多晶硅制备工艺及发展趋势分析

张小军（新特能源股份有限公司，新疆 乌鲁木齐，830011）

按照硅含量纯度，可以将多晶硅分成是太阳能级硅和电子级硅。在可持续发展战略下，太阳能资源的开发和利用得到了足够的重视，而进行太阳能级硅的制备则成为新的研究话题。因此，相关单位有必要对多晶硅的制备工艺及其发展趋势进行研究，以便更好的进行太阳能级多晶硅的生产，继而促进多晶硅产业的可持续发展。

1 多晶硅制备工艺概述

随着人们对太阳能资源的开发利用程度的逐渐加深，多晶硅的需求量也在不断增加。在这种趋势下，多晶硅的制备工艺、技术得到了创新和发展，以便进行多晶硅生产产能的提高和生产成本的降低。就目前来看，多晶硅的制备已经出现了诸多工艺，主要可以划分成化学方法和物理方法，而西门子法、冶金法和流化床法是较为常见的三种多晶硅制备工艺。

1995 年，西门子公司利用SiHCL3进行了CVD反应，从而创建了高纯多晶硅的制作工艺，后来则被称之为西门子法。而冶金法则是利用纯度较高的工艺硅进行硅锭的生产，并利用反复提纯法进行多晶硅的制作。利用冶金法进行多晶硅的制备，不仅可以得到太阳能级多晶硅，还能减少制备多晶硅给环境带来的伤害。而所谓的流化床法，则是通过在硅源气中加入小颗粒硅粉，并在流化床反应炉中利用混合物的连续热分解反应进行多晶硅产品的制作[1]。相较于其他多晶硅制备工艺，利用流化床法所得的硅具有沉积均匀性好的特点，可以用来进行大规模太阳能级多晶硅的生产。此外，碳热还原反应法、热线法和气液沉积法等方法都可以用来进行多晶硅的制备。但是相较于西门子法、冶金法和流化床法，其他的制备工艺都存在着一定的缺陷。

2 多晶硅制备工艺发展趋势分析

2.1 西门子工艺的不断改进

利用西门子法可以进行高纯多晶硅的制备，但是生产的产能却不高。所以，近年来，西门子工艺得到了不断的改进，以便进行改良西门子法的开发。一方面，原有西门子法的生产尾气分离工艺得到了改进，从而使得系统的能耗得以降低的同时，系统分离气体的纯度也得到了提高。另一方面，在原有西门子法的还原炉设备结构得到改造后，西门子法的炉内气体温度不宜控制、一次性转换率低的缺点则得到了改善[2]。而改良后的西门子法则出现了产生大量有害气体和多晶硅纯度不高等问题，仍然需要得到不断的改进。

2.2 流态化技术方法的不断完善

相较于西门子法，流态化技术方法具有能耗低、产能大和环境危害低的特点。所以，流态化技术方法在近年来得到广泛的应用和发展。在完善流化床方法方面，一些可再生能源公司展开了试验流化床生产，以便进行粒状高纯度的多晶硅的生产。但是，由于流化床法是一种集多种技术和学科知识为一体的制备工艺，所以在制备多晶硅的过程中具有很多复杂因素，需要得到进一步的解决。就目前来看，由于流态化过程中会产生纳米级的无定形硅粉，从而造成了多晶硅的生产率得到了降低。此外，这些硅粉附着在颗粒多晶硅产品上，也对产品的质量形成了影响。因此，想要在制备多晶硅上进一步进行流态化技术方法的运用，则需要对硅颗粒的污染等问题进行不断的改善。

2.3 物理法工艺体系的不断完善

对于大多数广发企业来讲，冶金法是较为常用的多晶硅制备工艺。就目前来看，冶金法被用于进行太阳能电池的生产上，以便进行太阳能电池的转换效率的提高。但就目前来看，冶金法存在着多晶硅纯度不理想和质量稳定性不足的问题，从而限制了该工艺的发展[3]。但是，相较于其他制备工艺，冶金法具有投资小、能耗低和污染小等特点。所以，冶金法仍然在多晶硅生产领域占据着重要的地位。而随着相关工艺技术的发展，人们也开始致力于研究如何完善冶金法的工艺体系问题，以便更好的进行多晶硅制备的物理法工艺的应用。

3 结语

总而言之，在可再生资源得到充分重视的情况下，多晶硅的制备问题也同样引起了人们的关注。而就目前来看，虽然多晶硅的制备工艺有很多，但是每种工艺在产能、能耗和环境污染等方面有着各自的特性，无法完全满足多晶硅的生产需求。所以，人们开始对西门子工艺进行不断改进，并对流态化技术和冶金法工艺体系进行不断完善，以便更好的进行多晶硅制备工艺的利用，继而确保多晶硅生产的可持续发展。

[1]董培讲.多晶硅薄膜制备工艺及其应用发展[J].黑龙江科技信息，2014,15（01）：28.

[2]徐远志.高纯多晶硅在线制备技术及发展趋势[J].云南冶金，2012,13（41）：75-79.

[3]张攀，陈光辉，李建隆等.多晶硅制备技术及其研究进展[J].材料导报学报，2012，21（26）：153-158.