目前多晶硅生產(chǎn)面臨著降低能耗，減少污染，提高質(zhì)量，擴大產(chǎn)量四大難題。目前我國太陽能硅材料行業(yè)絕大部分依賴進口，因此必須提高技術(shù)改變受制于人的局面。

太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈包括晶體硅原料生產(chǎn)、硅棒與硅片生產(chǎn)、太陽能電池制造、組件封裝、光伏產(chǎn)品生產(chǎn)和光伏發(fā)電系統(tǒng)等環(huán)節(jié)。其中硅原料是最重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在業(yè)界曾有“擁硅者為王”的說法。目前，世界上太陽能光伏電池90%以上以是單晶硅或多晶硅為原材料生產(chǎn)的。目前擺在多晶硅生產(chǎn)中有四個主要的問題需要解決：降低能耗、減少污染、提高質(zhì)量、擴大產(chǎn)量。我國太陽能硅材料行業(yè)目前絕大部分依賴進口，因此必須提高技術(shù)改變受制于人的局面。

技術(shù)尚有欠缺我國太陽能硅料主要依賴進口

在全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，高純度硅料不僅要求硅的純度高達7～9個9，而且其中的硼、磷等雜質(zhì)限制在幾十個ppt(萬億分之一)，它是光伏企業(yè)生產(chǎn)太陽能電池所需的核心原料。因此，高純度硅料的合成、精制、提純、生產(chǎn)也就成為光伏產(chǎn)業(yè)集群中最上游的產(chǎn)業(yè)。目前，盡管中國的硅原料礦藏儲量占世界總儲量的25%，但是國內(nèi)太陽能電池生產(chǎn)企業(yè)(如尚德、天威英利等)所需原材料絕大部分需要從國外進口。這是因為用于太陽能電池生產(chǎn)的硅料主要是通過不同的提煉方式從硅原料中提煉而成的單晶硅和多晶硅。在中國，現(xiàn)有的高純度硅原料生產(chǎn)技術(shù)與西方發(fā)達國家相比，在產(chǎn)量和能耗等方面尚有不足之處。如此一來，這不僅大大增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，更成為制約當(dāng)前我國光伏產(chǎn)業(yè)向上游環(huán)節(jié)發(fā)展難以逾越的“瓶頸”，使我們國家用很低的價格賣出高能耗、高污染的粗原料的同時，用極高的價格購回高純硅料。

據(jù)了解，雖然我國硅料工業(yè)起步較早(20世紀(jì)50年代)，但由于生產(chǎn)規(guī)模小、工藝技術(shù)落后、環(huán)境污染嚴重、消耗大、成本高，絕大部分企業(yè)因虧損而相繼停產(chǎn)或轉(zhuǎn)產(chǎn)。到2004年我國只剩下峨眉半導(dǎo)體材料廠和洛陽單晶硅有限公司兩家生產(chǎn)企業(yè)，其生產(chǎn)能力僅為100噸/年，且能滿足太陽能電池生產(chǎn)需要的硅料實際產(chǎn)量只有80噸。專家預(yù)計，2010年我國用于太陽能電池生產(chǎn)的硅料需求量將達到4365噸，2015年為1.62萬噸。若不以自主知識產(chǎn)權(quán)改變國內(nèi)多晶硅的生產(chǎn)現(xiàn)狀，我國硅料工業(yè)受制于國際市場的狀況將無法改變，這將危及我國光伏產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

精餾節(jié)能技術(shù)降低能耗綜合利用減少污染

現(xiàn)代化工過程對節(jié)能工作非常重視，國外投入大量人力物力進行節(jié)能技術(shù)的開發(fā)，節(jié)能新技術(shù)、新工藝、新措施、新方法不斷問世。我國的多晶硅生產(chǎn)，在采用化工上已經(jīng)成熟的先進技術(shù)后，將不再是“高能耗、高污染”產(chǎn)業(yè)，而是“綠色的陽光事業(yè)”。對多晶硅精餾過程進行研究，在運用精餾節(jié)能技術(shù)對其進行分析后，可以從以下幾個方面來實現(xiàn)節(jié)能：

第一，實行多效精餾，使能量得到充分利用。多效精餾是將原料分成大致相等的N股進料，分別送入壓力依次遞增的N個精餾塔中，N個塔的操作溫度也依次遞增。壓力和溫度較高塔的塔頂蒸汽向較低塔的塔釜再沸器供熱，同時自身也被冷凝，以此類推，這樣就節(jié)省了低壓塔再沸器的能耗和高壓塔冷凝器的水耗。在這個系統(tǒng)中，只需向第一個最高壓力塔供熱，系統(tǒng)即可進行工作，所需能量約為單塔能耗的1/N，如將三個塔串在一起采用三效精餾技術(shù)，其能耗僅用原來的1/3，節(jié)能幅度達到67%，節(jié)能效果非常明顯。

多晶硅生產(chǎn)中，很多塔器都是為了提純多晶硅而設(shè)置的，可以根據(jù)合理的能量和溫差匹配，實現(xiàn)多效精餾，達到大幅度節(jié)能減排的目的。

第二，提高分離效率，降低回流比，進一步實現(xiàn)節(jié)能降耗。分離過程中，分離效率的提高可以在很大程度上降低能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少排放、提高回收率、提高企業(yè)效益。在多晶硅精餾過程中，采用高效導(dǎo)向篩板、新型填料等新型分離設(shè)備，可以提高其分離效率，降低精餾塔的操作回流比，由于精餾塔的能耗與回流比呈線性關(guān)系，這樣就成比例地降低了能耗。提高分離效率也是提高多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量和降低四氯化硅排放的最有效方法。

