第一篇：多晶硅生產

多晶硅生產工藝

多晶硅生產工藝

1．概述

硅是地球上含量最豐富的元素之～，約占地殼質量的25．8％，僅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在單質狀態，基本上以氧化態存在于硅酸鹽或二氧化硅中，其表現形態為各種各樣的巖石，如花崗巖、石英巖等。

硅是一種半導體元素，元素符號為Si，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序數為14，原子量為28.0855。硅材料的原子密度為5.OOx1022／cm。，熔點為141 5℃，沸點為2355 ℃

它在常溫(300K)下是具有灰色金屬光澤的固體，屬脆性材料。

硅材料有多種形態，按晶體結構，可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅。

單晶硅材料，是指硅原子在三維空間有規律周期性的不問斷排列，形成一個完整的晶體材料，材料性質體現各向異性，即在不同的晶體方向各種性質都存在差異。

多晶硅材料，是指由兩個以上尺寸不同的單晶硅組成的硅材料，它的材料性質體現的是各向同性。

非晶硅材料，是指硅原子在短距離內有序排列、而在長距離內無序排列的硅材料，其材料的性質顯示各向同性。

通常硅晶體的晶體結構是金剛石型，有9個反映對稱面、6條二次旋轉軸、4條三次旋轉軸和3條四次旋轉軸，其全部對稱要素為3L44LS6L 9PC。如果加壓到1.5GPa，硅晶體就會發生結構變化，由金剛石型結構轉變為面心立方結構，此時的晶體常數為0.6636nm。

硅材料是應用最廣泛的元素半導體材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室溫下它的禁帶寬度為1.1 2eV，其本征載流子濃度為1.45x10 D／cm。硅材料具有典型的半導體電學性質。硅材料的電阻率在10 ～1010Ω·cm 間，導電能力介于導體和絕緣體之間。

特性

其導電性受雜質、光、電、磁、熱、溫度等環境因素的影響明顯。高純無摻雜的無缺陷的硅晶體材料，稱為本征半導體，其電阻率在10 Ω·cm以上。

P-N結構性。即N型硅材料和P型硅材料結合組成PN結，具有單向導電性等性質。這是所有硅半導體器件的基本結構。

光電特性。和其他半導體材料一樣，硅材料組成p—N結后，在光的作用下能產生電流，如太陽能電池。

2．高純多晶硅

目前高純多晶硅的大規模生產，被美國、日本和德國等少數發達國家所壟斷。當前世界多晶硅的主要供應商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、SEH等公司。

冶金級硅是制造半導體多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在電弧爐中用碳還原而成。盡管二氧化硅礦石在自然界中隨處可見，但僅有其中的少數可以用于冶金級硅的制備。

一般說來，要求礦石中二氧化硅的含量應在97％～98％以上，并對各種雜質特別是砷、磷和硫等的含量有嚴格的限制。冶金硅形成過程的化學反應式為：

冶金硅主要用于鋼鐵工業和鋁合金工業，要求純度為98％。純度大于99％的冶金硅，則用于制備氯硅烷。

在用于制造高純多晶硅的冶金硅中，除了含有99％ 以上的Si外，還含有鐵(Fe)、鋁(AI)、鈣(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它們的含量在百萬分之幾十個到百萬分之一千個(摩爾分數)不等。

而半導體硅中的雜質含量應該降到10(摩爾分數)的水平，太陽級硅中的雜質含量應降到10～6(摩爾分數)的水平。

3.冶金硅→半導體硅或太陽級硅

要把冶金硅變成半導體硅或太陽級硅，顯然不可能在保持固態的狀態下提純，而必須把冶金硅變成含硅的氣體，先通過分餾與吸附等方法對氣體提純，然后再把高純的硅源的氣體通過化學氣相沉積(CVD)的方法轉化成為多晶硅。

生產制造高純多晶硅的辦法

主要有三大流派，即：

用SIMENS法(又稱SiHCI3法)生產多晶硅棒； 用ASiMi法(又稱SiH 法)生產多晶硅棒： 利用Sil硅源制造顆粒狀多晶硅。

SIMENS（西門子）法

(SiHCI3法)制造多晶硅

該法于1954年推出，隨即淘汰了當時使用的SiCI 鋅還原法，而成為迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250～350℃的溫度下讓冶金硅粉末和氯化氫在流化床上反應；

