太阳能硅材料的发展前景调研

-.z.太阳能电池级硅材料行业调研报告国内外光伏发电现状全球光伏发电现状2008年全球光伏发电累计装机容量：14GW为了扶持和促进太阳能发电产业的发展，很多国家都制定了相关的激励政策用于鼓励产业界以及科技界对该产业的投入，太阳能产业已初具规模。2008年全球光伏发电累计装机容量为14.5GW，1992年仅0.1GW。特别是2000年以来，全球光伏发电装机容量以每年40%的速度增长，仅2008年一年就新增6GW。光伏发电仅满足全球0.1%的电力需求。但发展速度惊人。全球光伏发电装机容量变化2009年全球新增光伏发电装机容量7.2GW，其中德国3.8GW，约占全球的1/2。欧洲之外，最大的市场是日本，新增装机容量预计为1GW，其次为美国0.8GW。2010年全球新增光伏装机容量16GW，是上年新增容量的两倍。德国和意大利的数据大约分别为7GW和3GW。欧洲其他主要国家的太阳能光伏发电新增装机容量预计为捷克1.3GW，法国0.5GW，西班牙0.4GW，比利时0.25GW以及希腊0.2GW。2010年全球太阳能光伏累计装机容量接近40GW，比2009年的23GW增加70%。2011年全球新增光伏装机预计19GW。中国光伏发电现状中国太阳能发电产业起步晚，发展快，空间大截至2008年底，中国累计光伏装机量仅为145MW。中国政府的一系列光伏激励政策促进了中国光伏市场的快速增长。2009年中国年度光伏新增装机量达到160MW，超过了截至2008年底的累计安装总量。2010年实际新增装机量超过500MW。截止到2010年底，光伏累计装机容量为800MW左右，仍未达到1GW。2011年新增光伏装机预计500-700MW。表1近几年年新增光伏发电装机容量/MW20062007200820092010中国102040160500全球160329325950738016000中国占全球的比例0.6%0.7%0.7%2.2%3.1%光伏发电发展展望太阳能是未来最清洁、安全和可靠的能源，发达国家正在把太阳能的开发利用作为能源革命主要内容长期规划，光伏产业正日益成为国际上继lT、微电子产业之后又一爆炸式发展的行业。中国的光伏市场刚刚在胚胎期，虽然目前光伏发电因成本居高不下仍无法盈利，光伏产业的前景依然是"一片大好”。国家在"十二五”期间对以光伏产业为代表的新能源扶持政策的逐一出台及落实会对光伏行业的发展带来很多机遇。随着中国光伏市场规模的逐渐扩大，对于目前中国光伏市场的发展，"十二五”期间国内市场在中国光伏企业销售市场中将占据越来越重要的地位；业内人士指出，"十二五”期间将通过实施新能源配额制，落实新能源发电全额保障性收购制，以及深化电力体制改革等系列措施，光伏发电并网难的问题予以解决。光伏产业的要素已经具备，时机已经成熟，后续随着国家政策在"十二五”逐一落实，光伏产业的井喷时代即将来临。太阳能电池太阳能电池分类及简介太阳能是一种辐射能，它必须借助于能量转换器才能转换成为电能。这种把光能转换成电能的能量转换器，就是太阳能电池。太阳能电池是光伏发电系统的核心部件。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光伏效应。所谓光伏效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。太阳光照在半导体p-n结上形成新的空穴一电子对，在p-n结电场的作用下，空穴由n区流向P区，电子由P区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应，也是太阳能电池的工作原理。(见图1．1)图1太阳能电池中的光伏效应太阳能电池的制造经过多年的发展，且前的太阳能电池主要采用硅为原料。硅太阳能电池是用硅单晶片、多晶片或薄膜片制作出来的。硅单晶片从一个在1400度环境下产生的高纯度的大晶块中切割而成。多晶片的制作工艺是先铸造出多晶硅锭，然后再切成薄片。非晶态硅薄膜电池，是通过把一种含硅的气体(如：硅烷)中硅沉积到一个玻璃底片上来制作出来的。另外的薄膜技术太阳能电池包括多晶硅薄膜太阳能电池、铜铟硒化合物／镉硫化合物薄膜太阳能电池、铬的碲化物／铬的硫化物电池和镓的砷化物电池。硅太阳能电池片的生产工艺流程见图1．2。图2太阳能电池片生产工艺流程太阳能电池分类太阳能电池按型态，可以分成Bulk与Thin-film两种型态。目前，单晶或多晶硅块状太阳能电池占整个硅系太阳能电池市场的85%以上，是目前的主流产品。块状硅太阳能电池的分类见图3：图3块状太阳能电池分类薄膜（Thin-film）太阳能电池包括多晶硅、非晶硅、微晶硅、在廉价衬底上硅、化合物半导体材料（CdTe、CIS）系，以及新材料，如：色素增感，有机系等。