多晶硅產(chǎn)業(yè)的開發(fā)

硅片分選

多晶硅材料制備技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室

　　提到多晶硅，很多人并不陌生，太陽能電池板、集成電路芯片等，都是由其生產(chǎn)制作而成。然而，對(duì)于多晶硅的生產(chǎn)過程，很多人還保留著“高能耗、高污染”的印象。“沒技術(shù)，只按傳統(tǒng)工藝，污染能耗問題難以避免。但通過自主技術(shù)研發(fā)，我們?cè)诙嗄昵耙呀?jīng)實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，多晶硅綜合能耗降低超過80%，并有效解決了污染問題。”中國恩菲工程技術(shù)有限公司（下稱中國恩菲）副總工程師、多晶硅材料制備技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室主任嚴(yán)大洲說。

　　我國多晶硅產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展并不是一番風(fēng)順的。在我國自主研發(fā)的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)誕生之前，只能從國外進(jìn)口多晶硅原料，美日德等國對(duì)中國實(shí)施技術(shù)封鎖，只賣產(chǎn)品,不賣技術(shù)。2007年堪稱中國多晶硅元年，當(dāng)年中國產(chǎn)多晶硅首超千噸，洛陽中硅產(chǎn)量占一半以上，在2008年奧運(yùn)會(huì)的背景下，遭遇華盛頓郵報(bào)的對(duì)多晶硅產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生污染的不實(shí)報(bào)導(dǎo)，輿論打壓剛剛興起的中國多晶硅產(chǎn)業(yè)，2010年，我國光伏產(chǎn)業(yè)遭遇美、韓多晶硅低價(jià)傾銷，2012年又遭到了歐美對(duì)光伏終端產(chǎn)品的“雙反”制裁。經(jīng)過多年努力，如今，單就光伏產(chǎn)業(yè)而言，我國目前的市場規(guī)模已達(dá)到3600億元，很多中國企業(yè)的光伏發(fā)電產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海外。

　　逆境崛起

　　在行業(yè)內(nèi)，多晶硅有著“上帝賜給人類的寶石”的美稱。硅礦資源豐富，無毒無害。我國硅尤其豐富，由此中國金屬硅產(chǎn)量占世界2/3，自用僅1/4，其余全部出口。只有極少量用于多晶硅，如今，多晶硅已成為信息產(chǎn)業(yè)和新能源產(chǎn)業(yè)重要的原材料。

　　雖然我國擁有豐富的礦產(chǎn)資源，但在2005年以前，美、日、德等國家都將多晶硅作為戰(zhàn)略材料，對(duì)我國實(shí)施技術(shù)封鎖和市場壟斷。我國多晶硅需求幾乎全部依賴進(jìn)口。技術(shù)受制于人的情況下，國內(nèi)多晶硅行業(yè)的生產(chǎn)水平、規(guī)模、成本、能耗、污染等問題備受詬病。

　　帶著對(duì)光伏行業(yè)巨大發(fā)展?jié)摿Φ念A(yù)期，中國恩菲的科研人員經(jīng)過多年的技術(shù)攻關(guān)，打破了國外壟斷，形成了中國特色的技術(shù)路線。2005年，中國恩菲利用自主研發(fā)的技術(shù)在子公司洛陽中硅高科技有限公司（下稱“中硅高科”）建成了國內(nèi)第一條年產(chǎn)300噸的多晶硅產(chǎn)業(yè)化示范線。2007年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量超過1000噸，盡管當(dāng)時(shí)相關(guān)技術(shù)和原材料還需進(jìn)口，但我國光伏發(fā)電板的產(chǎn)量已居世界第一位。2011年，國產(chǎn)多晶硅產(chǎn)量進(jìn)一步提升，促使太陽能電池板產(chǎn)業(yè)鏈下游的硅成本大幅下降，讓利于全產(chǎn)業(yè)鏈。

　　就在我國多晶硅產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展時(shí)，2012年，歐美對(duì)我國光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了“雙反”調(diào)查，使我國的光伏產(chǎn)品被攔在了歐美的國門之外。歐美國家的多晶硅公司通過簽訂長單合同鎖定大量客戶保障利潤長期化，再通過簽訂短單合同低價(jià)打壓中國新興產(chǎn)業(yè)。幾輪措施下來，2012年我國多晶硅行業(yè)全產(chǎn)業(yè)虧損，40多家企業(yè)停產(chǎn)，大批從國外進(jìn)口的數(shù)十億元設(shè)備打了水漂。