第二步，是對SiHCI3進行分餾，在這一過程中可以把具有不同沸點的氯化物分離出來；第三步，是硅的沉積。多晶硅反應爐一般均采用單端開口的鐘罩形式。通常多晶硅的沉積反應要進行200～300h，使沉積在硅橋上的硅棒直徑達到150-200 m m。

ASiMi法(SiH法)

ASiMi法(SiH法)制造多晶硅

20世紀60年代末期，ASiMi公司（美國先進硅材料公司簡稱AsiMI（阿斯米公司）公司總部位于美國蒙大拿州比優特城。生產超高純度多晶硅和硅烷氣體，是世界最大的硅烷氣體生產和銷售商。）提出了用SiH 作為原料生產多晶硅。

利用SiH 原料制造多晶硅棒，一般使用金屬鐘型罩爐。在高溫時，SiH 會分解產生Si與H2。此法的總生產成本要比SiHCI3法為高。

Ethyl公司的SiH 法

顆粒狀多晶硅制造技術

此法起源于Ethyl公司(美國乙基公司作為全球知名的添加劑制造商，現躋身于全球三大石油添加劑制造商之列。乙基公司采用全球領先的添加劑技術，開發生產全系列的燃料油與潤滑油添加劑。)的SiH 法。

1987年商業化的粒狀多晶硅開始投入生產。該技術利用流體床反應爐將SiH 分解，而分解形成的硅則沉積在一些自由流動的微細晶種顆粒上，形成粒狀多晶硅。由于晶體表面積很大，使得流體床反應爐的效率高于傳統的Simens爐，因而其產品的生產成本較低。

第二篇：國內多晶硅生產企業

公 司 名 稱 地 區 產能 原 材 料 類 型 噸/2011

保利協鑫能源控股有限公司 江蘇徐州 21000 改良西門子法 江蘇順大集團 江蘇揚州3000 改良西門子法 江蘇特華新材料科技有限公司 江蘇鹽城 500 改良西門子法 連云港中彩科技有限公司江蘇連云港 300 改良西門子法 張家港市日晶科技有限公司 江蘇張家港 500 改良西門子法 江西晶大半導體材料有限公司 江西南昌 100 改良西門子法 江西賽維LDK太陽能高科技有限公司 江西新余 6000 改良西門子法 江西通能硅材料有限公司江西樟樹 300 改良西門子法 江西景德半導體新材料有限公司 江西景德鎮 1500 改良西門子法 朝歌日光新能源有限公司河南鶴壁 300 改良西門子法 焦作煤業（集團）合晶科技有限責任公司 河南焦作 1800改良西門子法 林州中升半導體硅材料有限公司 河南林州 300 改良西門子法 洛陽中硅高科技有限公司河南洛陽 5000 改良西門子法 南陽迅天宇科技有限公司河南方城 300 冶金法 寧夏銀星多晶硅有限責任公司 寧夏吳忠 1200 冶金法

寧夏陽光硅業有限公司 寧夏石嘴山1500 改良西門子法 陜西天宏硅材料有限公司陜西咸陽 1250 改良西門子法 峨嵋半導體材料廠/峨嵋半導體材料研究所 四川峨眉 2200改良西門子 四川瑞能硅材料有限公司四川眉山 3000 改良西門子法 樂山樂電天威硅業科技有限責任公司 四川樂山 3000 改良西門子法 四川新光硅業科技有限責任公司 四川樂山 1260 改良西門子法 四川永祥多晶硅有限公司四川樂山 1000 改良西門子法 天威四川硅業有限責任公司 四川成都 3000 改良西門子法 雅安永旺硅業有限公司 四川雅安800 改良西門子法 內蒙古神舟硅業有限責任公司 內蒙古呼和浩特 1500 改良西門子法 內蒙古盾安光伏科技有限公司 內蒙古巴彥淖爾 3000 改良西門子法 內蒙古鄂爾多斯多晶硅業有限公司 內蒙古鄂爾多斯 3000 改良西門子法 內蒙古鋒威硅業有限責任公司 內蒙古阿拉善 1500 改良西門子法 山晟新能源有限責任公司內蒙古包頭 2000 冶金法

