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根據(jù)低成本太陽能級多晶硅及其電池的要求和冶金法的原理及國內(nèi)外研發(fā)單位的經(jīng)驗(yàn)，冶金法生產(chǎn)多晶硅技術(shù)路線可以分為三個(gè)節(jié)點(diǎn)：首先從源頭，也就是從原料開始就控制雜質(zhì)含量，特別是控制危害最大的硼和磷的含量，而不是等將硼和磷融入工業(yè)硅后才千方百計(jì)從中脫除。其次是采用各種冶金方法進(jìn)行凈化提純，得到太陽能級的多晶硅；最后是多晶硅的鑄錠或單晶拉制以及切片過程，在此過程中應(yīng)當(dāng)考慮如何控制施主和受主雜質(zhì)，得到合適的電阻率和少子壽命。

    

結(jié)合工業(yè)硅的生產(chǎn)工藝，在礦熱爐內(nèi)，用精選、處理過的硅石、石墨電極和石油焦等還原劑為原料，通過高溫還原制得2N～3N左右的冶金硅。精選過程可以根據(jù)各家公司的情況進(jìn)行(例如采用原料預(yù)處理工藝來控制對太陽能多晶硅危害最大的硼和磷在原料中的含量等)。將制得的冶金硅利用冶煉爐的余溫，在液態(tài)下進(jìn)行爐外精煉(主要是造渣、吹氣，進(jìn)一步除硼、磷、碳和金屬雜質(zhì))后，得到3N～4N的高純冶金硅。緊接著將3N～4N的高純冶金硅通過各種提純方法(例如：濕法酸洗除金屬、真空電子束熔煉除磷、除金屬雜質(zhì)和真空等離子束氧化除硼，電磁真空熔煉除磷，濕氫法除硼等技術(shù)手段)進(jìn)行進(jìn)一步提純，除去難以提純的非金屬和輕金屬雜質(zhì)，然后進(jìn)行定向凝固除金屬雜質(zhì)。將定向凝固后獲得的柱狀太陽能級多晶硅進(jìn)行切錠檢測，合格產(chǎn)品直接送去拉單晶或鑄錠切片，不合格的硅片回收再次提純。

    

上海普羅新能源有限公司總裁史珺

    

冶金法多晶硅技術(shù)進(jìn)步加快

    ●冶金法太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟積極從事產(chǎn)業(yè)推進(jìn)工作。

    ●行業(yè)研討會(huì)已將話題更多地轉(zhuǎn)向了諸如產(chǎn)能、裝機(jī)容量、壽命、投資、成本等產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面。

    

在國際金融危機(jī)期間，冶金法生產(chǎn)多晶硅遭遇了前所未有的打擊。由于西門子法多晶硅的價(jià)格從每公斤400多美元陡降到每公斤55美元，導(dǎo)致冶金法多晶硅在2008年所具有的價(jià)格優(yōu)勢一下子喪失殆盡，因此，在2008年就已經(jīng)開始銷售的幾家冶金法多晶硅廠家，2009年幾乎全部面臨零銷售。這種情形下，不少已經(jīng)開始進(jìn)行冶金法多晶硅開發(fā)的公司，也因技術(shù)、資金以及市場等原因，紛紛退出。冶金法多晶硅行業(yè)在2009年上半年，達(dá)到了歷史的最低潮。

   

 2009年6月，就在冶金法多晶硅行業(yè)幾乎偃旗息鼓的時(shí)候，在我國廈門召開了全國第一屆冶金法太陽能級多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)研討會(huì)。這次會(huì)議上，數(shù)家企業(yè)和國內(nèi)從事冶金法多晶硅的一些院校和研究機(jī)構(gòu)倡議成立了冶金法太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟，并發(fā)表了《廈門宣言》。2009年9月，聯(lián)盟正式成立。這個(gè)產(chǎn)、學(xué)、研緊密結(jié)合的機(jī)構(gòu)，以聯(lián)盟的形式，開始了密切合作，積極從事產(chǎn)業(yè)推進(jìn)的工作。

    

