物理冶金法多晶硅的成本分析与技术壁垒-完成
物理冶金法制备太阳能级多晶硅技术展望
物理冶金法制备太阳能级多晶硅技术展望摘要：分析了国内外太阳能级多晶硅的制备技术，介绍了物理冶金法制备太阳能级多晶硅的技术工艺，指出今后物理冶金法制备太阳能级多晶硅技术的研究方向和冶金法制备太阳能级多晶硅亟需解决的问题，以及未来硅材料的发展趋势。
关键词：太阳能级多晶硅；制备技术；发展趋势中图分类号：o59 文献标识码：a 文章编号：1009-0118（2011）-10-0-01一、引言多晶硅是太阳能光伏产业最主要、最基础的功能性材料。
太阳能光伏电池包括单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、非晶硅太阳能电池、化合物半导体太阳能电池[1-2]，其中多晶硅太阳能电池占太阳能电池市场份额的55%以上[3]。
随着绿色能源战略的实施，我国在光伏研究和产业方面取得了较快发展，太阳能级多晶硅市场需求得以继续保持旺盛的势头，预计在未来数年内，多晶硅的需求将持续以40%左右的速度增长[4]。
当前我国太阳能级多晶硅生产技术研发能力低，多为中低档产品，企业分散,生产规模小，国内自给率低。
针对目前我国太阳能级多晶硅发展现状，必须加快太阳能级多晶硅生产技术的自主创新，不断探索低成本生产太阳能级多晶硅的方法，改变我国多晶硅产业受制于国际市场的状况，提高我国生产多晶硅市场竞争力，否则将危及我国光伏产业的发展。
本文将对国内物理冶金法制备制备太阳能级多晶硅技术情况进行综述。
二、国内外多晶硅生产的主要技术（一）改良西门子法——闭环式三氯氢硅氢还原法：1955年，西门子公司成功开发了利用h2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。
（二）硅烷法——硅烷热分解法：1956年，英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷（sih4）热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。
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，美国联合碳化物公司采用歧化法制备sih4，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。
多晶硅生产成本解析和成本控制方法浅谈
多晶硅生产成本解析和成本控制方法浅谈作者：贺晴来源：《财会学习》 2018年第18期贺晴陕西天宏硅材料有限责任公司摘要：新能源产业中的多晶硅产业经历了从暴利时代到微利甚至无利时代的迅速演化，从整个产业的发展中可以追踪到成本控制从不被重视到被企业重视到步步为赢的身影。
这一戏剧性的过程反应出宏观经济的变幻莫测，更反映出成本核算体系、成本内部控制过程对企业生存的重要性。
它不仅反应生产活动中各项指标耗费的结果，进一步分解后更可以反应出耗费是否必要、是否过量或不足，从而帮助管理者找到控制耗费、分配耗费的方法。
我们这么做的最终的目的只有一个就是让企业更好的利用资源实现利润的最大化。
关键词：成本构成；成本分解；成本内控及方法一、多晶硅行业背景十年前由于新能源产业的迅速崛起，太阳能作为清洁能源的代表而受到追捧，太阳能的迅速发展导致了多晶硅价格的大幅上涨，价格一度飙升至 300 万元 / 吨，再加上当时我国各省发改委即可立项审批项目，投资的热度高涨造成全国上下都在开工建设。
但随后的几年，朝阳不再，价格不断滑落，投产早的企业抓住了黄金期，积累了巨额财富，这些财富有的用于企业增加产能来摊低成本，有的用于转型投产新型产业。
但更多的企业是在摸索中求生存，成本初步成为企业决胜的关键。
十年后的近期，多晶硅的最新价格已跌至 11 万元 / 吨，许多做大做强的企业无一不是在低成本的企业运营中，在价格上占领了优势，保障了充足的现金流。
那些最终销声匿迹又或者艰难前行的企业，哪一家又不是被高昂的成本拖累致残致死，成本最终成为企业生存的命脉。
二、多晶硅成本构成和分解多晶硅的生产制造过程从原材料的进入到成品的出炉，是一个封闭循坏、不可间断且分步实施的过程，适用于成本核算中的分步法。
简单的说，多晶硅是通过硅粉和三氯氢硅的化学反应还原出来的。
这一化学反应中会生产出包括四氯化硅、氢气、氯化氢及其他杂质的化学混合物，这些化学物质会以精馏的方式进行分离，分离后的各种化学物质可以再利用或者重新返回到反应中进行再循环利用。
多晶硅成本构成
多晶硅成本构成
多晶硅的成本主要由以下几个方面构成：
1. 原材料成本：多晶硅的主要原材料是硅石，硅石的价格波动会直接影响多晶硅的成本。
此外，制备多晶硅还需要添加一定的溶剂和助剂，这些成本也需要计入到多晶硅的成本中。
2. 能源成本：制备多晶硅需要消耗大量的电力和热能。
电力成本和燃料成本都会直接影响多晶硅的成本。
3. 设备成本：多晶硅的制备过程需要使用特殊的设备，如高温电炉、气体传输系统等。
这些设备的购置和维护成本也是多晶硅成本中的一部分。
4. 劳动力成本：多晶硅制备过程需要经过多道工序，涉及到操作员和技术人员的参与。
劳动力成本包括工资、福利和培训等费用。
5. 环境保护成本：多晶硅制备过程中会产生一些废气、废水和固体废弃物，处理这些废物需要一定的成本。
此外，多晶硅的制备也可能产生一些对环境有害的物质，如氯化氢等，对这些物质进行处理也需要成本。
6. 其他费用：多晶硅的生产还需要考虑一些其他费用，如管理费用、税费、保险费用等。
总体来说，多晶硅的成本受到多个因素的影响，原材料、能源
和劳动力是主要的成本构成部分。
此外，设备和环境保护成本也是重要的考虑因素。
国内外多晶硅生产和生产技术现状与发展及成本核算
