多晶硅生產工藝培訓課件(共56頁).ppt

1、 系統(tǒng)吹掃、置換方案的培訓內容提綱內容提綱多晶產業(yè)現狀多晶產業(yè)現狀硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介 目前世界上幾種主要的多晶硅生產工藝簡介目前世界上幾種主要的多晶硅生產工藝簡介改進西門子法介紹改進西門子法介紹改進西門子法的工藝流程改進西門子法的工藝流程改進西門子法中的核心技術改進西門子法中的核心技術多晶硅下游產品簡介多晶硅下游產品簡介 多晶產業(yè)現狀多晶產業(yè)現狀太陽能電池市場現狀太陽能電池市場現狀 煤炭和石油是兩大不可再生能源。上個世紀發(fā)煤炭和石油是兩大不可再生能源。上個世紀發(fā)生的兩次石油危機，一方面是對世界經濟的極生的兩次石油危機，一方面是對世界經濟的極大沖擊，但同時也是一次機遇，

2、再加上保護環(huán)大沖擊，但同時也是一次機遇，再加上保護環(huán)境，開發(fā)綠色能源、替代能源，已被人們預測境，開發(fā)綠色能源、替代能源，已被人們預測為改變我們未來為改變我們未來10年生活的十大新科技之一。年生活的十大新科技之一。在未來在未來10年內，風力、陽光、地熱等替代能源年內，風力、陽光、地熱等替代能源可望供給全世界所需能源的可望供給全世界所需能源的30%。 由于太陽能發(fā)電具有充分的清潔性、絕對的平由于太陽能發(fā)電具有充分的清潔性、絕對的平安性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以安性、資源的相對廣泛性和充足性、長壽命以及免維護性等其它常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點，及免維護性等其它常規(guī)能源所不具備的優(yōu)點，所以光伏能

3、源被認為是二十一世紀最重要的新所以光伏能源被認為是二十一世紀最重要的新能源。能源。硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介一、硅的簡介一、硅的簡介 硅，硅，18231823年發(fā)現，為世界上第二最豐富的元年發(fā)現，為世界上第二最豐富的元素素占地殼四分之一，砂石中含有大量的占地殼四分之一，砂石中含有大量的SiO2SiO2，也是玻璃和水泥的主要原料，純硅那，也是玻璃和水泥的主要原料，純硅那么用在電子元件上，譬如啟動人造衛(wèi)星一切么用在電子元件上，譬如啟動人造衛(wèi)星一切儀器的太陽能電池，便用得上它。儀器的太陽能電池，便用得上它。 硅，由于它的一些良好性能和豐富的資源，硅，由于它的一些良好性能和豐富的資源

4、，自一九五三年作為整流二極管元件問世以來，自一九五三年作為整流二極管元件問世以來，隨著硅純度的不斷提高，目前已開展成為電隨著硅純度的不斷提高，目前已開展成為電子工業(yè)及太陽能產業(yè)中應用最廣泛的材料。子工業(yè)及太陽能產業(yè)中應用最廣泛的材料。 多晶硅的最終用途主要是用于生產集成電路、多晶硅的最終用途主要是用于生產集成電路、分立器件和太陽能電池片的原料。分立器件和太陽能電池片的原料。 硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介1.硅的物理性質硅的物理性質 硅有晶態(tài)和無定形兩種同素異形體，晶態(tài)硅又分為單晶硅有晶態(tài)和無定形兩種同素異形體，晶態(tài)硅又分為單晶硅和多晶硅，它們均具有金剛石晶格，晶體硬而脆，硅和多

5、晶硅，它們均具有金剛石晶格，晶體硬而脆，具有金屬光澤，能導電，但導電率不及金屬，具有半具有金屬光澤，能導電，但導電率不及金屬，具有半導體性質，晶態(tài)硅的熔點導體性質，晶態(tài)硅的熔點14164，沸點，沸點3145，密，密度度2.33 g/cm3，莫氏硬度為，莫氏硬度為7。 單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當熔融的單質硅凝固時，硅單晶硅和多晶硅的區(qū)別是，當熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列為單一晶核，晶面取向相同的原子以金剛石晶格排列為單一晶核，晶面取向相同的晶粒，那么形成單晶硅，如果當這些晶核長成晶面取晶粒，那么形成單晶硅，如果當這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，那么形成多晶硅，多晶硅與單晶硅的向不同

6、的晶粒，那么形成多晶硅，多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。差異主要表現在物理性質方面。 一般的半導體器件要求硅的純度六個一般的半導體器件要求硅的純度六個9以上，大規(guī)模集以上，大規(guī)模集成電路的要求更高，硅的純度必須到達九個成電路的要求更高，硅的純度必須到達九個9。硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介2.硅的化學性質硅的化學性質硅在常溫下不活潑，其主要的化學性質如下：硅在常溫下不活潑，其主要的化學性質如下：與非金屬作用與非金屬作用 常溫下常溫下Si只能與只能與F2反響，在反響，在F2中瞬間燃燒，生成中瞬間燃燒，生成SiF4。 Si + 2F2 = SiF4 加熱時，能與其它鹵素反

7、響生成鹵化硅，與氧氣生成加熱時，能與其它鹵素反響生成鹵化硅，與氧氣生成SiO2。 Si + 2X2 = SiX4 X=Cl，Br，I Si + O2 = SiO2 在高溫下，硅與碳、氮、硫等非金屬單質化合，分在高溫下，硅與碳、氮、硫等非金屬單質化合，分別生成碳化硅別生成碳化硅SiC，氮化硅，氮化硅Si3N4，和硫化硅，和硫化硅SiS2等。等。 硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介u與酸作用與酸作用u 硅在含氧酸中被鈍化，但與氫氟酸及其混合酸反響，硅在含氧酸中被鈍化，但與氫氟酸及其混合酸反響，生成生成SiF4或或H2SiF6偏硅酸。偏硅酸。u Si + 4HF SiF4 + 2H2u S

