光电材料制备
课程设计说明书
设计题目：
太阳电池用多晶硅的生产
工艺设计
设 计 者 李其光
指导教师 姜燕
江苏大学
无机非金属（光电材料）教学组
2012年6月20日
摘要： 本文首先介绍了制造高纯硅的各种工艺流程，工艺特点，主要讲述了
改良西门子法以及需要的设备核心结构及参数，并对其他方法进行了简单优缺点介绍。接下来讲述了铸造多晶硅的生产过程，以及对需要控制的条件做了一些说明。
关键词：多晶硅；工艺流程；三氯氢硅法；热交换；
太阳能光伏产业发展至今已有几十年的历史, 晶体硅太阳电池始终是商品化太阳电池的主流, 约占据整个太阳电池市场的 90% , 国际市场上 98% 以上的光伏电池都是利用高纯多晶硅制备的。
近年来 , 我国集成电路及太阳能电池产业的发展 , 大大带动了多晶硅材料市场需求发展. 2006 --2010 年集成 电路 (IC )用多晶硅市场需求量年均增长 41 .9% , 太阳能电池产量则以年均157 % 的速度高速增长,6 年内太阳能电池产量及对多晶硅的需求量扩大了 110 多倍.随着国内在建项目陆续投产 ,2007 年我国多晶硅产量已达1000t.不过由于近两年经济危机的影响，就国内除个别企业坚持低负荷开车外，三氯氢硅行业近九成企业停产或检修，市场低迷行情持续。国内三氯氢硅主流报价在每吨4500～5000元。三氯氢硅价格已低于成本线[1]。
2012年以来，新兴的美国光伏市场因“双反”对中国光伏企业关上了大门。亚洲及其他国家光伏市场虽发展迅速，但总量和规模均不足以支撑和消化快速扩张的光伏产能。据统计，2012年，全球光伏电池和多晶硅需求量仅为215亿瓦特、17.88万吨，而全球产能却达到660亿瓦特和29.5万吨[2]。 1. 高纯多晶硅的制备
目前，化学提纯制备高纯硅的方法很多， SiHCl3氢还原法，新硅烷法等，其中SiHCl3氢还原法具有产量大，质量高，成本低的优点，是目前国内外制取高纯硅的主要方法。硅烷法可有效地除去杂质，无腐蚀性，分解温度低，但是存在安全方面的问题，有待很好地解决。本文设计第一种方法进行提纯硅，并对新硅烷法进行简单介绍。 1.1新硅烷法简介
所谓新硅烷法就是在硅烷法的基础上进行改进而打得到的。新硅烷法是美国
UCC公司首先开发的硅烷生产新工艺 ,该工艺克服了传统硅烷法的缺点 ,不需用较昂贵的硅镁合金 ,而是以 SiCl4为原料 ,且体系呈闭路循环系统 ,几乎无副产物排出.新硅烷法工艺 :
主要化学反应 :
1.1.1优缺点分析：
1）缺点：硅烷是易燃易爆气体，不易保存，其分解设备较复杂，存在一系列安
全问题。
2）优点：硅烷热分解温度较低，耗电少，硅烷容易提纯，产品纯度高，硅烷中
硅质量分数较高，原料消耗低等[3]。
1.2改良西门子法的三氯氢硅制备工艺
1955年，西门子公司成功开发了利用H 2还原SiHCl3在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl（或外购HCl），HCl和工业硅粉在一定的温度下合成SiHCl3，然后对SiHCl3进行分离精馏提纯，提纯后的SiHCl3在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。改良西门子法包括五个主要环节：即SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气
干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗[4]。 1.2.1工艺流程
改良西门子法的三氯氢硅制备工艺流程如图１所示。简化的主要流程如图2所示。
图１改良西门子法的三氯氢硅制备工艺流程示意
图2 流程简图 1.2.1.1原料制备
课程设计 多晶硅的生产工艺
