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【原創(chuàng)】號稱顛覆主流技術,!FBR法顆粒硅究竟有多牛,?


來源:中國粉體網(wǎng)   初心

[導讀]  目前,光伏發(fā)電的上游原材料主要是改良西門子法制備多晶硅,,F(xiàn)BR法顆粒硅問世后,,有業(yè)內(nèi)專家判斷,顆粒硅有望引來多晶硅制造的一場顛覆性的技術革命,。那么FBR法顆粒硅究竟是一個什么樣的工藝和產(chǎn)品?它與傳統(tǒng)多晶硅有什么不同,?它又為何能異軍突起,?

中國粉體網(wǎng)訊  目前,光伏發(fā)電的上游原材料主要是改良西門子法制備多晶硅,,FBR法顆粒硅問世后,,有業(yè)內(nèi)專家判斷,顆粒硅有望引來多晶硅制造的一場顛覆性的技術革命,。那么FBR法顆粒硅究竟是一個什么樣的工藝和產(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

(圖片來源:中國科技網(wǎng))

 

多晶硅制備有很多方法,,其中最主要的為改良西門子法和硅烷硫化床法(FBR法)。以下是多晶硅制備工藝,,供參考:


圖片來源:雪球網(wǎng)

 

要想了解硅烷硫化床法,,必須要先看看其對手改良西門子法的優(yōu)勢與劣勢。

 

1.改良西門子法——目前的主流工藝

 

1955年,,西門子公司成功開發(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,,并于1957年開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn),這就是通常所說的西門子法,。在西門子法工藝的基礎上,,通過增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝,,實現(xiàn)了閉路循環(huán),,于是形成了改良西門子法——閉環(huán)式SiHCl3氫還原法。


圖片來源:雪球網(wǎng)

 

(1)改良西門子法優(yōu)點:

 

改良西門子法工藝成熟穩(wěn)定,,過程簡單可控,,設備標化,容易復制和擴大,。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,,市場占比超過80%。

 

改良西門子法也特別適合重工業(yè)基礎好,、電力人工成本低,、融資擴產(chǎn)也比較便利的中國,尤其是在電價便宜的西部,。

 

(2)改良西門子法現(xiàn)存缺點:

 

①間斷生產(chǎn)高能耗  

 

改良西門子法的缺點很明顯,,一是高能耗。它是個間斷的批生產(chǎn)過程,,還原爐內(nèi)和硅芯要加熱到一千多度高溫以促成化學反應和硅的沉積,,爐壁要控溫避免硅沉積到鐘罩上。生產(chǎn)過程要耗電升溫,,硅芯要通電加熱,,爐體要冷卻控溫,這些都很耗電,。一爐硅棒長成后,,斷電斷氣降溫出爐,所有熱量能量又都會耗散,。

 

另外,,三氯氫硅分解還原成硅單質(zhì),單次化學反應還原比例不高,,伴隨副反應會生成各種化學氣體,,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,。改良西門子法多晶硅每公斤耗電大約60度,先進水平也能低到50度,,這樣每噸西門子多晶硅耗電5,、6萬度。比較而言,,以高耗能聞名的電解鋁,,每噸耗電國家指導標準1.25萬度,電爐煉鋼每噸耗電一兩千度,。

 

②需破碎  

 

西門子棒狀硅第二個缺點,,是需要破碎才能在后續(xù)單晶拉制或多晶鑄造晶體的過程中使用。破碎過程相當麻煩費事,,會混入金屬非金屬,、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,,在國外要1美元,。國內(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

(圖片來源:中國科技網(wǎng))

 

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,生成的硅單質(zhì)沉積在浮動的硅種上,,慢慢長成較大的硅粒,,幾毫米到厘米級別都有,大點的顆粒掉入搜集斗,,再由出料管送出流化床反應器,。(流化床反應器結(jié)構(gòu)圖如下)


(1)顆粒硅的競爭優(yōu)勢

 

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用,F(xiàn)BR法較改良西門子法低30%,,占地面積低60%,;運營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)過程中碳排放量更少,,每萬噸顆粒硅可減少二氧化碳排放166萬噸,。

 

圖片來源:方正證券

 

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),,應用顆粒硅單晶成本是應用棒狀硅單晶硅成本的81%,,在自動化/增加復投量/免破碎環(huán)節(jié)/減少復投異常/節(jié)省復投器/復投增量/初裝增量上可分別節(jié)省3%/1%/9%/1%/1%/3%/1%的成本。

 

圖片來源:方正證券

 

②無需破碎,,生產(chǎn)過程自動化

 

顆粒硅無需破碎環(huán)節(jié),,更利于生產(chǎn)過程自動化,可通過飲水機模式減少包裝與人工環(huán)節(jié),,實現(xiàn)加料自動化(FBR工廠—罐車運輸—除塵儲存—AGV裝運—裝料),;同時可通過側(cè)加料模式,減少等待時間3.6h,,提升效率,。

 


圖片來源:方正證券

 

(1)顆粒硅尚存問題

 

目前顆粒硅在使用過程中尚存問題,需要進一步的工藝改進,。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,,顆粒硅在運輸過程中,,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,熔化時產(chǎn)生氫氣易引起跳料,。存在的問題尚需進一步工藝改善以解決,,目前針對表面積大易吸附和硅粉較多的問題已有解決方案,而加料跳料的問題在小試設備上已得到解決,,目前中試正在進行,。

 

圖片來源:方正證券

 

總的來說,流化床顆粒硅生產(chǎn)技術在過去十年是有進步的,,但目前尚不足以顛覆改良西門子法的主流地位,,一是因為產(chǎn)品性能穩(wěn)定性和成熟度尚有待觀察,二是當前產(chǎn)能還比較少,。

 

參考來源:中國科技網(wǎng),、雪球網(wǎng)、方正證券,、保利協(xié)鑫,、未來智庫等

 

(中國粉體網(wǎng)編輯整理/初心)

 

注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權請告知刪除,!

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作者:初心

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