目前，國(guó)際多晶硅生產(chǎn)的主流工藝是改良西門子工藝，占總產(chǎn)能85%以上，2010年用該技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅占全球總產(chǎn)量16.7萬噸的86.6%。
該技術(shù)成熟于上世紀(jì)70年代，在沉寂近20年后，伴隨光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，世界各國(guó)均對(duì)該技術(shù)進(jìn)行二次創(chuàng)新，如中硅高科突破了大型低溫氫化技術(shù)、大型節(jié)能還原爐技術(shù)、高效加壓精餾提純技術(shù)、高效加壓三氯氫硅合成技術(shù)、尾氣干法回收技術(shù)、四氯化硅生產(chǎn)氣相白碳黑技術(shù)和熱能綜合利用技術(shù)。隨規(guī)模化生產(chǎn)，該技術(shù)仍有提升空間。
近年來，改良西門子法技術(shù)隨其產(chǎn)量的擴(kuò)張，其競(jìng)爭(zhēng)能力得以強(qiáng)化，主流工藝地位進(jìn)一步穩(wěn)固，未來20年甚至更多年仍將是主流技術(shù)。改良西門子法因?yàn)楫a(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低，可以滿足大規(guī)模、安全、環(huán)保生產(chǎn)要求，成為市場(chǎng)首選的主流工藝。從成本角度比較，瓦克和REC的成本已經(jīng)基本接近，顯示出該技術(shù)具備旺盛的生命力。下面介紹一下幾種主要的多晶硅的生產(chǎn)方法。
1 改良西門子法——閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法
改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購(gòu)氯化氫），氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠盡大部分采用此法生產(chǎn)電子級(jí)與太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
2 硅烷法——硅烷熱分解法
硅烷（SiH4）是以四氯化硅氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。以前只有日本小松把握此技術(shù)，由于發(fā)生過嚴(yán)重的爆炸事故后，沒有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。但美國(guó)Asimi和SGS公司仍采用硅烷氣熱分解生產(chǎn)純度較高的電子級(jí)多晶硅產(chǎn)品。
3 流化床法
以四氯化硅、氫氣、氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅為原料在流化床內(nèi)（沸騰床）高溫高壓下天生三氯氫硅，將三氯氫硅再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)天生二氯二氫硅，繼而天生硅烷氣。
制得的硅烷氣通進(jìn)加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，天生粒狀多晶硅產(chǎn)品。由于在流化床反應(yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大，生產(chǎn)效率高，電耗低與本錢低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。唯一的缺點(diǎn)是安全性差，危險(xiǎn)性大。其次是產(chǎn)品純度不高，但基本能滿足太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的使用。
此法是美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司早年研究的工藝技術(shù)。目前世界上只有美國(guó)MEMC公司采用此法生產(chǎn)粒狀多晶硅。此法比較適合生產(chǎn)價(jià)廉的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
目前，國(guó)際多晶硅生產(chǎn)的主流工藝是改良西門子工藝，占總產(chǎn)能85%以上，2010年用該技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅占全球總產(chǎn)量16.7萬噸的86.6%。
該技術(shù)成熟于上世紀(jì)70年代，在沉寂近20年后，伴隨光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，世界各國(guó)均對(duì)該技術(shù)進(jìn)行二次創(chuàng)新，如中硅高科突破了大型低溫氫化技術(shù)、大型節(jié)能還原爐技術(shù)、高效加壓精餾提純技術(shù)、高效加壓三氯氫硅合成技術(shù)、尾氣干法回收技術(shù)、四氯化硅生產(chǎn)氣相白碳黑技術(shù)和熱能綜合利用技術(shù)。隨規(guī)模化生產(chǎn)，該技術(shù)仍有提升空間。
近年來，改良西門子法技術(shù)隨其產(chǎn)量的擴(kuò)張，其競(jìng)爭(zhēng)能力得以強(qiáng)化，主流工藝地位進(jìn)一步穩(wěn)固，未來20年甚至更多年仍將是主流技術(shù)。改良西門子法因?yàn)楫a(chǎn)品純度高、生產(chǎn)成本低，可以滿足大規(guī)模、安全、環(huán)保生產(chǎn)要求，成為市場(chǎng)首選的主流工藝。從成本角度比較，瓦克和REC的成本已經(jīng)基本接近，顯示出該技術(shù)具備旺盛的生命力。下面介紹一下幾種主要的多晶硅的生產(chǎn)方法。