2008年前，冶金法多晶硅只在私下被大多數(shù)光伏企業(yè)用來與西門子法多晶硅進(jìn)行摻料生產(chǎn)，以降低成本。除了阿特斯和QCell等寥寥幾家公司外，幾乎沒有人對外宣布自己在使用冶金法多晶硅。但2009年，包括賽維、尚德、常州天合等在內(nèi)的多家光伏巨頭，紛紛宣布自己采用了冶金法生產(chǎn)多晶硅，并且公布了各自的光伏效率。

    

冶金法多晶硅由于工藝路線的原因，是將金屬硅的雜質(zhì)逐步提純到太陽能所需的6N級，而不像西門子法那樣，先提純到9N以上，再摻雜到6N級。加上歷史只有短短幾年，不像西門子法已經(jīng)經(jīng)歷近50年的大規(guī)模生產(chǎn)，因此，電池的效率雖然迅速提高，但到2009年為止，還是比西門子法要低一些。所以，在每次行業(yè)的各類研討會(huì)上，專家們總是集中在冶金法多晶硅的純度、電阻率、少子壽命、轉(zhuǎn)換效率、光致衰減等技術(shù)指標(biāo)上。但從2009年開始，這種情況發(fā)生了改變。盡管對于上述問題的討論依然存在，但話題已經(jīng)更多地轉(zhuǎn)向了諸如產(chǎn)能、裝機(jī)容量、壽命、投資、成本等產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)方面。

    

2009年12月，全部用寧夏銀星所生產(chǎn)的冶金法多晶硅材料制作的10MW光伏電站在寧夏太陽山并網(wǎng)發(fā)電。2010年5月，上海普羅采用自己生產(chǎn)的冶金法多晶硅生產(chǎn)的全多晶硅電池光伏電站也并網(wǎng)發(fā)電，容量為1MW。寧夏發(fā)電集團(tuán)2010年將在紅寺堡、高沙窩等地再建100MW的全部采用冶金法多晶硅的光伏電站。國內(nèi)也有不少機(jī)場、移動(dòng)基站、廠房屋頂開始采用冶金法生產(chǎn)的多晶硅建立的電站。

   

 同時(shí)，在大洋彼岸，美國CaliSolar公司宣布將全部采用冶金法多晶硅建造一個(gè)50MW的光伏電站。挪威的ELKEM在經(jīng)歷了國際金融危機(jī)和一次廠內(nèi)火災(zāi)的洗禮后，又宣布要建立一個(gè)4000噸年產(chǎn)能的冶金法多晶硅生產(chǎn)工廠。日本JFE，在沉寂了近兩年后，宣布2010年將建成一個(gè)800噸的冶金法多晶硅生產(chǎn)線。美國的道康寧在采用其內(nèi)部的1101型冶金法高純硅與西門子法摻料后，最近宣布，跳過其第二階段產(chǎn)品1201(也是供摻料用)的研制，而直接進(jìn)行可以單獨(dú)使用的1501產(chǎn)品的研發(fā)。

    

國內(nèi)的多晶硅生產(chǎn)方面，寧夏發(fā)電集團(tuán)開始了1萬噸高純硅和2000噸多晶硅工廠的建設(shè)，并于2009年12月投產(chǎn)。上海普羅新能源有限公司則在浙江江蘇設(shè)立了3家多晶硅工廠，其中浙江普虹新能源于2009年年底投產(chǎn)。我國冶金法多晶硅生產(chǎn)企業(yè)的這些進(jìn)步，不僅將我國的冶金法多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平提升了一大步，也成為世界冶金法多晶硅的一個(gè)亮點(diǎn)，使我國的冶金法太陽能級多晶硅躋身于世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)的最前列。

    

“路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。”相信那些經(jīng)歷了光伏血與火洗禮的業(yè)界人士，不論還會(huì)遇到什么樣的困難，都會(huì)堅(jiān)定地走下去，而且，他們到達(dá)彼岸的時(shí)間，會(huì)比人們所想象的時(shí)間要短得多。

    

冶金法太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長李義春

    多晶硅將走向低能耗低成本更環(huán)保

    ●冶金法制備多晶硅具有成本低、耗能低、投資少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。

    ●冶金法太陽能多晶硅工藝，是目前國際上公認(rèn)的能夠替代西門子法的最有前景的工藝路線。

    

