新方法让多晶硅生产更节能

◎本报记者 刘园园

记者8月22日从中国化学工程集团（以下简称中国化学）获悉，中国化学华陆公司“一种用于多晶硅生产提高还原沉积反应效率的方法”近日荣获由国家知识产权局颁授的第二十四届中国专利银奖。

多晶硅是太阳能光伏电池产业、半导体工业和电子信息产业中重要的功能性材料。目前改良西门子法是多晶硅的主流生产工艺。该方法采用高纯氯硅烷在还原炉内进行气相沉积反应生产高纯多晶硅，即在1050℃—1080℃的硅芯表面，氯硅烷被还原为硅并不断沉积生长，形成多晶硅棒。

多晶硅还原装置是多晶硅最终产品的生产车间，同时也是多晶硅生产过程中的主要耗能单元。该装置的高效、高质量生产运行对最终产品质量、能源消耗均起到决定性作用。

“传统改良西门子法生产多晶硅过程中，三氯氢硅和二氯二氢硅的物料在上游装置混合成一股物料进入还原炉，二者配比难以在生产过程中进行具体调节。”该项目技术负责人告诉记者，这导致在多晶硅还原炉生产初期，二氯二氢硅比例相对较低，硅芯生长速度较慢；在多晶硅还原炉生产后期，二氯二氢硅比例相对较高，使得无定形硅粉大量生成，发生“雾化现象”，影响产品美观度。同时，无定形硅粉堵塞管道系统，不利于还原炉正常生产。

为解决上述问题，中国化学华陆公司多晶硅技术团队经过多年攻关探索，提出用于多晶硅生产提高还原沉积反应效率的方法。该方法将三氯氢硅和二氯二氢硅液体分别采用独立的汽化器和过热器，分别进行汽化和过热，三氯氢硅气体、二氯二氢硅气体及高纯氢气通过各自独立的流量控制单元，在生产过程中合适的时间控制合适的配比和流量进入还原炉进行反应，以分阶段控制三氯氢硅和二氯二氢硅的配比进料。在反应初期，控制较大比例的二氯二氢硅进入还原炉，使得硅芯在初期快速增长，以提高初期系统沉积效率。同时，为了避免后期还原炉出现“雾化”等不利生产现象发生，在多晶硅沉积反应后期全部停止二氯二氢硅进料。

该项目技术负责人介绍，利用新方法，多晶硅的有效转化率可从之前的8.5%提升至10%以上；该方法在避免无定型硅粉产生的同时，提高了多晶硅产品致密料的比例，为多晶硅生产节能降耗、产品利用率提升等提供了有力技术支撑。

据介绍，长期以来，中国化学华陆公司坚持深耕多晶硅领域。该公司凭借在有机硅、三氯氢硅合成等硅材料方面积累的丰富经验，成功开发出冷氢化等系列技术，解决了制约我国光伏产业发展的问题，实现了多晶硅技术及生产设备的自主化、国产化，成功走出了一条多晶硅关键核心技术的自主创新之路。