1 改良西門子法——閉環(huán)式三氯氫硅氫還原法
改良西門子法是用氯和氫合成氯化氫（或外購(gòu)氯化氫），氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對(duì)三氯氫硅進(jìn)行分離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行CVD反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。
國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠盡大部分采用此法生產(chǎn)電子級(jí)與太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
2 硅烷法——硅烷熱分解法
硅烷（SiH4）是以四氯化硅氫化法、硅合金分解法、氫化物還原法、硅的直接氫化法等方法制取。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產(chǎn)純度較高的棒狀多晶硅。以前只有日本小松把握此技術(shù)，由于發(fā)生過嚴(yán)重的爆炸事故后，沒有繼續(xù)擴(kuò)大生產(chǎn)。但美國(guó)Asimi和SGS公司仍采用硅烷氣熱分解生產(chǎn)純度較高的電子級(jí)多晶硅產(chǎn)品。
3 流化床法
以四氯化硅、氫氣、氯化氫和產(chǎn)業(yè)硅為原料在流化床內(nèi)（沸騰床）高溫高壓下天生三氯氫硅，將三氯氫硅再進(jìn)一步歧化加氫反應(yīng)天生二氯二氫硅，繼而天生硅烷氣。
制得的硅烷氣通進(jìn)加有小顆粒硅粉的流化床反應(yīng)爐內(nèi)進(jìn)行連續(xù)熱分解反應(yīng)，天生粒狀多晶硅產(chǎn)品。由于在流化床反應(yīng)爐內(nèi)參與反應(yīng)的硅表面積大，生產(chǎn)效率高，電耗低與本錢低，適用于大規(guī)模生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。唯一的缺點(diǎn)是安全性差，危險(xiǎn)性大。其次是產(chǎn)品純度不高，但基本能滿足太陽(yáng)能電池生產(chǎn)的使用。
此法是美國(guó)聯(lián)合碳化合物公司早年研究的工藝技術(shù)。目前世界上只有美國(guó)MEMC公司采用此法生產(chǎn)粒狀多晶硅。此法比較適合生產(chǎn)價(jià)廉的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
4 太陽(yáng)能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù)
除了上述改良西門子法、硅烷熱分解法、流化床反應(yīng)爐法三種方法生產(chǎn)電子級(jí)與太陽(yáng)能級(jí)多晶硅以外，還涌現(xiàn)出幾種專門生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅新工藝技術(shù)。
1）冶金法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅
據(jù)資料報(bào)導(dǎo)：日本川崎制鐵公司采用冶金法制得的多晶硅已在世界上最大的太陽(yáng)能電池廠（SHARP公司）應(yīng)用，現(xiàn)已形成800噸/年的生產(chǎn)能力，全量供給SHARP公司。
主要工藝是：選擇純度較好的產(chǎn)業(yè)硅（即冶金硅）進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，往除硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分后，進(jìn)行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中往除硼雜質(zhì)，再進(jìn)行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，往除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質(zhì)聚集的部分和外表部分，經(jīng)粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中往除磷和碳雜質(zhì)，直接天生太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
2）氣液沉積法生產(chǎn)粒狀太陽(yáng)能級(jí)多晶硅
據(jù)資料報(bào)導(dǎo)[1]以日本Tokuyama公司為代表，目前10噸試驗(yàn)線在運(yùn)行，200噸半貿(mào)易化規(guī)模生產(chǎn)線在2005-2006年間投進(jìn)試運(yùn)行。
主要工藝是：將反應(yīng)器中的石墨管的溫度升高到1500℃，流體三氯氫硅和氫氣從石墨管的上部注進(jìn)，在石墨管內(nèi)壁1500℃高溫處反應(yīng)天生液體狀硅，然后滴進(jìn)底部，溫度回升變成固體粒狀的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
3）重?fù)焦鑿U物提純法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅
據(jù)美國(guó)Crystal Systems資料報(bào)導(dǎo)，美國(guó)通過對(duì)重?fù)絾尉Ч枭a(chǎn)過程中產(chǎn)生的硅廢物提純后，可以用作太陽(yáng)能電池生產(chǎn)用的多晶硅，終極本錢價(jià)可看控制在20美元/Kg以下。
