近年來(lái)，針對太陽(yáng)能級多晶硅的質(zhì)量要求發(fā)展起來(lái)一種新工藝——冶金法。冶金法制備多晶硅以廉價(jià)的工業(yè)硅為原料，采用冶金技術(shù)提純而成，工藝路線(xiàn)短，能耗僅為改良西門(mén)子法的20%左右，因此被認為是最有可能生產(chǎn)價(jià)格低廉的制造太陽(yáng)能級多晶硅新技術(shù)。

    為推廣和不斷完善冶金法生產(chǎn)多晶硅工藝，冶金法太陽(yáng)能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟于2009年9月底在寧夏銀川成立。

    新規定催生新技術(shù)

    為了落實(shí)國務(wù)院關(guān)于抑制包括多晶硅在內的部分行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩和低水平重復建設精神，國家發(fā)改委針對國內普遍采用的改良西門(mén)子法制備太陽(yáng)能級多晶硅技術(shù)明確了技術(shù)門(mén)檻：多晶硅項目規模必須大于3000噸／年，占地面積小于6公頃／千噸多晶硅，還原尾氣中四氯化硅、氯化氫、氫氣回收利用率不低于98.5%、99%、99%；引導、支持多晶硅企業(yè)以多種方式實(shí)現多晶硅—電廠(chǎng)—化工廠(chǎng)聯(lián)營(yíng)，支持節能環(huán)保太陽(yáng)能級多晶硅技術(shù)開(kāi)發(fā)，降低生產(chǎn)成本。到2011年前，淘汰綜合電耗大于200千瓦時(shí)／千克的多晶硅產(chǎn)能。

    冶金法太陽(yáng)能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟秘書(shū)長(cháng)、中國產(chǎn)學(xué)研合作促進(jìn)會(huì )新材料專(zhuān)業(yè)委員會(huì )副理事長(cháng)李義春介紹，當前，我國大多數多晶硅生產(chǎn)企業(yè)采用的是西門(mén)子法。雖然國外的改良西門(mén)子法已經(jīng)發(fā)展成熟，但一直為幾家大公司所壟斷，對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖。我國一些小企業(yè)采用拼湊的設備和技術(shù)生產(chǎn)，能耗和污染得不到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量和成本均不具備優(yōu)勢。

    賽迪公司顧問(wèn)開(kāi)發(fā)區咨詢(xún)中心咨詢(xún)師江華明確表示，我們應集中科技資源，共同研發(fā)制定中國多晶硅產(chǎn)業(yè)的總體布局、技術(shù)路線(xiàn)、工藝方法、環(huán)保和綜合利用方案等，除獲得成熟西門(mén)子法生產(chǎn)多晶硅的工藝外，加大力度對流化床法、冶金法等多晶硅生產(chǎn)工藝進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，并針對不同市場(chǎng)，形成多種工藝技術(shù)既相互競爭又各自針對合適目標協(xié)調發(fā)展的技術(shù)格局。

    李義春介紹，國內外現有的多晶硅廠(chǎng)絕大部分采用改良西門(mén)子法生產(chǎn)多晶硅。用該工藝生產(chǎn)的多晶硅純度較高，通常能達到9N以上，甚至10N、11N，這樣才能保證電子材料的功能。但是該技術(shù)存在成本高、能耗高、投資大以及流程復雜的問(wèn)題。

    目前發(fā)展迅猛的光伏產(chǎn)業(yè)，對多晶硅材料的要求沒(méi)有那么高，一般純度達到6N－7N就可以了�！暗�是沒(méi)有這樣的硅片，企業(yè)就把高端的電子用多晶硅材料摻雜，降低品質(zhì)后，才能用于光伏發(fā)電。因此，應該有專(zhuān)門(mén)用于光伏發(fā)電的硅片生產(chǎn)技術(shù)�！崩盍x春說(shuō)。

    基于此，業(yè)內開(kāi)始積極研究適合太陽(yáng)能級多晶硅的低成本制造技術(shù)和方法。

    新技術(shù)的優(yōu)勢

    “改良西門(mén)子法滿(mǎn)足的是信息電子對多晶硅的高純度能級要求，但太陽(yáng)能光伏電池并不需要如此高的純度，這的確給成本更低的冶金法制備多晶硅技術(shù)帶來(lái)了新的機遇�！敝袊�工程院院士聞立時(shí)說(shuō)。

 2008年6月，阿特斯光伏科技有限公司在全球率先宣布，他們用冶金法生產(chǎn)的多晶硅成功開(kāi)發(fā)出太陽(yáng)能電池模組組件，并被國際太陽(yáng)能光伏領(lǐng)域的主流廠(chǎng)商所接受。