8、i + 4HNO3 + 6HF = H2SiF6 + 4NO2 + 4H2O u與堿作用與堿作用u 無定形硅能與堿猛烈反響生成可溶性硅酸鹽，并放無定形硅能與堿猛烈反響生成可溶性硅酸鹽，并放出氫氣。出氫氣。u Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2 u與金屬作用與金屬作用u 硅還能與鈣、鎂、銅、鐵、鉑、鉍等化合，生成硅還能與鈣、鎂、銅、鐵、鉑、鉍等化合，生成相應的金屬硅化物。相應的金屬硅化物。硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介二、硅的氯化物二、硅的氯化物 硅的氯化物主要介紹硅的氯化物主要介紹SiCl4、SiHCl3等，它們和碳的等，它們和碳的鹵化物鹵化物CF4

9、和和CCl4相似，都是四面體的非極性分子，共相似，都是四面體的非極性分子，共價化合物，溶沸點都比較低，揮發(fā)性也比較大，易于用價化合物，溶沸點都比較低，揮發(fā)性也比較大，易于用蒸餾的方法提純它們。蒸餾的方法提純它們。 在常溫下，純潔的在常溫下，純潔的SiCl4、SiHCl3是無色透明的易揮發(fā)是無色透明的易揮發(fā)液體。液體。1.氯硅烷的物理性質氯硅烷的物理性質在常溫下，純潔的在常溫下，純潔的SiCl4、SiHCl3是無色透明揮發(fā)性的液體，是無色透明揮發(fā)性的液體， SiHCl3比比SiCl4具有更強的刺鼻氣味。具有更強的刺鼻氣味。SiCl4:沸點為沸點為57.6，分子量，分子量170，液體密度，液體密度

10、1.47 g/cm3SiHCl3 :沸點為沸點為31.8，分子量，分子量135.45，液體密度，液體密度1.32 g/cm3硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介2.化學性質化學性質a.易水解、潮解，在空氣中強烈發(fā)煙易水解、潮解，在空氣中強烈發(fā)煙易水解、潮解：易水解、潮解： SiCl4 + (n+2)H2O SiO2nH2O + 4HCl SiHCl3 + nH2O SiO2nH2O + 3HClb.易揮發(fā)、易汽化、易制備、易復原。易揮發(fā)、易汽化、易制備、易復原。c. SiHCl3易著火，發(fā)火點易著火，發(fā)火點28，燃燒時產生，燃燒時產生HCl和和Cl2，著火點為著火點為220。d.對金屬

11、極為穩(wěn)定，甚至對金屬鈉也不起反響。對金屬極為穩(wěn)定，甚至對金屬鈉也不起反響。e.其蒸汽具有弱毒性，與無水醋酸及二氮乙烯的毒性程度其蒸汽具有弱毒性，與無水醋酸及二氮乙烯的毒性程度極為相同。極為相同。硅及其硅的氯化物的簡介硅及其硅的氯化物的簡介SiHCl3 SiHCl3復原制備超純硅的方法，在生產中被廣泛復原制備超純硅的方法，在生產中被廣泛的應用和迅速開展。因為它容易制得，解決了原料問的應用和迅速開展。因為它容易制得，解決了原料問題，容易復原呈單質硅，沉積速度快，解決了產量問題，容易復原呈單質硅，沉積速度快，解決了產量問題，它的沸點低，化學結構的弱極性，使得容易提純，題，它的沸點低，化學結構的弱極性

12、，使得容易提純，產品質量高，利用它對金屬的穩(wěn)定性，在生產中常用產品質量高，利用它對金屬的穩(wěn)定性，在生產中常用不銹鋼作為材質。但有較大的爆炸危險，因此在操作不銹鋼作為材質。但有較大的爆炸危險，因此在操作過程中應保持設備的枯燥和管道的密封性，如果發(fā)現過程中應保持設備的枯燥和管道的密封性，如果發(fā)現微量漏氣，而不知道在什么地方時，可用浸有氨水的微量漏氣，而不知道在什么地方時，可用浸有氨水的棉球接近待查處，假設有濃厚白色煙霧就可以斷定漏棉球接近待查處，假設有濃厚白色煙霧就可以斷定漏氣的地方。氣的地方。原理如下原理如下:2HCl + 2NH4OH 2NH4Cl + H2O多晶硅簡介 多晶硅多晶硅 poly

13、crystalline silicon polycrystalline silicon 性質：灰色金屬光澤。性質：灰色金屬光澤。 密度：密度：2.322.322.34g/cm32.34g/cm3。 熔點：熔點：14101410。 沸點：沸點：23552355。 溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。溶于氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和鹽酸。 硬度介于鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。硬度介于鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。 加熱至加熱至800800以上即有延性，以上即有延性，13001300時顯出明顯變形。時顯出明顯變形。 常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反響。

14、高溫熔常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反響。高溫熔融狀態(tài)下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材融狀態(tài)下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導體性質，是極為重要的優(yōu)良半導體料作用。具有半導體性質，是極為重要的優(yōu)良半導體材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。多晶硅簡介 電子工業(yè)中廣泛用于制造半導體收音機、錄音電子工業(yè)中廣泛用于制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的根底材料。根底材料。 由枯燥硅粉與枯燥氯化氫氣體在一定條件下氯由枯燥硅粉與枯燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經冷

