中國(guó)粉體網(wǎng)訊 目前，光伏發(fā)電的上游原材料主要是改良西門(mén)子法制備多晶硅,，FBR法顆粒硅問(wèn)世后,，有業(yè)內(nèi)專家判斷，顆粒硅有望引來(lái)多晶硅制造的一場(chǎng)顛覆性的技術(shù)革命,。那么FBR法顆粒硅究竟是一個(gè)什么樣的工藝和產(chǎn)品,？它與傳統(tǒng)多晶硅有什么不同？它又為何能異軍突起,？
顆粒硅
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多晶硅制備有很多方法,，其中最主要的為改良西門(mén)子法和硅烷硫化床法（FBR法）。以下是多晶硅制備工藝,，供參考：
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要想了解硅烷硫化床法,，必須要先看看其對(duì)手改良西門(mén)子法的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)。
1.改良西門(mén)子法——目前的主流工藝
1955年,，西門(mén)子公司成功開(kāi)發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷（SiHCl3）在硅芯發(fā)熱體上沉積的工藝技術(shù),，并于1957年開(kāi)始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，這就是通常所說(shuō)的西門(mén)子法,。在西門(mén)子法工藝的基礎(chǔ)上,，通過(guò)增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝,，實(shí)現(xiàn)了閉路循環(huán)，于是形成了改良西門(mén)子法——閉環(huán)式SiHCl3氫還原法,。
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（1）改良西門(mén)子法優(yōu)點(diǎn)：
改良西門(mén)子法工藝成熟穩(wěn)定,，過(guò)程簡(jiǎn)單可控，設(shè)備標(biāo)化,，容易復(fù)制和擴(kuò)大,。生產(chǎn)的硅料質(zhì)量好致密度高，一直是全球多晶硅料生產(chǎn)的主要方法，市場(chǎng)占比超過(guò)80%,。
改良西門(mén)子法也特別適合重工業(yè)基礎(chǔ)好,、電力人工成本低、融資擴(kuò)產(chǎn)也比較便利的中國(guó),，尤其是在電價(jià)便宜的西部,。
（2）改良西門(mén)子法現(xiàn)存缺點(diǎn)：
①間斷生產(chǎn)高能耗
改良西門(mén)子法的缺點(diǎn)很明顯，一是高能耗,。它是個(gè)間斷的批生產(chǎn)過(guò)程,，還原爐內(nèi)和硅芯要加熱到一千多度高溫以促成化學(xué)反應(yīng)和硅的沉積，爐壁要控溫避免硅沉積到鐘罩上,。生產(chǎn)過(guò)程要耗電升溫,，硅芯要通電加熱，爐體要冷卻控溫,，這些都很耗電,。一爐硅棒長(zhǎng)成后，斷電斷氣降溫出爐,，所有熱量能量又都會(huì)耗散,。
另外，三氯氫硅分解還原成硅單質(zhì),，單次化學(xué)反應(yīng)還原比例不高,，伴隨副反應(yīng)會(huì)生成各種化學(xué)氣體，這些氣體需分離干燥回收循環(huán)利用,。一次轉(zhuǎn)換比例低和氣體回收,，也是高耗能原因。改良西門(mén)子法多晶硅每公斤耗電大約60度,，先進(jìn)水平也能低到50度,，這樣每噸西門(mén)子多晶硅耗電5、6萬(wàn)度,。比較而言,，以高耗能聞名的電解鋁，每噸耗電國(guó)家指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)1.25萬(wàn)度,，電爐煉鋼每噸耗電一兩千度,。
②需破碎
西門(mén)子棒狀硅第二個(gè)缺點(diǎn)，是需要破碎才能在后續(xù)單晶拉制或多晶鑄造晶體的過(guò)程中使用,。破碎過(guò)程相當(dāng)麻煩費(fèi)事,，會(huì)混入金屬非金屬、灰塵纖維等雜質(zhì),，影響晶體質(zhì)量,。破碎成本每公斤1-3元人民幣,，在國(guó)外要1美元。國(guó)內(nèi)便宜,，是因破碎方式人工原始,，帶入雜質(zhì)的可能性更大。
柱狀多晶硅
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2. 硅烷硫化床法——顆粒硅異軍突起
