多晶硅生产方法

多晶硅生产方法（共7篇）

篇1：多晶硅生产方法

多晶硅生产工艺

多晶硅生产工艺

1．概述

硅是地球上含量最丰富的元素之～，约占地壳质量的25．8％，仅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在单质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。

硅是一种半导体元素，元素符号为Si，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为14，原子量为28.0855。硅材料的原子密度为5.OOx1022／cm。，熔点为141 5℃，沸点为2355 ℃

它在常温(300K)下是具有灰色金属光泽的固体，属脆性材料。

硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。

单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。

多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。

非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。

通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有9个反映对称面、6条二次旋转轴、4条三次旋转轴和3条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。如果加压到1.5GPa，硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为0.6636nm。

硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室温下它的禁带宽度为1.1 2eV，其本征载流子浓度为1.45x10 D／cm。硅材料具有典型的半导体电学性质。硅材料的电阻率在10 ～1010Ω·cm 间，导电能力介于导体和绝缘体之间。

特性

其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响明显。高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料，称为本征半导体，其电阻率在10 Ω·cm以上。

P-N结构性。即N型硅材料和P型硅材料结合组成PN结，具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结构。

光电特性。和其他半导体材料一样，硅材料组成p—N结后，在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。

2．高纯多晶硅

目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、SEH等公司。

冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。

一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在97％～98％以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应式为：

冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为98％。纯度大于99％的冶金硅，则用于制备氯硅烷。

在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99％ 以上的Si外，还含有铁(Fe)、铝(AI)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个(摩尔分数)不等。

而半导体硅中的杂质含量应该降到10(摩尔分数)的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到10～6(摩尔分数)的水平。

3.冶金硅→半导体硅或太阳级硅

要把冶金硅变成半导体硅或太阳级硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法对气体提纯，然后再把高纯的硅源的气体通过化学气相沉积(CVD)的方法转化成为多晶硅。

生产制造高纯多晶硅的办法

主要有三大流派，即：

用SIMENS法(又称SiHCI3法)生产多晶硅棒； 用ASiMi法(又称SiH 法)生产多晶硅棒： 利用Sil硅源制造颗粒状多晶硅。

SIMENS（西门子）法

(SiHCI3法)制造多晶硅

该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCI 锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250～350℃的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；

第二步，是对SiHCI3进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。多晶硅反应炉一般均采用单端开口的钟罩形式。通常多晶硅的沉积反应要进行200～300h，使沉积在硅桥上的硅棒直径达到150-200 m m。

ASiMi法(SiH法)

ASiMi法(SiH法)制造多晶硅

20世纪60年代末期，ASiMi公司（美国先进硅材料公司简称AsiMI（阿斯米公司）公司总部位于美国蒙大拿州比优特城。生产超高纯度多晶硅和硅烷气体，是世界最大的硅烷气体生产和销售商。）提出了用SiH 作为原料生产多晶硅。

利用SiH 原料制造多晶硅棒，一般使用金属钟型罩炉。在高温时，SiH 会分解产生Si与H2。此法的总生产成本要比SiHCI3法为高。

Ethyl公司的SiH 法

颗粒状多晶硅制造技术

此法起源于Ethyl公司(美国乙基公司作为全球知名的添加剂制造商，现跻身于全球三大石油添加剂制造商之列。乙基公司采用全球领先的添加剂技术，开发生产全系列的燃料油与润滑油添加剂。)的SiH 法。

1987年商业化的粒状多晶硅开始投入生产。该技术利用流体床反应炉将SiH 分解，而分解形成的硅则沉积在一些自由流动的微细晶种颗粒上，形成粒状多晶硅。由于晶体表面积很大，使得流体床反应炉的效率高于传统的Simens炉，因而其产品的生产成本较低。

篇2：多晶硅生产方法

保利协鑫能源控股有限公司 江苏徐州 21000 改良西门子法 江苏顺大集团 江苏扬州3000 改良西门子法 江苏特华新材料科技有限公司 江苏盐城 500 改良西门子法 连云港中彩科技有限公司江苏连云港 300 改良西门子法 张家港市日晶科技有限公司 江苏张家港 500 改良西门子法 江西晶大半导体材料有限公司 江西南昌 100 改良西门子法 江西赛维LDK太阳能高科技有限公司 江西新余 6000 改良西门子法 江西通能硅材料有限公司江西樟树 300 改良西门子法 江西景德半导体新材料有限公司 江西景德镇 1500 改良西门子法 朝歌日光新能源有限公司河南鹤壁 300 改良西门子法 焦作煤业（集团）合晶科技有限责任公司 河南焦作 1800改良西门子法 林州中升半导体硅材料有限公司 河南林州 300 改良西门子法 洛阳中硅高科技有限公司河南洛阳 5000 改良西门子法 南阳迅天宇科技有限公司河南方城 300 冶金法 宁夏银星多晶硅有限责任公司 宁夏吴忠 1200 冶金法

