近年來，針對太陽能級多晶硅的質(zhì)量要求發(fā)展起來一種新工藝——冶金法。冶金法制備多晶硅以廉價的工業(yè)硅為原料，采用冶金技術(shù)提純而成，工藝路線短，能耗僅為改良西門子法的20%左右，因此被認(rèn)為是最有可能生產(chǎn)價格低廉的制造太陽能級多晶硅新技術(shù)。

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

    新規(guī)定催生新技術(shù)

    為了落實國務(wù)院關(guān)于抑制包括多晶硅在內(nèi)的部分行業(yè)產(chǎn)能過剩和低水平重復(fù)建設(shè)精神，國家發(fā)改委針對國內(nèi)普遍采用的改良西門子法制備太陽能級多晶硅技術(shù)明確了技術(shù)門檻：多晶硅項目規(guī)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(dǎo)、支持多晶硅企業(yè)以多種方式實現(xiàn)多晶硅—電廠—化工廠聯(lián)營，支持節(jié)能環(huán)保太陽能級多晶硅技術(shù)開發(fā)，降低生產(chǎn)成本。到2011年前，淘汰綜合電耗大于200千瓦時／千克的多晶硅產(chǎn)能。

    冶金法太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長、中國產(chǎn)學(xué)研合作促進會新材料專業(yè)委員會副理事長李義春介紹，當(dāng)前，我國大多數(shù)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)采用的是西門子法。雖然國外的改良西門子法已經(jīng)發(fā)展成熟，但一直為幾家大公司所壟斷，對我國進行技術(shù)封鎖。我國一些小企業(yè)采用拼湊的設(shè)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。

    賽迪公司顧問開發(fā)區(qū)咨詢中心咨詢師江華明確表示，我們應(yīng)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、工藝方法、環(huán)保和綜合利用方案等，除獲得成熟西門子法生產(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)工藝進行開發(fā)研究，并針對不同市場，形成多種工藝技術(shù)既相互競爭又各自針對合適目標(biāo)協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)格局。

    李義春介紹，國內(nèi)外現(xiàn)有的多晶硅廠絕大部分采用改良西門子法生產(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(fù)雜的問題。

    目前發(fā)展迅猛的光伏產(chǎn)業(yè)，對多晶硅材料的要求沒有那么高，一般純度達到6N－7N就可以了�！暗�是沒有這樣的硅片，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(yīng)該有專門用于光伏發(fā)電的硅片生產(chǎn)技術(shù)�！崩盍x春說。

    基于此，業(yè)內(nèi)開始積極研究適合太陽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

    “改良西門子法滿足的是信息電子對多晶硅的高純度能級要求，但太陽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)帶來了新的機遇�！敝袊�工程院院士聞立時說。

 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)的多晶硅成功開發(fā)出太陽能電池模組組件，并被國際太陽能光伏領(lǐng)域的主流廠商所接受。

    李義春介紹，幾年前，人們對冶金法還處在摸索階段，近幾年由于市場驅(qū)動，很多企業(yè)和機構(gòu)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)越來越好，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)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能級多晶硅的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面進行了開拓性的工作。2008年9月，該集團在全國第一個采用冶金法多晶硅建設(shè)的330KWp光伏電站在銀川并網(wǎng)發(fā)電；2009年9月，該集團太陽山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)同時在一些國家和地區(qū)的工廠利用改良西門子法和冶金法制備多晶硅，并對兩種制備方法進行實時跟蹤比較。該公司提供的兩種制備方法數(shù)據(jù)顯示，冶金法盡管目前在純度方面有待改進，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。“我們已經(jīng)通過實踐證明，冶金法是可行的，根據(jù)我們實際生產(chǎn)的數(shù)據(jù)來看，改良西門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(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到了14%－15.5%，通過未來持續(xù)的一些技術(shù)改進，冶金法將可以逐步替代西門子法。”阿特斯太陽能光電(蘇州)有限公司研發(fā)總監(jiān)陳根茂說。

    “盡管冶金法有著成本更低、能耗更低的優(yōu)點，但純度不高問題一直沒有得到解決�！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

    “冶金法現(xiàn)在仍然面臨著很多問題，很多技術(shù)難點沒有解決，未來能不能成為光伏發(fā)電材料的主流技術(shù)工藝，還是一個未知數(shù)。現(xiàn)在最緊迫的是，先通過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(guī)模推廣的問題�！甭劻�時直言不諱。

    在20世紀(jì)30年代，曾有過外國學(xué)者研究證明，冶金法生產(chǎn)的多晶硅理論上可以達到7N，但其無法滿足半導(dǎo)體的純度要求，研究一度停滯。后來的研究并不深入，目前，能夠穩(wěn)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(shè)備有待完善等問題。

    “冶金法是民間自發(fā)研究推動，政府并無過多的引導(dǎo)和投入，產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，爭論多是正常的，但我們?nèi)匀恍枰獜娬{(diào)誠信。”廈門市三晶陽光電力有限公司董事長鄭智雄表示，冶金法的確仍存在問題，但更重要的是，整個產(chǎn)業(yè)的人需要誠信以對，以此奠定產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)。三晶陽光正試圖打造一個從硅原料到多晶硅制備以及電池組裝系統(tǒng)集成的垂直產(chǎn)業(yè)鏈�！拔覀儨�(zhǔn)備在應(yīng)用方面進行全面的調(diào)整，即通過改進后端的工藝，來彌補前端多晶硅純度不夠的問題，我相信這可以做到�！�

    “以前是改良西門子法一法獨大，但現(xiàn)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子法已經(jīng)是三足鼎立，各自占據(jù)一部分市場�！甭劻�時說，這的確是成本低、投資回報時間短的冶金法制備太陽能多晶硅的機會�！叭绻�冶金法能發(fā)展起來，整個材料領(lǐng)域的競爭會更加充分，最終是用戶受益，成本降低�！