2.1 西门子工艺
1955年由西门子公司开发, 1957年开始工业化生产。其主要工艺是用H2还原SHiCl3,在硅芯发热体上沉积多晶硅。由于 能耗高,效率低,不能实现闭路循环生产,有污染等问题很快便被改良西门子法所替代。2Fra bibliotek2 改良西门子工艺
改良西门子工艺也称闭环式SHiCl3氢还原工艺,是在西门子工艺基础之上,增加了还原尾气干法回收系统和SiCl4氢化工艺, 实现了闭路循环。
1.2 国内多晶硅产业发展的背景
多晶 硅 被 誉为“微电子大厦的基石”，是跨化工、冶金、机械、电子等多学科、多领域的高新技术产品，是半导体、 大规模集成电路和太阳能产业的重要基础原材料，具有投资规模大、科技含量高、产业链长等特点，经济效益和社会效益都 十分显著。随着全球电子信息产业和光伏产业的迅猛发展，多晶硅市场一直供不应求。现就国内多晶硅产业的发展现状进行 综述，并分析国内多晶硅产业巨大的经济效益，开发背景和研究现状，对存在的风险与隐忧，以及该行业发展的主要问题， 提出自己的对策和建议。
经济效益计算表 序号 1 2 3 4 5 6 项目 销售收入 总成本 销售税金及附加 利润总额 所得税 税后利润 单价/万元 41.5 24.75 2.74 14.01 4.62 9.39 产量/吨 1000 1000 1000 1000 1000 1000 合计/万元 41500 24751.22 2739 14009.78 4623.23 9386.55 备注
按销售收入 的 6.6%估算
1.4 行业发展的主要问题及其对策与建议
3
由于 多 晶 硅产业存在着产能发展规划过大，用量相对有限，国内没有掌握多晶硅核心技术，以及成本高利润空间较小 等风险和隐忧，目前我国各有关部门应冷静的把握好多晶硅产业发展布局，有关科研机构和相关企业应集中力量突破多晶硅 核心技术，为多晶硅发展创造条件。随着科学技术日益快速的发展和太阳能的大规模开发利用，多晶硅的用途越来越广，用 量也越来越大，价格也大幅度的提高。一场有关多晶硅产业开发、利用的“争夺战”在国内已经展开。 1.4.1 主要问题 同国际先进水平相比，国内多晶硅生产企业在产业化方面的差距主要表现在: (1)产能低，供需矛盾突出。2005年中国太阳能用单晶硅企业开工率在20%~30%，半导体用单晶硅企业开工率在 80%~90%，无法实现满负荷生产，多晶硅技术和市场仍牢牢掌握在美、日、德国的少数几个生产厂商中，严重制约我国产 业发展。 (2)生产规模小、现在公认的最小经济规模为1000吨/年，最佳经济规模为2500吨/年，而我国现阶段多晶硅生产企业离 此规模仍有较大的距离。 (3)工艺设备落后，同类产品物料和电力消耗过大，三废问题多，与国际水平相比，国内多晶硅生产物耗、能耗高出1倍 以上，产品成本缺乏竞争力。 (4)千吨级工艺和设备技术的可靠性、先进性、成熟性以及各子系统的相互匹配性都有待生产运行验证，并需要进一步完 善和改进。 (5)国内多晶硅生产企业技术创新能力不强，基础研究资金投人太少，尤其是非标设备的研发制造能力差。 (6)地方政府和企业项目投资多晶硅项目，存在低水平重复建设的隐优。 1.4.2 对策与建议
冶金法制备太阳能级多晶硅研究现状及发展趋势
冶金法制备太阳能级多晶硅研究现状及发展趋势谭毅;郭校亮;石爽;董伟;姜大川;李佳艳【摘要】Purification polycrystalline silicon by metallurgical method is the only way for our country to escape the dependency of silicon feedstock, and to develop low-cast and environmental friendly process for SOG-Si. Since its emergence, metallurgical method has undergone three research surges. The third development is under the leading and promotion of our country's research and industry workers, obtaining considerable useful scientific theory and practical experience. In this paper, from the definition of metallurgical method, the basic theories of metallurgical method, including saturated vapor pressure principle, segregation mechanism and differences in mechanism of oxidation, are analyzed in detail; moreover, technologies and their progress derived from the mechanisms are presented. At the end, the trend of metallurgical method is forecasted.%冶金法是我国走出硅原料依赖,发展低成本、环境友好的太阳能级多晶硅制备技术的必经之路,冶金法自诞生以来在世界范围内经历了三次研究高潮,第三次正是在以我国科研和产业工作者为主导和推动下发展的,并形成了大量有益的科学结论和实践经验.本文从冶金法的界定开始,详细分析了冶金法提纯的理论基础,饱和蒸汽压机理、偏析机理和氧化性差异机理,介绍了以上机理所衍生出的技术方法及进展,并对冶金法的发展前景进行了展望.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】7页(P90-96)【关键词】光伏产业;冶金法;提纯;太阳能级多晶硅【作者】谭毅;郭校亮;石爽;董伟;姜大川;李佳艳【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省太阳能光伏系统重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TF89太阳能作为可再生能源，储量巨大、清洁无污染、来源稳定且不受地域限制，是解决未来能源紧缺的理想选择，已成为世界各国广泛研究和推广使用的重要能源。
