雖然一直都高于其他國家，但是整個多晶硅運營環(huán)節(jié)的成本很高，加之政策的不確定性和世界貿易經濟的不對等發(fā)展，現(xiàn)如今我國多晶硅產業(yè)出現(xiàn)了普遍的虧損狀況。只有研究出真正的節(jié)能對策，優(yōu)化全流程生產工藝運營，整合資源，才能夠解決耗能過大、虧損，污染等問題，切實提高國內企業(yè)的綜合競爭力。

1 副產物循環(huán)綜合利用

多晶硅的生產過程中，它所需要的原料成本費用占有多晶硅制造總成本的百分之三十至百分之四十。在運用改良西門子工藝和以氯硅烷為原材料的硅烷流化床生產粒狀多晶硅工藝的過程中，都產生出非常多的副產物；在這些工藝制備過程中能夠降低多晶硅的生產成本，就必須對這些副產物進行有效的循環(huán)再利用，保持物料的平衡。進行循環(huán)再使用的技術是核心問題，譬如把四氯化硅氫化轉化為三氯氫硅的方法。三氯氫硅是生產多晶硅所需的基本原料中的一種，在市場上購買其原料的費用比較高，而且價格變化幅度也是非常頻繁。如果能夠將四氯化硅采用氫化技術將其合成為三氯氫硅，就可以有效的解決多晶硅生產過程中副產物的綜合利用問題，同時還可以節(jié)省購買原料的成本，減少多晶硅生產總成本的一大部分費用。在當前的四氯化硅采用氫化技術中的等離子氫化方面的技術發(fā)展還不夠完善。但是目前的熱氫化技術和氯氫化技術已經發(fā)展的成熟和完備，形成了產業(yè)鏈，而且與四氯化硅熱氫化技術相比較來說，氯氫化技術的轉化成功的可靠性更高，處理的副產物的規(guī)模也較大，同時它還不需要專門配套尾氣回收裝置等方面的優(yōu)勢，因此，在減少多晶硅生產成本上優(yōu)勢明顯，行業(yè)推廣程度高，運營規(guī)模和運營效果良好。

2 完善升級沉積工藝，降低還原電耗

多晶硅在生產過程中的單位沉積電耗會受到很多方面因素的影響，譬如：H2和SiHCl3物料摩爾配比；在還原的過程中產生的壓力以及硅棒表面溫度，電流運行中電流增減幅度和速率等方面；可以在生產過程中多加氫氣的使用量，提升沉積的速度，達到降低電耗的目的，同時注意致密料和菜花料的生產比例。

在多晶硅生長工藝中，在最初階段的還原過程中電耗是很高的，因為當開始沉積時，多晶硅的電耗狀態(tài)是急速的下降。在當硅棒生長到20h至40h時，還原過程中電耗開始緩慢降低。在到多晶硅沉積的最后階段，多晶硅的還原電耗就幾乎不再下降了。優(yōu)質的沉積工藝是能夠時效的降低單位電耗的，而且在此期間它還可以優(yōu)化多晶硅棒的致密度，從而有效的提升多晶硅的質量。

3 完善和創(chuàng)新研發(fā)新型沉積裝置

3.1 多晶硅還原爐大型化

在將多晶硅還原爐大型化后能夠充分的利用熱量，可以減少熱量的流失。當前我國多晶硅生產企業(yè)主要使用的還原爐是18對棒；24對棒以及36對棒，有些多晶硅生產企業(yè)在資金充裕的條件下加大對48對棒，72對棒還原爐研發(fā)資金投入。在國外多晶硅生產企業(yè)采用的還原爐規(guī)格是在12對棒以上，譬如Centrotherm Photovoltaics AG，它所供應的還原爐大多是18對棒和24對棒兩種規(guī)格；而Poly Plant Project Inc，它所供應的還原爐是18對棒和27對棒兩種規(guī)格。國內的雙良集團和上海森松集團設計研發(fā)的36對，48對還原爐，相同生產時間內，單爐產量更高，能耗更低，電耗能夠維持在42KWH，規(guī)模效應明顯，并已經經過實際生產檢驗，具備大規(guī)模生產條件。

由此可見，還原爐規(guī)格越大，在節(jié)能方面的優(yōu)勢就越突出。在還原爐中，一般它的電極的分布與沉積工藝對在生產多晶硅的過程中的電耗意義很大的影響，但是通常來說，采用更大型的還原爐生產多晶硅的能耗更低，單位時間內產能和產量更大。

3.2 新型高反射涂層技術

在還原爐的爐筒內壁，它的輻射指數(shù)會對在多晶硅的制備過程中的電耗造成很大程度上的影響。由于金、銀等金屬他們的輻射指數(shù)是很低的，因此可以把輻射到金、銀表面的大量的熱量反射了。鑒此，可以在還原爐的爐筒內壁覆蓋金、銀等低輻射指數(shù)的金屬，從而能夠有效的降低在多晶硅生成過程中的電耗。能夠在相同的狀態(tài)下，使還原爐筒內壁的輻射指數(shù)從0.7降至0.2，在12對棒型號的還原爐制備1kg多晶硅的電耗可從65kWh左右降至42kWh左右（2010年數(shù)據(jù)）。但是由于當前的金、銀制作的涂層價格是非常高昂的，同時金、銀制作的涂層還使用期間容易脫落，故大型還原爐鍍層項目暫時未有實質性規(guī)模化生產。僅僅在小批量試驗生產。

由于制備多晶硅還原爐，它輻射熱量的流失關鍵部位是在紅外光波段。因此，可以在紅外范圍開發(fā)出具有高反射系數(shù)的新型涂料，將其用于還原爐的爐筒內壁涂層上，從而能夠達到與金、銀涂層一樣的節(jié)能效果，而且還可以減少使用成本和后期維護成本。這就可以在節(jié)能和設備兩個方面上達到降低多晶硅生產成本的目的。

4 結語

由以上論述可以看出，在多晶硅制備過程中有效的進行節(jié)能降耗，可以在多晶硅生產中副產物的綜合循環(huán)利用，完善升級沉積工藝、升級與創(chuàng)新新型沉積配置以及研發(fā)新型高反射涂層技術等方面完成節(jié)能降耗，從而有效的降低了多晶硅的制備成本。技術創(chuàng)新的同時帶來的是產業(yè)的快速發(fā)展，因此，多晶硅生產過程的各項技術的發(fā)展，不僅有利于降低制備成本，還能夠極大地推動太陽能光伏產業(yè)的技術創(chuàng)新和升級。