宁夏阳光硅业有限公司 宁夏石嘴山1500 改良西门子法 陕西天宏硅材料有限公司陕西咸阳 1250 改良西门子法 峨嵋半导体材料厂/峨嵋半导体材料研究所 四川峨眉 2200改良西门子 四川瑞能硅材料有限公司四川眉山 3000 改良西门子法 乐山乐电天威硅业科技有限责任公司 四川乐山 3000 改良西门子法 四川新光硅业科技有限责任公司 四川乐山 1260 改良西门子法 四川永祥多晶硅有限公司四川乐山 1000 改良西门子法 天威四川硅业有限责任公司 四川成都 3000 改良西门子法 雅安永旺硅业有限公司 四川雅安800 改良西门子法 内蒙古神舟硅业有限责任公司 内蒙古呼和浩特 1500 改良西门子法 内蒙古盾安光伏科技有限公司 内蒙古巴彦淖尔 3000 改良西门子法 内蒙古鄂尔多斯多晶硅业有限公司 内蒙古鄂尔多斯 3000 改良西门子法 内蒙古锋威硅业有限责任公司 内蒙古阿拉善 1500 改良西门子法 山晟新能源有限责任公司内蒙古包头 2000 冶金法

湖北晶星科技股份有限公司 湖北省随州 1500 改良西门子法 宜昌南玻硅材料有限公司湖北省宜昌 2500 改良西门子法 武汉东立光伏电子有限公司 湖北武汉 1500 改良西门子法 亚洲硅业(青海)有限公司 青海西宁 3000改良西门子法 黄河水电新能源分公司 青海西宁 1250 改良西门子法 重庆大全新能源有限公司(重庆赛林新能源)重庆市 4300 改良西门子法 潞安高纯硅业科技发展有限公司 山西潞安 2500 改良西门子法 特变电工新疆硅业有限公司 新疆乌鲁木齐 3000 改良西门子法 济宁凯伦光伏材料有限公司 山东邹城 1000 冶金法 佳科太阳能硅(厦门)有限公司 福建厦门 1000 冶金法 桑杏硅业科技有限公司 福建龙岩500 冶金法 南安市三晶硅品精制有限公司 福建南安 3000 冶金法 锦州新世纪石英玻璃有限公司 辽宁锦州 300 冶金法 蓝天开国有限公司(香港)广东深圳 200 冶金法

浙江中宁硅业有限公司 浙江衢州 1500 硅烷法

六九硅业有限公司 河北保定 3000 硅烷法

福聚太阳能股份有限公司 台湾 5000 改良西门子法

篇3：多晶硅生产工艺及有害因素

0 前言

我国多晶硅工业起步于20世纪50年代,60年代中期实现了产业化。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家,形成技术封锁、市场垄断的状况[1,2]。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池,按纯度要求不同,分为电子级和太阳能级。大规模集成电路的要求更高,硅的纯度必须达到九个9。目前,人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。多晶硅是硅产品产业链中的一个非常重要的中间产品,是制造太阳能电池及高纯硅制造的主要原料,是信息产业和新能源产业最基础的原料。随着全球信息技术的不断进步,对于半导体硅的需求量日益增加。近年来,我国电子信息产业快速发展,特别是高科技领域对电子级多晶硅的需求量有所增加。目前国际上多晶硅生产的主要工艺有改良西门子法、硅烷热分解法和流化床法等[3]。

1 多晶硅的生产工艺

1.1 改良西门子法

1955年,日本西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷(SiHCl3)在硅芯法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,这就是常说的西门子法。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、Si Cl4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Si HCl3氢还原法[4]。

改良西门子法又称闭环式三氯氢硅氢还原法,是用氯气和氢气合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉(粗硅)在一定温度进行下合成反应,生产三氯氢硅、四氯化硅和二氯氢硅组成的氯硅烷混合物,再进行多级分离精馏提纯得到高纯度的精制三氯氢硅,提纯精馏后的三氯氢硅在氢还原炉内进行CVD(化学气相沉淀法)反应生产高纯多晶硅[5]。还原尾气中的氯硅烷混合物再经过精馏分离循环利用;副产的精制四氯化硅在氢化炉内与氢气反应,生产氯硅烷混合物也通过精馏分离循环利用。国内外现有的多晶硅厂绝大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

改良西门子法相对于传统西门子法的优点在于:(1)节能:由于改良西门子法采用多对棒、大直径还原炉,可有效降低还原炉消耗的电能。(2)降低物耗:改良西门子法还原尾气进行了有效的回收。所谓还原尾气是指从还原炉中排放出来的,经反应后的混合气体。改良西门子法将尾气中的各种组分全部进行回收利用,这样就可大大降低原料的消耗。(3)减少污染:由于改良西门子法是一个闭路循环系统,多晶硅生产中的各种物料得到充分的利用,排出的物料极少,相对传统西门子法而言,污染得到了控制,保护了环境。

1.2 硅烷法

1956年,应该标准电讯实验所成功研发出了硅烷(Si H4)热分解制备多晶硅的方法,即通称所说的硅烷法。1959年,日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来美国联合碳化合物公司采用歧化法制备Si H4,并综合上述工艺且加以改进,便诞生了生产多晶硅的新硅烷法[6]。

硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中,是硅烷裂解并在晶种上沉积,从而得到颗粒状多晶硅。

现代硅烷的制备采用歧化法,即以冶金级硅与SiCl4为原料合成硅烷,首先用SiCl4、Si和H2反应生成SiHCl3,然后SiHCl3歧化反应生成SiH2Cl2,最后由SiH2Cl2进行催化歧化反应生成Si H4,即:3SiCl4+Si+2H2=4SiHCl3,2Si HCl3=SiH2Cl2+SiCl4,3SiH2Cl2=SiH4+2SiHCl3。由于上述每一步的转换效率都比较低,所以物料需要多次循环,整个过程要反复加热和冷却,使得能耗比较高。制得的硅烷经精馏提纯后,通入类似西门子法固定床反应器,在800℃下进行热分解,反应如下:Si H4=Si+2H2。