湖北晶星科技股份有限公司 湖北省隨州 1500 改良西門子法 宜昌南玻硅材料有限公司湖北省宜昌 2500 改良西門子法 武漢東立光伏電子有限公司 湖北武漢 1500 改良西門子法 亞洲硅業(青海)有限公司 青海西寧 3000改良西門子法 黃河水電新能源分公司 青海西寧 1250 改良西門子法 重慶大全新能源有限公司(重慶賽林新能源)重慶市 4300 改良西門子法 潞安高純硅業科技發展有限公司 山西潞安 2500 改良西門子法 特變電工新疆硅業有限公司 新疆烏魯木齊 3000 改良西門子法 濟寧凱倫光伏材料有限公司 山東鄒城 1000 冶金法 佳科太陽能硅(廈門)有限公司 福建廈門 1000 冶金法 桑杏硅業科技有限公司 福建龍巖500 冶金法 南安市三晶硅品精制有限公司 福建南安 3000 冶金法 錦州新世紀石英玻璃有限公司 遼寧錦州 300 冶金法 藍天開國有限公司(香港)廣東深圳 200 冶金法

浙江中寧硅業有限公司 浙江衢州 1500 硅烷法

六九硅業有限公司 河北保定 3000 硅烷法

福聚太陽能股份有限公司 臺灣 5000 改良西門子法

山陽科技股份有限公司 臺灣 3500 其他多晶硅生產工藝

第三篇：多晶硅行業研究報告

多晶硅行業研究報告

2008年將注定是全球可再生能源行業發展的里程碑的年份，在中國，年初的多晶硅熱潮為這個新的年份拉開熱情澎湃的序幕，我們愿意為大家分享我們對行業的觀點：

第一個觀點是多晶硅供需到2010年仍不會出現大范圍過剩，這是基于供給和需求做出的判斷；對多晶硅供應的分析我們在之前的各次報告中多次提及，包括主要大廠的擴產計劃和新技術的使用。需求是我們分析的重點，其要點有二：一是歐美市場的迅速啟動，尤其是美國大選對于新能源行業的重大影響值得重點關注；二是的電池片環節的產能率不到60%，成為多晶硅擴產的緩沖池；多晶硅廠屬于化工聯合企業，技術難度是全方位的，包括技術路線、設備選型、調試、運行、檢測等環節，門檻相當高，這是我們強調的第二點；

多晶硅企業的技術難度在于整體性的技術瓶頸，而非幾個關鍵技術訣竅，而在國內能大規模生產之前，國際大廠不會進行技術轉移，PPP之類企業以建造為主，并無完整技術轉讓；國內目前投產的企業技術來源均是739和740廠，這一點值得玩味。

第三點：新光硅業是目前國內唯一產量近千噸的大廠，我們預計2008年可以實現凈利潤11.6億元，與新光硅業（一期及二期）相關的企業包括川投能源、天威保變、樂山電力和岷江水電。

觀點一：多晶硅供需到2010年仍不會出現大范圍過剩

原因一：太陽能電池環節（Cell）的產能率不到60%

2004年開始的全球太陽能熱潮使得太陽能電池生產線的建設如火如荼，但硅料的供應使得當年諸多購買建設的電池生產線處于停工半停工狀態；根據目前的估計，全球太陽能電池片產能利用率約55%，也就是說目前的太陽能電池生產線有接近一半處于閑置狀態；考慮目前主流的30mw生產線數千萬之巨的投資規模和太陽能電池行業硬件設備迅速的更新換代，只要電池生產的盈利高于變動成本，對廠商來說，生產就是比閑置更理性的選擇；因此，我們認為電池片環節的低產能利用率是整個多晶硅供應的蓄水池，即使多晶硅產能擴張一倍，也會被下游的電池環節吸收；而

對電池產量翻番能否為下游接受的問題我們下面馬上，這就是便于的新能源發展熱潮有望超過我們的預期。

原因二：歐美太陽能市場將面臨爆發式增長

我們對2008年以后的歐美太陽能市場寄予厚望，認為將面臨爆發式增長，原因有二：政府支持圖謀的加大和新技術的可能出現，后者的影響主要是在，這里我們主要分析前者：

美國是全球新能源市場發展的最大動力，盡管參院的PTC審議遇到障礙，但各州的支持圖謀不斷加大，而民主黨總統候選人的政策主張更加令人振奮；

民主黨的總統候選人Hilary Clinton和Barack Obama的新能源主張中最重要的就是到2025年將美國的可再生能源發電比例提高到25%，考慮到這一比例目前不超過1%，未來的美國市場規模望而生畏；

