多晶硅的多种生产方法比较

采用西门子还原炉的主要特征是多晶硅沉积在加热的硅芯上形成硅棒。 　　

硅烷SiH4法 　　

硅烷法生产多晶硅起源于20世纪70年代中期石油危机年代，美国政府资助了多个寻求低成本制造太阳能发电级多晶硅的研发项目。美国的Union Carbide在这个计划中做Union Carbide工艺生产硅烷，进而用流化床法制造多晶硅。后续政府的资金中断及光伏研究需求减弱。 　　

工艺结合生产半导体级的多晶硅。而这里的西门子反应炉技术从日本的小松电子 材料公司（Komatsu Electronic Materials)转让而来。所以，这种太阳能发电多晶桂生产技术也 被称为Union Carbide—Komatsu技术。这家多晶硅公司经历了几次转手，曾经是 ASiMI(Advanced Silicon Materials Inc.)，被 REC 合并后成为 Solar Grade Silicon LLC，等等。其主要产品也从半导体(特别是区熔用多晶棒)转变成太阳能用多晶硅。另外，由于流化床炉更适于硅烷气的大规模沉积,REC公司在硅烷生产技术的基础上，扩展了用流化床的多晶硅生产技术。 　　

无论是用西门子反应炉还是流化床，硅烷法的难点是在硅烷的生产技术上。 Union Carbide的硅焼制造方法是目前市场占有量最大的方法。Union Carbide主 要的生产工艺描述如下： 　　

首先是四氯化硅的氢化，采用的是流化床，反应温度为500～550°C，压力20～ 35大气压，1:1的SiCl4和氢气通过铺盖的金属硅粉,生成约20%～30%的三氯氢硅。 　　

每步反应得到的可用产品部分都很低，每次反应的产物都要经过精馏分离，这样中间产品三氯氢硅和四氯化硅都要进行多次的精馏过程，这样使得最终的硅烷气体可以达到很高的纯度。硅烷生长的多晶硅电阻 率可高达2000n* cm(用石英钟罩反应器）。硅烷热分解生产多晶硅的另外一个好处是热解温度相对较低，约800°C，相对其他氯硅烷能耗低。还原反应没有其他副产物，反应转换率更高。所得到的多晶硅棒更均匀，直径更大，更致密，孔洞少,是制作高品质区熔单晶用原材料多晶硅棒的最佳选择。 　　

硅烷法中硅烷的生产过程复杂，中间产物要经过多次的精馏，整个过程要重复加热和冷却，消耗能量较高。另外，硅烷易爆炸，安全稳定性差。在西门子炉或流化 床炉中，硅焼气体容易发生均匀热解反应（homogeneous decomposition)，产生硅粉。 　　

因而，反应器内除了沉积表面加热外，反应器内部空间要有强迫冷却，增加了太阳能发电系统的成本和能耗。 　　

硅烷法生产多晶硅早在二十世纪七十年代中期就存在了，这无论是西门子反应炉还是流化床，硅烷法的难点是在硅烷的生产技术上，硅烷容易爆照安全稳定性差，在过程中的热解反应产生硅粉。

更新时间：2015-6-24 9:59:31
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