物理冶金 多晶硅
物理冶金多晶硅随着科技的不断发展，人们对于硅材料的需求越来越大，其中多晶硅是一种非常重要的材料。
多晶硅是一种具有高纯度、高稳定性和良好的光电性能的半导体材料。
在电子、光电子和太阳能电池等领域都有广泛的应用。
本文将介绍多晶硅的物理冶金特性及其制备工艺。
一、多晶硅的物理冶金特性1. 晶体结构多晶硅的晶体结构为面心立方结构，晶格常数为5.43。
晶体结构稳定，不易受外界影响。
多晶硅的晶粒大小为0.1~1.0mm，晶界密度较高，晶界能量也较大。
2. 晶粒取向多晶硅的晶粒取向不规则，晶体中晶粒方向随机，晶界取向随机。
晶界分布不均匀，会对材料的性能产生影响。
3. 电性能多晶硅的电性能较好，电阻率为0.1~1.0Ω·cm。
在光照下，多晶硅的电导率会发生变化，这是多晶硅在太阳能电池中应用的原因之一。
4. 光学性能多晶硅的光学性能也很好，其折射率为3.43，透射率为80%以上。
在太阳能电池中，多晶硅的光吸收率较高，可以将光能转化为电能。
二、多晶硅的制备工艺1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种制备多晶硅的方法。
通过将硅源溶解在有机溶剂中，再加入一定的催化剂和表面活性剂，制备成溶胶。
将溶胶冷却后，得到凝胶。
将凝胶热解，得到多孔硅。
将多孔硅在惰性气体氛围下高温还原，得到多晶硅。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种制备多晶硅的方法。
将硅源和载气混合，送入反应室。
在高温下，硅源分解生成硅烷气体，再沉积在衬底上。
多晶硅的取向性较好，可以通过调节反应条件来控制晶粒取向。
3. 气相传输法气相传输法是一种制备多晶硅的方法。
将气体中的硅源在高温下分解，生成硅烷气体。
硅烷气体在惰性气体氛围下沉积在衬底上。
多晶硅的取向性较好，可以通过调节反应条件来控制晶粒取向。
4. 电化学沉积法电化学沉积法是一种制备多晶硅的方法。
将硅源溶解在电解液中，通过电解的方式，在电极上沉积多晶硅。
多晶硅的取向性较差，但可以通过控制电解液中的添加物来调节晶粒取向。
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和对可再生能源的迫切需求，太阳能作为一种清洁、可再生的能源形式，正受到越来越多的关注。
太阳能级多晶硅作为太阳能电池的主要原料，其质量对太阳能电池的光电转换效率具有决定性影响。
研究和开发高效、环保的太阳能级多晶硅制备技术，对于推动太阳能产业的发展具有重要意义。
本文旨在探讨冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的研究。
我们将简要介绍太阳能级多晶硅的制备原理及其在太阳能电池中的应用。
我们将重点阐述冶金提纯法的原理、工艺流程及其优点，同时分析该方法在制备太阳能级多晶硅中的适用性。
我们将通过实验数据，详细分析冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的效果，包括纯度、晶体结构、光电性能等方面的评价。
我们将对冶金提纯法制备太阳能级多晶硅的前景进行展望，并提出可能的改进方向和建议。
通过本文的研究，我们期望能够为太阳能级多晶硅的制备提供一种新的、高效的方法，为推动太阳能产业的发展做出贡献。
二、太阳能级多晶硅的制备方法与比较冶金法提纯：冶金法提纯多晶硅主要包括硅矿的破碎、熔炼、精炼等步骤。
通过高温熔炼，硅矿石中的杂质如铁、铝、钙等被氧化去除，得到较为纯净的硅液。
随后，硅液经过进一步的精炼处理，如定向凝固、区域熔炼等，以去除残余杂质，最终得到太阳能级多晶硅。
冶金法提纯具有原料丰富、成本低廉的优点，但其提纯效率相对较低，且对环境污染较大。
化学气相沉积法（CVD）：CVD法是通过在反应器中使含硅气体在高温下分解，生成硅沉积在基底材料上，再经过退火、切割等工艺得到多晶硅。
该方法提纯效率高，制备的多晶硅纯度高，适用于大规模生产。
CVD法所需的设备投资大，运行成本高，且制备过程中产生的废气处理难度较大。
硅烷法：硅烷法是通过硅烷气体的热分解制备多晶硅。
硅烷气体可通过氢化硅烷化反应制备，其纯度较高。
硅烷法制备的多晶硅纯度高，且制备过程相对简单。
硅烷气体具有毒性，储存和运输过程中需采取严格的安全措施，限制了其在大规模生产中的应用。
冶炼法生产多晶硅简述
“冶炼法”生产多晶硅简述一、工艺原理与优势“冶炼法''生产多晶硅是利用不同杂质元素与硅的不同物理化学性质而分步进行分离提纯的方法，它由爆杂——精炼一一滤污三步组成，每步分别除去相应杂质。
其优势：1、产品质量（电阻率最低在2欧以上）能满足太阳能电池制造要求；2、生产成本低，17-20万元/吨的单位制造成本；3、投资小，单条生产线设备投资在180万左右，其产能却能达到600-900kg/ 月4、能耗低（吨硅耗电20万度以下）、无污染、安全性好、建设周期短。