歐洲，除了新能源的龍頭國家德國外，西班牙、意大利對新能源的支持力度也相當之大，就連主要以核電為主的法國也有了自己的新能源發展規劃，在2020年以前太陽能裝機3000mw；

我們認為，行業中短期的最大推動在于各國政府尤其是歐美發達國家政府的支持，而不斷高漲的能源價格和傳統能源產地的地緣政治境況不斷惡劣是歐美國家發展新能源的強大動力；

觀點二：新光硅業是國內多晶硅龍頭企業、2008年盈利接近12億

國內多晶硅價格2008年仍將維持高位

目前國內多晶硅散貨價格已經超過2800元/kg，價格之高令人咂舌；但由于2008年產能雖有接近翻番的擴張，但產量擴張主要體現在2008年下半年和2009年，考慮下游的市場擴張，供需狀況并未得到根本性改觀，而上半年供需形勢的緊張形勢與去年相比更是不相上下；綜合考慮新廠投產速度和下游需求增長，我們認為2008年多晶硅價格仍將維持高位；國際大廠的所謂長單價格與國內企業基本沒有，以國際硅料大廠對其大客戶的長單價格比照國內硅料走勢沒有意義。

新光硅業2008年盈利接近12億元

觀點三：多晶硅是高集成度的化工聯合企業，技術門檻高

多晶硅企業的技術難度在于整體性的技術的瓶頸，而非幾個關鍵技術訣竅

多晶硅企業本質上是化工聯合企業，這從國際大廠的情總可以看出，德國的Wacker是全球知名的化工企業，其涉足的領域從鹽礦開采、硅烷氣到多晶硅、硅片，涉及與多晶硅相關的上游產品均可以自行生產；Hemlock的股東中，Dow Corning是化工建材巨頭陶氏化學和康寧成立的合資；這些企業均有多年的化工企業經營經驗，從事多晶硅生產也已多年，部分企業超過五十年生產經驗，是國內企業無法比擬的；多晶硅的生產涉及多次復雜的化學反應，各項控制節點多以千計，而從一個陌生的行業進入多晶硅生產，即使不考慮建設的問題，單純調試運行的難度也是相當之大的。

國內能大規模生產之前，國際大廠不會進行技術轉移

目前國際大廠的產能當中主要是改良西門子法，而國內目前已經投產和即將投產的企業中，均采用改良西門子法；國際大廠對多晶硅的壟斷已經維持了數十年，鑒于多晶硅對IT行業的重要意義和目前行業的高利潤，國際大廠對此實行持續的技術封鎖；從目前的情況看，在國內沒有大規模實現生產之前，國際大廠不會對中國實行技術轉讓，所謂德國技術或者美國技術還是俄羅斯技術均不是完整的技術轉讓；

關于大廠專家的指導，根據我們現在了解到的情況，國際上普遍實行二十年的行業禁止期，從相關大廠辭職的技術人員在二十年內不得進入原企業的競爭對手，因此，目前國內企業能夠請到的、有過大廠工作經驗的專家，其工作經驗也是二十年前的，否則就存在法律問題。

國際目前的技術轉移以建造為主，并無完整技術轉讓

目前國際上比較著名的多晶硅廠建造是PPP（Polysilicon Plant Project），SCC等境外公司，均具有建造多晶硅企業的經驗；PPP等公司與國內的成達公司屬于同一類型企業，為化工企業，只不過從事的是特殊的化工企業----多晶硅廠的，他們不提供具體的多晶硅技術包；

我們認為，有經驗的制造商加盟有助于多晶硅廠更快更好的達產，但并不是決定因素。

國內目前投產的所有企業技術來源均是739和740廠

目前國內已經投產的企業包括新光硅業、東汽硅材料廠、洛陽中硅、徐州中能，究根探底，這幾家的技術來源均是之前739和740兩個硅材料廠；

739廠即峨嵋半導體廠，本世紀初國內為建設第一個千噸級多晶硅廠從峨嵋廠抽調骨干，這也構成了目前新光硅業的主要技術隊伍；

而從原來的峨嵋半導體材料廠被東方電氣增資控股，也就是現在的東汽硅材料廠；徐州中能的技術來源是新光硅業，這在業內也是盡人皆知的，因此其技術源頭也是739廠；

740廠即原來的洛陽硅材料廠，以此為基礎組成了現在的洛陽中硅；

總而言之，目前已經投產的多晶硅廠均有明確的技術來源，并無完全成立的企業做成。

第四篇：多晶硅太陽能電池制備工藝(論文)

