多晶硅产品质量改善方向分析

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　　摘 要：多晶硅生产受多方面因素的影响，需要从铸锭方向转变为单晶方向，结合生產实际，分别从生产原料、生产过程、后续处理等方面进行了分析，通过提高生产过程控制，加强后续处理过程管理，逐步提高多晶硅产品质量。
　　关键词：多晶硅；质量；杂质；纯度
　　1 行业背景
　　2007年我国多晶硅产量仅为1130吨，在全球总产量中的占比不足5%，在国内总消费量中的占比也仅为10.9%。而经过十年的发展，2017年底，我国多晶硅有效产能达到30万吨/年，可满足国内60GW电池片生产的原料需求。2018年底，我国多晶硅产能超过36万吨/年，可以满足国内75GW以上电池片生产的原料需求。在光伏产业原料供给方面，我国目前已经大致摆脱了多晶硅原材料仅仅依靠进口贸易的受限局面，初步已经完成了多晶硅原材料“本土制造”，国内光伏行业已经形成了良好的生产基础。
　　目前，多晶硅价格上涨趋势放缓，但扩产潮仍在持续。照这个速度，到今年中期，国内多晶硅产能将达到25万吨/年左右。下半年或陷入供大于求的局面，价格也会触顶下滑。由此可见，在价格仍有上涨动力前，国内多晶硅企业扩产潮仍会延续。但随着需求饱和，供过于求的局面很快将来临，价格也将随之下探。我国多晶硅光伏产业已经处于国际竞争的局面，同其他行业相比，面临更加严峻的光伏市场环境，因此，合理调整产业结构布局、新型产业良心投资、扩大下游产业运用情况三大要素，良性循环，尤其是应将合理调整产业结构、良性发展循环作为未来工作的重点。
　　2 工艺改进
　　随着市场情况的不断变化，多晶硅生产需从铸锭方向转为单晶方向，提升产品品质，消除过程质量隐患，是生产企业发展的重点工作。从品质方面发展，首先需要在多晶硅生产现场进行洁净改善，必须保证洁净达标。在冷氢化、冷凝器、再沸器等大型设备方面，需要消除物料管线的漏点，防止物料被污染的情况出现，降低物料本身的碳含量、金属杂质含量。还原炉运行过程中，电耗为主要的成本指标，控制电耗也就是控制成本的根本手段，但是在提高生长速率，会导致硅棒本身出现内输松或者表面菜花的情况，所以在还原炉运行过程中，需要提升多晶硅棒的致密度，而在硅棒拆炉过程中需要完善吸尘系统，防止硅粉污染硅棒，造成表面金属杂质含量高的情况出现。在后期物料处理时，要保证产品质量的前提下，应尽量提高物料处理速率，减少产品滞留时间，防止产品出现二次污染。多晶硅产品生长、周转、分选、入库、存储等过程中要尽可能优化处理流程，杜绝不必要的操作，降低污染物料的因素。
　　多晶硅生产过程中，重点部分仍然是还原生产，其主体原理为在还原炉内，用高纯三氯氢硅为原料，高纯氢气为辅助原料，在1080～1100℃高温下硅元素通过反应被分离，有一部分三氯氢硅直接通过热反应形成硅，通过两种反应得到的贵一同在已发热的硅芯上进行沉积。同时，在高温的条件下还会发生部分副反应。
　　3 原料控制
　　目前太阳能级多晶硅对所有指标中的三氯氢硅要求也不能统一，但对于杂质含量要求严格，其主要杂质P、B含量如果偏高，则在高温的条件下将会发生P、B析出的副反应，通过反应出的P、B将附着在硅棒中，这部分元素将严重影响多晶硅的指标—电阻率。而其与P、B等物质的反应归于气相反应，P、B、As、Sb等的反应物浮在气相中，其他在炉内不还原的一些重金属杂质，也浮在气相中，在SiHCl3、H2往载体上扩散时，载体上被这些漂浮的杂质附着，进而影响多晶硅质量。
　　干法回收氢中氧气、氮气、氯化氢、氯硅烷四种杂质，且其中的水含量却无法被检测，露点不可得知。高纯多晶硅产品质量会被这部分杂质造成严重的影响，该批次的多晶硅产品电率就会出现下降的情况。
　　4 过程管控
　　通过实验以及生产实际结合，证明在900～1000℃间，SiHCl3的反应模式主要为热分解，而1080～1200℃间主要为还原反应，相比而言达到1200℃以上的副反应以及逆反应则同步进行。虽然温度在1080℃以下同样会出现SiHCl3的还原反应，但温度属于这个区间还原反应生成的沉积硅则是不定形硅，并不是已经结晶完好的多晶硅。而还原温度若偏低时，会产生暗褐色的不定形硅或者出现夹层，行业内称此类现象称温度夹层。
　　5 硬件管理
　　多晶硅生产过程要求较高设备洁净度。氧化物、氯离子、油或粉尘的介入将直接影响多晶硅的体表质量。整体反应的工艺系统中如果存在几个ppm的杂质含量就可能影响多晶硅反应速度，同时对其产量也会有一定影响，甚至硅反应停止；设备表面如果存在各种溶液残留的氧化物、灰尘、氯离子或者其他杂质的存在，对多晶硅的生产影响也很大。
　　6 流程优化
　　步骤1：多晶硅产品出炉后，对产品进行防护，防止空气氧化；步骤2：硅棒拆炉过程中，将硅棒放置在周转车内；步骤3：物料交接时，进行检测标识；步骤4：及时处理物料，提高效率；步骤5：物料处理过程中，过程中进行质量监督把控，确保产品质量；步骤6：及时安排人员进行封口处理，减少滞留时间，并做好相关记录；步骤7：物料打包完成后，由岗位人员统一将产品办理入库手续，与库房人员办理入库交接工作。
　　7 结语
　　在多晶硅生长过程中，主要涉及多种复杂硅烷反应，影响多晶硅品质的因素较多，所以在各方面都需要进行调控改善，进一步提高产品品质，降低产品生产成本，提高产品竞争力。
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