改良西门子法多晶硅生产技术进展

[摘 要]笔者将阐述近年来中国改良西门子法多晶硅的技术进展，罗列出大多数已经在构建或构建完成的多晶硅企业。本文对多晶硅产量、电能消耗以及SiCL4热氢化进行探讨，并对当前存留的疑难进行解决。

[关键词]西门子；多晶硅；生产技术；进展

中图分类号：TQ127.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）41-0326-01

我国开始研发多晶硅制备工艺技术起源于上世纪50年代后期，并于1960年建立厂房生产多晶硅。当时采用SiCL4氢还原技术，大概在上世纪60年代中叶开始采用SiHCL3氢还原工艺（西门子法）生产多晶硅。之后的四十年左右，年产量还不到百吨。而近些年兴起的光伏领域的强烈市场需要，使越来越多的投资人、国有企业、民营企业等开始重视多晶硅生产，并且开始组建多晶硅企业，越来越多的多晶硅商品开始投入使用。

一、西门子法多晶硅生产企业建设进展

西门子法多晶硅企业，在建的企业28家，一共52家，大多数的多晶硅生产企业产能较为可观。目前已经投入生产的企业年产量为44000吨，在建多晶硅生产企业年产量总共68000吨，二者相加达到112000吨。在建的企业包含年产量2000吨的某著名多晶硅生产企业。

二、西门子法多晶硅生产技术进展

（一）提升工艺设施效能，达到自主制造的目的

西门子法多晶硅工艺设施效能的提升，为达成自主制造的目的提供了保障。

我国自主设计制造的SiHCL3合成炉单台设施每年生产多晶硅达到5000吨；能够自主制造效能高、大规模的SiHCL3精馏塔；自主设计制作工作压力为0.6MPa12对棒、24对棒还原炉与对应的电气设备；自主设计研发了24对加热器的SiCL4热氢化炉，并投入使用；独自研发的SiHCL3氢还原尾气变压吸附回收系统也已投入使用。

（二）工艺技术层面获得的进展

改良西门子法多晶硅生产技术的关键在于提纯的SiHCL3的质量水准高低。前些年相关专家在科研战略研讨会上指出：除开采用高效精馏塔提纯之外，引入了湿氮除硼工艺。

举例说明：某多晶硅生产企业是一个国家级多晶硅高新技术示范企业，坐拥七类改良西门子法的尖端技术。即是说：提纯技术并非只是简单的精馏技术。以往的提纯技术重视剔除MmBn元素、磷化物、金属化合物等等，如今对剔除碳化物（例如氯双甲基硅烷）等等也非常注重，通常采取加压精馏技术提升年产量，并达到环保的目的。

而常提及的SiHCL3氢还原技术改常压是指：在特定的压力之下操控，使H2与SiHCL3的流量增多。还原沉淀的硅棒直径增加量由以往的0.35-0.5mm/h增长到目前的1-2mm/h。12对棒的还原炉产量大致是2000kg/炉，一部分炉次高达3400kg/炉；24对棒部分还原炉产量高达4000kg/炉。截止到2009年，我国多晶硅生产（改良西门子法）整体电力消耗量呈持续降低态势，2005年平均耗电量是300-400kwh/kg；截至目前，已经下降到200kwh/kg；一部分生产多晶硅的企业的耗能数据已经趋近国际先进水准（160-180kwh/kg硅）。

根据笔者的走访调查，当前的还原电力消耗量已经下降到60kwh/kg。为此，笔者对引入的SiCl4热氢化工艺与其工艺设施进入了深入研究和实验，并调节工艺数据并改良设施。热氢化单台炉SiCl4的处理功能数值是750kg/h，SiCl4的一次转化率不低于2成，电力消耗数据是55.23kwh/kg硅，该体系能够平稳和安全运转。

而低温氢化工艺中，单台氢化炉的SiCl4处理数值不小于5000kg/h，SiCl4的一次转化率不小于2成，电力消耗参数不大于10kwh/kg硅，体系能够平稳和安全运转。

大规模的多晶硅生产企业采取吉尔生化企业的还原尾气干法回收系统。SiCl4、HCL以及H2的回收率超过9成五，改良西门子法多晶硅生产里的副产物则用于生产白炭黑；低沸物SiHCL3则用于生产有机硅单体。

（三）气液沉积法

气液沉积法的特征是：

1.沉积温度比硅的熔点高；由于沉积温度过高，因此沉积速率快，单位耗能少，并且能够规避生产出来的硅粉精度不达标导致粉尘过多的情况。

2.颗粒硅的持续化生产；通过含硅起源的持续注入，在石墨管上持续沉淀，达成颗粒硅的持续性生产。

所以，气液沉积法的优点是：能够规避粉尘过多的情况，并可以持续运转并提升沉积速率到10倍之上；然而所有技术都有利弊，气液沉积法的弊端在于：多晶硅的碳元素含量过高，金属浓度过高，极易引发污染。目前它的生产模式正在向集约化、尖端化的方向靠拢，能够满足群众的需求，并且成本正在不断下降。

三、结束语

近些年来我国建设了几十家多晶硅企业，产量迅猛攀升，2009年更是成为了多晶硅生产强国――工艺以及规模都在发生着翻天覆地的变化。但是，依然需要强化工艺技术研发的力度以及设施研发的力度，以提升中国多晶硅生产技术水准。因为西门子法的使用，能够构成棒状硅以及颗粒硅兼顾的生产模式，对新技术的研发有一定的推动作用。

参考文献

[1] 侯彦青，谢刚，俞小花等.以SiHCl3和SiCl4的混合物为原料制备多晶硅热力学[J].中国有色金属学报，2014，24（7）：1907-1914.

[2] 梁志武，陶升东，符开云等.西门子法生产多晶硅还原过程节能降耗的模拟优化[J].化学工程，2014，（7）：1-5，16.

[3] 宋安宁，贾哲，吕昌彦等.西门子法多晶硅生产中的质量控制难点及措施[J].化工管理，2015，（1）：224-224.

[4] 康普辉，姜福泉.可燃及有毒有害气体检测系统在多晶硅生产中的应用[J].化工自动化及仪表，2013，40（6）：725-727.