近年来，社会各界对新能源的关注引发多晶硅市场开始升温。自2006年起，我国各地纷纷上马多晶硅项目，产能迅速扩张，据统计，我国现有多晶硅产能已达30万吨。然而，多晶硅生产过程中常常伴随着氯气、氢气、三氯氢硅、氯化氢等有毒有害、易燃易爆物质。同时，与先进水平相比，由于工艺设备的不足，多晶硅生产也常常存在物料和电力消耗过大、产生大量污染等问题。对此，记者走访的多位业内专家一致认为，着力在高效、节能、安全三个方面提升多晶硅设备的技术水平，应成为多晶硅产业下一阶段的重要任务。
多晶硅包括太阳能级多晶硅和电子级多晶硅，分别主要应用于太阳能电池和半导体工业。前者要求的多晶纯度较低，约5N～6N，后者则要达到12N。纯度上的简单差别，却决定了技术装备上的极大差距。
据内蒙古科技大学化工学院院长王亚雄教授介绍，目前，世界多晶硅生产采用的技术路线主要有改良西门子法、硅烷法、物理冶金法、气液沉积法、四氯化硅-锌还原法等，每种技术路线各自对应一套不同的装备系统。其中，改良西门子法、硅烷法、物理冶金法是业内应用的主流，改良西门子法多晶硅产品已占据市场份额的80%左右。具体到高效、节能、安全三个指标方面，不同的多晶硅技术装备则各有优劣。
内蒙古多晶硅新材料研究中心主任曹忠告诉记者，改良西门子法设备是目前市场上应用最为成熟的设备，其装备系统比较完善，基本实现了各工序装置闭环运行，安全性能也有所保障。国外采用该法生产的多晶硅纯度为9N～11N，产品质量较高。然而，采用该设备生产多晶硅，由于SiCl4的转化效率不高，因此增加了闭环运行的能耗和成本。同时，该法工艺流程长，设备操作难度较大。
而硅烷法与西门子法技术路线的差别在于中间产品不同，硅烷法的中间产品是SiH4。在这种工艺下，硅烷法装置系统的优势在于反应炉分解温度较低（800～900℃），由高温挥发或扩散引入的杂质少，分解率高达99%，耗电也比较少，约40千瓦时/千克。同时，由于硅烷含硅量较高（87.5%），沸点低，容易提纯，尤其是硼的去除较为容易，适用于作半导体芯片衬底；硅烷的分解产物没有腐蚀性，避免对设备的腐蚀以及硅受腐蚀而被玷污的现象。但安全问题是硅烷法多晶硅技术设备最大的不足。硅烷是易燃易爆气体，不易保存，其生产安全性能不如改良西门子法装备，国外就曾发生过硅烷工厂强烈爆炸的事故。此外，硅烷热分解炉结构比较复杂，硅棒直径受到限制，设备单产也相对较低，从而影响了生产效率。
而物理冶金法技术设备国内和国外则差距不大，国内有些企业甚至走在世界前列。该系统装置最突出的优点是流程简单，能耗低，仅为西门子法的20%～25%，从而有效降低了生产成本，综合成本约为改良西门子法的50%左右。此外，与西门子法相比，该法的废液、废气处理也较为简单，在环保上具有一定的优势。但由于冶金法装置很难完全去除硅中的杂质，因此，其缺点是产出的多晶硅做成电池片之后衰减率高，普遍大于10%，甚至达到30%。杂质对效率衰减的影响较大，提纯过程中也容易受到杂质污染，产品质量不稳定。
因此，“上述多晶硅生产设备在高效、节能、安全方面均不能做到十全十美，都仍然需要进一步升级。”曹忠说。具体而言，未来改良西门子法技术装备发展方向是通过升级反应器及配套设备，来提高生反应物生长速率和沉积比率，从而实现节能降耗。这一方面要深入研究还原炉反应机理，研制高效、节能的还原炉反应器及供电设备，开发多对棒还原炉技术设备，以提高单炉产量；另一方面要实现较为经济的闭环工艺提升SiCl4的氢化效率，如开展冷氢化工艺及装备研究，将其一次氢化效率提升至20%以上；还应注意开发新型工艺技术装备，将四氯化硅转化成多晶硅。而在硅烷法设备方面，曹忠认为，该类装置在国内的进一步发展还有待于工艺安全性的提高，只有在充分消化吸收了西门子法技术之后，才有技术能力投入到硅烷法的开发。相对于西门子法设备投资大、资金回收慢、经营风险大而言，曹忠非常看好成本低、能耗低、产出率高、投资门槛低的冶金法路线的发展，他认为，该路线应着重攻关研发新一代载能束高真空冶金技术装备，使产品纯度达到6N以上，从而有可能在若干年内逐步发展成为太阳能级多晶硅的主流技术装备。
如今，我国多晶硅行业企业新上的西门子法和硅烷法装置也越来越注重节能和高效的需求。据王亚雄教授向记者总结分析，目前我国新上项目的新装备主要有两个特点：一是新技术装备主要集中在生产反应器上，多晶硅生产反应器是复杂的多晶硅生产系统中的一个提高产能、降低能耗的关键设备；二是许多厂家首选最先进的流化床反应器(FBR)粒状多晶硅生产技术装备，同时采用石墨管状炉反应器，生成粒状多晶硅的硅原料可以采用硅烷、二氯二氢硅或是三氯氢以降低多晶硅生产电耗，实现连续性大规模化生产，从而提高生产效率，降低生产成本。
“多晶硅产业要同时服务于微电子和光伏发电两个产业，这两个市场均有很强的驱动力，所以必然会出现不同的技术装备应对不同的目标需求，各自发展，形成一种多工艺多设备并存的发展局面。但总体而言，提高产品质量、节能降耗和保证安全是所有设备的要求。现有的多晶硅技术装备应各自选准目标，正确定位，并进行重大技术装备改进，实现协调发展。”内蒙古鄂尔多斯硅业公司总经理王鹏这样说。