薄膜太阳能电池的分类见图4。图4薄膜太阳能电池分类图单晶硅太阳能电池硅系列太阳能电池中，单晶硅太阳能电池转换效率最高，面积小，输出功率大，稳定性好，使用寿命长(一般可达20年以上)，但原材料成本较高，弱光特性较差，生产工艺复杂，故售价也较高。多晶硅太阳能电池同单晶硅相比，多晶硅太阳能电池成本较低，而且转化率与单晶硅太阳能电池比较接近，因此，多晶硅太阳能电池是未来地面应用的发展方向之一。一般商品多晶硅太阳能电池组件的转换效率为12%—14%。商品多晶硅太阳能电池的产量占硅太阳能电池的50%以上。它是太阳能电池的主要产品之一。多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池通常的晶体硅太阳能电池是在厚度350～450μm的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。因此实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，人们从70年代中期就开始在廉价衬底上沉积多晶硅薄膜，多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池就由此而产生了。多晶硅薄膜电池由于所使用的硅远较单晶硅少，又无效率衰退问题，并且有可能在廉价衬底材料上制备，其成本远低于单晶硅电池，而效率高于非晶硅薄膜电池，因此，在解决好技术问题之后，多晶硅薄膜电池不久将会在太阳能电地市场上占据主导地位。非晶硅薄膜太阳能电池非晶硅太阳能电池的转换效率较低（约6～8%左右），面积较大,但因其原材料成本较低,可便于大面积工业化生产，今后最有希望用于一般大面积发电的将是这种电池.随着制造技术和新材料的应用，一旦它的大面积实用组件光电转换效率达到10-15%以上，每瓦发电设备的价格降到1～2美元时，便足以大面积得到广泛应用，并将逐渐取代现在常规能源。太阳能电池的制作过程硅太阳能电池或者是用单晶片或者多晶片或者薄膜片制作出来的。单晶片从一个在1400度环境下产生的大晶块中切片出来的（大约1/3到1/2毫米厚）。这个加工过程的花费很昂贵。硅必需是高纯度和有一个完美的晶体结构的，见图5。图5太阳能电池片生产工艺流程国内外太阳能电池行业发展现状及分析目前，晶体硅太阳能电池因丰富的原材料资源和成熟的生产工艺而成为太阳能电池研发和产业化的主要方向，而多晶硅和非晶硅薄膜太阳能电池虽然具有较高的转化效率和相对较低的成本，但生产工艺还不成熟，还没有大量产业化，所以主流产品还是晶体硅太阳能电池，具体比例如下图：图6太阳能电池主要种类及市场分额国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势太阳能电池追求的总体目标仍然是提高转换效率和降低成本。单晶硅太阳能电池使用年限较长，转换效率较高，一般在15％～16％之间，但相对较贵；而多晶硅太阳能电池制造流程较为简单，相对也比较便宜，但转换效率较低，约14％～15％，两者为目前全球太阳能光电应用比例最高者，合计市场占有率已经达到90％。2006年全球太阳能电池总产量2500MW，比2005年产量1758兆瓦增长41.1%，其中日本的产量达到928兆瓦，比2005年833兆瓦增长11.4%，是全世界第一大生产国，占全世界37.1%；欧洲太阳能电池的生产量为657兆瓦,比2005年470兆瓦增长39.8%；美国太阳能电池的生产量为202.0兆瓦,比2005年154兆瓦增长31.1%；其他国家地区太阳能电池的生产量为714兆瓦,比2005年302兆瓦增长136.4%，大幅增长，中国、**增长很快，其中中国太阳能2006年电池产量达到369.5MW，已经超过美国成为世界第三大太阳能电池生产国。图6.2给出了1995～2006年世界太阳电池生产量的增长情况：图71995～2006年世界太阳能电池产量（PVNET2007.3）太阳能光伏产业对薄膜太阳能电池的发展给予了很大希望，但是薄膜电池的技术进步比预想要慢、要难。硅基薄膜电池将来有可能成为未来的主流方向，但至少在2020年前，晶体硅电池还是光伏发电的主流产品。国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问题我国从1958年开始研制太阳能电池，1959年第一块有实用价值的太阳能电池诞生，1971年3月首次应用太阳能电池为科学实验卫星的电源，开始了太阳能电池的空间应用，1973年首次在灯浮标上进行应用太阳能供电的实验，开始了太阳能电池的地面应用。在"九五”以前，我国太阳能电池产量还很小，只占世界太阳能电池的很少一部分。