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多晶硅短缺有效緩解 工藝技術仍需改進

   2010-07-14 中國電子報中國電子報

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    多晶硅是集成電路、電子器件和太陽能電池的主要原材料。全球多晶硅產業化生產的主流工藝是三氯氫硅氫還原法(或稱:改良西門子工藝),用該工藝生產的多晶硅占世界總產量的85%,是多晶硅生產的主流工藝。近年來,中國多晶硅產業化取得長足進步,已成為世界多晶硅生產大國之一。

  中國多晶硅產能迅速擴張

  ·關鍵技術攻關打破國外壟斷

  ·中國已成為世界多晶硅生產大國之一

  我國多晶硅產業起步于上世紀60年代,在70年代曾盲目發展,小型生產廠家多達30余家。改革開放后,我國絕大部分多晶硅生產企業因虧損而相繼停產或轉產,到1996年只剩下原峨嵋半導體材料廠和洛陽單晶硅廠2家。這些生產廠幾乎全部采用傳統西門子工藝,生產規模小,工藝技術落后、消耗大、成本高,全國的多晶硅總產能始終在年產數十噸規模上徘徊。

  上世紀80年代,中國企業意識到多晶硅實現規?;a必須解決關鍵技術、能耗、綜合回收利用和環保等問題。中國企業開始加大技術引進力度,力求實現多晶硅大規?;a,但由于多晶硅及相關材料產業在國民經濟中的特殊戰略意義,發達國家對中國實行技術封鎖和市場壟斷,多年引進努力收獲甚微。多晶硅日益成為下游產業發展的瓶頸。

  為改變這種局面,中國企業開始自主開發,進行關鍵技術攻關。受各種因素的影響,產業化進展情況并不理想。2005年,我國多晶硅產量僅80噸,占世界年總產量的0.5%,且技術水平低,生產規模小、產品單耗高、生產成本高,市場需求嚴重依賴進口。

  在此背景下,科技部組織實施了863攻關計劃、“十一五”支撐計劃和863重點攻關計劃,圍繞多晶硅生產各環節的重大技術難題,實施重點攻關,取得了包括“24對棒節能還原爐、大型低溫加壓氫化、還原尾氣干法回收”等一系列攻關成果,以洛陽中硅高科技有限公司為代表,形成了擁有了自主知識產權的技術體系,為多晶硅產業化發展贏得主動權,2005年洛陽中硅高科技有限公司率先建成我國第一條年產300噸多晶硅產業化示范線,打破了國外的技術封鎖和市場壟斷,促使國外的單項技術和設備低價進入中國。

  在國家發改委組織實施的《高純硅材料高技術產業化重大專項》支持下,我國多晶硅產量突飛猛進,2006年產量287噸,2007年1156噸,2008年達到4300噸,2009年達到20230噸。多晶硅作為光伏產業的基礎材料,在短短的5年內,從打破技術封鎖和市場壟斷,到產業規模僅次于美國,完成了過去計劃經濟時代幾十年要做而一直都未實現的事情,使我國成為世界多晶硅生產大國之一。

  國內市場仍供不應求

  ·各大廠加速擴產,多晶硅企業面臨激烈競爭格局

  ·應防止多晶硅投資過熱和重復建設

  2009年,全球多晶硅總產量達到84500噸,較2008年增長47.2%。

  其中,美國黑姆洛克公司以27500噸產量位列世界首位;瓦克化學電子公司位列世界次席,產量為16000噸。排名全球前五名的公司2009年產量合計達到71000噸,占世界總產量的68%。目前,各大廠仍在加速擴產,根據其對外報道的擴產計劃,2010年,多晶硅總產量達到114300噸,2011年將達到149400噸。