XINYU UNIVERSITY

畢業設計（論文）

（2013屆）

題

目 多晶硅太陽能電池制備工藝

二級學院 新能源科學與工程學院

專 業 光伏材料加工及其應用

班 級 10級光伏材料

（一）班

學 號 1003020138 學生姓名 紀 濤 指導教師 胡 耐 根

多晶硅太陽能電池制備工藝

目錄

摘要?????????????????????????????1 Abstract???????????????????????????2 第 1 章 緒論?????????????????????????3 第 2 章 多晶硅太陽電池制備工藝????????????????5 2.1 一次清洗工序???????????????????????5 2.1.1 一次清洗工序的原理??????????????????5 2.1.2 一次清洗工序的工藝參數????????????????5 2.2 擴散工序?????????????????????????6 2.2.1 擴散原理???????????????????????6 2.2.2 擴散工藝???????????????????????7 2.3 濕法刻蝕的工序及其原理??????????????????8 2.4 等離子體增強化學氣相沉積工序???????????????10 2.4.1 等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜的原理???????10 2.5 絲網印刷工序及其工作原理?????????????????11 2.6 測試分選工序及太陽能測試儀的原理 ???????????? 13 2.7 小結???????????????????????????15 第 3 章 多晶硅太陽能電池行業展望???????????????16 參考文獻(References)?????????????????????17 致謝?????????????????????????????18

多晶硅太陽能電池制備工藝

多晶硅太陽能電池制備工藝

摘 要

長期以來隨著能源危機的日益突出，傳統能源已不能滿足能源結構的需求，然而光伏發電技術被認為是解決能源衰竭和環境危機的主要途徑。而多晶硅太陽能電池份額占據光伏市場的絕大部分，并呈現逐年上升趨勢，有極大的發展潛力。

本文在闡明了國內外光伏市場以及光伏技術發展趨勢的基礎上，對多晶硅太陽能電池的結構及其特性簡述，同時對其制備工藝：一次清洗→擴散→濕法刻蝕去背結→PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)→絲網印刷→ 燒結→測試分選做簡要介紹。

關鍵詞：多晶硅太陽能電池；光伏技術；光伏工藝；

多晶硅太陽能電池制備工藝

Preparation technology of polycrystalline silicon solar cell

Abstract

For a long time as the energy crisis increasingly prominent, the traditional energy cannot satisfy the needs of the energy structure, however, photovoltaic power generation technology is regarded as the main way to solve the crisis of energy exhaustion and environment and polycrystalline silicon solar cell occupies most parts of photovoltaic market share, and presents the rising trend year by year, has great development potential。

This paper illustrates the domestic PV market trends and the development of photovoltaic technology firstly, and makes a brief introduction on the preparation process of polycrystalline silicon solar cell secondly: cleaning →diffusion →wet etching →PECVD →screen printing →sintering →testing and sorting.Keywords: polycrystalline silicon solar cell;photovoltaic technology;photovoltaic process;

多晶硅太陽能電池制備工藝

第 1 章

緒論

隨著經濟全球化貿易國際化的發展，傳統能源煤、石油、天然氣等已不再是世界能源市場占有率擴張最快的，相反，新型可再生能源核能發電、水力發電、風能發電、生物質能發電，而光伏行業經歷了從航天到地面應用的巨大變化，太陽能發電正飛速增加其市場份額，以求緩解能源危機和環境問題。

鑒于各種新型能源發電的弊端，相比較之下人們普遍認為太陽能發電具備廣闊的發展前景。太陽能作為一種新型、潔凈、可再生能源，它與常規能源以及其它新型能源相比有以下幾個優點[1]：第一：儲能豐富，取之不盡用之不竭。第二：不存在地域性限制，方便且不存在輸電線路的遠程運輸問題。第三，潔浄，不會影響生態平衡和人類的身體健康，太陽能發電的種種優勢，得到人類社會的一致認可。尤其是在遭受能源衰竭和環境危機的今天，人們更是把它當做緩解能源短缺和環境污染問題的有效途徑。世界各地政府紛紛采取一系列相關政策，加大對光伏產業的財政補貼，促使光伏技術快速進步，生產規模不斷壯大，早日實現光伏發電的大規模普及。