近几年来，随着全球光伏产业的蓬勃发展，我国太阳能光伏产业也迅速成长，尤其在**尚德太阳能电力**扩产进入世界前八位之后，太阳能电池产业无论从产量和技术研发上都有了长足的进展，新增了数条规模在25MW以上的太阳能电池片生产线，形成了一定的规模的生产能力，我国光伏产业规模和技术水平都已有很大提高。到2005年底，我国已有10多家具有规模的太阳能电池专业生产厂，晶体硅太阳能电池的年生产能力已超过300兆瓦，非晶硅太阳能电池年生产能力达10兆瓦以上，太阳能电池组件的生产能力已在400MW以上。2005年我国太阳能电池片的总产量达112MW左右，比2004年54MW，增长107%。2006年我国太阳能电池产业更是获得爆发是增长，全年电池片产量达到369.5MW，同比增长230％。而太阳能电池总产能初步估计已经达到1600MW。我国从1958年开始研制太阳能电池，1959年第一块有实用价值的太阳能电池诞生，1971年3月首次应用太阳能电池为科学实验卫星的电源，开始了太阳能电池的空间应用，1973年首次在灯浮标上进行应用太阳能供电的实验，开始了太阳能电池的地面应用。全球太阳能市场爆发性膨胀，刺激了我国太阳能电池生产的大幅度增长。但目前，太阳能光伏发电行业发展面临最大的问题是硅料供应。由于来自太阳能行业对硅料的需求增长超过了产能的增长，目前国际市场上多晶硅供不应求，导致硅料的价格大幅上升。中国高纯多晶硅主要依赖进口，市场需求量增大，一些国外的多晶硅企业对我国实行限购和禁购。原材料受制于人，不仅成为制约我国光伏产业发展的瓶颈，还在一定程度上造成了行业的混乱。目前，国内光伏产业界有一个奇怪的现象，不管在光伏产业链中是上游企业还是下游企业，谁能拿到原材料谁就是"大爷”。只要手中有原材料，下游企业可以指挥上游企业为其单独"开小灶”，有些个别企业干脆做起了原材料的倒买倒卖。由于众多国际"倒爷”和国内"倒爷”的搅和，我国国内多晶硅现货市场价格十分混乱，一直攀升。在未来一、二年，太阳能电池原料还会持续紧*，电池片、电池组件厂商的开工率不足，产能利用率较低。另外，目前国内市场对太阳能产品需求不大，我国生产太阳电池片或组装太阳电池组件的企业，产品绝大部分出口，用我国宝贵的一次性能源生产的环保产品为国外的环保事业"打工”。光伏材料光伏材料简介光伏材料能将太阳能直接转换成电能的材料。光伏材料又称太阳能电池材料，只有半导体材料具有这种功能。可做太阳电池材料的材料有单晶硅、多晶硅、非品硅、GaAs、GaAIAs、InP、CdS、CdTc等。用于空间的有单晶硅、GaAs、InP。用于地面已批量生产的有单晶硅、多晶硅、非晶硅。其他尚处于开发阶段。目前致力于降低材料成本和提高转换效率，使太阳能电池的电力价格与火力发电的电力价格竞争，从而为更广泛更大规模应用创造条件。以硅材料的应用开发形成的产业链条称之为光伏产业，包括高纯多晶硅原材料生产、太阳能电池生产、太阳能电池组件生产、相关生产设备的制造等。我国76％的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀；与水电、风电、核电等相比，太阳能发电没有任何排放和噪声，应用技术成熟，安全可靠：除大规模并网发电和离网应用外，太阳能还可以通过抽水、超导、蓄电池、制氢等多种方式储存，太阳能+蓄能，几乎可以满足中国未来稳定的能源需求．太阳能光伏产业各部分产业链发展状况光伏产业链主要包括六个主要环节：多晶体硅原材料制造、硅锭／硅片生产、太阳电池制造及组件封装、相关部件、光伏系统应用、以及相关生产设备的制造。光伏产业链包括硅科、硅片、电池片、电池组件、应用系统5个环节。上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。从全球*围来看。产业链5个环节所涉及企业数量依次大幅增加，光伏市场产业链呈金字塔形结构。在整个产业链中，硅料尤其是高纯度的硅料毛利率最高。由于近年来光伏产业的快速发展，硅料出现供不应求的状况，硅料的价格更是节节攀升。2008年初从以工业硅为原料提纯后所得的多晶硅价格已经上涨至约300美元／公斤，部分高纯度多晶硅甚至达到500美元／公斤。其次是硅片生产的利润率较高，而组件生产和工程安装利润率最低，约为10％左右。目前，大部分光伏企业的产品集中在硅片、电池片和电池组件，以及应用系统方面。硅料的利润增长点主要是来自高纯度的多晶硅，而纯度较低的工业硅(纯度为98％～99％)则价格极为低廉。工业硅料的生产主要在发展中国家进行，是产业链中高能耗、高污染的一环。工业硅料经提纯后得到高纯度的硅料(纯度在99．9999％以上)则价格高昂。高纯度硅料的供应商主要来自美国、德国和日本的公司。随着光伏产业的发展，这些公司有扩大高纯度硅料产能的趋势，如美国HSC公司的多晶硅产能将从2008年的1．