二、设备组成与投资设备主要由熔炼炉——精炼炉——提纯炉组成，其他包括腐蚀操作台、测试仪、石英用具、红外干燥箱等小型设备。
单条生产线各项设备的投资预算为：为配套生产尚需建设一个5m X 7m X 2m的循环水池，一个2m X 2m X 1m 的污水处理池，上述设备占地面积为16 （爆杂车间）+16X5 （精炼车间）+16 （提纯车间）+16 （腐蚀与干燥间）+16 （测试与包装车间）=144平方米。
对于建设40条该生产线，固定资产投资预算为:固定资产投资预算表流动资金预算为：月流动资金预算表每月产出多晶硅：24-36吨（20-30个工作日计算），其产品单位成本表:产品单位成本表三、电力消耗电力实际消耗，40台熔炼炉与40台提纯炉，每台功率30kw，按照正常开机每天需要功率2400kw，另外加上200台精炼炉，每台功率30KW，则需要6000kw，总电力需要量为9000kw。
但是如果错开使用时间（每次使用启用20 台，6小时后启用另外20台，如此类推），实际功率需要量可减少为1200kw+ 6000kw+其他用电600kw = 7800kw。
四、人员需求腐蚀间8人+熔炼车间16人+精炼车间80人+提纯车间4人+测试2人+ 包装2人= 112人。
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究的开题报告
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究的开题报告一、研究的背景与意义多晶硅是太阳能电池的重要材料之一，具有较高的光电转换效率和较低的生产成本，是发展太阳能光伏产业的基础。
目前许多工业生产多晶硅的方法存在着原料资源消耗大、高能耗、高污染等问题，而使用太阳能为能源提供动力的多晶硅制备技术则具有更好的环保性和经济性。
本研究旨在通过使用太阳能为能源开发一种新的多晶硅制备技术，优化现有的多晶硅生产流程，并探索制备更高质量、更低成本的太阳能级多晶硅的可能性，为太阳能光伏产业的发展做出贡献。
二、研究的内容和方法1. 研究内容本研究的内容主要包括以下几个方面：（1）调查现有多晶硅制备技术的优缺点，并分析使用太阳能为能源的多晶硅制备技术的潜力。
（2）通过实验设计和实验验证，探究太阳能作为能源的多晶硅制备技术的适用条件和最佳操作参数。
（3）比较分析使用太阳能和传统燃料为能源的多晶硅制备工艺的成本和环境效益，评估其经济效益和应用前景。
（4）制备出太阳能级多晶硅试件，对其光电性能进行测试和评估。
2. 研究方法本研究采用以下方法进行：（1）文献调研，对现有多晶硅制备技术的发展历史、优缺点、未来发展趋势进行全面了解。
（2）实验研究，通过设计多组实验方案，制备出太阳能级多晶硅试件，并对其性能进行测试，进行数据分析和比较。
（3）数据分析，运用统计学方法和计算机模拟技术，对实验数据进行分析和处理。
三、研究的预期成果1. 科学理论成果（1）建立太阳能为能源的多晶硅制备流程，完善太阳能多晶硅制备技术体系。
（2）探索太阳能为能源的多晶硅制备技术的适用条件和最佳操作参数，提高多晶硅制备的效率和质量。
2. 实际应用成果（1）制备出太阳能级多晶硅试件，在太阳能光伏系统中进行应用。
（2）降低多晶硅制备成本，促进太阳能光伏产业的发展。
四、研究的进度计划本研究计划于2022年初开始，预计为期2年。
1. 第一年（1）文献调研和实验设计：调研现有多晶硅制备技术的优缺点和太阳能为能源的多晶硅制备技术的潜力，设计多组实验方案。
物理冶金 多晶硅
物理冶金多晶硅物理冶金是一门研究金属材料的结构、性质和加工工艺的学科，是材料科学中的重要分支。
而多晶硅则是一种用于制作太阳能电池等半导体器件的材料，具有高效能、长寿命、环保等优点，因此备受瞩目。
本文将从多晶硅的制备、结构和性质等方面进行探讨。
一、多晶硅的制备多晶硅的制备主要有两种方法，一种是气相沉积法，另一种是电化学沉积法。
气相沉积法是将气态硅气体通过化学反应沉积在衬底上，经过多次循环反应，形成多晶硅。
这种方法具有制备速度快、成本低等优点，但是硅气体的纯度要求较高，同时在反应过程中还需要控制温度、压力、流量等因素，以保证反应的稳定性和可控性。
电化学沉积法是将硅盐溶液通过电化学反应在电极上沉积，形成多晶硅。
这种方法具有制备过程中无需高温高压、设备简单等优点，但是制备速度较慢、成本较高。
二、多晶硅的结构多晶硅的晶粒是由许多单晶粒子拼接而成的，因此具有多晶结构。
多晶硅的结构对其性质具有重要影响，一般来说，晶粒越小，多晶硅的电阻率越高，光电转换效率越低。
多晶硅的结构也会受到制备方法的影响。
气相沉积法制备的多晶硅晶粒相对较大，晶界较少，因此具有较高的电导率和较低的电阻率；而电化学沉积法制备的多晶硅晶粒相对较小，晶界较多，因此具有较高的电阻率和较低的电导率。
三、多晶硅的性质多晶硅的性质取决于其结构和制备方法。
一般来说，多晶硅具有以下性质：1. 电学性质：多晶硅具有半导体的电学性质，具有较高的电阻率和较低的电导率，因此适合用于制作太阳能电池等半导体器件。
2. 光学性质：多晶硅具有良好的光学性质，具有高的吸收率和低的反射率，因此适合用于制作太阳能电池等光电器件。
3. 机械性质：多晶硅具有较高的硬度和强度，因此适合用于制作微机电系统（MEMS）等微纳技术领域的器件。
4. 热学性质：多晶硅具有较低的热膨胀系数和较高的热导率，因此适合用于制作高温传感器等高温器件。
四、多晶硅的应用多晶硅具有许多优良的性质，因此在半导体器件、光电器件、微纳技术领域等方面得到了广泛应用。
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究
冶金提纯法制备太阳能级多晶硅研究清洁可再生能源是人类文明可持续发展,解决能源短缺、环境污染与经济发展之间矛盾的首要选择。