　　海外市場受阻刺激了光伏內(nèi)需市場的快速發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整。隨著光伏內(nèi)需市場的快速啟動(dòng)，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)肩負(fù)起了發(fā)展新能源的重任。

　　技術(shù)突圍

　　為了解決多晶硅生產(chǎn)的高耗能問題，中國恩菲的科研人員在大型節(jié)能還原爐系統(tǒng)研發(fā)上下了很大功夫。“節(jié)能還原爐系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)之一，是解決多晶硅大規(guī)模生產(chǎn)、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的根本途徑。”嚴(yán)大洲介紹，節(jié)能還原爐系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化大幅提高了多晶硅節(jié)能還原爐單爐年產(chǎn)量，為萬噸級(jí)多晶硅生產(chǎn)線和節(jié)能技術(shù)提供技術(shù)支撐。目前，還原反應(yīng)過程氣體單套裝置處理能力達(dá)到45000Nm3/h，多晶硅生產(chǎn)綜合電耗小于每公斤75千瓦時(shí)，生產(chǎn)每公斤多晶硅的蒸汽消耗低于30公斤。綜合能源消耗數(shù)據(jù)代表著我國多晶硅生產(chǎn)技術(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。

　　在多晶硅生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生四氯化硅等副產(chǎn)物，以往的回收技術(shù)難以對(duì)副產(chǎn)物進(jìn)行有效處理，容易對(duì)環(huán)境造成污染。“事實(shí)上，如果技術(shù)得當(dāng)、處理得好，將相關(guān)副產(chǎn)物繼續(xù)投入生產(chǎn)環(huán)節(jié)利用，通過物料內(nèi)部循環(huán)，就可以進(jìn)一步提高利用效率，解決污染問題。”嚴(yán)大洲介紹，中國恩菲創(chuàng)造性地提出了反應(yīng)過程氣體梯級(jí)分離提純技術(shù)，采用“加壓分離—吸收—解析—吸附—再生”工藝，實(shí)現(xiàn)了物料循環(huán)凈化，顛覆了傳統(tǒng)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)把反應(yīng)過程氣體作為尾氣處理的技術(shù)路線，使多晶硅生產(chǎn)過程氣體的分離提純、再處理與循環(huán)利用率從25%提升到99.9%，單線尾氣處理能力達(dá)到每小時(shí)4.5萬立方米，能耗與國外進(jìn)口技術(shù)相比進(jìn)一步降低了30%，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，大幅降低物料消耗和生產(chǎn)成本。

　　多晶硅純度是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)鍵因素，為此，中國恩菲從提高原料三氯氫硅的純度入手，攻克了高品質(zhì)多晶硅原料提純的難題，發(fā)明了三氯氫硅合成、高效篩板與填料組合的加壓精餾提純技術(shù)，將原料三氯氫硅的純度精餾至9N以上，研究了影響多晶硅品質(zhì)的幾十種微量組份及處理措施。此外，中國恩菲在多晶硅生產(chǎn)工藝方面還相繼取得了技術(shù)突破，成功引入差壓熱耦合技術(shù)，減少蒸汽和塔頂循環(huán)水消耗。

　　持續(xù)研發(fā)與提升多晶硅工藝技術(shù)及裝備水平，進(jìn)一步節(jié)能、減耗、降本是多晶硅行業(yè)生存和發(fā)展的唯一選擇，是獨(dú)立自主發(fā)展我國光伏產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路。經(jīng)過8年的不懈努力和技術(shù)研發(fā)，如今，我國多晶硅綜合能耗降低了81%，市場價(jià)格由10年前的325萬元/噸降低到如今的9—12萬元/噸，自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的研發(fā)為我國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

　　如今，以多晶硅為原料制造的光伏發(fā)電在農(nóng)村電氣化、通信行業(yè)、大型地面電站、光伏精準(zhǔn)扶貧等方面實(shí)現(xiàn)快速發(fā)展。在眾多多晶硅應(yīng)用中，令人印象深刻的一個(gè)實(shí)例是，在我國騰格里沙漠邊緣的一處60MW光伏電站。起初建站時(shí)，這些太陽能電池板下方還是一片沙漠。漸漸地，由于電池板遮擋日照，減少了地面水分蒸發(fā)，沙化嚴(yán)重的土地上慢慢長出了草。后來，電站管理部門養(yǎng)了二十幾只羊去吃草，到如今羊群已繁殖出了上百只。光伏電站的建設(shè)，除了進(jìn)行發(fā)電外，還幫助當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)了生態(tài)修復(fù)、綠色養(yǎng)殖。（陳 婕）