45万吨，增加到2010年扩产至1．9万吨：另一家公司MEMC公司的产能也将由4900吨提高至2009年的8000吨。随着光伏发电技术不断提高，并网光伏发电在市场中的份额逐年增加，占据了主导地位。这在人类能源变革中具有重要意义，它标志着光伏发电由边远地区和特殊应用向电网电源发展，由补充能源向替代能源发展的转变，人类社会已开始为建设可持续发展的能源体系而努力。其他诸如农村边远地区应用、通讯和信号、消费电子产品等都有快速发展，并继续发挥光伏发电的独特优势。太阳能用单晶硅太阳能用单晶硅材料的主要生产设备及生产工艺单晶硅简介光伏产业的发展离不开硅，硅有晶态和无定形两种同素异形体。晶态硅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。单晶硅在日常生活中是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料。电视、电脑、冰箱、、手表、汽车，处处都离不开单晶硅材料，单晶硅作为科技应用普及材料之一，已经渗透到人们生活中的各个角落。单晶硅在火星上是火星探测器中太阳能转换器的制成材料。火星探测器在火星上的能量全部来自太阳光，探测器白天休息--利用太阳能电池板把光能转化为电能存储起来，晚上则进行科学研究活动。也就是说，只要有了单晶硅，在太阳光照到的地方，就有了能量来源。单晶硅在太空中是航天飞机、宇宙飞船、人造卫星必不可少的原材料。人类在征服宇宙的征途上，所取得的每一步进步，都有着单晶硅的身影。航天器材大部分的零部件都要以单晶硅为基础。离开单晶硅，卫星会没有能源，没有单晶硅，航天飞机和宇航员不会和地球取得联系，单晶硅作为人类科技进步的基石，为人类征服太空作出了不可磨灭的贡献。单晶硅在太阳能电池中的应用高纯的单晶硅是重要的半导体材料。在光伏技术和微小型半导体逆变器技术飞速发展的今天，利用硅单晶所生产的太阳能电池可以直接把太阳能转化为光能，实现了迈向绿色能源革命的开始。单晶硅具有广阔的应用领域和良好的发展前景。2008年奥运会把"绿色奥运”做为重要展示面向全世界展现，单晶硅的利用在其中将是非常重要的一环。现在，国外的太阳能光伏电站已经到了理论成熟阶段，正在向实际应用阶段过渡，太阳能硅单晶的利用将是普及到全世界*围，市场需求量不言而喻。太阳能用单晶硅材料生产工艺设备目前，太阳能用单晶硅材料的生产主要包括硅锭的生长和硅片的切割。其中硅锭生长的核心设备是直拉式单晶硅炉。直拉单晶炉主要由炉体、电器和自动化控制部分、热系统、水冷系统、真空系统以及氩气装置六大部分组成。其主要工作原理为：由炉体和热系统提供合适的生长温度，当坩埚内的多晶硅料完全融化以后，人为的控制引入晶体生长所必需的籽晶，让坩埚内多晶硅料按照一定的生长取向进行原子排列，从而根据需要生长出具有一定原子排列顺序和一定直径大小的硅单晶。工艺技术主要体现在热系统和机械电器部分的配合。”硅片加工基本上采用多线切割技术(HCT)。硅片的切割设备是高精度线切割机(线锯)。由于生产该设备的技术难度很高，目前世界上只有三家公司可以生产，中国硅片生产商使用的线锯设备全部依靠进口，而且短时间内这种局面无法改变。国内太阳能用单晶硅材料的行业现状随着市场需求的不断增长，国内太阳能电池硅单晶生产企业不断增多，目前规模最大的是**宁晋单晶硅基地，2006年产量已达1170吨/年，销售额达到36亿元。其他有**新日硅/华日硅/华昌电子材料公司、**顺大半导体**、**亿晶电子科技**、**天合光能**等公司太阳能电池用单晶硅的产量也很大。2006年我国太阳能用硅单晶产量已达3188吨，已占到全国硅单晶生产量的85%。表22001-2006年国内太阳能用硅单晶生产状况年份200120022003200420052006硅单晶总产量（吨）561.9769.11191.41750.82564.53739.8太阳能级硅单晶产量（吨）286.7403730.551154.2418873188.3太阳能用硅单晶产量年增长率（%）38.240.681.2857.9663.5268.9646.1图8国内硅单晶总产量及太阳能用硅单晶总产量国内太阳能用单晶硅主要生产企业**晶龙集团位于**宁晋县,占地200亩,包括中日合资宁晋松宫半导体**、赛美港龙电子材料**、晶兴电子**等。目前，拥有单晶炉268台，是世界上规模最大的太阳能单晶硅生产基地。1996年，宁晋县电力局与**工业大学以技术转让和产学研相结合的形式创办宁晋晶隆半导体厂，成为当地一个新的经济增长点。**晶龙集团是宁晋县电力局与**工业大学联合创建的产、学、研基地。主要研制生产光电子材料——大直径、低氧碳、高寿命太阳能单晶硅和微电子材料IC级单晶硅，是发展绿色能源、太阳能发电--造福人类的洁净能源项目。