15、凝、精餾、復原而得?；?，再經冷凝、精餾、復原而得。 多晶硅是生產單晶硅的直接原料，是當代人工多晶硅是生產單晶硅的直接原料，是當代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉換等半導智能、自動控制、信息處理、光電轉換等半導體器件的電子信息根底材料，被稱為體器件的電子信息根底材料，被稱為“微電子微電子大廈的基石。大廈的基石。多晶硅簡介 多晶硅是單質硅的一種形態(tài)。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，那么這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如，在力學性質、光學性質和熱學性

16、質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導電性。在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。多晶硅簡介 多晶硅的需求主要來自于半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為金屬級、電子級和太陽能級。其中，用于電子級多晶硅占55左右，太陽能級多晶硅占45，隨著光伏產業(yè)的迅猛開展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高于半導體多晶硅的開展，2021年太陽能多晶硅的需求量已明顯超過電子級多晶硅。 多晶硅是制備單晶硅和太陽能電池的原材料,是全球電子工業(yè)及光伏產業(yè)的

17、基石。按照硅含量純度可分為太陽能級硅(6N)和電子級硅(11N)。目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 目前生產多晶硅的方法主要有改進西門子法閉環(huán)式三氯氫硅氫復原法，硅烷法硅烷熱分解法，流化床法，冶金法，氣液沉積法。改進西門子法閉環(huán)式三氯氫硅氫復原法 改進西門子法是用氯和氫合成氯化氫或外購氯化氫，氯化氫和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成三氯氫硅，然后對三氯氫硅進行別離精餾提純，提純后的三氯氫硅在氫復原爐內進行CVD反響生產高純多晶硅。國內外現有的多晶硅廠絕大局部采用此法生產電子級與太陽能級多晶硅。目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 硅

18、烷法硅烷法硅烷熱分解法硅烷熱分解法 硅烷硅烷SiH4是以四氯化硅氫化法、是以四氯化硅氫化法、硅合金分解法、氫化物復原法、硅的直硅合金分解法、氫化物復原法、硅的直接氫化法等方法制取。然后將制得的硅接氫化法等方法制取。然后將制得的硅烷氣提純后在熱分解爐生產純度較高的烷氣提純后在熱分解爐生產純度較高的棒狀多晶硅。以前只有日本小松掌握此棒狀多晶硅。以前只有日本小松掌握此技術，由于發(fā)生過嚴重的爆炸事故后，技術，由于發(fā)生過嚴重的爆炸事故后，沒有繼續(xù)擴大生產。美國沒有繼續(xù)擴大生產。美國Asimi和和SGS公公司仍采用硅烷氣熱分解生產純度較高的司仍采用硅烷氣熱分解生產純度較高的電子級多晶硅產品。電子級多晶硅產

19、品。目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 流化床法流化床法 以四氯化硅、氫氣、氯化氫和工業(yè)硅為原以四氯化硅、氫氣、氯化氫和工業(yè)硅為原料在流化床內沸騰床高溫高壓下生成三氯料在流化床內沸騰床高溫高壓下生成三氯氫硅，將三氯氫硅再進一步歧化加氫反響生成氫硅，將三氯氫硅再進一步歧化加氫反響生成二氯二氫硅，繼而生成硅烷氣。制得的硅烷氣二氯二氫硅，繼而生成硅烷氣。制得的硅烷氣通入加有小顆粒硅粉的流化床反響爐內進行連通入加有小顆粒硅粉的流化床反響爐內進行連續(xù)熱分解反響，生成粒狀多晶硅產品。因為在續(xù)熱分解反響，生成粒狀多晶硅產品。因為在流化床反響爐內參與反響的硅外表積大，生產流化

20、床反響爐內參與反響的硅外表積大，生產效率高，電耗低與本錢低，適用于大規(guī)模生產效率高，電耗低與本錢低，適用于大規(guī)模生產太陽能級多晶硅。唯一的缺點是平安性差，危太陽能級多晶硅。唯一的缺點是平安性差，危險性大。其次是產品純度不高，但根本能滿足險性大。其次是產品純度不高，但根本能滿足太陽能電池生產的使用。太陽能電池生產的使用。目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 除了上述改進西門子法、硅烷熱分解法、流化床反響爐法三種方法生產電子級與太陽能級多晶硅以外，還涌現出幾種專門生產太陽能級多晶硅新工藝技術：目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 1冶

21、金法生產太陽能級多晶硅冶金法生產太陽能級多晶硅 主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅即主要工藝是：選擇純度較好的工業(yè)硅即冶金硅進行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除冶金硅進行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除硅錠中金屬雜質聚集的局部和外表局部后，進硅錠中金屬雜質聚集的局部和外表局部后，進行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼行粗粉碎與清洗，在等離子體融解爐中去除硼雜質，再進行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，雜質，再進行第二次水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質聚集的局部和去除第二次區(qū)熔硅錠中金屬雜質聚集的局部和外表局部，經粗粉碎與清洗后，在電子束融解外表局部，經粗粉碎與清洗后，在電子束融解爐中

22、去除磷和碳雜質，直接生成太陽能級多晶爐中去除磷和碳雜質，直接生成太陽能級多晶硅。硅。目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝目前世界上主要的幾種多晶硅生產工藝 2氣液沉積法生產粒狀太陽能級多晶硅氣液沉積法生產粒狀太陽能級多晶硅 主要工藝是：將反響器中的石墨管的主要工藝是：將反響器中的石墨管的溫度升高到溫度升高到1500，流體三氯氫硅和氫，流體三氯氫硅和氫氣從石墨管的上部注入，在石墨管內壁氣從石墨管的上部注入，在石墨管內壁1500高溫處反響生成液體狀硅，然后高溫處反響生成液體狀硅，然后滴入底部，溫度上升變成固體粒狀的太滴入底部，溫度上升變成固體粒狀的太陽能級多晶硅。陽能級多晶硅。改進西門子法介紹改進西