多晶硅太陽電池是一種將光能轉化為電能的光電轉換裝置，在P 型硅襯底表面，利用POCl3 液態源擴散工藝制得厚度約為0.5um 的N型重摻雜層，P 型層與N 型層接觸，形成pn 結，產生光伏效應[2]。同時，正Ag 電極可與N 型重摻雜層形成良好的歐姆接觸，用于收集光生電流。位于最上層的氮化硅薄膜起到鈍化和減反射的作用。背Al 與P型硅片接觸，在燒結的過程中，形成良好的Al 背場，降低背表面復合電流，增加開路電壓。

多晶硅太陽電池主要是依靠半導體pn結的光生伏特效應來實現光電轉換的[3]。當光線照射到太陽能電池的正表面時，大部分光子被硅材料吸收。其中，能量E=hv＞Eg 的光子就會將能量傳遞給硅原子，使處于價帶的電子激發到導帶，產生新的電子-空穴對。新的電子-空穴又會在內建電場的作用下被分離，電子由p區流向n區，空穴由n區流向p區，電子和空穴在pn 結兩側集聚形成了電勢差，當外部接通電路后，在該電勢差的作用下，將會

多晶硅太陽能電池制備工藝

有電流流過外部電路，從而產生一定的輸出功率。其結構和光電轉換原理圖如下1-1和1-2。

圖1-1多晶硅太陽電池結構

圖1-2多晶硅光電轉換原理 4

多晶硅太陽能電池制備工藝

第 2 章 多晶硅太陽能電池制備工藝

由晶體硅太陽能電池的結構和原理可知，多晶硅太陽能電池的常規制備流程[4]如下：一次清洗（制絨）→ 擴散（形成pn 結）→ 二次清洗（濕法刻蝕去背結）→ PECVD（鍍氮化硅）→ 絲網印刷（形成電極和背場）→ 燒結（形成歐姆接觸）→ 測試（獲得電性能）。接下來，將逐一介紹制備多晶硅太陽能電池各工序的工藝及原理。

2.1 一次清洗工序

2.1.1 一次清洗工序的原理

多晶硅太陽能電池制備流程中的一次清洗工序，主要目的是去除硅片表面的臟污和機械損傷層，在硅片表面形成絨面結構（俗稱制絨），增強太陽能電池的陷光作用。我們知道，單晶硅太陽能電池制絨主要是依靠堿的各向異性腐蝕特性，在（100）晶面上形成連續、均勻、細膩的正金字塔結構，從而起到良好的減反射作用。而多晶硅各個晶粒的晶向不一樣，若同樣采用堿腐蝕，則得不到很好的金字塔絨面化結構。為了得到良好的多晶硅絨面化結構，人們嘗試了許多方法，比如反應離子刻蝕法、機械刻槽法和化學腐蝕法等。綜合成本以及制備工藝的難易程度考慮，化學腐蝕法在工業化大規模生產中得到了廣泛的應用。接下來就對化學腐蝕法制備多晶硅太陽能電池絨面的原理做一下簡單介紹。

與單晶硅太陽能電池堿制絨工藝不同的是，多晶硅太陽能電池采取酸制絨工藝。酸制絨體系主要由HNO3 和HF 組成，具體的反應方程式[5]如下： 3Si+4HNO3——3SiO2+2H2O+4NO(2.1)SiO2+6HF——H2(SiF6)+2H2O(2.2)其中，HNO3 作為強氧化劑，將Si 氧化成致密不溶于水的SiO2 附著在硅片表面上，阻止HNO3 與Si 的進一步反應。但SiO2 可以與溶液中的HF 發生反應，生成可溶于水的絡合物H2(SiF6)，導致SiO2 層被破壞，此時，HNO3 與Si 再次發生化學反應，硅片表面不斷的被腐蝕，最終形成連續致密的“蟲孔狀”結構。

多晶硅太陽能電池制備工藝

此方法不需要采用特定的反應裝置、工藝簡單、制造成本低，而且制備出的多晶硅絨面反射率低，可以與雙層減反射膜相比。但此方法為純化學反應，反應的穩定性不易控制，而且影響制絨效果的因素眾多，比如滾輪速度、反應溫度、硅片摻雜水平以及原始硅片的表面狀況等。2.1.2 一次清洗工序的工藝參數