1997年，与世界上最大的太阳能硅片供应商——日本松宫半导体技术株式会社实现了合资经营，成立中日合资宁晋松宫半导体**，在此基础上，宁晋县电力局又继续寻求并扩大合作，与**合资成立了赛美港龙电子材料**和宁晋昌隆石英制品**，2003年对晶隆半导体厂、赛美港龙公司、昌隆公司等多家企业实施了全股份制改造，创立了**晶龙实业集团**。2004年，**晶龙集团与**其昌公司共同投资成立**晶兴电子**，形成了以太阳能单晶硅为主导产品的生产系列，具备科研、生产、维修、贸易、服务等多功能、一体化的产业链，一跃成为**省半导体材料基地之一。2006年晶龙集团的总销售收入36多亿元，出口额8000万美元，生产大直径低氧碳太阳能级单晶硅1169吨，是世界上最大的太阳能级单晶硅生产基地和国内最大的硅片加工中心。宁晋单晶硅材料生产基地目前拥有单晶炉188台，进口多线切割机22台。为延长产业链，增强企业的市场竞争力，晶龙集团抓住当前太阳能光伏市场迅速发展的机遇，2005年5月开始与澳大利亚光电科学工程公司洽谈并达成合资建设180MW高效太阳能电池生产线项目的协议。该项目需占用土地400亩，其中一期建设占地150亩，新增90台多线切割机及其配套设备，形成8100万片/年125mm×125mm硅单晶片的生产能力；建设4条太阳能电池生产线及相应配套设施，形成年产180MW太阳能电池的生产能力。一期25MW太阳能电池生产线已在建设，2006年5月正式投产。**新日硅材料**和**华昌硅材料**是**新华投资管理的**，于2000年9月和2002年初与日本金属再生公司和**佑昌灯光器材**分别合资兴建的企业，是目前国内生产硅单晶的主要生产厂家，占地面积2500平方米。**华日硅材料**，成立于2004年3月，注册资本18000万日元，为中日合资股份制企业。其中中方占股75%,日方占股25%。装有国产TDR-80A单晶炉2台，进口德国来宝炉10台，年产硅单晶锭80吨。又投资**佑华新能源**20台80型单晶炉生产线。公司产品3英寸、6英寸和6.5英寸单晶硅的稳定地逐步扩大生产外，正在开发８英寸硅胶单晶的生产项目、硅胶单晶片以及太阳能电磁项目，我们真诚地希望与行业伙伴在一起友好合作，为人类提供源源不断面的绿色能源。2006年总共形成销售收入7亿元，生产太阳能电池单晶570吨。**顺大半导体**位于风景秀丽，交通便利的**北郊，高邮市天山镇。总建设设计规模为年产单晶棒400吨，形成销售25000万元以上。公司占地面积38000米实，一期工程已顺利投入批量生产。生产直径6英寸、8英寸的单晶棒，并且在国内率先达到了大直径硅棒批量生产的能力。并又投资5000万元进行太阳能电池硅片线切割，2005年12月底已有部分设备投产。2006年生产太阳能单晶硅537吨，实现销售收入16.7亿元。**亿晶光电科技**创建于2003年5月，是专业从事太阳能光伏发电的技术开发、产品制造和销售的省级高新技术企业。该公司通过引进德国、美国、日本等国的先进设备和生产线，精心打造出了单晶硅棒拉制→单晶硅片切割→太阳能电池制造→太阳能电池组件封装的迄今为止国内最为完整的光伏发电产业链。公司坐落于**省金坛市尧塘工业园，占地面积185亩，建筑面积50000多平方米，视野开阔，环境优美；同时，紧邻沪宁高速和沿江告诉两条高速公路，东邻**机场，西邻**禄口机场，交通非常便利。目前公司已具备了700吨单晶硅棒、3000万片单晶硅片、150MW太阳能电池、150MW太阳能电池组件的生产能力。2006年公司生产太阳能单晶硅500吨，实现销售额6.5亿元。**天合光能**自1998年建厂以来，天合光能**发展飞速，现有总资产3亿多元，员工500多人，教授级专家15位，专利与自主知识产权30多项。公司现有30MW的拉晶、切片、组件、系统等全套产业链技术产品的研发、生产和销售能力，多次完成国家级科研任务、系统工程，并且参与制定了中国第一部可再生能源法以及中国太阳能行业标准。根据市场需求和发展规划，将在"十一五”期间扩展到100MW（其中硅片和系统部分扩展到300MW）的生产能力。目前公司拥有太阳能单晶炉24台，太阳能电池组件的生产能力30MW。2006年产值达13亿元，其中太阳能单晶硅生产30吨。太阳能用多晶硅太阳能用多晶硅生产工艺制备太阳能电池所需要的太阳级多晶硅虽然远不及半导体行业需要的纯度高，但其纯度一般要达到99．9999％(6N)以上。高纯多晶硅是通过化学提纯或者物理提纯技术将冶金级硅进一步提纯而制得的。冶金级硅通常称为金属硅，其纯度一般为95％～99％，相对于太阳级硅含有大量的非金属c、B、P和金属Fe、A1、Ti等杂质元素。