23、門子法介紹 在1955年西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣復原三氯硅烷SiHCl3在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術，并于1957年開始了工業(yè)規(guī)模的生產，這就是通常所說的西門子法。改進西門子法介紹改進西門子法介紹 在西門子法工藝的根底上，通過增加復原尾氣干法回收系統(tǒng)、SiCl4氫化工藝，實現了閉路循環(huán)，于是形成了改進西門子法。 具體生產工藝流程見以下圖改進西門子法介紹改進西門子法介紹改進西門子法介紹改進西門子法介紹 改進西門子法的生產流程是利用氯氣和氫氣合成HCl或外購HCl，HCl和冶金硅粉在一定溫度下合成SiHCl3，別離精餾提純后的SiHCl3進入氫復原爐被氫氣復原，通過化學氣相沉積反響生產高純多

24、晶硅。改進西門子法生產多晶硅屬于高能耗的產業(yè)，其中電力本錢約占總本錢的70%左右。SiHCl3復原時一般不生產硅粉，有利于連續(xù)操作。該法制備的多晶硅還具有價格比較低、可同時滿足直拉和區(qū)熔要求的優(yōu)點。因此是目前生產多晶硅最為成熟、投資風險最小、最容易擴建的工藝，國內外現有的多晶硅廠大多采用此法生產SOG硅與EG硅，所生產的多晶硅占當今世界總產量的7080%。改進西門子法的工藝流程改進西門子法的工藝流程 改進西門子法在多晶硅生產當中是一種非常成熟的方法，國內大局部廠家都在采用此種方法生產多晶硅。改進西門子法大體可分為6個工序：即合成、提純、復原、尾氣回收、氫化和后處理。改進西門子法的工藝流程改進西

25、門子法的工藝流程 合成工序是在流化床反響器中用純度約99%的金屬硅(工業(yè)硅)與HCI反響生成SiHC13(三氯氫硅)。 提純工序采用多級分餾塔對三氯氫硅進行精制，除去SiC14及硼、磷等有害雜質。 復原工序是在化學蒸發(fā)沉積反響器 (復原爐)內加氫復原三氯氫硅，先在復原爐中預先放置初始硅芯，利用特別的啟動裝置來對初棒進行預熱，然后對初棒直接通電加熱，三氯氫硅復原后在初棒上沉積出多晶硅棒。 改進西門子法的工藝流程改進西門子法的工藝流程 尾氣回收工序對來自復原爐、氫化爐、合成洗滌塔頂冷卻器的三氯氫硅、四氯化硅、氫氣和氯化氫等進行別離、凈化、再生和回收。 氫化工序是在高壓反響器內把SiCl4轉化為三氯

26、氫硅再返回復原爐循環(huán)利用。 后處理工序對最終多晶硅產品進行破碎、凈化、包裝。 改進西門子法的工藝流程改進西門子法的工藝流程 該工藝涉及的主要化學反響式如下：該工藝涉及的主要化學反響式如下： Si +3HCI=SiHC13 + H2 + Q 合成合成 SiHC13 + H2=Si +3HC1-Q 復原復原 理論上，理論上，H2及及HCI是可以平衡的。改進西門子法是可以平衡的。改進西門子法的特點是加強尾氣的干法回收，對尾氣進行加壓多級的特點是加強尾氣的干法回收，對尾氣進行加壓多級冷凝別離處理。別離出來的三氯氫硅、氯化氫、氫氣冷凝別離處理。別離出來的三氯氫硅、氯化氫、氫氣返回系統(tǒng)利用，別離出來的四氯

27、化硅加氫反響轉化成返回系統(tǒng)利用，別離出來的四氯化硅加氫反響轉化成三氯氫硅后返回復原爐。這樣可以使三氯氫硅后返回復原爐。這樣可以使HCI和和H2得到循得到循環(huán)使用，環(huán)使用， HCI和和H2那么只需補充生產中的損耗量即可，那么只需補充生產中的損耗量即可，從而大大降低物料消耗，并可將從而大大降低物料消耗，并可將 “三廢量減少到最三廢量減少到最低程度。低程度。改進西門子法中的核心技術改進西門子法中的核心技術 A A、大型多對棒節(jié)能型復原爐。為了到達節(jié)能降耗的目的，、大型多對棒節(jié)能型復原爐。為了到達節(jié)能降耗的目的，多晶硅復原爐必須大型化。大型節(jié)能復原爐的特點是爐內多晶硅復原爐必須大型化。大型節(jié)能復原爐的

28、特點是爐內可同時加熱許多根初棒，以減少爐壁輻射所造成的熱損失可同時加熱許多根初棒，以減少爐壁輻射所造成的熱損失; ;復原爐的內壁進行鏡面處理，使輻射熱能反射，以減少熱復原爐的內壁進行鏡面處理，使輻射熱能反射，以減少熱損失損失; ;爐內壓力和供氣量得到提高，加大了硅沉積反響的速爐內壓力和供氣量得到提高，加大了硅沉積反響的速度。度。 目前，國外大型復原爐的操作壓力達目前，國外大型復原爐的操作壓力達0.6MPa,0.6MPa,硅棒的總數主硅棒的總數主要是要是1212和和2424對，局部已經到達對，局部已經到達4848對和對和5454對，硅棒長度在對，硅棒長度在1.51.5米以上，棒直徑到達米以上，棒