硅烷热分解法与西门子法相比,其优点主要在硅烷较易提纯,含硅量较高,分解温度较低,生产的多晶硅的能耗低且产品纯度高。但硅烷不但制造成本较高,而且易燃、易爆、安全性差。

1.3 流化床法

流化床法是美国联合碳化合物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术。目前采用该方法生产颗粒状多晶硅的公司主要有挪威可再生能源公司(REC)、德国瓦克公司(Wacker)、美国Hem Lock和MEMC公司等[7]。

流化床是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温高压下生产三氯氢硅,将三氯氢硅进一步歧化加氢反应生产二氯二氢硅,继而生产硅烷气,制得的硅烷气通入加油小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅产品。由于在流化床反应炉内参与反应的硅表面积大,生产效率高、电耗小、成本低,适用于大规模生产太阳能级多晶硅。虽然缺点是安全性差、产品纯度不高,但是基本能满足太阳能电池生产的使用。此法是美国联合碳化合物公司早年研究的工艺技术,较适合生产价廉的太阳能级多晶硅。

三氯氢硅流化床的不足之处主要有加热方面,通过辐射传热,热损失相对较大,且存在对气体加热不均匀的问题;由于颗粒硅表面积大,更容易引起玷污,如炉壁重金属元素污染等;在高温下,三氯氢硅会形成小颗粒馏分灰尘在尾气中排放,既对尾气回收系统造成影响,又造成原料损失;由于炉壁温度较高,容易在炉壁产生沉积。

1.4 冶金法

冶金法的主要工艺是选择纯度好的工业硅(即冶金硅)进行水平区熔单向凝固成硅锭,去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后,进行粗粉碎与清洗,在等离子体融解炉中去除硼杂质,再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭,去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外部部分,经粗粉碎与清洗后,在电子束融解炉中去除磷碳杂质,直接生成太阳能级多晶硅。

冶金级硅精炼法是以冶金级硅(98.5%—99.5%)为原料,经过冶金提纯得到纯度在99.999%以上用于生产太阳能电池的多晶硅原料的方法。该生产过程主要有湿法精炼、火法精炼和定向凝固等。自从1975年Wacker公司用浇注法制备多晶硅材料以来,冶金法制备太阳能级多晶硅被认为是一种有效降低生产成本、专门定位于太阳多级多晶硅的生产方法,可以满足光伏产业的迅速发展需求。

1.5 等离子法

由沙子(Si O2)与HCl在碳作为热源条件下转换为Si Cl4,生成的其余产物CO和H2在后面的反应过程可被再利用。Si Cl4很容易精馏提纯,提纯后的Si Cl4在等离子反应器中,通过加入H2形成过氯聚合Si H4,这是一种链状或环状硅化合物;H2与分解的Cl原子化合形成盐酸。过氯聚合Si H4在高温下形成Si和Si Cl4,可重复以上过程循环生产。等离子法得到的Si成面粉状,需要气体保护以避免氧气,其优点在于Si的纯度仅仅依赖Si Cl4的纯度。

2 多晶硅工艺过程有害因素

多晶硅生产过程中的氯气、氢气、三氯氢硅、氯化氢等主要危险有害物质容易引起爆炸、或有毒有腐蚀性[8]。

多晶硅生产属高耗能装置,装置内电解水、三氯氢硅还原等过程中,使用到大量的电器设备。电气危害伤害具有突然性、危险性大的特点,容易造成恶性事故。多数生产设备和检修工具属钢制设备和工具,在机泵、压缩机等设备的转动部位有可能发生绞伤、挤碾等对人身的机械伤害。生产装置反应器、加热炉部分温度较高,若防护措施不当,操作人员接触到热壁的设备、管线、物料或高温阀门等容易被烫伤。装置中的各类反应器尤其是精馏所用的塔高度甚至在几十米,若护栏、钢梯等存在缺陷或腐蚀,或操作人员在登梯时不小心倾倒、滑跌、仰翻等有可能从高处坠落,造成人员伤亡。硅粉不仅能与空气混合形成爆炸性混合物,还能引入人的呼吸系统,引起尘肺,严重影响在此环境中工作的人员的健康。

通过以上分析可知,在多晶硅生产过程中由于物料的特性,火灾、爆炸、化学中毒是主要的潜在危险。在生产过程中所涉及到的工艺、设备设施和防护等方面若存在隐患或缺陷时,也非常容易引起意外造成人员伤亡。所以应针对有可能发生的原因,采取相应的防范措施预以积极排除。

3 多晶硅生产对环境的影响

在多晶硅生产过程中,由于利益的趋势和环境意识的原因,当前我国许多企业往往片面的追求经济效益而不注意环境保护。尤其是氯离子严重超标问题,使得多晶硅被扣上了“高污染”的帽子。

氯离子的化学性质非常活泼,对设备、建筑物和构筑物有极强的腐蚀作用;容易破坏突然的团粒结构,造成土壤脱钙,引起板结,有毒金属浸出,使土壤盐碱化,从而影响植物的生长。另外,若大量高浓度的含氯废水进入水体,影响淡水生物的生长[9]。