化学提纯法主要是将冶金级硅转化成中间化合物并进一步精馏提纯使之达到高纯度，然后再还原成高纯度的多晶硅材料，由此所得的多晶硅纯度一般能够达到太阳能级或电子级多晶硅的纯度要求。根据中间化合物的不同可将化学提纯技术分为三氯氢硅氢还原法、硅烷法、四氯化硅氢还原法等。当今世界上高纯多晶硅主要是采用前两种方法生产的，分别约占全球多晶硅产量的78％和20％。物理提纯法(亦称冶金法)主要采用冶金和物理提纯等技术将冶金级硅直接提纯升级为太阳能级硅，避免了电子级高纯硅化学精细提纯技术带来的高成本和繁琐工艺。以下将简要介绍当前高纯硅的主要制备方法。三氯氢硅氢还原法三氯氢硅氢还原法亦称西门子法，是德国Siemens公司于l954年发明的一项制备高纯多晶硅技术。该技术采用高纯三氯氢硅(SiHC13)作为原料，氢气作为还原剂，采用西门子法或流化床的方式生长多晶硅。此法有以下3个关键工序。(1)硅粉与氯化氢在流化床上进行反应以形成SiHC13，反应方程式为：Si+3HCl→SiHC13+H2(2)对SiHC13进行分馏提纯，以获得高纯甚至l0-9级(ppb)超纯的状态：反应中除了生成中间化合物SiHC13质，需要精馏提纯。经过粗馏和精馏两道工艺，中间化合物SiHC13，的杂质含量可以降到10-7～l0—1O数量级。(3)将高纯SiHC13用H2通过化学气相沉积(CVD)还原成高纯多晶硅，反应方程式为：SiHC13+H2→Si+3HC1或2SiHC13→Si+2HCl+SiCl4该工序是将置于反应室的原始高纯多晶硅细棒(直径5mm～6mm，作为生长籽晶)通电加热到1l00℃以上，加入中间化合物SiHC13和高纯H2，通过CVD技术在原始细棒上沉积形成直径为150mm～硅烷热分解法1956年英国标准电讯实验所成功研发出了硅烷(SiH4)热分解制备多晶硅的方法，即通常所说的硅烷法。l959年日本的石冢研究所也同样成功地开发出了该方法。后来，美国联合碳化物公司(UnionCarbide)采用歧化法制备SiH4，并综合上述工艺加以改进，诞生了生产多晶硅的新硅烷法。这种方法是通过SiHC13将冶金级硅转化成硅烷气的形式。制得的硅烷气经提纯后在热分解炉中分解，生成的高纯多晶硅沉积在加热到850℃硅烷气的制备方法多种多样，如SiCl4氢化法、硅合金分解法、氢化物还原法、硅的直接氢化法等，其主要优点在于硅烷易于提纯，热分解温度低等。虽然该法获得的多晶硅纯度高，但综合生产成本较高，而且硅烷易燃易爆，生产操作时危险性大。物理提纯法长期以来，从冶金级硅提纯制备出低成本太阳能级多晶硅已引起业内人士的极大兴趣，有关人员也进行了大量的研究工作，即采用简单廉价的冶金级硅提纯过程以取代复杂昂贵的传统西门子法。为达到此目的，常采用低成本高产率的物理提纯法(亦称冶金法)，具体方法是采用不同提纯工艺的优化组合对冶金级硅进行提炼进而达到太阳能级硅的纯度要求。其中每一种工艺都可以将冶金级硅中的杂质含量降低1个数量级。多晶硅发展现状世界多晶硅的先进生产技术一直掌握在美,日,德,意等国的几家公司手中,形成技术封锁,市场垄断。世界多晶硅生产也高度集中于美,日,德3国,世界各主要生产厂生产状况参见表3;世界多晶硅主要供货商2006—2010年生产与计划情况见表4。表3近年世界各主要多晶硅生产厂生产状况（t）表4世界主要多晶硅厂2006—2010年生产与计划（t）由于中国的发展速度加快以及亚洲其他国家的发展,世界多晶硅产量的地区分布未来将发生变化见表5。全球硅材料与太阳能电池供需与预测见表6,2006年以来,中国的多晶硅生产,无论是技术,还是产能都将有一个飞跃的发展过程。面对太阳能电池对多晶硅和单晶硅材料的巨大需求,各多晶硅厂家计划通过专用生产线和新工艺增加产量,以满足不断增长的需求。目前,有采用改良西门子法加大沉积速度的办法,以增加产量;有利于单晶硅头,尾料,坩埚底料和集成电路制造时产生的碎片拉制太阳能电池用硅材料的,还有许多制造商正积极开发各种不需达到半导体用硅纯度的廉价太阳能级硅产品。目前,世界知名的几大多晶硅厂商哈姆洛克,德国瓦克,MEMC,三菱材料等正在扩充产能。表5多晶硅产量按地区比例分布2004年状况和2009年预测表6全球硅材料与太阳能电池供求与预测太阳能光伏产业发展至今已有几十年的历史，晶体硅太阳电池始终是商品化太阳电池的主流，约占据整个太阳电池市场的90％，国际市场上98％以上的光伏电池都是利用高纯多晶硅制备的。近年来随着光伏产业每年超过30％以上的速度飞速发展，对太阳能级多晶硅的需求也以每年几千吨的速度增长。2003年以前制备太阳电池所需的原料主要来源于半导体行业用硅单晶的废弃硅料和半导体行业过剩的多晶硅料。前者包括电子级直拉硅单晶的头尾料、边角料、锅底料、碎片以及集成电路的废弃片，每年仅限于3000t以内；而后者主要是指低质量的电子级高纯多晶硅，每年仅限于l0000t，并随着半导体工业的发展将逐渐减少。