中國粉體網訊  在全球碳中和背景下，光伏產業迎來高景氣度，光伏產業鏈的各個環節也迎來漲價期，其中漲幅最大還屬上游的多晶硅料。說起多晶硅，在能源結構調整、CO₂減排、霧霾治理等方面，多晶硅作為光伏產業重要原材料，扮演了舉足輕重的角色。

一、多晶硅：光伏上游重要原料

多晶硅按照產品純度的不同，可分為工業硅、冶金級多晶硅、太陽能級別多晶硅及電子級別多晶硅。太陽能級多晶硅作為光伏產品制造的基礎原材料，處于晶硅光伏產業的上游環節。

光伏發電靠光伏電池板，光伏電池板的主體是光伏電池片。光伏電池片可以用多晶硅材料，經直拉單晶爐拉制過程生成直拉單晶晶棒，或經鑄錠過程生成多晶/單晶鑄錠。直拉硅棒或鑄錠硅錠，經去皮、切方、切片、選片，制成光伏電池片，依工藝路徑分單晶電池片、多晶電池片/鑄錠單晶電池片，如下圖所示。

二、多晶硅的生產制備

1. 生產流程

多晶硅制備主要是將工業硅粉通過一系列的化學手段進行提純從而得到可以用于太陽能行業和電子行業的多晶硅料。生產流程一般分兩步：第一步將工業硅（純度98%-99%）與無水氯化氫反應得到三氯氫硅(SiHCl₃)和氫氣，經多級餾化提純得到氣體三氯氫硅(SiHCl₃)、二氯二氫硅、或硅烷(SiH₄)。第二步是將上述高純氣體還原成高純硅，生產光伏或半導體行業用的硅料。

用于光伏生產的是太陽能級多晶硅，一般純度在6N~9 N之間，國標根據具體的參數差異將太陽能級多晶硅分為太陽能一級、太陽能二級、太陽能三級。

2. 主流工藝——改良西門子法

1955年，德國西門子公司成功開發了利用氫氣還原三氯硅烷在硅芯發熱體上沉積硅的工藝技術，并于1957年開始了工業規模的生產，這就是通常所說的西門子法。在西門子法工藝的基礎上，通過增加還原尾氣干法回收系統、SiCl₄氫化工藝，實現了閉路循環，于是形成了改良西門子法——閉環式SiHCl₃氫還原法。

改良西門子法的生產流程是利用氯氣和氫氣合成HCl（或外購HCl），HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成SiHCl₃，分離精餾提純后的SiHCl₃進入氫還原爐被氫氣還原，通過化學氣相沉積反應生產高純多晶硅，生產工藝流程見下圖。

改良西門子法包括五個主要環節：SiHCl₃合成、SiHCl₃精餾提純、SiHCl₃的氫還原、尾氣的回收和SiCl₄的氫化分離。該方法通過采用大型還原爐，降低了單位產品的能耗。通過采用SiCl₄氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。

改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8～10μm/min，一次通過的轉換效率為5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl₄（1200℃），所以電耗也較高，為120 kWh/kg（還原電耗）。

在當前主流多晶硅生產法-改良西門子法的生產成本中，電力成本、原料成本和折舊成本是主要部分，三者合計占到總成本的80%左右，其中電力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折舊成本占比達15%。因而，電力、原材料、折舊成為降低多晶硅生產成本的主要領域。

改良西門子法包括五個主要環節：SiHCl₃合成、SiHCl₃精餾提純、SiHCl₃的氫還原、尾氣的回收和SiCl₄的氫化分離。該方法通過采用大型還原爐，降低了單位產品的能耗。通過采用SiCl₄氫化和尾氣干法回收工藝，明顯降低了原輔材料的消耗。

改良西門子法制備的多晶硅純度高，安全性好，沉積速率為8～10μm/min，一次通過的轉換效率為5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉積速率與轉換效率是最高的。沉積溫度為1100℃，僅次于SiCl₄（1200℃），所以電耗也較高，為120 kWh/kg（還原電耗）。

在當前主流多晶硅生產法-改良西門子法的生產成本中，電力成本、原料成本和折舊成本是主要部分，三者合計占到總成本的80%左右，其中電力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折舊成本占比達15%。因而，電力、原材料、折舊成為降低多晶硅生產成本的主要領域。

參考來源：樂晴智庫、雪球網、索比光伏網、中國科技網等。

（中國粉體網編輯整理/初心）

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