其中,太阳能以分布广泛、储量无穷、清洁无污染等优点备受世人关注,太阳能的研究和应用也成为人类能源发展的主要方向之一。
随着越来越多的国家启动国家性光伏工程,光伏产业必将迎来更加迅猛的发展,对太阳能级多晶硅的需求也将极大的增加。
太阳能级多晶硅不仅是光伏产业的基础原材料,同时也是提纯制备半导体级硅的主要原材料。
目前,太阳能级多晶硅主要采用化学方法制备,成本高、污染大、关键技术被国外垄断,导致供应严重匮乏,直接催生了太阳能级多晶硅制备新工艺的研究热潮。
其中,采用冶金手段提纯制备太阳能级多晶硅以其成本低、无污染等特点尤其受到重视。
通过对其他研究机构与学者提出的工业硅提纯工艺仔细对比和研究,本研究提出了一种采用冶金手段将工业硅提纯至5N以上,最终制备为适合制作太阳电池的多晶硅铸锭的新工艺路线,并通过实验进行了验证。
本工艺主要采用酸洗、真空精炼、一次定向凝固、电子束精炼、二次定向凝固五个步骤提纯制备太阳能级多晶硅铸锭。
同时本研究还涉及坩埚选择、检测手段和腐蚀方法等,并研究定制了一系列相关的多晶硅提纯设备。
酸洗实验结果表明,不同的酸对工业硅中杂质的去除效果是不同的。
HF酸洗去除杂质Al、Fe效果最佳;而对杂质Ca、Ti、Cu、Zn而言,HF酸洗与HCl酸洗效果相差不大。
当工业硅粒度为0.1～0.5mm,在60℃恒温水浴条件下,由4 mol/l的HF酸酸洗24小时以上时,酸洗效果最佳,工业硅中的金属杂质去除率可达到88.9%。
当在酸洗过程中施加超声场时,声流和声空化作用使硅粉表面未完全暴露的晶界狭缝处的杂质被去除的更加彻底,可以提高酸洗提纯效果。
真空精炼研究表明,当真空度为10<sup>-2</sup>Pa时,精炼30～40 min可以有效去除工业硅中的饱和蒸气压高的杂质元素。
国内物理法生产多晶硅简讯
国内物理法生产多晶硅简讯(上)(2009-03-03 20:47:39)转载标签：分类：光伏产业论坛杂谈太阳能级多晶硅技术分为化学法与物理法两大类。
物理法制程又称为冶金法，是将冶金级硅在不改变硅的本质状况下，主要利用物理方法将杂质移除。
物理法成本低廉，被视为是取代高纯度多晶硅生产的明日之星。
据报道，已有零星的由物理法生产的多晶硅面市，但物理法生产多晶硅的均一性、稳定性、规模性以及其光电转换率衰退快一直是物理法亟待解决得难题。
国内已有大量的企业、研究机构投入到这些难题的攻坚战中，本文以网络为基础，收集了国内在物理法生产多晶硅方面相关企业的一些进展和成果并整理如下（排名不分先后）。
1.河南迅天宇公司高文秀采用的“方城物理法”，与传统的化学法相比，电耗只有1/3，水耗只有1/10，生产成本只有1/6。
2006年4月，物理法多晶硅产品中试成功，当年生产的4-6Ｎ级高纯多晶硅悉数出口。
该公司物理法提纯高纯度多晶硅技术不仅打破了国内太阳能产业的高能耗瓶颈，还首次实现出口，确立了中国在世界光伏产业链上的地位。
该技术实现产业化，产品成本大幅降低，以其独特的环保、节能、安全工艺流程，填补了国内空白，达到国际领先水平。
2.福源硅业有限公司肖世平经过多方的共同努力，7月20日吉林市白山市八道江福源硅业有限公司与上海太阳能科技有限公司（隶属于A股上市公司航天机电）共同研发的6N多晶硅中试成功。
福源硅业有限公司采用高纯硅石、碳进行碳热还原，硅液加入絮凝熔剂、钡盐、吹氧精炼后可有效去除硅液中的杂质，再通过化学提纯、真空精炼、定向凝固可制备出符合太阳能级多晶硅材料。
白山市八道江福源硅业有限公司1000吨太阳能级多晶硅项目的建成投产将成功打破西方国家的技术封锁，对我国的信息产业、民族工业产生巨大推动作用。
白山市八道江福源硅业有限公司1000吨太阳能级多晶硅项目采用自主研发的“物理法”提纯工艺技术，生产成本预计仅是国外的2/3，总投资节省2/3。
多晶硅制造成本及利润走势分析
多晶硅制造成本及利润走势分析硅太阳能电池一年收回能耗这几年我国太阳能建设发展很快，到去年年底，我国生产的太阳能电池总量已经达到1088兆瓦，安装的组件超过1717兆瓦，中国太阳能电池生产总量已经位居世界第一，超过日本、欧洲和美国。
我们生产的太阳能电池超过90%的产品都出口，自己安装的很少，大部分都出口到欧洲的德国、西班牙等地，一部分也出口到日本和美国。
这是非常好的事情。
不过，有人并不支持发展多晶硅。
他们认为，多晶硅和太阳能电池生产耗能大、污染大，建成的绿色能源又都在外国。
这种说法是不可取的。
多晶硅的生产耗能确实大，这是因为我们的生产工艺离国际先进水平差距比较大。
“还原”是生产多晶硅的一道重要工艺，也是耗能最多的工序。
国内目前的水平大致是每公斤耗费100-200度电，徐州中能利用引进生产线已经降低到85度，洛阳中硅依靠国内技术攻关已经在180度以下，估计很快可以降到120度，而国外同行可以做到70度以下。
总体来说，生产工业硅每公斤需要30度电，生产多晶硅每公斤150-250度电，再拉成单晶硅每公斤消耗60度电，而每公斤单晶硅可以切60-90片，这又要耗电6-8度，再做成太阳能电池要110度电。
所有工序加起来，每公斤硅变成太阳能电池要用350-450度电。
而每个硅片做成太阳能电池发电2.5瓦，太阳能电池能够用20-30年，假设每年平均日照3000小时，那么每公斤硅片可以发9000-13500度电。
按照最高耗能450度计算，其能源再生比达到20到30，也就是用1度电生产出20-30度电。
从这个意义来说，硅太阳能电池只要在太阳下照一年，就能把所有能源消耗收回。
每公斤售价超出成本最高9倍随着技术的进步，生产多晶硅的能耗可以降低，而太阳能电池的发电效率可以提高，能源再生比可以达到40甚至以上，届时太阳能电池只要在太阳下照一年，就能把所有能源消耗收回。
所以，我认为发展多晶硅及光伏产业是功在当代、利在千秋的事情。
