太阳能产业链PPT课件

果。
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硅材料的提纯
其中的一种物理提纯法：
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硅材料的提纯
物理提纯法：
❖ 物理提纯中，一般设计到三个步骤：
❖ 第一是去除硅材料中的P元素
❖ 第二是去除硅材料中的B元素
❖ 第三是通过定向凝固去除硅材料中的金属 元素
❖ 目前，去除P、B，特别是B元素成为物理提 纯法中最为关键的步骤。B元素的含量成为 评判物理法硅材料最重要的的精制
• 工业硅（又称金属硅）用途广泛，可以用于保温材料（例 如耐火砖，高温密封件，电焊条等），冶炼用硅（高硅铸 铁，硅钢，矽钢片，碳化硅材料等），化学用硅（有机硅 集合物，硅胶，硅烷，耐低温润滑油等等),电子用硅，用 于制造晶体管，集成电路，功率器件，提纯光电高纯硅）。
❖ 随后，西门子工艺的改进主要集中在减少单位多晶硅产品的原料、辅料、电能 消耗以及降低成本等方面，于是出现了改良西门子法。
❖ 1956年英国国际标准电气公司的标准电讯实验所研究成功了SiH4热分解制备多 晶硅的方法，被称为硅烷法。1959年日本的石冢研究所也同样成功研究出该方 法。美国联合碳化物公司研究歧化法制备SiH4，1980年发表最终报告，综合上 述工艺并加以改进，诞生了新硅烷法多晶硅生产工艺技术。
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硅材料的提纯
物理提纯法与化学提纯的比较：
工 艺指 标 物理提纯法（物理方法） 化学提纯法（化学方法）
质量 成本
二至六个“9” 低
可达十一个“9”以上 高
设备
简单，可操作
复杂，技术难度大
产量 能耗与污染
高 耗能低，“三废”很少
低 高耗能，“三废”污染源多
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太阳能级硅材料
▪ 太阳级硅简称SoG硅（Solar Grade Silicon）是指其 性能可以满足制造晶体硅太阳电池需要的硅材料，本 质上也应当是高纯度硅。绝大多数非人为掺入硅中的 杂质都是有害无利的，因此采用多种方法提纯工业硅， 去除硅中杂质到一定限度，使其不至于对器件（太阳 电池也是一种光电转换的器件）性能产生不良影响。
太阳能产业链
从“泥沙”到“白金” ——太阳能电池产业链
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太阳能产业链
一、工业硅冶炼 工业硅是制备多晶硅的基本原料，其制备的方法很多，通常用还原 剂油焦在高温中将SiO2还原为单质硅。还原剂有碳、镁、铝等。 一般工业生产中选用价格低的焦炭（和木炭）、木材、玉米芯等还 原剂。 在生产中采用工业电炉，将碳电极插入硅石和还原剂组成的炉料中， 加热到1600~1800℃还原出硅，反应式为：
Si2 O 2C 1 6 ~ 1 0 8 0 C 0 0S i2CO
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太阳能产业链
二、工业硅提纯,多晶硅生产 产业链最上游是7家太阳能多晶硅（ Silicon ）厂商：Hemlock、
德国Wacker、日本德山(Tokuyama)、REC、MEMC、Misubishi和 Sumitomo，他们对全球的多晶硅供应造成了严重的垄断，总产量占 到全球太阳能多晶硅总产量的95%以上，其中，前3大厂产能约占全 球总产能近6成，而龙头厂Hemlock市占率高达23% 。
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硅材料的提纯
高纯硅材料化学提纯方法
❖ 在第二次世界大战期间美国杜邦公司采用锌（Zn）还原SiCl4制出多晶硅，供美 国的电子公司生产高频二极管 ，但用途未扩大 。
❖ 1955年西门子公司研究成功了用H2还原SiHCl3，在硅芯发热体上沉积硅的工艺技 术，并于1957年建厂进行工业规模生产，这就是通常所说的西门子法。
术含量相对较低，进入门槛亦低，属于劳动力 密集型产业，全球厂商数量超过200 家，国内 也有相当多企业进行封装作业。
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太阳能产业链
五、安装组成太阳能发电系统 最后，把封装好的太阳电池组件进
行安装，即可组成太阳能发电系统
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一、冶炼
硅材料及冶炼
南安三晶冶炼厂进行金属硅冶炼
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硅材料及冶炼
二、冶炼过程
中国保定天威英利是这个领域的中国代表，具备生产单晶硅 片的制造能力。技术难度仅次于多晶硅的制造难度。
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太阳能产业链
三、太阳电池制造 第三层是太阳能电池（Cell）制造，全球
电池厂商有40余家；中国的代表企业是无锡尚 德和天威英利，产能产量都属于全球主流的太 阳能电池制造商。
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太阳能产业链
四、太阳电池组件封装 最下面是组件，将制作好的电池封装，技
• 工业硅根据不同领域的应用，需要经过进一步加工方能够 在各种加工厂所使用，特别在某些特殊元素的处理上，比 如Fe,Al,Ga的含量有特殊要求，产品的粒度有特殊要求， 产品的均匀性，颗粒的大小，产品的初步挑选等等方面有 特殊的要求，这就是工业硅的精制。特别是制作高纯硅材 料的工业硅，需要更加特别。
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由于技术门槛，几乎没有企业可以很快进入多晶硅生产制造领 域，而且产能也远不是全球7巨头的对手。
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太阳能产业链
二、硅晶片生产 第二层是22家硅片(Wafer)厂商，包括RWE Schott Solar、
Sharp、Q-cells、BP Solar、Deutsche Solar、Kyocera等，在这一环 节主要的技术流程包括铸锭（或单晶生长）、切方滚磨、用多线 切割机切片、化学腐蚀抛光，其中铸锭（或单晶生长）环节属于 高能耗，切割机等投资规模亦相对较大，设备投资约占初期总投 资的60%以上。
所面临的产量难以扩大，成本难以降低的问题。
❖ 物理提纯方法制取太阳能级高纯硅材料是基于化合反应生成
机理。根据金属硅所含的各种杂质元素的化学性质，在液态
硅中将化合物（气体）导入液态硅熔炉中，控制不同温度、
压力，通过高温汽化将杂质元素挥发去除，或生成新的化合
物而粘附在液态硅表面或附着于中间包桶壁，达到去杂的效
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改良西门子法的典型代表
• Wacker公司
– Wacker公司是一家大的化工企业，有自建的水力发电厂。主要产品有多晶 硅、单晶硅硅片、有机硅、高纯SiHCl3、SiCl4、HCl等。
Wacker生产的多晶硅棒
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Wacker的氢还原炉
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硅材料的提纯
高纯硅材料物理提纯方法
❖ 随着太阳能光伏发电市场的一步步发展，硅材料的紧张局势 在90年代中期就已经被很多科学家和有识之士所注意到，以 日本川崎制铁，挪威Elkem，中国的福建南安三晶为代表的 工厂开始致力于物理法提纯高纯硅材料。旨在解决化学方法