自2004年以来，国际上一些高纯硅材料企业就专门致力于太阳能级多晶硅的生产。进入21世纪以来，光伏产业取得飞速发展，其发展速度居各种新能源或可再生能源行业之首，加上半导体行业每年以5％以上的增速发展，高纯硅材料(包括光伏行业和半导体行业)也在全球*围内呈现出供不应求的局面，并且缺口越来越大，特别是最近几年，全球高纯硅材料缺口均在5000t以上，预计未来几年时间里缺口将继续扩大并将达到l0000t以上。由于高纯多晶硅出现全球性的短缺，其价格也不断上扬，*些集团内部价格已从2003年的20～30美元／千克增至现在的80～90美元／千克，自由市场的价格更是高达300美元／千克。多晶硅这一环节已经严重影响了整个太阳能光伏发电市场，在整个产业链中成为一个急需解决的瓶颈。2010年8月，韩国OCI公司与韩国经济发展集团签约备忘录，将共同投资84亿美元（包括其他事项）在韩国郡山新增能力，这将使OCI公司总的多晶硅制造能力翻两番以上。Hemlock公司正在美国田纳西州Clarksville建设投资为12亿美元的多晶硅制造厂，而瓦克化学公司正在德国Nunchritz建设投资为8亿欧元的太阳能级多晶硅制造装置。太阳能电池用铸造多晶硅片，一般采用低等级的半导体多晶硅或者专门为太阳能电池使用而生产的铸造多晶硅等材料。铸造多晶硅片相对于单晶硅片有材料冗余度、运行成本低、能耗低的优势，但太阳能电池单晶由于单晶炉初始投入小，因此国内太阳能电池单晶多于铸造多晶的生产企业。但随着光伏产业市场需求的增长，国内铸造多晶硅生产企业有2000年投产的**晶元太阳能**，**英利新能源**，另外**赛维LDK太阳能高科技**引进国际先进生产技术及设备，一期投资7250万美元2006年形成75兆瓦太阳能电池用铸造多晶硅片的生产能力，还有精功**太阳能技术**引进美国GTSolar公司的设备和技术，新建多晶硅片生产线，第一期计划为10MW也于2006年正式投产。表72005-2006年底国内太阳能电池铸造多晶硅切片企业生产状况一览表生产企业2005年硅片产量（万片）2006年硅片产量（万片）赛维LEK太阳能科技**3000**英利新能源**4002300**晶元太阳能**100225合计5525总计19289国内太阳能电池硅切片及铸造多晶生产企业**环太硅科技**是2004年元月新办的中外合资企业，主要生产太阳能级单晶、多晶硅片及半导体级单晶硅片，年产各类硅片600万片。公司有多台进口具有世界先进水平的多线切割机，可以切割103—150等多种规格硅片，切片厚薄均匀、光洁度高、质量好。2006年并计划投资32台太阳能电池单晶炉，2006年5月将有16台单晶炉投入运行。2005年实现销售收入约3亿元人民币。江阴市海润科技**主要从事晶体硅片的研究、制造、销售和服务。公司注册资金800万美金，拥有当今世界最先进、产能最高的瑞士大型高精线切割机8台，并聘请了国内最早从事硅材料生产的国家级研究所著名专家。公司可月产6"和8"硅晶片300万片，12台单晶炉也已正式投产运营，设计明年将会增至100台。2005年公司实现销售收入约2亿元人民币。技术和产品水平已达到国内硅材料加工行业先进水平，产品作为光伏电池的原料，被广泛应用于太阳能领域。公司承揽各种来料加工业务，包括多晶硅到硅片，单晶硅棒到硅片等加工业务。高佳太阳能（）成立于2005年7月，是由**高佳企业**独资兴办的企业。企业位于**国家高新技术产业开发区，主要从事4-8英寸太阳能电池片加工及生产。该企业总投资额为9828万港元，设计年加工能力为2400万片太阳能电池片。公司一期工程购买两台瑞士梅耶博格公司太阳能专用线锯-DC262线切机，从事太阳能电池切片加工，已于2005年9月、10月调试运行，正式投产。二期工程2006年再购入4台线锯。**晶元太阳能**位于中国东海之滨的**保税区，其前身为**中意太阳能**。现由**东元创业投资**和中国光电技术发展中心共同组建，注册资金2000万元。**晶元太阳能**与意大利ENITECHNOLOGIE公司及**大学国家硅材料重点实验室等科研院所已建立并保持长期的技术合作关系。公司目前主要生产125*125和103*103两种规格的太阳能电池用多晶硅片。公司也可根据客户需要提供其他规格硅片并提供切片服务。同时公司正准备发展下游产品生产线，生产多晶硅太阳电池和组件。**赛维LDK太阳能高科技**由**流星实业**和**柳新实业**共同出资设立的合资企业，工厂地址在**省**市高新技术开发区，是集太阳能多晶硅铸锭，多晶硅芯片研发、生产、销售为一体的高新技术光伏企业。公司注册资金2900万美元，一期总投资7250万美元。全套引进国际领先的光伏技术、生产及检测设备。