這里對(duì)幾家國(guó)內(nèi)多晶硅廠和國(guó)外多晶硅廠的設(shè)備技術(shù)做些比較。
國(guó)外多晶硅生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)：
1）研發(fā)的新工藝技術(shù)幾乎全是以滿足太陽(yáng)能光伏硅電池行業(yè)所需要的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。
2）研發(fā)的新工藝技術(shù)主要集中體現(xiàn)在多晶硅天生反應(yīng)器裝置上，多晶硅天生反應(yīng)器是復(fù)雜的多晶硅生產(chǎn)系統(tǒng)中的一個(gè)進(jìn)步產(chǎn)能、降低能耗的關(guān)鍵裝置。
3）研發(fā)的流化床（FBR）反應(yīng)器粒狀多晶硅天生的工藝技術(shù)，將是生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅首選的工藝技術(shù)。其次是研發(fā)的石墨管狀爐（Tube-Recator）反應(yīng)器，也是降低多晶硅生產(chǎn)電耗，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性大規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)步生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)本錢的新工藝技術(shù)。
4）流化床（FBR）反應(yīng)器和石墨管狀爐（Tube-Recator）反應(yīng)器，天生粒狀多晶硅的硅原料可以用硅烷、二氯二氫硅或是三氯氫硅。
5）在2005年前多晶硅擴(kuò)產(chǎn)中100%都采用改良西門子工藝。在2005年后多晶硅擴(kuò)產(chǎn)中除Elkem外，基本上仍采用改良西門子工藝。
通過以上分析可以看出，目前多晶硅主要的新增需求來自于太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)，國(guó)際上已經(jīng)形成開發(fā)低本錢、低能耗的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)新工藝技術(shù)的高潮，并趨向于把生產(chǎn)低純度的太陽(yáng)能級(jí)多晶硅工藝和生產(chǎn)高純度電子級(jí)多晶硅工藝區(qū)分開來，以降低太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)本錢，從而降低太陽(yáng)能電池制造本錢，促進(jìn)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，普及太陽(yáng)能的利用，無疑是一個(gè)重要的技術(shù)決策方向。
國(guó)內(nèi)多晶硅技術(shù)發(fā)趨勢(shì)
近年來，多晶硅行業(yè)最大的變化是認(rèn)識(shí)的變化。關(guān)于多晶硅的“污染”問題，國(guó)際上傳統(tǒng)7大多晶硅巨頭均在美、日、德等發(fā)達(dá)國(guó)家，這充分說明能耗和污染不是問題。
從技術(shù)上來看，多晶硅的環(huán)保和污染問題并不存在技術(shù)瓶頸，相對(duì)于其他化工企業(yè)，多晶硅的“污染源”單純、易處理、易防控；多晶硅的環(huán)保污染問題更多的是管理和意識(shí)問題。國(guó)家38號(hào)文對(duì)環(huán)保問題做了嚴(yán)格規(guī)定，工業(yè)和信息化部出臺(tái)的《多晶硅準(zhǔn)入條件》也進(jìn)一步明確，通過氫化、綜合利用等技術(shù)措施回收副產(chǎn)物，形成閉路循環(huán)工藝，回收副產(chǎn)物轉(zhuǎn)化成多晶硅原料，對(duì)降低多晶硅成本也是極為有利的，所以企業(yè)也有積極性解決環(huán)境問題。現(xiàn)在所有千噸以上級(jí)別的多晶硅企業(yè)環(huán)境優(yōu)美，環(huán)保達(dá)標(biāo)。
目前國(guó)內(nèi)的幾家多晶硅生產(chǎn)單位的擴(kuò)產(chǎn)，都是采用改良西門子工藝技術(shù)。還沒見到新的工藝技術(shù)有所突破的報(bào)導(dǎo)。
《多晶硅行業(yè)準(zhǔn)入條件》的出臺(tái)，提高了準(zhǔn)入門檻，提出了安全、能耗、環(huán)保要求，對(duì)多晶硅行業(yè)具備指導(dǎo)意義，有力于規(guī)范行業(yè)發(fā)展，有利于國(guó)家資源向低能耗、無污染的企業(yè)傾斜。多晶硅行業(yè)準(zhǔn)入條件也是針對(duì)主流工藝的，對(duì)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)，鼓勵(lì)技術(shù)改造，降低能耗，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，目標(biāo)明確。
此外，多晶硅新工藝的研發(fā)方興未艾，國(guó)內(nèi)外正在研究的“冶金法、物理法、化學(xué)法、化學(xué)物理法”等等，統(tǒng)稱為“低能耗、低成本新技術(shù)”，這些方法可以參照準(zhǔn)入條件，在產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、環(huán)保、安全、大規(guī)模生產(chǎn)等方面可以一一對(duì)照，只有在新技術(shù)的性價(jià)比有優(yōu)勢(shì)的條件下，才有可能得到市場(chǎng)認(rèn)可，才有生存力，是否真是“低能耗、低成本新技術(shù)”。