多晶硅生产过程中有造成严重污染的原因有:(1)没有形成封闭的循环,大量的副产四氯化硅不能通过氢化回收利用;(2)精馏提纯的能力有限,由于质量的需要,不得不通过切成大量的物料来满足质量的要求,从而形成污水排放量增加;(3)元素平衡管理意识的缺失,无法做到硅、氯元素平衡生产,从而导致工艺缺陷,不能做到物料充分回收利用,引起排放废水的增加。对此,一方面要通过政府严格的环境限制一方面要提升我国多晶硅的技术。

4 结束语

随着国际竞争日益加剧,中国多晶硅行业要防止国外大国的进攻,发展成本更低,能耗更少,我国多晶硅具有良好国内市场和国际周边市场,发展多晶硅对我国半导体工业的发展具有重要意义。

展望未来,改良西门子法在未来一段时期仍然是多晶硅生产的主流技术。同时,在生产过程中要注意多晶硅生产工艺中的有害因素,有效的避免人员伤亡,以及对环境的影响。

摘要：多晶硅主要用于半导体和太阳能光伏。随着信息化时代的发展,电子级多晶硅和太阳能级多晶硅发展迅速。本文介绍了多晶硅的生产工艺及其发展,以及多晶硅生产工艺中的危险因素和对环境的影响。

关键词：多晶硅,生产工艺,改良西门子法,有害因素

参考文献

[1]严大洲.我国多晶硅生产现状与发展[J].新材料产业,2001,11(6):15-18.

[2]包婧文.2012中国多晶硅技术与市场高层论坛在京召开[J].太阳能,2012,16:41-42.

[3]梁骏吾.电子级多晶硅的生产工艺[J].中国工程科学,2000,2(12):34-39.

[4]马文会,戴永年,周晓奎,等.一种制备太阳能级多晶硅的方法[P].CN:1803598,2006-07-19.

[5]周齐领,张晓辉.电子级多晶硅生产中氯硅烷精馏工艺的设计和优化[J].化工设计,2010,20(3):11-13+27.

[6]孟奔.多晶硅生产的主要工艺技术[J].科协论坛,2008(6):56-57.

[7]铁生年,李昀珺,李星.太阳能级多晶硅材料研究进展[J].硅酸盐学报,2009,37(8):1447-1452.

[8]曾红军.多晶硅工艺过程危险、有害因素浅析[J].新疆化工,2008,4:41-46.

篇4：多晶硅生产方法

关键词：多晶硅；生产；能耗；节能对策；分析

前言：随着现代工业的不断发展和进步，多晶硅的产业也面临着巨大的考验，因为国外市场的经济危机等问题，所以对于我国多晶硅的价格进行压制。我国多晶硅的产量虽然一直都高于其他国家，但是多晶硅的生产成本很高，所以现如今我国多晶硅产业逐渐出现了亏损的现象。只有研究出真正的节能对策，才能够解决耗能过大、亏损等问题。

一、多晶硅的产业概况

多晶硅是现代社會中信息行业和太阳能产业发电的重要基础原材料，世界各国早已经将多晶硅列入战略性材料中，并且一直都有相关政策对其进行鼓励。虽然我国多晶硅的产量较高，但是由于生产工艺十分落后，所以我国对于多晶硅的需求一直都需要依赖西方国家的进口。随着近几年来我国工业技术的不断发展，仅仅2011年到2013年，我国多晶硅的产量就已经达到了8.3万、6.5万、8.5万吨，但是随着西方国家金融危机的不断影响，近几年来我国一些多晶硅企业已经破产倒闭。只有一小部分的产业依靠着节能技术和强大的经济实力在支撑。截止到2015年末，我国现如今正在运营并且的多晶硅企业有17家，多晶硅的总产量大概能达到17万吨。总的来说，只有有效的节能措施，才能够维持多晶硅的正常生产和运行，所以多晶硅生产只能够最重要的一项技术就是节能技术，降低多晶硅的能耗才是提升企业竞争力的主要措施[1]。

二、多晶硅的生产能耗的相关分析

现如今多晶硅的主流工艺能耗主要包括水电、煤和蒸汽的消耗，我国政府已经认识到了多晶硅生产耗能的严重性，所以将多晶硅生产的重点都放在了节能方面，现如今我国颁布的规范GB 29447-2012中就明确规定了多晶硅企业生产的能源耗能限额，我国现在已经有大部分企业都能够满足这项规范。现如今我国大部分企业在多晶硅的生产方面都将重点放在了节能耗能方面，但是不同的生产用途耗能也完全不同，比如高温氢化耗能为56KWh/kg-si，足足是底纹氢化耗能的5倍之多，所以为了最大程度上的控制耗能，现如今我国大部分企业都采用低温氢化来处理氯化硅，并且还在进一步的研究低温氢化技术，以求最大限度上的耗能，减少不必要的成本[2]。

三、多晶硅生产中能耗的节能具体对策

（一）还原炉节能。还原工序一直都是多晶硅生产的技术核心之一，也就是高纯度的三氯氢硅和氢气在高温条件下产生的高纯度多晶硅，这个过程占总耗能的三分之一。在实际过程中，只要通过热力学的计算和模拟计算，就能够确定多晶硅生产过程中的耗能情况，以新疆某企业为例，图1是多晶硅的耗能变化图。