本工序采用由腐蝕槽、堿洗槽、酸洗槽構成的自動制絨設備。在向各槽內配置化學溶液前，需對槽體進行預處理。首先用水槍將滾輪、槽蓋、槽體沖洗干凈，然后注入一定量的去離子水，讓設備自動循環10min 后，排掉污水。再按照上述操作重復一遍，待廢水排干凈后即可制備化學溶液。

各槽內化學溶液的初始配方[6]為：腐蝕槽：濃度為50%的氫氟酸溶液45L，濃度為68%的硝酸溶液28L；堿洗槽：濃度為45%的氫氧化鈉溶液5.2L；酸洗槽：濃度為50%的氫氟酸溶液28L，濃度為36%的鹽酸溶液58L。由于各槽是依靠化學反應來對硅片進行腐蝕的，反應的過程中必須伴有新的生成物產生和初始化學品的消耗，這就要求我們按時補液以及換液。

伴隨著化學反應的不斷進行，我們需要每小時向各槽填充的溶液量為：腐蝕槽：濃度為50%的氫氟酸溶液12.6L，濃度為68%的硝酸溶液11.4L；堿洗槽：濃度為45%的氫氧化鈉溶液1.6L；酸洗槽：濃度為50%的氫氟酸溶液0.8L，濃度為36%的鹽酸溶液2.4L。另外，腐蝕槽每生產156×156(cm2)規格的硅片15萬片后，需重新制配腐蝕液；設備連續一小時以上不生產時需把腐蝕液打回儲備槽；堿槽溶液和酸槽溶液在配置250h 后必須重新配液。否則都將影響最終制得的多晶硅太陽能電池片的電性能。

2.2 擴散工序

2.2.1 擴散原理

擴散實際上就是物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移，直到均勻分布的現象。太陽能電池制備流程中的擴散工序，就是在P 型襯底上擴散一層N 型雜質，進而形成太陽能電池的心臟--pn 結。多晶硅太陽能電池的擴散方式有很多種，比如三氯氧磷（POCl3）液態源擴散、噴涂磷酸水溶液后鏈式擴散、絲網印刷磷漿料后鏈式擴散等。本文著重采用三氯氧磷（POCl3）液態源擴散工藝來制取pn結，下面是三氯氧磷（POCl3）液態源擴散的原理

多晶硅太陽能電池制備工藝

[7]：氮氣攜帶的POCl3 在某種特定的條件下，可分解成五氧化二磷（P2O5）和五氯化磷（PCl5），具體反應方程式如下：

5POCl3→3 PCl5+ P2O5（T＞600℃）（2.3）

生成的P2O5 在800-900℃的高溫下與Si 反應，生成磷原子和SiO2，具體反應方程式如下：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓（2.4）

由以上化學反應方程式可得，POCl3 在沒有O2 的條件下，熱分解生成PCl5，而PCl5 極不易分解，且對硅表面有很強的腐蝕作用，嚴重損害了硅片的表面狀態以及pn 結的質量。當有外來足夠的O2 存在時，PCl5 就會進一步分解，生成P2O5和Cl2，具體反應方程式如下： 4PCl5 + 5O2→2P2O5+10Cl2↑（2.5）

生成的P2O5 可再一次與硅發生化學反應，生成磷原子和SiO2。由此可見，在POCl3擴散的過程中，必須通入一定流量的O2 來避免PCl5 對硅片表面的損傷。在過量O2 存在的條件下，POCl3 液態源擴散的總化學反應方程式為： 4POCl3 +5O2→2P2O5 +6Cl2↑(2.6)由總反應方程式可得，POCl3 熱分解生成的P2O5 附著在硅襯底表面，在擴散高溫條件下又與Si反應生成磷原子和SiO2，即在硅襯底上覆蓋一層較薄的磷-硅玻璃層，接著磷原子向硅體內徐徐擴散。為了提高擴散的均勻度，避免硅片表面死層的形成，通常在POCl3 擴散之前使硅表面熱氧化，生成一層極薄的氧化層，來控制反應速度。2.2.2 擴散工藝

擴散工序采用的設備是捷佳偉創擴散爐DS300A，它是在48 所和centrotherm擴散爐的基礎上改進得來的，主要優勢有以下兩點： 1)噴淋擴散。傳統48 所擴散設備是在爐尾通源，爐口排廢，而捷佳偉創設備是在石英管內的上部安裝一個噴淋管，直接將源噴在硅片上。相對于48 所設備，此種擴散工藝調節更加簡單，重復性好，無需考慮溫度補償濃度梯度問題。同時，每個硅片所接觸的磷源會更加均勻，進而提高方塊電阻均勻性。