物理冶金法多晶硅的成本分析与技术壁垒-完成
2.6目前物理冶金法的提纯水平
可根据需要将2N的工业硅纯度提高到5～6N； 用反复定向凝固的方法或其它方法可提高到6N以上； 但将纯度提高到9N～12N，成本要很大提高，不适用； 目前B、O、Fe含量偏高，存在光衰减现象，但可以克服。 本人看法：根据冶金法的优缺点，它适合于现阶段 我国太阳能级多晶硅的制备！
从硅矿直接获 3N多晶硅
从2N提纯到～4N 除金属杂质， ≤0.1ppm 除P可达≤0.05ppm 除B效果： 0.04－0.08 ppm 4N原料可达5N以上 除金属杂质 除P效果： 0.03-0.14ppm 除金属、P、B， 残留Al 可达6N
小于1$/kg （比常规冶炼 多1千元/吨）
小于4$/kg 5～8$/kg 1~4$/kg 耗电较大 小于1$/kg 35-40$/kg 耗电较大 小于5$/kg 5－7$/Kg
四、物理冶金法的技术壁垒
Technical barrier of Physical Metallurgical Method
4.1太阳能级多晶硅（SOG-Si）的基本要求
(1)生长方向： SOG-Si的生长方向必须和入
射光平行，切片方向必须和入 射光方向垂直！否则因为多晶 的晶界阻挡作用， 不能用于 制备太阳电池。 所以，SOG-Si制备的最后工 序都必须定向凝固生长。物理 冶金法最后工序已进行了定向 凝固除金属杂质，可直接制备 电池，不必重复定向凝固。
Typical method 典型的方法
Advantage 优点
（1）Process maturation 工艺较成熟 （2）Can volume-produce 能大批量生产 (3) Purity high ( 9-12N) 纯度高
(4) In application to electronic industry （IC） 可用于电子工业
多晶硅成本构成
多晶硅成本构成1. 引言多晶硅是太阳能电池的主要原料，其成本构成对于太阳能产业的发展至关重要。
本文将详细探讨多晶硅成本的构成，以及对成本的影响因素。
2. 多晶硅生产过程多晶硅的生产过程包括原料准备、冶炼、纯化和晶体生长等环节。
不同环节的成本构成也有所不同。
2.1 原料准备原料准备是多晶硅生产的第一步，主要包括硅矿石的开采和矿石的破碎、磨矿等处理过程。
这些过程的成本主要包括人力成本、能源成本和设备维护成本等。
2.2 冶炼冶炼是将硅矿石转化为硅金属的过程，主要包括熔炼、还原和精炼等步骤。
这些过程的成本主要包括能源成本、原料成本和设备维护成本等。
2.3 纯化纯化是将冶炼得到的硅金属进一步提纯的过程，主要包括气相法和液相法两种方法。
这些过程的成本主要包括能源成本、化学品成本和设备维护成本等。
2.4 晶体生长晶体生长是将纯化的硅材料转化为多晶硅的过程，主要包括单晶法和多晶法两种方法。
这些过程的成本主要包括能源成本、晶体生长设备成本和设备维护成本等。
3. 多晶硅成本构成因素多晶硅的成本构成受到多种因素的影响，下面将详细介绍其中的几个重要因素。
3.1 原材料成本原材料成本是多晶硅成本的重要组成部分，主要包括硅矿石的价格和供应稳定性。
硅矿石的价格受到市场供需关系的影响，供应不稳定会导致价格波动，进而影响多晶硅的成本。
3.2 能源成本能源成本是多晶硅生产过程中的重要成本因素，主要包括电力和燃料等。
电力是多晶硅生产中最重要的能源，其价格波动和供应稳定性对成本构成有直接影响。
3.3 设备成本设备成本是多晶硅生产中的重要成本因素，包括原料准备设备、冶炼设备、纯化设备和晶体生长设备等。
设备的价格和维护成本对多晶硅成本构成有重要影响。
3.4 劳动力成本劳动力成本是多晶硅生产中的重要成本因素，包括生产工人的工资和福利待遇等。
劳动力成本的高低直接影响到多晶硅的成本。
4. 多晶硅成本降低策略为了降低多晶硅的成本，太阳能产业采取了一系列策略。
冶金法多晶硅的困局
太阳能电池等级多晶硅项目已竣工。
公司与德国、日本、瑞士等国的公司签定了五年内销售４０００吨６Ｎ多晶硅的合同。
２００７年４月２４日公司获得三菱公
据闻立时介绍，由于技术不成熟，目前为止，全世界没有一个工厂实现了６Ｎ冶金法多晶硅的量产。
中国的民营小企业通过两三年的艰苦奋斗，已经能够生产出４～５Ｎ的多晶硅。
这种情况在２００６年就引起了美国公司的重视，他们专程到中国来进行了调查，而且提出来希望以后能在中国买４～５Ｎ的多晶硅，但是，在落实的过程中遇到了困难，因为这些小的厂家使用
也就是说适应不同的市场。
冶金法如果能稳定投产，那地坪灯都需要，没有必要非要跑到欧洲、美国与要求能并网发电的电池相比。
像薄膜太阳能电池一样，尽管一般商业化的效率才８％，但因为成本不高，在特定的市场了也有大量的应用，过去薄膜电池衰减也是很大，但经过一定的时间解决了这一问题。
如果用冶金法多晶硅能稳定地生产低效率电池，如３％～５％，用于小电流、小功率要求的产品领域，但成本只有现在的１／３，１／４，１／５乃至１／１０，或许就是冶金法硅材料做太阳能电池的一个出路。
”
大连理工大学太阳能研究中心主任潭毅也谈到“美国的路灯和草坪灯的用量是相当大的，从洛杉矶到拉斯维加斯的路上到处都是太阳能发电的紧急电话，无论是电话还是草坪灯，效率要求都并不是很高，而美国的草坪灯在超市１４美元可以买６只，都是ｍａｄｅ ｉｎｃｈｉｎａ，并不算贵，用起来很方便。
尽管我。
冶金法生产多晶硅
冶金法生产多晶硅冶金法多晶硅相关材料目录一、冶金法介绍 (1)二、项目投资成本 (2)三、技术路径 (3)四、主要企业 (5)一、冶金法介绍目前，国际多晶硅生产的主流工艺是改良西门子法，占总产能85%以上。
2010年用该技术生产的多晶硅占全球总产量的86.6%。
太阳能级多晶硅仅需要6个9的纯度即可，西门子法一般提纯后可达11个9以上。