29、直徑到達200200毫米，每爐產量可達毫米，每爐產量可達5-65-6噸甚至噸甚至1010多噸，復原電耗那么大幅度下降，低至每公斤多晶硅多噸，復原電耗那么大幅度下降，低至每公斤多晶硅50kWh50kWh。改進西門子法中的核心技術改進西門子法中的核心技術 B、四氯化硅的氫化反響技術。用西門子法生產多晶硅時在氯化工序和復原工序都要產生大量的副產物四氯化硅。一般每生產1公斤多晶硅產品，大約要產生18-20公斤四氯化硅。對四氯化硅必須進行處理，目前主要采用氫化技術，將四氯化硅轉化成多晶硅生產的原料三氯氫硅，該方法可以充分利用資源，缺點是轉化率較低使多晶硅生產本錢和電耗升高。改進西門子法中的核心技術改進西

30、門子法中的核心技術 C、復原尾氣的干法回收技術。在復原生長多晶硅時，會產生復原尾氣。如果將尾氣放空排放，不僅浪費了能源和原材料，還會對環(huán)境造成污染。復原爐尾氣的主要成分是氫、氯化氫、三氯氫硅、四氯化硅，經過加壓和冷卻后，其中的三氯氫硅和四氯化硅被冷凝別離出來，然后再分餾出三氯氫硅直接送到復原爐，以生產多晶硅。分餾出的四氯化硅那么送到氫化工序，經氫化后，局部轉化成三氯氫硅，氫化后的氣體再經別離塔別離出三氯氫硅和四氯化硅，再分別送到復原系統(tǒng)和氫化工序循環(huán)使用。此外，復原爐尾氣經加壓和冷卻后的不凝氣體，主要是氫和氯化氫，它們在加壓和低溫條件下，通過特殊的別離工藝，使氫和氯化氫別離出來并返回流程中利用

31、。復原尾氣干法回收的整套工藝都不接觸水分，只是把尾氣中各種成分逐一別離，并且不受污地回收，再送回相適應的工序重復利用，實行閉路循環(huán)式工作。提純工序介紹提純工序介紹 提純工序共包括：精餾、罐區(qū)、裝車臺、廢氣殘液處提純工序共包括：精餾、罐區(qū)、裝車臺、廢氣殘液處理理-1-1。 精餾作用：別離提純氯硅烷，得到精制的三氯氫硅、精餾作用：別離提純氯硅烷，得到精制的三氯氫硅、四氯化硅，除去各種雜質。四氯化硅，除去各種雜質。 罐區(qū)作用：接收、緩存外部物料，儲存提純工序的各罐區(qū)作用：接收、緩存外部物料，儲存提純工序的各種物料。種物料。 裝車臺作用：裝二級三氯氫硅、回收三氯氫硅、工業(yè)裝車臺作用：裝二級三氯氫硅、回

32、收三氯氫硅、工業(yè)級四氯化硅、精制四氯化硅等級四氯化硅、精制四氯化硅等, ,卸外購三氯氫硅。卸外購三氯氫硅。 廢氣殘液處理廢氣殘液處理-1-1作用：處理提純工序產生的廢氣、殘作用：處理提純工序產生的廢氣、殘液。液。二級三氯氫硅儲罐01V0703B二級三氯氫硅儲罐01V0703A合成氯硅烷儲罐01V0704D合成氯硅烷儲罐01V0704C合成氯硅烷儲罐01V0704B合成氯硅烷儲罐01V0704A氫化循環(huán)氯硅烷01V0722B氫化循環(huán)氯硅烷01V0722A還原循環(huán)氯硅烷01V0721B還原循環(huán)氯硅烷01V0721A粗三氯氫硅儲罐01V0701C粗三氯氫硅儲罐01V0701B粗三氯氫硅儲罐01V07

33、01A精制三氯氫硅儲罐01V0705F精制三氯氫硅儲罐01V0705E精制三氯氫硅儲罐01V0705D精制三氯氫硅儲罐01V0705C精制三氯氫硅儲罐01V0705B精制三氯氫硅儲罐01V0705A工業(yè)級四氯化硅儲罐01V0716A工業(yè)級四氯化硅儲罐01V0716B精制四氯化硅儲罐01V0717A精制四氯化硅儲罐01V0717B精制四氯化硅儲罐01V0717C事故排放槽01V0706備用1#罐01V0731A備用2#罐01V0731B備用3#罐01V0731C備用4#罐01V0731D備用5#罐01V0731E備用6#罐01V0731F備用7#罐01V0732A備用8#罐01V0732B備用9

34、#罐01V0732C備用10#罐01V0732D提純工序罐區(qū)儲罐分布圖1#罐區(qū)3#罐區(qū)備用罐區(qū)2#罐區(qū)裝車臺提提 純純 本工序分為三局部，其主要功能為：本工序分為三局部，其主要功能為： a. a. 合成精餾：用多級精餾的方法，將來自三氯氫硅合合成精餾：用多級精餾的方法，將來自三氯氫硅合成氣干法別離工序的粗三氯氫硅進行精制，得到多晶成氣干法別離工序的粗三氯氫硅進行精制，得到多晶硅級的精制三氯氫硅；硅級的精制三氯氫硅； b. b. 復原精餾：用多級精餾的方法，將從復原尾氣干法復原精餾：用多級精餾的方法，將從復原尾氣干法別離工序中別離出并返回的氯硅烷冷凝液精制，得到別離工序中別離出并返回的氯硅烷冷凝