从图1就能够清楚的了解到多晶硅在生产过程中的耗能情况，由于节能型还原炉随着原料越来越多，沉淀面积越来越大，内部热量也会越来越高，利用综合发热的效果，就能够最大程度上的降低耗能，解决了多晶硅快速生产的问题。

（二）冷氢化节能。多晶硅在生产过程中，每产一吨就会有20吨的副产物，我国现如今多晶硅的年产量约为17万吨，那就会产生300多吨的四氯化硅，如果处理不善，记忆对地球的生态环境造成威胁。以新疆某企业为例，该企业年产量为7.2万吨，如果不能够及时处理副产物，这对新疆地区的生态环境有着致命的威胁。只有才用冷氢化节能工艺，才能够最大程度上的减少多余的耗能[3]，反应公式如下：

3siCL4+2H2+Si=4SiHCL3SiCL4+2H2+Si=2SiH2CL2图2是最佳冷氢化节能反应变化效果图。

（三）还原尾气回收节能。多晶硅还原尾气中主要含有的成分有H2、HCL、SiHCL3等气体，所以现代工艺就会利用尾气中的气体成分来进行新型处理工艺，该工艺过程简单、易操作，并且组合忍受率很高，所以一经推出就收到了各个企业的热烈追捧。这项技术的本质其实就是采用加压冷凝工艺，将热流量和冷流量进行交换，这种方法能够最大程度上的降低运行成本，从而解决了我国工业生产中一直面临的“三费问题”。

（四）提纯系统节能。提纯系统节能将多晶硅行业的技术引入到BX双层网中，解决了多晶硅在提纯过程中出现的质量低、稳定性差以及耗能过高的问题。多晶硅中的三氯氢硅B<30ppta、P<50ppta，所以这样不仅能够提升可操作性，还能够将操作裕量一直维持在50%到150%之间，还能够将提纯效果提升65%到75%，有效的降低了耗能。

结束语：如何改良传统的多晶硅生产工艺是现如今多晶硅企业关注的重点，也是节能的重点，通过研究不难发现，只要利用还原炉装置，利用冷热流量的转换装置，就能够大幅度的降低多晶硅的生产耗能，还能够将一些副产物进行加工处理，回收利用，从而为地球的节能做出贡献。

参考文献：

[1]严大洲，杨永亮，张升学，司文学，马志华.多晶硅能耗分析与节能实践[J].电子科学技术，2014，02（19）：224-230.

[2]杨紫琪.多晶硅生产中能耗的分析及节能的途径[J].辽宁化工，2015，02（29）：180-182+186.

[3]甘若渊.浅析多晶硅生产中能耗的分析及节能措施[J].科技致富向导，2015，17（33）：162-165.

篇5：单晶硅生产工作计划

一 对单晶硅多线切割机的认识与了解 .............................. 2

二 单晶硅的多线切割机启动前的准备工作 ...................... 3

（1）硅片的提刀与硅方的安装 ....................................... 3

(2)布线 .............................................................................. 4

(3)预热前的准备 .............................................................. 5

(4) 预热 ............................................................................ 5

三 单晶硅的多线切割机运行过程中所遇到的故障与解决

方法 ........................................................................................ 6

四 五个“二刀换一次”原则 ............................................ 7

五 我总结的注意事项 ........................................................ 7

六 切割过程中的改进 ........................................................ 8

一 对单晶硅多线切割机的认识与了解

在刚进晶元太阳能的时候，对于我公司的单晶硅多线切割机只是个模糊的了解。

在三个星期的实习中，我实际了解了NTC PV800的工作原理和运行状态，单晶硅的多线切割机是以钢丝700m/min的高速运转带动砂浆对单晶硅进行切割，在工作状态中，硅方的进刀速度常以0.335m/min的进给速度进行切割。由于切割硅方高度156mm，所以每次工作时间长达7小时58分钟。新线轴有宁波，宝能，贝卡三种线型，线长分别为660km 680km 770km。切割方法有正切，和正反切两种。一般情况下，新线轴正切可以进行两次切割，采用正反切可以进行三次切割。下图为切割机的CAD二维基本结构图

图1-1

二 单晶硅的多线切割机启动前的准备工作

（1）硅片的提刀与硅方的安装

该机器切割完成后，当班机长负责硅片的提刀，在提刀的过程中，为了防止钢丝线在提刀过程中断线，常基于钢丝线以5m/min的速度进行走线，硅方开始以低俗状态提刀，待硅片提到中端部分，再以高速状态提刀。

硅片取下后，用叉车将硅方放于进刀单元，并夹紧。

(2)布线

2.2.1 进线轴与收线轴无须更换下的布线

硅方安装完成后，清理线网上的硅杂，必须清理干净，以防跳线与断线。

线网上硅杂清理干净后，将硅方右端与主轴导轮上的线网右端对齐，硅方右端稍微露出一小部分。硅方左端也需露出线网一小部分，需剪断收线部分，用内六角扳手调整收线导轮与线网尾线的位置。