为保证得到多晶硅电池最佳的电流传输率，西门子法还需要进行掺杂工序（掺硼掺磷），这无疑增加了光伏电池制造的成本。
另外，某些公司也采用其他方法来制作多晶硅，如硅烷法、流化床法。
此三种方法都属于多晶硅制作中的“化学法”。
物理法是采用对冶金级的硅进行造渣、精炼、酸洗（湿法冶金）、定向凝固等方式，将杂质去除。
由于硅是不参加化学反应的，所以俗称物理法。
但其实，无论是造渣、精炼还是酸洗，都不可避免地涉及到化学反应，因此，比较准确的叫方法应该是冶金法。
物理法主要有区域熔化法（FZ）、直拉单晶法（CZ）、定向凝固多晶硅锭法（铸造法）等等。
按照硅的纯度不同，硅料分为冶金级硅（MG-Si）、太阳能级硅(SG-Si)、电子级硅(EG-Si)，国际业界通常把物理法称为冶金法（Metallurgical Method），把物理法提纯的硅称为UMG-Si （Upgraded Metallurgical Grade Silicon）。
UMG-Si制备由于其工艺路径使其理论提纯水平仅能够达到7N级，化学法可提纯至9N级以上用于半导体行业，而3N以下的冶金级硅料主要用于铝合金等领域。
因此，UMG-Si的目标市场即为太阳能光伏领域。
二、项目投资成本UMG-Si由于采用的是物理提纯方法，主要是通过物理变化而非复杂的系列化学反应来提取硅料，在设备投入、环保控制、能耗指标等均低于化学法制备，就SG-Si制备而言具备成本优势。
在2011年初，就项目总投资而言，化学法多晶硅制备如果从三氯氢硅开始直至多晶硅产出，年产量1000吨的工厂大约需要投资6亿到7亿元人民币，；而UMG-Si制备由于采取的工艺路径和原材料冶金硅品质的区别，其初始投资以年产1000吨计算，大约在2亿元左右。
多晶硅研究系列2：多晶硅生产成本的构成与控制
多晶硅研究系列2：多晶硅生产成本的构成与控制多晶硅研究系列2:多晶硅生产成本的构成与控制通过对多晶硅主要生产工艺(TCS改良西门子法、硅烷流化床法和冶金法)的比较我们发现:1.基于TCS的改良西门子法仍是多晶硅生产最主要的方法改良西门子法目前为全世界提供了85%以上的太阳能级多晶硅;截至2011年底，全球TOP4多晶硅供应商(保利协鑫、德国Wacker、美国Hemlock、韩国OCI)的18.165万吨产能中有18.1万吨是TCS改良西门子法，占比超过99.6%。
2.TCS 改良西门子法仍是综合成本最低的多晶硅生产方法由挪威REC(REC.OL)主导的硅烷流化床法尽管能耗更低，但在考虑折旧后的综合成本上并无优势(4Q11，REC硅烷流化床法多晶硅的综合成本是$26/kg，同期，保利协鑫的综合成本是$19.3/kg)，而且这个局面似乎在未来一段时间仍将保持(REC预计今年Q4将降至$23/kg，这个数值仍高于保利协鑫去年底实现的$18.6/kg)。
接下来，我们以改良西门子法为对象，研究太阳能级多晶硅生产成本的构成和控制。
一、多晶硅生产成本的构成以成本领先的$保利协鑫能源(03800)$为例，我们考察一下太阳能级多晶硅综合成本的构成情况。
(3Q11保利协鑫多晶硅综合成本的构成情况，来源:国泰君安国际评级报告) 如上图所示，电力成本、TCS(三氯氢硅)成本和折旧是多晶硅生产中最大的三项独立成本，分别占到总成本的32%、21%、16%;排在其后的是蒸汽成本和人力成本，占比降低到7%和6%;其他成本主要包括气体成本(如氢气、氯气)、用水成本、设备维护和保养成本等，占比达到18%。
不难看出，在产业层面上，降低多晶硅综合成本的关键是控制电力成本、TCS 成本和折旧成本。
二、多晶硅生产的成本控制和新工艺1.电力成本的控制多晶硅生产最主要的成本是电力成本。
要降低电力成本，办法无外乎两个:减少综合电耗和寻找便宜的电。
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2.7 物理冶金法的技术现状 (Status of physical metallurgical method )
精细冶炼：选矿、造渣、吹气精炼（已成熟） 湿法(酸洗)冶炼（已成熟） 各种定向凝固（已基本成熟）： 自然凝固、区域提纯、布里兹曼凝固、HEM、EMC 激光定向凝固（探索）等 各种单晶生长技术：CZ、FZ、MCZ（已成熟） 等离子体氧化除硼、湿汽氧化除硼（探索） 真空电子束去磷（探索） 等离子化学反应提纯（探索） 激光诱导化学反应提纯（探索） 金属溶液结晶技术（探索） 电迁移提纯等（探索）
已成熟
湿法提纯 定向凝固 真空熔炼 等离子体氧化 反应等离子体 单晶生长 电子束除磷 金属熔体重结晶 从硅液提纯
已成熟 基本成熟 基本成熟 探索 探索 已成熟 基本成熟 探索 探索
各种物理冶金法提纯成本分析的说明
除单晶法外，各种物理冶金法成本都小于10$/kg; 单晶CZ法在生长速率小于20mm/hr时，有显著的提纯 效果，但成本也显著增加，并引入氧；从长远观点看， 不宜采用CZ法制备SOG－Si。 定向凝固和真空熔炼的工艺中坩埚占成本约30％,如果 坩埚能反复使用或代用，则成本将大大降低. 电子束除磷和等离子体氧化除硼，效果良好，但耗电量 较大。 从硅液提纯可利用冶炼时的余热，成本最低，可达到5 －7$/kg。 目前国内物理冶金法，经努力可做到成本小于10$/kg！
物理冶金法是当前降低晶体硅太阳能 级成本的最有效方法之一！
如果不考虑当前市场抄作的因素, 改进西门子 法生产的SoG-Si成本约20-25$/kg(未铸锭）; 物理冶金法成本约10$/kg（可不铸锭）以下, 最低仅仅5~7 $/kg. 所以推广物理冶金法有可能实现使电池成本 降低于1$/Wp, 低于风力发电, 加上太阳电池 发电的绿色、安全、方便等因素可以不需要 政府的优惠政策而进入市场.