35、液精制，得到多晶硅級的精制三氯氫硅循環(huán)使用；多晶硅級的精制三氯氫硅循環(huán)使用； c. c. 氫化精餾：用多級精餾的方法將從氫化尾氣干法別氫化精餾：用多級精餾的方法將從氫化尾氣干法別離工序中別離出并返回的氯硅烷冷凝液精制，得到多離工序中別離出并返回的氯硅烷冷凝液精制，得到多晶硅級的精制三氯氫硅循環(huán)使用，同時將別離出的四晶硅級的精制三氯氫硅循環(huán)使用，同時將別離出的四氯化硅與復原精餾中別離出的四氯化硅一起精餾，得氯化硅與復原精餾中別離出的四氯化硅一起精餾，得到精制四氯化硅送去四氯化硅氫化工序。到精制四氯化硅送去四氯化硅氫化工序。合成粗餾工藝流程圖合成精餾工藝流程圖復原精餾工藝流程圖 氫化精餾工藝流程圖

36、提提 純純 除了設備問題以外，精餾操作過程的影響因素主要有以下幾個方面：塔的溫度和壓力包括塔頂、塔釜和某些有特殊意義的塔板；進料狀態(tài)；進料量；進料組成；進料溫度；塔內上升蒸汽速度和蒸發(fā)釜的加熱量；回流量；塔頂冷劑量；塔頂采出量和塔底采出量。塔的操作就是按照塔頂和塔底產品的組成要求來對這幾個影響因素進行調節(jié)。三氯氫硅氫復原的原理及影響因素三氯氫硅氫復原的原理及影響因素1. 1.三氯氫硅復原反響原理三氯氫硅復原反響原理經提純和凈化的經提純和凈化的SiHCl3SiHCl3和和H2H2，按一定比例進入復原爐，按一定比例進入復原爐，在在1080108011001100溫度下，溫度下，SiHCl3SiHC

37、l3被被H2H2復原，生成復原，生成的硅沉積在發(fā)熱體硅芯上。的硅沉積在發(fā)熱體硅芯上?；瘜W方程式：化學方程式： SiHCl3 + H2 Si + 3HCl (SiHCl3 + H2 Si + 3HCl (主主) )同時還發(fā)生同時還發(fā)生SiHCl3SiHCl3熱分解和熱分解和SiCl4SiCl4的復原反響：的復原反響： 4SiHCl3 Si + 3SiCl4 +2H24SiHCl3 Si + 3SiCl4 +2H2 SiCl4+ 2H2 Si + 4HCl SiCl4+ 2H2 Si + 4HCl 以及雜質的復原反響，例如：以及雜質的復原反響，例如：2BCl3 + 3H2 2B + 6HCl2PC

38、l3 + 3H2 2P + 6HCl108011001080110010801100三氯氫硅氫復原的影響因素三氯氫硅氫復原的影響因素1. 氫復原反響及沉積溫度氫復原反響及沉積溫度 SiHCl3和和SiCl4氫復原是吸熱反響，因此升高溫度使平衡氫復原是吸熱反響，因此升高溫度使平衡向吸熱一方移動，有利于硅的沉積，會使硅的結晶性能向吸熱一方移動，有利于硅的沉積，會使硅的結晶性能好，而且外表具有光亮的灰色金屬光澤。但實際上反響好，而且外表具有光亮的灰色金屬光澤。但實際上反響溫度不能太高，因為：溫度不能太高，因為：硅和其他半導體材料一樣，自氣相往固態(tài)載體上沉積時，硅和其他半導體材料一樣，自氣相往固態(tài)載體

39、上沉積時，都有一個最高溫度，當反響超過這個溫度，隨著溫度的都有一個最高溫度，當反響超過這個溫度，隨著溫度的升高，沉積速度反而下降。升高，沉積速度反而下降。溫度太高，沉積的硅化學活性增強，受到設備材質沾污的溫度太高，沉積的硅化學活性增強，受到設備材質沾污的可能性增強?？赡苄栽鰪?。對硅極為有害的對硅極為有害的B、P化合物，隨著溫度增高，其復原量也化合物，隨著溫度增高，其復原量也加大，這將使硅的沾污增加。加大，這將使硅的沾污增加。過高的溫度，會發(fā)生硅的逆腐蝕反響。過高的溫度，會發(fā)生硅的逆腐蝕反響。 三氯氫硅氫復原的影響因素三氯氫硅氫復原的影響因素2. 反響混合氣配比反響混合氣配比 所謂反響混合氣配比

40、是指復原劑氫氣和原料三氯氫硅的所謂反響混合氣配比是指復原劑氫氣和原料三氯氫硅的摩爾比。摩爾比。在在SiHCl3氫復原過程中，由于氫復原過程中，由于H2缺乏，發(fā)生其它副反響。因缺乏，發(fā)生其它副反響。因此，此，H2必須過量，這樣有利于提高實收率，而且產品結晶必須過量，這樣有利于提高實收率，而且產品結晶質量也較好。但是，質量也較好。但是，H2和和SiHCl3的摩爾配比也不能太大，的摩爾配比也不能太大，因為：因為：配比太大，配比太大，H2得不到充分利用，造成浪費。同時，氫氣量太得不到充分利用，造成浪費。同時，氫氣量太大，會稀釋大，會稀釋SiHCl3的濃度，減少的濃度，減少SiHCl3和硅棒外表碰撞的和