上述完成后，仔细检查进线与收线的钢丝线位置，确保钢丝线都处于正确的轨道中，开始走线，将新线完成布与主轴导轮上方可开始下面操作。

2.2.2 需要更换进线轴的布线

硅方安装完成后，清理线网上的硅杂，必须清理干净，以防跳线与断线。

剪断进线始端，将线头和新线轴连接，剪断线网左端大部分旧线，并用胶带进行固定，然后进行走线，调整好张力调节的导轮与线轴的线头的相对位置，需对齐。然后开始走线待新线完全布与导轮上，调整硅方和线网的位置，需保证两端各露出线网一部分。

将收线线头连接好，调整好导轮与收线头的相对

位置。检查各处的钢丝线是否在指定的位置。

2.2.3 需要更换收线轴的布线

硅方安装完成后，清理线网上的硅杂，必须清理干净，以防跳线与断线。

剪断收线轴，将线头和新收线轴连接，走线开始布线，待新线网完成布好，调整硅方和线网的相对位置。检查各处钢丝是否在指定的位置。

2.2.4收线轴与进线轴都需要更换的布线

硅方安装完成后，清理线网上的硅杂，必须清理干净，以防跳线与断线。

可参照上述操作。

(3)预热前的准备

需将各过滤装置和附件清洗干净，附件残留的杂志都有可能对切割过程造成影响。

检查砂浆浓度，砂浆浓度需为1.646g/cm^3修改收线和进线处张力，进线张力18N，收线张力20N。

(4) 预热

篇6：多晶硅生产工艺的消防安全分析

2008年5月7日凌晨3时40分左右,吴忠市宁夏银星能源多晶硅有限责任公司冶炼车间由于冷却水管出现问题,导致冶炼炉物料外喷发生火灾事故,造成7人烧伤,其中2人重伤。多晶硅生产过程中使用或产生大量的氯气、氢气、三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、粉尘和酸碱等易燃易爆有毒的危险化学品。2008年5月1日,重庆市万州区消防支队专门针对国内目前最大的多晶硅生产基地——重庆万州大全新材料有限公司1 500 t/a多晶硅项目(以下简称万州多晶硅项目)进行了一次氯气泄漏灭火救援实战演练。万州多晶硅项目一期第一条生产线就投入9.8亿元人民币,总投入累计将高达100亿元人民币,多数设备都是从国外进口,如果发生火灾,将会给企业带来不可估量的财产损失。因此,笔者认为有必要对多晶硅生产企业的火灾防护措施进行认真的分析和探讨。

1 多晶硅生产工艺简述

目前,多晶硅生产工艺分为改良西门子法、硅烷热分解法、流化床反应炉法等三种。

改良西门子法又称闭环式三氯氢硅氢还原法,是用氯和氢合成氯化氢(或外购氯化氢),氯化氢和工业硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅,然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯,提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行还原反应生产高纯多晶硅。国内外现有的多晶硅厂大部分采用此法生产电子级与太阳能级多晶硅。

硅烷法是以四氯化硅氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等方法制取硅烷(SiH4),然后将制得的硅烷气提纯后在热分解炉生产纯度较高的棒状多晶硅。

流化床法是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内(沸腾床)高温高压下生成三氯氢硅,将三氯氢硅再进一步歧化加氢反应生成二氯二氢硅,继而生成硅烷气。制得的硅烷气经通入加有小颗粒硅粉的流化床反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅产品。

除了上述三种方法生产电子级与太阳能级多晶硅以外,还有冶金法、气液沉积法、重掺硅废料提纯法等专门生产太阳能级多晶硅新工艺技术。

2 多晶硅生产火灾危险性分析

2.1 使用或产生危险化学品的理化性质分析

不管多晶硅生产采用何种工艺,其生产过程中使用或产生危险化学品的理化性质,见表1。

2.2 生产工艺火灾危险性分析

多晶硅主要生产工艺流程图,见图1所示。

(1)氯化氢合成系统的火灾危险性。

氯化氢合成采用氢气和液氯气化合成反应制得,化学反应方程式为H2+Cl2→2HCl。氢气一般由水电解制成,如果电解槽漏气、漏液或电解液质量差,都会造成可燃物逸出或在槽内互相混合形成爆炸性气体。电解槽对地绝缘损坏、槽体搭接金属物会引起短路。液氯由相邻化工厂购入。由于氯气相对密度为2.4,如果发生泄漏,氯气会沿着地面漂浮,影响半径会达数千米之远。氯化氢合成时,如果气流控制不平稳,达到氢气在氯气中的爆炸极限,就可能发生爆炸事故。

(2)三氯氢硅合成系统的火灾危险性。

三氯氢硅的合成在反应炉内进行,反应温度为280～330 ℃,主要化学反应有:

undefined

undefined

由此可见,三氯氢硅反应炉生成的产物为混合物,除了三氯氢硅外,还有二氯二氢硅、三氯化硅、四氯化硅和氢气等副产物。因此,要对三氯氢硅进行分离、精馏,对副产物进行回收再利用。在合成过程中,反应炉内的温度已经超过三氯氢硅的自燃点(175 ℃),如果发生泄露或者空气进入反应炉,极易引起燃烧或爆炸事故,并且三氯氢硅及其副产物具有遇水燃烧、有毒、爆炸等特性,给火灾扑救带来极大的困难。

(3)多晶硅合成系统的火灾危险性。

多晶硅合成在沉淀反应器中进行,化学反应式为SiHCl3+H2→Si+3HCl。由反应式可以看出,除生成的高纯度多晶硅以外,其反应物和副产物均为易燃、易爆、有毒、腐蚀的危险化学品,其火灾危险性与三氯氢硅合成系统的火灾危险性类似。