冶金法是近年來針對太陽能級多晶硅(SoG-Si)的質(zhì)量要求發(fā)展起來的新工藝。由于是以廉價(jià)的冶金硅為原料，工藝路線短，能耗僅為改良西門子法的20%左右，因此被認(rèn)為最有可能生產(chǎn)價(jià)格低廉的SoG-Si的新技術(shù)。冶金法制備多晶硅具有成本低、耗能低、投資少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)。相對成熟的改良西門子法而言，冶金法是新技術(shù)新工藝，大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)還不成熟。

    

冶金法太陽能多晶硅工藝，是目前國際上公認(rèn)的能夠替代西門子法的最有前景的工藝路線。在美國2009年的晶體硅技術(shù)研討會(huì)上，多家光伏巨頭都將冶金法太陽能多晶硅作為今后光伏電池降低成本的主要工藝路線。近年來我國的冶金法研發(fā)工作取得了重大技術(shù)進(jìn)展，技術(shù)達(dá)到了國際先進(jìn)水平并擁有核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)，目前正處于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的初級階段。

    

我國的冶金法多晶硅行業(yè)也存在著一定的問題，主要表現(xiàn)在：規(guī)模普遍較小，技術(shù)交流與協(xié)作少，技術(shù)水平參差不齊；生產(chǎn)裝備和工藝還比較落后，大規(guī)模穩(wěn)定生產(chǎn)的技術(shù)還不成熟；光伏發(fā)電成本主要取決于多晶硅材料的生產(chǎn)成本，而目前光伏發(fā)電電價(jià)目前仍高于火力發(fā)電，需要國家的政策支持和政府補(bǔ)貼。

   

 隨著產(chǎn)能過剩和全球金融危機(jī)爆發(fā)，SoG-Si價(jià)格從炒作價(jià)(最高達(dá)500$/kg)，迅速下降到100$/kg，并逐漸回歸到理性價(jià)格(60$/kg)，或?qū)⒔抵?004年以前價(jià)格(太陽能級25$元/kg，電子級40$/kg)。半年多來，多晶硅和光伏產(chǎn)業(yè)的泡沫被迅速擠破，不少企業(yè)處于關(guān)閉或停產(chǎn)、半停產(chǎn)狀態(tài)。因此，對已投產(chǎn)的多晶硅企業(yè)，可調(diào)整發(fā)展腳步，提高質(zhì)量，降低消耗，以應(yīng)對市場變化；對人才資金實(shí)力雄厚的在建多晶硅企業(yè)，借市場蕭條、原材料價(jià)格低迷之際，低成本完成項(xiàng)目建設(shè)，等待經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇；對無技術(shù)保障、無人才和資金優(yōu)勢的企業(yè)，宜借此機(jī)會(huì)，調(diào)整發(fā)展方向。

   

 國際金融危機(jī)的發(fā)生，雖然給不少企業(yè)帶來了困難，但也為光伏行業(yè)強(qiáng)行進(jìn)行了一次優(yōu)勝劣汰的洗牌過程。那些技術(shù)落后、成本偏高的企業(yè)將被自然淘汰。這種淘汰，對于光伏產(chǎn)業(yè)來說，是利大于弊的，也是必需的。

   

 因此，正確分析國內(nèi)外光伏市場的本質(zhì)和太陽能多晶硅技術(shù)的發(fā)展，對指導(dǎo)我國光伏產(chǎn)業(yè)，特別是太陽能多晶硅產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有重要意義。

   

 目前多晶硅主要的新增需求來自于太陽能光伏產(chǎn)業(yè)，國際上已經(jīng)形成開發(fā)低成本、低能耗的SoG-Si生產(chǎn)新工藝技術(shù)的熱潮，并趨向于把生產(chǎn)低純度的SoG-Si工藝和生產(chǎn)高純度電子級多晶硅工藝區(qū)分開來，降低SoG-Si生產(chǎn)成本從而降低太陽能電池制造成本，促進(jìn)太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及太陽能的利用。

    

將來的多晶硅市場將以追求能耗更少、成本更低、環(huán)保更佳為目標(biāo)。隨著冶金法技術(shù)的發(fā)展與成熟，它將成為太陽能多晶硅的主流技術(shù)。

    