41、硅棒外表碰撞的幾率，降低硅的沉積速度，降低硅的產量。幾率，降低硅的沉積速度，降低硅的產量。從從BCl3、PCl3氫復原反響可以看出，過高的氫復原反響可以看出，過高的H2濃度不利于抑濃度不利于抑制制B、P的析出，影響產品的質量。的析出，影響產品的質量。因此，選擇適宜的配比，使之有利于提高硅的轉化率，又有利因此，選擇適宜的配比，使之有利于提高硅的轉化率，又有利于抑制于抑制B、P析出。析出。三氯氫硅氫復原的影響因素三氯氫硅氫復原的影響因素3. 反響氣體流量反響氣體流量 在保證到達一定沉積速率的條件下，流量越大，爐產量越高。在保證到達一定沉積速率的條件下，流量越大，爐產量越高。流量大小與復原爐結構和大

42、小，特別時載體外表積大小有流量大小與復原爐結構和大小，特別時載體外表積大小有關。關。 增大氣體流量后，使爐內氣體湍動程度隨之增加。這將有效增大氣體流量后，使爐內氣體湍動程度隨之增加。這將有效地消除灼熱載體外表的氣體邊界層，其結果將增加復原反地消除灼熱載體外表的氣體邊界層，其結果將增加復原反響速度，使硅的實收率得到提高，但反響氣體流量不能增響速度，使硅的實收率得到提高，但反響氣體流量不能增的太大，否那么造成反響氣體在爐內停留時間太短，轉化的太大，否那么造成反響氣體在爐內停留時間太短，轉化率相對降低，同時增大了干法回收崗位的工作量。率相對降低，同時增大了干法回收崗位的工作量。4. 沉積外表積與沉積

43、速度、實收率關系沉積外表積與沉積速度、實收率關系 硅棒的沉積外表積決定于硅棒的長度與直徑，在一定長度下硅棒的沉積外表積決定于硅棒的長度與直徑，在一定長度下外表積隨硅的沉積量而增大，沉積外表積增大，那么沉積外表積隨硅的沉積量而增大，沉積外表積增大，那么沉積速度與實收率也越高。所以采用多對棒，開大直徑棒，有速度與實收率也越高。所以采用多對棒，開大直徑棒，有利于提高生產效率。利于提高生產效率。三氯氫硅氫復原的影響因素三氯氫硅氫復原的影響因素5. 復原反響時間復原反響時間 盡可能延長反響時間，也就是盡可能使硅棒長粗，對提高產盡可能延長反響時間，也就是盡可能使硅棒長粗，對提高產品質量與產量都是有益的。隨

44、著反響周期延長，沉積硅棒越品質量與產量都是有益的。隨著反響周期延長，沉積硅棒越來越粗，載體外表越來越大，那么沉積速率不斷增加，反響來越粗，載體外表越來越大，那么沉積速率不斷增加，反響氣體對沉積面碰撞時機也越多，因而產量就越高。而單位體氣體對沉積面碰撞時機也越多，因而產量就越高。而單位體積內載體擴散入硅中的雜質量相對減少，這對提高硅的質量積內載體擴散入硅中的雜質量相對減少，這對提高硅的質量有益。有益。 延長開爐周期，相對應地減少了載體的單位消耗量，并縮短延長開爐周期，相對應地減少了載體的單位消耗量，并縮短停爐、裝爐的非生產時間，有利于提高多晶硅的生產效率。停爐、裝爐的非生產時間，有利于提高多晶硅

45、的生產效率。6.沉積硅的載體沉積硅的載體 作為沉積硅的載體材料，要求材料的熔點高、純度高、在硅作為沉積硅的載體材料，要求材料的熔點高、純度高、在硅中擴散系數小，要防止在高溫時對多晶硅生產沾污，又應有中擴散系數小，要防止在高溫時對多晶硅生產沾污，又應有利于沉積硅與載體的別離，因此，采用硅芯作為載體。利于沉積硅與載體的別離，因此，采用硅芯作為載體。原料的質量要求原料的質量要求 三氯氫硅氫復原崗位所需的原料有：氫氣、三氯氫硅氫復原崗位所需的原料有：氫氣、三氯氫硅、硅芯、石墨等。三氯氫硅、硅芯、石墨等。 氫氣：需要控制露點，氧含量，碳含量等。氫氣：需要控制露點，氧含量，碳含量等。 三氯氫硅：三氯氫硅：

46、 硅芯：需要控制直徑、有效長度、彎曲度，硅芯：需要控制直徑、有效長度、彎曲度，型號：型號：N N型，電阻率等。型，電阻率等。 石墨卡座：光譜純、稠密質、內部結構均勻、石墨卡座：光譜純、稠密質、內部結構均勻、無孔洞。加工件經純水煮洗烘干，真空高溫煅無孔洞。加工件經純水煮洗烘干，真空高溫煅燒后備用。燒后備用。三氯氫硅氫復原開爐過程中應注意的事項三氯氫硅氫復原開爐過程中應注意的事項 在開爐過程中，應按供料表要求改條件，在開爐過程中，應按供料表要求改條件，并緩慢均勻升硅棒電流，保持硅棒的溫度在并緩慢均勻升硅棒電流，保持硅棒的溫度在1080108011001100。經常檢查控制條件是否穩(wěn)。經常檢查控制條

47、件是否穩(wěn)定，并適時調節(jié)，經常關擦爐內硅棒生長有定，并適時調節(jié)，經常關擦爐內硅棒生長有無異常，以便及時處理。經常檢查復原底盤、無異常，以便及時處理。經常檢查復原底盤、電極電極, ,檢查冷卻水是否通暢，水溫、水壓及操檢查冷卻水是否通暢，水溫、水壓及操作系統(tǒng)壓力是否正常。作系統(tǒng)壓力是否正常。夾層對多晶質量的影響夾層對多晶質量的影響 硅棒從復原爐取出后，從硅棒的橫斷面上可以看到一圈圈的硅棒從復原爐取出后，從硅棒的橫斷面上可以看到一圈圈的層狀結構，是一個同心圓。多晶硅夾層一般分為氧化夾層和溫層狀結構，是一個同心圓。多晶硅夾層一般分為氧化夾層和溫度夾層也叫無定形硅夾層兩種。度夾層也叫無定形硅夾層兩種。1.