第三，全面優(yōu)化流程，實現(xiàn)節(jié)能。將多晶硅生產(chǎn)各股物料進行全面的物料平衡和能量平衡，考察其能耗的合理性，采用熱集成技術(shù)，將流程優(yōu)化，最大限度地節(jié)能降耗。通過貫穿生產(chǎn)線的節(jié)能和清潔生產(chǎn)，并在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)閉環(huán)清潔生產(chǎn)，達到降低能耗和Si(硅)、H2(氫氣)、Cl2(氯氣)等原料消耗，降低成本的目的，使產(chǎn)品具有國際競爭能力，質(zhì)量符合目前和未來超大規(guī)模集成電路和太陽能電池的要求。

此外，多晶硅生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的SiCl4(四氯化硅)、SiH2Cl2(二氯二氫硅)、SiHCl3(三氯氫硅)等氯硅烷副產(chǎn)物，使生產(chǎn)成本居高不下，部分氯硅烷及氯化氫進入尾氣排放系統(tǒng)，既增加了尾氣處理成本，也增大了污染物的排放量，廢水中的氯離子濃度達1700～2500mg/L。如何有效地解決氯硅烷副產(chǎn)物的出路是降低多晶硅生產(chǎn)成本、實現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，也是現(xiàn)在多晶硅生產(chǎn)企業(yè)面臨的重大技術(shù)難題。

尾氣、副產(chǎn)物、余熱的回收綜合利用可以降低多晶硅項目對環(huán)境的污染，從而進一步達到節(jié)能減排的目的。國外多晶硅企業(yè)的建廠，大多是與化工企業(yè)結(jié)合，在“化工集團傘下”經(jīng)營，容易實現(xiàn)集團內(nèi)部的“循環(huán)經(jīng)濟”，廢物可以做到“零排放”。例如德國瓦克公司就實現(xiàn)了多晶硅的全封閉循環(huán)生產(chǎn)，硅材料生產(chǎn)年銷售額在30億歐元以上，其中有10億歐元就是對多晶硅副產(chǎn)物進行深加工的有機硅產(chǎn)品所得。除了把四氯化硅氫化成三氯氫硅回收利用外，還可以利用四氯化硅、氯化氫等制成目前市場上需求的氣相白炭黑、硅酸乙酯、有機硅產(chǎn)品、人造石英等材料。

提高光電轉(zhuǎn)換效率降低生產(chǎn)成本

提高光伏材料的轉(zhuǎn)換效率和降低太陽電池的制造成本是光伏工業(yè)一直追求的兩個目標(biāo)。多晶硅硅片是太陽能光伏電池的核心部分，硅片的質(zhì)量對于太陽能的光電轉(zhuǎn)化率起著至關(guān)重要的作用。一般情況下，普通太陽能光伏電池的光電轉(zhuǎn)化率為10%～14%，而高純度硅片的太陽能光伏電池轉(zhuǎn)化率可達16%，甚至更高，因此，對于太陽能電池的生產(chǎn)過程來說，多晶硅的生產(chǎn)更加至關(guān)重要。

從冶金級硅生產(chǎn)半導(dǎo)體級多晶硅有兩個主要的方法：改良西門子法和硅烷法。在其生產(chǎn)過程中，多級精餾技術(shù)及其設(shè)備至關(guān)重要，通過新型的化工精餾設(shè)備及相關(guān)精餾技術(shù)可以提高最終產(chǎn)物超純硅的質(zhì)量。

我們注意到近幾年由于各國政府推進政策的支持，下游光伏產(chǎn)業(yè)增長迅速，而上游由于擴產(chǎn)的大規(guī)模投入及時間問題，多晶硅供應(yīng)量明顯不足，因此供需不平衡導(dǎo)致多晶硅價格持續(xù)上漲。

多晶硅材料是整個光伏發(fā)電成本中最高的部分。

在大多數(shù)國內(nèi)光伏企業(yè)中，硅材料的成本占到了太陽能電池總生產(chǎn)成本的56.2%以上，約占并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)成本的30%。

因此，進一步地降低成本，提高多晶硅材料的市場競爭力，對推動整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展有著很重要的作用。主要應(yīng)對方法有：一、引入新型的分離傳質(zhì)設(shè)備，如北京化工大學(xué)的高效導(dǎo)向篩板塔和填料塔對加速多晶硅生產(chǎn)精餾過程的一體化并實現(xiàn)閉環(huán)清潔生產(chǎn)有著很大的促進作用;二、通過引入新型精餾裝置從而提高多晶硅產(chǎn)量，實現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)的大型化;三、開發(fā)和應(yīng)用大型合成爐和還原爐。

目前85%以上的太陽能電池都是用晶硅片制成的，在未來相當(dāng)一段時間內(nèi)還不可能有其他材料可以完全替代硅材料來制作太陽能電池。多晶硅產(chǎn)品純度高，工藝要求嚴格，行業(yè)技術(shù)進步快，研究費用投入大，生產(chǎn)中的副產(chǎn)物和三廢處理投入較大，產(chǎn)業(yè)鏈和規(guī)模效應(yīng)明顯。國內(nèi)多晶硅廠家今后也會在人才、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量和價格等方面面臨嚴峻挑戰(zhàn)。