寧夏發(fā)電集團(tuán)公司副總經(jīng)理關(guān)寧

    冶金法太陽能級多晶硅前途光明

    ●冶金法的成本優(yōu)勢將在各種生產(chǎn)方法中保持相當(dāng)長的時(shí)間，甚至?xí)L久保持下去。

    ●未來的光伏發(fā)電市場，冶金法多晶硅將由次要地位上升為主要地位，并逐步占有一半

    以上市場份額。

    

客觀地講，在電子級多晶硅市場，西門子法及硅烷法將繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位。但是太陽能級多晶硅市場，冶金法將是主角。未來的光伏發(fā)電市場，冶金法多晶硅將由次要地位上升為主要地位，并逐步占有一半以上市場份額。從長遠(yuǎn)發(fā)展來說，在電子產(chǎn)品應(yīng)用、新能源開發(fā)以及其他領(lǐng)域的發(fā)展中，無論何種方法制造的多晶硅產(chǎn)品都應(yīng)該在其應(yīng)用領(lǐng)域中各有其位。

    

寧夏發(fā)電集團(tuán)獨(dú)辟蹊徑，用冶金物理法生產(chǎn)出合格的6N～7N太陽能級多晶硅，形成了從硅礦石到太陽能光伏電站的完整太陽能光伏產(chǎn)業(yè)鏈。寧夏發(fā)電集團(tuán)的冶金法多晶硅生產(chǎn)技術(shù)具有完全的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，在技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完全突破，總體工藝技術(shù)與國際同類技術(shù)保持同等水平，不存在任何技術(shù)問題和技術(shù)瓶頸。目前我們需要做的主要工作就是繼續(xù)進(jìn)行工藝改進(jìn)和優(yōu)化，進(jìn)一步降低成本，擴(kuò)大市場，推廣應(yīng)用。目前我公司生產(chǎn)并應(yīng)用于太陽能光伏電站的太陽能級多晶硅產(chǎn)品品質(zhì)為：產(chǎn)品化學(xué)純度：磷<0.5ppm、硼<0.3ppmw、總金屬<0.1ppmw、碳<1ppm、氧<2.5ppm(中紅外方法測定)；電阻率0.5Ωcm-3.0Ωcm(p型)；光電轉(zhuǎn)換率：多晶硅電池≥15%、單晶硅電池≥17%；衰減率：多晶硅電池≤1%、單晶硅電池≤4.5%。

    

我們的發(fā)展戰(zhàn)略是低成本化，就太陽能級多晶硅來說，冶金法的成本優(yōu)勢將在各種生產(chǎn)方法中保持相當(dāng)長的時(shí)間，甚至?xí)L久保持下去。寧夏發(fā)電集團(tuán)的冶金法太陽能多晶硅生產(chǎn)技術(shù)由于工藝路線的固有特性，成本下降空間較大，目前我公司多晶硅完全成本為30萬元/噸，電耗6萬千瓦時(shí)/噸。近期正在進(jìn)行工藝改進(jìn)，將完全成本控制在25萬元/噸左右，我公司多晶硅產(chǎn)品的階段性成本目標(biāo)將達(dá)到20萬元/噸左右。

   

 寧夏發(fā)電集團(tuán)自主研發(fā)的冶金法太陽能級多晶硅工藝技術(shù)已經(jīng)成熟，我公司利用該技術(shù)生產(chǎn)的多晶硅加工的太陽能電池組件，已經(jīng)成功地應(yīng)用于銀川330kWp太陽能試驗(yàn)電站和寧夏太陽山10MWp大型并網(wǎng)光伏電站等項(xiàng)目，其中太陽山光伏電站上半年累計(jì)發(fā)電量704.37萬千瓦時(shí)。實(shí)踐證明，我公司冶金法多晶硅生產(chǎn)技術(shù)在國內(nèi)具有領(lǐng)先地位，已進(jìn)入國際同類方法的先進(jìn)行列，是我國大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電所需晶體硅的最有效的途徑之一。我認(rèn)為可以這樣來比喻冶金法的發(fā)展趨勢，冶金法多晶硅生產(chǎn)技術(shù)就像秦磚漢瓦一樣，一定會(huì)遍及各地、在一個(gè)相當(dāng)長的時(shí)間里會(huì)長盛不衰。