48、 氧化夾層氧化夾層在復原過程中，當原料混合氣中混有水汽或氧時，那么會發(fā)生水在復原過程中，當原料混合氣中混有水汽或氧時，那么會發(fā)生水解及氧化，生成一層解及氧化，生成一層SiO2氧化層附在硅棒上，當被氧化的硅氧化層附在硅棒上，當被氧化的硅棒又接續(xù)沉積硅時，就形成棒又接續(xù)沉積硅時，就形成“氧化夾層。在光線下能看到五氧化夾層。在光線下能看到五顏六色的光澤。酸洗也不能除去這種氧化夾層，拉晶時還會產顏六色的光澤。酸洗也不能除去這種氧化夾層，拉晶時還會產生生“硅跳。硅跳。應注意保證進入復原爐內氫氣的純度，使氧含量和水分降至規(guī)定應注意保證進入復原爐內氫氣的純度，使氧含量和水分降至規(guī)定值以下，開爐前一定要對設備

49、進行認真的檢查，防止有漏水現值以下，開爐前一定要對設備進行認真的檢查，防止有漏水現象。象。夾層對多晶質量的影響夾層對多晶質量的影響2. 溫度夾層溫度夾層在復原過程中，在比較低的溫度進行時，此時沉積硅為在復原過程中，在比較低的溫度進行時，此時沉積硅為無定形硅，此時提高反響溫度繼續(xù)沉積時，就形成了無定形硅，此時提高反響溫度繼續(xù)沉積時，就形成了暗褐色的溫度夾層因為這種夾層很大程度受溫度的暗褐色的溫度夾層因為這種夾層很大程度受溫度的影響，因此成為影響，因此成為“溫度夾層。它是一種疏松、粗溫度夾層。它是一種疏松、粗糙的夾層，中間常常有許多氣泡和雜質。用酸腐蝕都糙的夾層，中間常常有許多氣泡和雜質。用酸腐蝕

50、都無法處理掉，拉晶溶料時重那么也會發(fā)生無法處理掉，拉晶溶料時重那么也會發(fā)生“硅跳。硅跳。應注意：啟動完成進料時，要保持反響溫度，緩慢通入應注意：啟動完成進料時，要保持反響溫度，緩慢通入混合氣，在正常反響過程中緩慢升電流，使反響溫度混合氣，在正常反響過程中緩慢升電流，使反響溫度穩(wěn)定，不能忽高忽低。突然停電或停爐時，要先?；旆€(wěn)定，不能忽高忽低。突然停電或停爐時，要先?；旌蠚?。合氣。多晶硅下游產品簡介 太陽能電池的原理太陽能電池的原理 太陽光照在半導體太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴結上，形成新的空穴-電電子對，在子對，在p-n結電場的作用下，空穴由結電場的作用下，空穴由n區(qū)流向區(qū)流向p區(qū)，

51、電子由區(qū)，電子由p區(qū)流向區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。 太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光是光熱熱電轉換方式，另一種是光電轉換方式，另一種是光電直接電直接轉換方式。轉換方式。 光熱電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發(fā)電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發(fā)電。 光電直接轉換方式該方式是利用光電效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光電轉換的根本裝置就是太陽能電池。 太陽能電池根據所用材料的不同，太陽太陽能電池根據所用

52、材料的不同，太陽能電池還可分為：硅太陽能電池、多元能電池還可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修化合物薄膜太陽能電池、聚合物多層修飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電飾電極型太陽能電池、納米晶太陽能電池、有機太陽能電池，其中硅太陽能電池、有機太陽能電池，其中硅太陽能電池是目前開展最成熟的，在應用中居主池是目前開展最成熟的，在應用中居主導地位。導地位。 太陽能電池組件生產工藝太陽能電池組件生產工藝 組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中組件線又叫封裝線，封裝是太陽能電池生產中的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電的關鍵步驟，沒有良好的封裝工藝，多好的電池也生產不出好的組件

53、板。電池的封裝不僅可池也生產不出好的組件板。電池的封裝不僅可以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池以使電池的壽命得到保證，而且還增強了電池的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可的抗擊強度。產品的高質量和高壽命是贏得可客戶滿意的關鍵，所以組件板的封裝質量非?？蛻魸M意的關鍵，所以組件板的封裝質量非常重要。重要。 組件生產流程組件生產流程 1、電池檢測2、正面焊接檢驗3、反面串接檢驗4、敷設玻璃清洗、材料切割、玻璃預處理、敷設5、層壓6、去毛邊去邊、清洗7、裝邊框涂膠、裝角鍵、沖孔、裝框、擦洗余膠8、焊接接線盒9、高壓測試10、組件測試外觀檢驗11、包裝入庫 太陽電池組裝工藝簡介：太陽電池組裝工藝簡介： 工藝簡介：在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一個感性的認識工藝簡介：在這里只簡單的介紹一下工藝的作用，給大家一個感性的認識.1、電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，、電池測試：由于電池片制作條件的隨機性，生產出來的電池性能不盡相同，所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據其性能參數進所以為了有效的將性能一致或相近的電池組合在一起，所以應根據其性能參數進行分類；電池測試即通過測試電池的輸出參數電流和電壓的大小對其進行分行分類；電池測試即通過測試