2.3 制备硅太阳电池材料的两条路线 Two Processes for Si Solar Cells materials
2.4 两种提纯工业硅方法的比较
Kind 种类 Definition 定义 Chemical Method 化学法 Feedstock Si component occur change in purification process. 提纯中原料硅成分发生化学变化 （1）Siemens Method (西门子法) （2）Improved Siemens Method （改进西门子法） (3)Monosilane method（硅烷法） (4) Fluidized bed method （流化床法） Physical Metallurgical Method 物理冶金法 Feedstock Si component keep immovability in purification process. 提纯中原料硅成分保持不变。 （1） Acid extraction method（酸洗法） （2）Vacuum smelting method （真空熔炼法） （3）Blowing gas method （吹气法） （4）Oxidation under plasma beam （等离子体氧化法）
Disadvantage 缺点 (1) Investment larger ：投资大 103ton/a invest more than hundred million RMB (年产千吨，需投资10亿元以上) (2) Exist fatalness of pollute and blast 存在污染和爆炸危险
推广光伏发电技术的关键在于降低成本
光伏发电一次性投入高，但使用寿命长（ 10～20年） 电池：3－4$/Wp；模组：比电池高0.65$/Wp 光伏电价约是风力电价3倍，常规电价的9倍。 发展光伏产业的关键： 除了各国政府推出鼓励性政策外， 须大大降低原料成本（约占60％）和电池制备成本！ 如果太阳电池成本降低到～1$/Wp, 则可风力发电相当， 光伏产业就不需要政府的优惠政策而进入市场。 如果太阳电池成本降低到～0.3$/Wp, 则可火力发电相 当，光伏发电就可进入千家万户。 所以, 在保证质量的前提下，低成本是光伏产业发展的 必经之路！
二、物理冶金法简介
物理冶金法和含义和回顾 制备硅太阳电池材料的两条技术路线 两种提纯工业硅方法的比较 物理冶金法简介
2.1 物理冶金法的含义和回顾
物理冶金法：用类似于金属冶炼提纯的一整套方法来提纯多晶硅 的方法统称为物理冶金法，或简称物理法、冶金法。 含义： （1）物理冶金法不是仅仅一种方法，而是一整套方法。 （2）最主要特点是硅材料在提纯工艺过程中成分保持不变！ （3）冶金法是类似于金属冶炼的各种物理、化学方法， 以物理原理为主，又别于以化学原理为主的西门子方法 和硅烷法。 回顾：从1938年苏联首先建立工业硅生产以来，就有精细冶炼法。 如：通气法， 造（制）渣法等。 目的： （1）提高工业硅纯度； （2）放宽对原料（硅矿石、还原剂）和设备（碳棒）纯度的 要求。
Conclusion 结论
Apply to IC industry 应用电子工业
Apply to PV industry 应用于光伏产业
2.5 物理冶金法的特点
简便：方法、原理、设备、操作都简便，容易掌握和推广。 可完全和工业硅的冶炼工艺兼容 大大节约能耗：可充分利用工业硅冶炼的余热 大大降低提纯的成本，太阳能级多晶硅成本<10$/kg 投资少：年产千吨太阳能级多晶硅，投资约1～2亿元（西门子 法约10亿元以上） 危险性和环境污染较小。
四、物理冶金法的技术壁垒
Technical barrier of Physical Metallurgical Method
4.1太阳能级多晶硅（SOG-Si）的基本要求
(1)生长方向： SOG-Si的生长方向必须和入
射光平行，切片方向必须和入 射光方向垂直！否则因为多晶 的晶界阻挡作用， 不能用于 制备太阳电池。 所以，SOG-Si制备的最后工 序都必须定向凝固生长。物理 冶金法最后工序已进行了定向 凝固除金属杂质，可直接制备 电池，不必重复定向凝固。
Outline
一、光伏产业的关键在于降低成本 二、物理冶金法简介 三、物理冶金法的成本分析 四、物理冶金法的技术壁垒 五、当前物理冶金法多晶硅的质量 六、对发展我国物理冶金法的建议
一、光伏产业的关键 在于降低成本
Key problem is reduce cost
for PV domain.
全球性能源紧缺，污染严重
Lack of energy sources , serious pollution in the World，
光伏发电的特点
光伏发电的优点： 清洁，无机械运动，无污染，轻便，有阳光处就可用， 能量回收期短， 长寿命。 光伏发电的各种应用： （1）并网发电：小电站，屋顶工程； （2）离网发电：移动通讯电源、手机直放站电源 PV－LED（光伏－发光二极管）系统： 电压、电流、功率、直流、安全等方面两者匹配最好！ （庭园灯、夜景灯、路灯、交通指挥系统、灯塔、长久 广告牌、夜景工程、照明等）可能成为光伏应用的亮点。 （3）建筑一体化
(3) Need treatment a mass of exhaust gas and outgrowths 需要处理废气和副产物
(4) Technology complex, more patents 工艺复杂，专利保护
(1) Process no maturation, without normative equipment 工艺不够成熟，没有标准设备 (2) Now not can volume-produce 目前尚不能大批量生产 (3) Purity lower (3 - 7N) 纯度低 (4) Not can directly apply to electronic industry, but can apply to PV industry 不能直接用于电子工业，但经努力可以用于光伏产业
不可用的多晶硅片
可用的多晶硅片
（2）化学纯度要求
金属杂质总量：Metal total＜0.1ppm 主要是：Fe、Cr 等深能级过渡元素，影响效率和可靠性 B含量： ＜0.3ppm 主要影响电阻率和可靠性 (Fei-Bs对， Bs-Oi2对产生光衰减) O含量： ＜1.5x1018cm－3，ASTM 1188, IRFT检测极限， [O]<5x1017cm－3 主要影响电阻率和可靠性 P含量： ＜0.1ppm 主要影响电阻率和补偿度 C含量：＜1x1017cm－3， ASTM 1391 IRFT检测极限， [C]<8.2x1016cm－3 主要影响吸收系数、电阻率、可靠性、过量将形成SiC
（1）Investment few：投资较少 103ton/a invest～two hundred million RMB (年产千吨，需投资~2亿元人民币) （2）Pollute few，more safety 污染较少，较安全 （3）Process easier, easy extend 工艺较简单，易推广 (4) Technology compatible with metallurgy 工艺和冶炼兼容
三、物理冶金法的成本分析
Cost analysis of Physical Metallurgical Method
（仅供参考！）
各种物理冶金法提纯效果和成本分析
方法名称 主要工艺 提纯效果 成本估计 说明
精细冶炼
原料精选、精细冶炼、 造渣、吹气
酸洗 铸锭、HEM、EMC 除P、Al、Ca 除B 除金属、B CZ、MCZ、FZ 真空下电子束辐照 低温Si-Al 熔化重结晶 ——
2.6目前物理冶金法的提纯水平
可根据需要将2N的工业硅纯度提高到5～6N； 用反复定向凝固的方法或其它方法可提高到6N以上； 但将纯度提高到9N～12N，成本要很大提高，不适用； 目前B、O、Fe含量偏高，存在光衰减现象，但可以克服。 本人看法：根据冶金法的优缺点，它适合于现阶段 我国太阳能级多晶硅的制备！