顆粒硅流化床法生產(chǎn)工藝是把細(xì)小的硅顆粒種子鋪在有氣孔的床層上,，從下面通入氣態(tài)硅化合物（硅烷或三氯氫硅）和其它反應(yīng)氣,，氣流把硅種吹到飄浮半漂浮的流化狀態(tài)，加熱和受到催化的硅化合物氣體分解或與其它氣體反應(yīng),，生成的硅單質(zhì)沉積在浮動(dòng)的硅種上,，慢慢長(zhǎng)成較大的硅粒，幾毫米到厘米級(jí)別都有,，大點(diǎn)的顆粒掉入搜集斗,，再由出料管送出流化床反應(yīng)器。（流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)圖如下）
（1）顆粒硅的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)
①生產(chǎn)成本低
根據(jù)保利協(xié)鑫數(shù)據(jù),，顆粒硅生產(chǎn)成本有望較棒狀硅低30%,，其中資本性支出中的新建工廠投資費(fèi)用，F(xiàn)BR法較改良西門(mén)子法低30%,，占地面積低60%,；運(yùn)營(yíng)成本中的人員需求低65%，綜合電耗低70%,，水消耗低30%,，氫消耗低40%。顆粒硅生產(chǎn)過(guò)程中碳排放量更少,，每萬(wàn)噸顆粒硅可減少二氧化碳排放166萬(wàn)噸,。
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另外使用顆粒硅可降低下游客戶的單晶生產(chǎn)成本。根據(jù)保利協(xié)鑫數(shù)據(jù),，應(yīng)用顆粒硅單晶成本是應(yīng)用棒狀硅單晶硅成本的81%,，在自動(dòng)化/增加復(fù)投量/免破碎環(huán)節(jié)/減少?gòu)?fù)投異常/節(jié)省復(fù)投器/復(fù)投增量/初裝增量上可分別節(jié)省3%/1%/9%/1%/1%/3%/1%的成本。
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②無(wú)需破碎,，生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化
顆粒硅無(wú)需破碎環(huán)節(jié),，更利于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，可通過(guò)飲水機(jī)模式減少包裝與人工環(huán)節(jié),，實(shí)現(xiàn)加料自動(dòng)化（FBR工廠—罐車(chē)運(yùn)輸—除塵儲(chǔ)存—AGV裝運(yùn)—裝料）,；同時(shí)可通過(guò)側(cè)加料模式，減少等待時(shí)間3.6h,，提升效率,。
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（1）顆粒硅尚存問(wèn)題
目前顆粒硅在使用過(guò)程中尚存問(wèn)題，需要進(jìn)一步的工藝改進(jìn),。首先,，顆粒硅表面積大于棒狀硅，更容易吸附產(chǎn)生表面污染,；同時(shí),，顆粒硅在運(yùn)輸過(guò)程中，容易相互摩擦形成硅粉,，不利于后續(xù)投入生產(chǎn),；另外，顆粒硅表面存在氫鍵,，熔化時(shí)產(chǎn)生氫氣易引起跳料,。存在的問(wèn)題尚需進(jìn)一步工藝改善以解決，目前針對(duì)表面積大易吸附和硅粉較多的問(wèn)題已有解決方案,，而加料跳料的問(wèn)題在小試設(shè)備上已得到解決,，目前中試正在進(jìn)行。
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總的來(lái)說(shuō),，流化床顆粒硅生產(chǎn)技術(shù)在過(guò)去十年是有進(jìn)步的,，但目前尚不足以顛覆改良西門(mén)子法的主流地位，一是因?yàn)楫a(chǎn)品性能穩(wěn)定性和成熟度尚有待觀察,，二是當(dāng)前產(chǎn)能還比較少,。
參考來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng)、雪球網(wǎng),、方正證券,、保利協(xié)鑫、未來(lái)智庫(kù)等
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/初心）
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