2006年3月份将形成75兆瓦生产能力，预计产值达8亿。2007年底形成产能200兆瓦，预计产值达36亿，2008年形成产能400兆瓦，预计产值60亿，2009年形成产能700兆瓦，预计产值100亿，2010年将形成1000兆瓦以上，预计产值150亿以精功**太阳能技术**由精功集团和德国布莱斯-戴姆勒集团共同投资组建。公司引进美国GTSolar公司的设备和技术，新建多晶硅片生产线，第一期计划为10MW，二期将达到20MW的生产规模。一期多晶硅片项目于2005年12月投入试生产。目前我国2006年全国太阳能电池产量370MW，产能1600MW。但是目前我国太阳能电池生产企业所用的硅原料以让大量依赖进口，主要来源是国际上几个大硅材料生产企业的半导体硅碎片，半导体单晶硅的头、尾料等，目前国际市场太阳能电池用硅原料供应存在严重紧缺，且价格不断上涨。原材料供应不足已成为影响太阳能电池生产企业扩大生产规模的瓶颈问题，制约了太阳能电池产业的发展。太阳能多晶硅发展展望多晶硅是光伏太阳能电池的主要组成组分。根据有关分析数据表明，近5年多晶硅已出现高的增长率，并且将呈现继续增长的重要潜力。PHOTON咨询公司指出，太阳能市场以十分强劲的态势增长，并将持续保持，2005-2010年的年均增长率超过50%，但是多晶硅供应商的市场机遇收到价格、供应和需求等巨大变化的影响。后危机时代太阳能模块设施增长的强劲复苏致使多晶硅吃紧。按照PHOTON咨询公司的2010年年度太阳能市场报告，在现行政策和经济环境下，预计多晶硅供应在2010~2014年的年均增长率为16%，2014年将达到29万吨/年。能力增长主要受到主要生产商的扩能所驱动，这些生产商包括美国Hemlock半导体公司、OCl公司和瓦克化学公司。分析指出，光伏部门受刺激政策的拉动，正在扩能之中，预计多晶硅供应的年均增长率可望达43%，将使其能力达到2014年近50万吨。硅产业在新能源领域迎来机遇世界传统能源未来数十年内将会出现不可避免的危机，而硅材料作为生产太阳能电池的主要原料，发展前景一片光明。多晶硅行业应抓住机遇，明确行业发展的核心问题和经营模式不断推进技术进步，提高竞争力。2010年10月13日，亚洲最大非晶硅薄膜太阳能电站—华翰光伏电站，正式并网发电，引来媒体争相报道。加之《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车七个产业列为现阶段的重点发展对象，与新能源密切相关的硅材料再次为人们所关注。我国硅产业现状我国是世界重要的金属硅生产大国，产能在15O万吨以上(符合铁合金准入标准企业)，近年来产量维持在12O万吨左右。如果算上没有进入准入标准的企业，估计产能将接近250万吨。根据中国有色金属工业协会副会长赵家生先生在2010中国国际硅业大会上的分析数据显示，从金属硅产品的消费结构来看，目前我国5O％左右的金属硅用于出口，而出口金属硅的品质也相对较好，多为化学级金属硅，其比例超过6O％，而余下35％的份额为冶金级别，当然还有少量的高品位金属硅也出至国外。在国内消费市场，化学级金属硅占据市场的最大份额，其中直供有机硅生产和其他用途再加工的市场份额分别为45％和5％左右，而冶金级金属硅的份额也从之前的7O％左右缩减至40％左右。用于多晶硅生产的高纯度金属硅粉所占的比例也增加至5%左右，并且其中一部分用于出口。其他用途的金属硅产品则小于5%。表8当前国内金属硅产品消费结构等级化学级冶金级高纯度金属硅粉其他等级用途主要用途有机硅生产其他铝合金多晶硅比例45%5%40%5%＜5%我国硅产业的发展前景从下游产品来看，2009年有机硅对工业硅消费量达到20万吨，2001-2009年有机硅*uq9i9uliag复合增长率达到22%，虽然增长率有缓慢下降的趋势，但未来有机硅的需求量依然会增加。根据推算，2015年，我国有机硅对工业硅需求量将达到50万吨。硅铝合金也是消费金属硅的一个重要领域。据安泰科技统计，2009年国内铝铸件产量已达到427.9万吨，比2005年增加234.9万吨。其中70%用于汽车、摩托车生产领域，约为299.5万吨，比2005年增加164.4万吨。据测算，我国铸造铝合金的平均硅含量在5%左右。以此计算，2009年，我国铸造铝合金的硅含量约为21.35万吨。考虑到再生铝部分中已含硅，新加入金属硅占总硅量30%左右，09年铸造铝合金世纪耗硅7万吨左右。变形铝合金中硅消耗量4万吨左右，2009年铝合金实际消耗硅11万吨左右。根据安泰科技预测，我国2009-2015年铝合金复合增长率将达到12%，以此推算，我国2015年铝合金将达到816万吨。对金属硅的需求量将达到25万吨。多晶硅产量从2006年80吨到2009年1.8万吨递增，并预计2010其产量达到4