    李義春介紹，幾年前，人們對冶金法還處在摸索階段，近幾年由于市場(chǎng)驅動(dòng)，很多企業(yè)和機構都投入大量精力研究。目前我國幾家主流的單位都取得了突破，而且技術(shù)越來(lái)越好，關(guān)鍵技術(shù)指標達到了要求，制成了光伏電池。

    寧夏發(fā)電集團在冶金法太陽(yáng)能級多晶硅的研發(fā)、生產(chǎn)和應用方面進(jìn)行了開(kāi)拓性的工作。2008年9月，該集團在全國第一個(gè)采用冶金法多晶硅建設的330KWp光伏電站在銀川并網(wǎng)發(fā)電；2009年9月，該集團太陽(yáng)山10MWp光伏電站中的2.5MWp成功并網(wǎng)發(fā)電，其電池組件所用多晶硅、單晶硅全部采用冶金法生產(chǎn)。

    阿特斯公司目前已經(jīng)同時(shí)在一些國家和地區的工廠(chǎng)利用改良西門(mén)子法和冶金法制備多晶硅，并對兩種制備方法進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤比較。該公司提供的兩種制備方法數據顯示，冶金法盡管目前在純度方面有待改進(jìn)，但其成本更低、更環(huán)保以及投產(chǎn)回報周期更短等優(yōu)勢已經(jīng)逐漸顯露�！拔覀円呀�(jīng)通過(guò)實(shí)踐證明，冶金法是可行的，根據我們實(shí)際生產(chǎn)的數據來(lái)看，改良西門(mén)子法目前制備多晶硅的成本是30－60美元／千克，而冶金法只需要10－25美元／千克。而且冶金法的轉化效率已經(jīng)達到了14%－15.5%，通過(guò)未來(lái)持續的一些技術(shù)改進(jìn)，冶金法將可以逐步替代西門(mén)子法�！卑⑻厮固�陽(yáng)能光電(蘇州)有限公司研發(fā)總監陳根茂說(shuō)。

    “盡管冶金法有著(zhù)成本更低、能耗更低的優(yōu)點(diǎn)，但純度不高問(wèn)題一直沒(méi)有得到解決�！敝袊�科學(xué)院研究員王文靜直言，冶金法短板仍存。

    技術(shù)有待改進(jìn)

    “冶金法現在仍然面臨著(zhù)很多問(wèn)題，很多技術(shù)難點(diǎn)沒(méi)有解決，未來(lái)能不能成為光伏發(fā)電材料的主流技術(shù)工藝，還是一個(gè)未知數�，F在最緊迫的是，先通過(guò)研究弄清楚如何解決冶金法的一些除雜的技術(shù)難題，然后才是大規模推廣的問(wèn)題�！甭劻�時(shí)直言不諱。

    在20世紀30年代，曾有過(guò)外國學(xué)者研究證明，冶金法生產(chǎn)的多晶硅理論上可以達到7N，但其無(wú)法滿(mǎn)足半導體的純度要求，研究一度停滯。后來(lái)的研究并不深入，目前，能夠穩定生產(chǎn)的冶金法多晶硅純度也僅在5N－6N之間。

    李義春也坦誠，冶金法存在生產(chǎn)方式比較粗糙，工藝有待優(yōu)化和提升，設備有待完善等問(wèn)題。

    “冶金法是民間自發(fā)研究推動(dòng)，政府并無(wú)過(guò)多的引導和投入，產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，爭論多是正常的，但我們仍然需要強調誠信�！睆B門(mén)市三晶陽(yáng)光電力有限公司董事長(cháng)鄭智雄表示，冶金法的確仍存在問(wèn)題，但更重要的是，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的人需要誠信以對，以此奠定產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎。三晶陽(yáng)光正試圖打造一個(gè)從硅原料到多晶硅制備以及電池組裝系統集成的垂直產(chǎn)業(yè)鏈�！拔覀儨蕚湓趹�用方面進(jìn)行全面的調整，即通過(guò)改進(jìn)后端的工藝，來(lái)彌補前端多晶硅純度不夠的問(wèn)題，我相信這可以做到�！�

    “以前是改良西門(mén)子法一法獨大，但現在的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況是，硅烷法和冶金法以及改良西門(mén)子法已經(jīng)是三足鼎立，各自占據一部分市場(chǎng)�！甭劻�時(shí)說(shuō)，這的確是成本低、投資回報時(shí)間短的冶金法制備太陽(yáng)能多晶硅的機會(huì )�！叭绻�冶金法能發(fā)展起來(lái)，整個(gè)材料領(lǐng)域的競爭會(huì )更加充分，最終是用戶(hù)受益，成本降低�！