(4)尾气回收系统的火灾危险性。

尾气回收工段属于甲类火灾危险性,主要回收利用氢气、三氯氢硅、氯化氢等危险物质,如果操作人员违反操作规程或管道阀门等出现腐蚀性损坏,会导致危险物泄漏并引发危险。

(5)储存系统的火灾危险性。

在多晶硅生产过程中,需要大量的三氯氢硅、四氯化硅等储罐,在生产和储存过程中,如果因操作失误、设备失修、工艺失控等原因造成储存设备、管线、阀门等部位发生危险品泄漏,遇水就会产生有毒、腐蚀和大量的热,甚至引发燃烧爆炸,导致人员伤亡和财产损失。

3 多晶硅生产企业的消防安全措施

笔者以万州多晶硅项目为例,探讨多晶硅生产企业的消防安全措施。

3.1 科学选址为项目创造良好的外部条件

万州多晶硅项目位于重庆万州盐气化工园,占地38.7万 m2,属于城市边缘地带,500 m范围内无大规模人员居住区,选址符合万州城市总体规划的要求。厂址地势较为平坦,位于城市全年主导风向的下侧风方向。该项目外部消防条件较好,在5 km范围内分别有万州消防支队一中队、三中队、万州消防特勤分中心和工业园区专职消防队(在建)等三个普通消防站和一个特勤消防站,其中万州消防特勤分中心为重庆七个特勤分中心之一,站内装备精良,各种抢险救援、危险化学品侦检、救生、破拆、堵漏、洗消等消防特勤器材齐全,能够处置各类危险化学品火灾、泄漏等事故。工业园区内设有专用自来水厂,供水能力达10万t/日,消防用水有可靠保障。

3.2 合理规划,确保厂区平面总体安全

合理布置各种工艺装置、设施设备是安全生产的基础。应根据产区各建筑物的生产性质及相关要求,结合场地风向和自然环境,合理划分生产区、储存区、辅助设施区和办公生活区等功能分区。各装置布置时要充分考虑风向、防火间距、耐火等级和消防扑救的要求,力求在满足生产工艺的前提下尽量降低火灾风险。考虑到厂区平面交叉运输和竖向交通运输等可能存在的影响消防通道不畅等因素,适当加大消防车道的宽度和高度,并设置成环形消防车道,重要的生产装置均能从两个方向同时通行消防车。多晶硅的主要生产装置火灾危险性均为甲类,其建筑结构耐火等级均不应低于二级,除尾气回收、精馏、还原氢化等生产工艺要求必须采用多层建(构)筑以外,其余建(构)筑物一律采用单层建筑。

3.3 防消结合,采取可靠的消防安全措施

多晶硅的主要生产装置和厂房其火灾危险性均为甲类,消防安全要求很高。在满足生产工艺的要求下,尽量遵循工厂布置一体化,生产装置露天化的原则,建(构)筑物的结构形式应采用钢筋混凝土结构。在全厂应统一设置完备的火灾自动报警系统、可燃气体、有毒气体检测报警装置和液位报警连锁装置等自动报警系统,配备专用应急电源,由厂区调度室统一监控。在具有爆炸和火灾危险性的生产工序,应设置可靠的防雷保护装置,电气设备的选用应符合《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》的要求。根据不同工序的性质和特点,分别选用室内外消火栓给水系统、气体灭火系统、移动灭火器以及干沙、水泥、石棉毯等行之有效的灭火设施。

3.4 严格制度,做好消防应急预案

多晶硅生产企业日常消防工作必须由企业实行统一管理,建立健全各项安全生产管理制度和安全操作规程。在易燃易爆、有毒有害场所工作的人员,应取得特种行业上岗资格,必须持证上岗,操作时应当遵守消防安全规定,并采取相应的消防安全措施。压力容器和管道必须建立健全设备技术档案,严格执行国家有关规定、标准,对压力容器、管道实行定期检验,发现问题应及时发出检验通知书限期解决,未解决之前不准擅自投入运行。制定完善重点工序消防应急预案,以便在发生火灾、爆炸或危险化学品泄漏的紧急情况下,正确调动内部力量、运用工艺和外部措施,安全疏散现场人员,最大限度地减少人员伤亡和财产损失。

3.5 依靠科技提高生产工艺的消防安全可靠性

用西门子法制备多晶硅,涉及大量氯气、氢气、三氯氢硅、四氯化硅、氯化氢、粉尘和酸碱,是一个易燃易爆且具有一定污染的产业。如果原料和副产物在使用、储存、回收和循环利用过程中出现管道腐蚀、通风不良等情况,极易出现跑、冒、滴、漏和粉尘爆炸危险。因此,多晶硅生产工艺一定要注重对技术系统的完整性和安全性的控制,在安全生产的关键工序和设备上加大研发投入力度,不能依靠简单的“拿来主义”,而必须走引进与自主相结合的道路,依靠科技和技术进步,积极参与多晶硅生产技术的完善和改良,才能不断提高生产工艺的消防安全可靠性。

参考文献

[1]公安部消防局、国家化学品登记注册中心.危险化学品应急处置速查手册[M].北京:中国人事出版社,2002.