  近年來,我國多晶硅材料產業快速發展。據統計,截止到2010年4月底,全國有25家企業先后從事多晶硅生產,投產規模達到5.7萬噸/年。目前還有近18家企業正在建設多晶硅項目或擴建2期、3期、4期工程,在建能力5萬噸/年。包括已投產規模和規劃能力,到2010年底,我國多晶硅行業總產能將超過10萬噸/年,呈過熱狀態。當然,國際金融危機讓許多新進多晶硅計劃受到影響,部分新建多晶硅企業的資本募集與擴廠計劃受到嚴重挑戰,預期停工與進度延緩等問題開始顯現,少數實力強大的企業仍依計劃進行。新進的多晶硅企業將直接面對供過于求的多晶硅市場,其量產狀況、產品質量與生產成本將面臨嚴酷的考驗。新生的多晶硅企業,面臨激烈競爭局面。

  2009年9月,國務院出臺38號文,把多晶硅列為產能存在過剩可能的產業,對防止多晶硅投資過熱和重復建設,引導產業有序發展,起到了良好作用。

  多晶硅行業產能情況包含四種狀態,實際產量、已建產能、在建產能和規劃產能。截至2009年12月底,中國實際產量20230噸,已建產能57360噸,在建產能79400噸,規劃產能18萬噸。

  受國際金融危機影響,多晶硅價格回歸正常,在目前的條件下,那些不具備技術和資金實力、沒有環保措施的企業,所宣稱的產能實際難以真正實現。已投產的部分企業,因為副產物回收困難,生產系統問題等,多晶硅成本高于市場價格,被迫停產或勉強維持生產。在市場競爭激烈的條件下,生產系統不完善、質量措施、檢測系統不齊全的企業,多晶硅產品難以得到市場認同,產品銷售困難。2009年已有多家多晶硅企業出現巨額虧損,生產經營困難。

  2009年,國內市場需求約4萬噸,進口約2萬噸,50%依賴進口。預計2010年需求5萬噸,產量3.5萬噸,仍有30%依賴進口。截止到2010年4月底,國內市場基本處在供不應求狀態,價格穩中有升。

  生產工藝需持續改進

  ·產學研合作提升多晶硅品質

  ·應持續降低多晶硅生產綜合能耗,探尋副產物綜合利用途徑

  多晶硅作為太陽能和信息產業的基礎原材料,支撐著兩大產業,在國民經濟和社會發展中有重大帶動作用。但我國多晶硅規?;a剛剛開始,基礎還很薄弱,為此,2008年12月,國家發改委批準了在中硅高科設立“多晶硅制備技術國家工程實驗室”,聯合清華大學、天津大學、中國恩菲工程公司和國內多晶硅同行,共同研究解決制約多晶硅材料大規模、低單耗、高品質、清潔生產的技術瓶頸,培養、凝聚研發人才。在中硅高科建設氯硅烷分離提純、多晶硅還原、四氯化硅氫化、還原尾氣干法回收、氯硅烷生產白炭黑、多晶硅高純后處理等6個研發平臺和一個測試分析中心,以實驗室平臺為基礎,建設國家多晶硅檢測中心,服務全行業,形成持續研發能力。

  針對多晶硅生產最關鍵的還原工序,應繼續研究大型48對棒加壓還原爐系統技術,使還原直接電耗由120kWh/kg~180kWh/kg降低到60kWh/kg~80kWh/kg,單爐產量7000kg以上,綜合電耗控制在160kWh/kg之內。與此同時,還要研究高效提純技術,穩定多晶硅產品質量,綜合利用副產熱能,降低多晶硅生產綜合能耗。

  針對副產物的循環使用,應完善高溫、低溫加壓氫化技術,研究進一步提高轉化率技術,實現穩定生產,轉化利用副產物。此外,還應探尋多晶硅副產物的綜合利用,研究多晶硅副產物含B、P雜質的氯硅烷回收制備氣相白炭黑技術,全回收氯硅烷,實現清潔生產。

  標準規范的建立也刻不容緩。應修訂多晶硅產品標準,制定多晶硅生產節能、排放國家標準,制定多晶硅產業化建設標準和《多晶硅生產企業能耗限額》國家標準,規范多晶硅產業。同時,還應研究多晶硅及生產過程的檢測分析標準、設備和規范,加快國家多晶硅檢測中心建設,提供測試分析能力,提供權威、公正檢測結果,服務全行業。

 
 
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