多晶硅生产还原氢化工艺论文

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前 言

目前世界光伏产业以31.2%的年平均增长率高速发展，位于全球能源发电市场增长率的首位，预计到2030年光伏发电将占世界发电总量的30%以上，到2050年光伏发电将成为全球重要的能源支柱产业。各国根据这一趋势，纷纷出台有力政策或制定发展计划，使光伏市场呈现出蓬勃发展的格局。

多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。是生产太阳能电池的主要原料。多晶硅也可生产出不同型号的太阳能电池组，把太阳能转化为电能。该产品广泛用于航天、航空以及城市建设、交通、通讯等领域。

多晶硅的最终用途主要是生产集成电路、分立器件和太阳能电池片。目前，占主流的太阳能电池是硅太阳能电池，太阳能电池中88%是块儿状硅太阳能电池，而这些块儿状硅太阳能电池，无论单晶硅太阳能电池还是多晶硅太阳能电池，最初原料都是多晶硅，多晶硅产业与下游的电子信息产业和太阳能电池产业是拉动多晶硅材料产量大幅增长的主力军。太阳能作为可再生能源中重要的一种既丰富又无污染的新能源，是各国重点支持领域。

近几年，中国太阳能电池产业发展突飞猛进，2006年光伏生产能力约为1450MW，需多晶硅万吨以上，产业链中的硅单晶、硅片加工、电池片、组件及系统集成已具有相当规模，而中国2006年自产多晶硅约400 t，仍

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是一个两头（原料、最终产品）在外的格局，特别是多晶硅原料要受制于人，一些国外的多晶硅生产商已开始对中国实行限购，从而影响中国光伏（PV）产业的快速、持续发展。

由于中国的太阳能产品应用仅仅开始，未来市场需求巨大，为解决制约中国光伏产业的发展瓶颈，满足国内对多晶硅材料的需求，因此，在未来的日子里将建成若干条千吨级甚至万吨级太阳能级多晶硅生产线，重点解决生产太阳能电池的原料供应问题，成为太阳能电池的世界制造中心和市场竞争焦点。

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第一章 概述 1.1硅的简介 1．1.1 硅的简介

硅（Silicon）,源自Silex，意为“打火石”；1823年发现，为世界上第二丰富的元素——占地壳四分之一。砂石中含有大量的二氧化硅，同时也是玻璃和水泥的主要原料。纯硅则用在电子元件上，譬如启动人造卫星一切仪器的太阳电池，便用得上它。

硅在地壳中的丰度为27.7%，地壳中含量最多的元素氧和硅化合形成的二氧化硅（SiO2）占地壳总质量的87%。硅以大量的硅酸盐矿和石英矿的形式存在于自然。如果说碳是组成生物界的主要元素，那么硅就是构成地球上矿物界的主要元素。

人们脚下的泥土、石头和沙子，使用的砖、瓦、水泥、玻璃和陶瓷等，这些人们在日常生活中经常遇到的物质，都是硅的化合物。

由于硅易于与氧结合，自然界中没有游离态的硅存在。 1.1.2 硅的性质 （1）物理性质

硅有晶态和无定形俩种同素异形体。晶态硅根据晶面取向不同又分为单晶硅和多晶硅，它们均具有金刚石晶格，晶体硬而脆，具有金属光泽，能导电，但导电率不及金属，且随温度升高而增加，具有半导体性质。晶态硅的熔点1414℃，沸点2355℃，密度2.32 ~ 2.34g/cm3，莫氏硬度为7.

单晶硅和多晶硅的区别是：当熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石

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晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料，也是太阳能电池片以及光伏发电的基础材料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9（6N）以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9（9N）。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9（12N）的单晶硅。单晶硅是电子计算机。自动控制系统及信息产业等现代科学技术中不可缺少的基本材料。

多晶硅按纯度分类，可以分为冶金级（金属硅）、太阳能级、电子级。 ① 冶金级硅（MG） 是硅的氧化物在电弧炉中用碳还原而成。一般含硅为90% ~ 95%以上，有的可高达99.8%以上。由于冶金级硅的技术含量较低，取材方便，因此产能一直处于过剩状态，国家对此类高耗能、高污染的资源性行业一直采取限制态度。利润不高，同时受电价影响较大，生产厂家时常停产观望或等待丰水期以小水电站供电。根据等级定价，普通金属硅售价在每吨8000 ~ 12000元左右。随着多晶硅市场的大热，高纯金属硅逐步得到亲睐，目前比较引人注目的4N（99.99%）级金属硅，国内有能力生产的厂家不超过5家，而且对杂质控制能力有待提高。据《硅业在线》了解，4N金属硅主要有三个用途：用于提炼多晶硅，客户大多在日本；掺纯度较高的硅料用于生产太阳能电池；直接用于太阳能电池。国内厂家大多对磷、硼这些影响电阻的杂质控制有待提高，目前售价依据杂质含量的不同每吨在（12~18）万元不等。

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② 太阳能级硅（SG） 一般认为含硅在99.99% ~ 99.9999%，一般提的多晶硅多是指太阳能级和IC级多晶硅。近来由于光伏发电领域发展迅速，2008年时6N多晶硅在国内价格甚至已经涨到400美元/ kg（人民币3000元/ kg），单晶硅高达450美元/ kg（人民币3300 ~ 3500元/ kg）。目前虽然由于种种原因价格一度下滑，但是前景还是一片美好！

1996年美国太阳能级硅股东集团把太阳能级硅确定为： B、P低到掺杂是不必补偿； 25℃时的电阻率大于1欧姆·厘米；O、C含量不超过熔硅的饱和值；非掺杂杂质元素总浓度不超过1ppm。

③ 电子级硅（EG） 一般要求含硅大于99.9999%以上，超高纯度的达到 99.9999999%~99.999999999%。其导电性介于0.0004 ~ 100000欧姆·厘米。

（ 2 ） 化学性质

硅在常温下不活泼，其主要的化学性质如下。

① 与非金属作用 常温下硅只能与F2反应，在F2中瞬间燃烧，生成SiF4。

Si + 2 F2 = SiF4

加热时，能与其他卤素反应生成卤化硅，与氧反应生成二氧化硅。 Si +2 X2 = SiX4 （X = Cl , Br , I ） Si + O2 = SiO2

在高温下，硅与碳、氮、硫等非金属单质化合，分别生成碳化硅（SiC2）、氮 化 硅（Si 3N4）和硫化硅（SiS2）等。

Si + C = SiC

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/l4af.html