[2]中国人民解放军军事医学科学院、上海市消防局.化学事故应急救援[M].上海:上海科学技术出版社,2001.

[3]GB6944-2005,危险货物分类及品名编号[S].

篇7：多晶硅生产方法

一、引言

当光线照射太阳电池表面时，一部分的光子被硅原子吸收；光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了跃迁，成为自由电子在P-N结两侧集聚形成了电位差，当硅板外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电子的定向移动形成电流流过外部电路从而产生一定的输出功率。这个过程的实质是：光能转换成电能的过程。

太阳能光伏发电技术是利用太阳能电池组件接收太阳光，电池的半导体属性将太阳光转换为电势能并通过后续的储能装备存储后加以利用的一项便捷的能源转换技术。由于太阳光的持续性及无污染性，光伏发电是可再生能源与清洁能源的代表，也是未来可持续发展新能源开发的最具期待性的技术。作为储存转换后的电能的蓄电池的性能已经成为本项技术的一个关键性的难题，后续的控制电路部分也关系着整个光伏系统的运行状态。本文讨论的是太阳能电池的关键也是核心部件硅材料的制备，硅材料

二、晶体硅太阳电池的制作过程

单晶硅材料制造要经过如下过程：石英砂-冶金级硅-提纯和精炼-沉积多晶硅锭-单晶硅-硅片切割。晶体硅太阳电池是近几十年来形成产业化最快的。生产过程大致可分为五个步骤：（1）提纯过程 （2）拉棒过程 （3）切片过程（4）制电池过程 （5）封装过程。本文讨论的单晶硅制作主要在提纯过程和拉棒过程。其他内容以后再进行探讨。

1.提纯过程：提纯过程可以简单的描述为将普通的含有大量杂质的硅熔融再进行结晶从而得到纯度很高的硅材料的过程。这个高的纯度通常在99.9999%以上。结晶过程可以近似为等温等压过程。根据热力学系统自由能理论，当系统的变化时系统的自由能减少时，过程才能进行下去。当温度大于晶体的熔点Tm时，液态自由能GL低于固态自由能GS，从液态向固态的变化，自由能增大，结晶不能进行下去；当温度小于晶体的熔点Tm时，液态自由能GL高于固态自由能GS。从液态向固态的变化，自由能减小，结晶就能自发进行下去。而在结晶进行之前必须先形成晶核，晶核的形成也有许多种，但为了保证硅的纯度通常只能加入已经提纯了的硅或者等待其自发形成晶核。晶体融化成液态后，作为宏观的固态结构已被破坏，但在液体中的近程范围内仍然存在着规则排列的原子团，这些原子团由于原子的热运动瞬间聚集瞬间又散开，这种原子在极小范围内的有序集聚称为晶坯。由于晶坯的存在，液态结构与气态相比，液态更接近固态。一旦熔体具有一定的过冷度，晶坯就会长大，当晶坯长大到一定尺寸时，就成了晶核。晶核是晶体生长最原始的胚胎（生长点）， 是极微小的微晶粒，是晶体成长的中心。

2.拉棒过程：即生长成棒，这也包含了几种方法如区熔法、直拉法、磁拉法和多次加料法等。

区熔法是按照分凝原理进行材料提纯的。杂质在熔体和熔体中已结晶的固体的溶解度是不一样的。开始结晶的头部样品集中了杂质而尾部杂质量少。

直拉法硅单晶的生长，是将硅原料连同所需掺入的杂质，熔化在石英坩埚中，然后在熔点温度下，用晶种（籽晶）引出，逐渐长大而拉制成功的。让熔体在一定的过冷度下，将籽晶作为唯一的非自发晶核插入熔体，籽晶下面生成二维晶核，横向排列，单晶就逐渐形成了，但是要求一定的过冷度，才有利于二维晶核的不断形成，同时不允许其他地方产生新的晶核。热场的温度梯度的变化必须满足这个要求。

磁拉法基本原理为：在熔体施加磁场后，则运动的导电熔体体元受到洛伦兹力的作用。使得熔体的粘滞增大。

连续加料法：实际上就是在直拉法的基础上开发出能够最低限度带入污染的加料方法，使得拉制单晶硅的成本降低。连续加料包括液态加料和固态加料。液态加料的连续加料装置包括两个独立的炉子，其间由一石英管连接在一起。依靠虹吸管的原理，熔液由一边的熔化炉输送到另一边的拉晶炉。加料的速度由两个坩埚的高度差来控制。固态加料法是直接将固态多晶硅原料加入石英坩埚。这些系统使用石英挡板来隔开晶体生长区域及多晶硅原料熔化区，以避免多晶硅原料影响固液界面温度的稳定性。因此生产上一般把挡板延伸至晶棒下方，创造出双坩埚的作用，以维持晶体生长区域的熔解量可维持固定，固态多晶硅原料是采用块状多晶。

三、总结与展望

单晶硅是目前太阳能电池材料中光能转化为电能效率最高的半导体材料，同时制造单晶硅的成本也是所有半导体材料中最高的。太阳能发电已经进入了一个发展的瓶颈阶段。我们期待光伏产业有进一步的突破，使地球上普及太阳能应用的时代早日来临。

参考文献：

[1]尹建华，李志伟.半导体硅材料基础[M].化学工业出版社，2009.

[2]徐岳生等.磁场直拉单晶硅生长[J].河北工业大学材料学院，2006.