2)軟著陸系統。石英舟承載在石英舟托上，由舟漿將石英舟托送入爐

多晶硅太陽能電池制備工藝

管內，然后舟漿退出，屬于閉管擴散。相對于48 所設備，這樣可以避免舟漿引入污染，同時由于對排廢的特殊處理，不需要頻繁清洗舟漿和石英爐管。

擴散過程可以簡單概括為：預擴→主擴→推擴。優化的磷擴散工藝具備如下特點：

1)同時進行磷源的再分布和硅片表面的三次氧化。此時磷源總量一定，預沉積雜質源緩慢的向硅片體內擴散，便于形成平坦的pn 結，提高了擴散的方塊電阻均勻性。

2)高溫擴散過程中不再伴有硅片與高濃度的磷直接接觸。減少了硅片表面以及勢壘區的缺陷和復合中心，提高了多晶硅太陽能電池的開路電壓和短路電流。

3)兩步擴散法制備 pn 結，制備條件相對寬松，工藝參數調節余地大。預沉積雜質總量基本不受溫度波動的影響，限定源表面擴散也不受擴散氣氛以及環境的影響，這就大大增強了擴散的均勻性以及重復性。

采用改進的磷擴散工藝，對最終制得晶體硅太陽能電池片的電性能有了很大改善，尤其是在開路電壓Voc 和短路電流Isc 方面。詳見下圖2.3 和

圖2.3 一步擴散與兩步擴散Voc 對比圖 圖2.4 一步擴散與兩步擴散Isc 對比圖

2.3 濕法刻蝕工序及其原理

對于多晶硅太陽能電池來說，并聯電阻（Rsh）[8]是一個很重要的參數，Rsh 過小將會導致漏電流增大，影響電池最終的短路電流、填充因子以及轉換效率。Rsh分為體內并聯電阻和邊緣并聯電阻兩類，對于一個太陽能電池片來說，一般20%的泄露電流通過體內并聯電阻，而80%的泄露電流通過邊緣并聯電阻。工業上實現量產的多晶硅電池擴散方式均為單面背靠背擴散，多晶硅太陽能電池制備工藝

不可避免地使電池的四周也擴散了一層n 型層，它將電池的正電極與背電極跨接在一起，形成很大的漏電流，因此未達到分離pn 結的作用。本文主要采用正面無保護的濕法刻蝕方法將電池背面的pn 結去除，以達到分離pn 結的效果。其原理如下： 第一步：硅片表面氧化過程

氧化過程的激活，硅表面被硝酸氧化，生成一氧化氮或二氧化氮，見式（3.7，3.8）：

Si+4HNO3=SiO2+4NO2+2H2O（3.7）Si+2HNO3=SiO2+2NO+2H2O（3.8）

氧化過程的延伸，生成物一氧化氮、二氧化氮進一步與水反應，得到的二級產物亞硝酸迅速將硅氧化成二氧化硅，見式（3.9,3.10,3.11）： 2NO2+H2O=HNO2+HNO3（3.9）Si+4HNO2=SiO2+4NO+2H2O（3.10）4HNO3+NO+H2O=6HNO2（3.11）

由上式可知，硅片表面氧化所發生的一系列化學反應是一個循環過程，氮氧化合物是硝酸最終的還原產物，二氧化硅是與腐蝕溶液接觸的硅片背表面的氧化產物。第二步：二氧化硅溶解過程

氧化產物二氧化硅，將快速與混合液中的氫氟酸反應，生成六氟硅酸，見式（3.12,3.13）：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O（3.12）SiF4+2HF=H2SiF6（3.13）總反應式為：

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O（3.14）

可見，最終腐蝕掉的硅將以六氟硅酸的形式溶入溶液中。實際上，濕法刻蝕的工藝原理與一次清洗的工藝原理相同，只不過是通過控制混合液內HF 和HNO3的濃度比來形成制絨腐蝕或拋光腐蝕。

采用濕法刻蝕去背結工藝將擴散后電池片的正面與背面pn 結分開，與其它方法相比具有以下優點：

多晶硅太陽能電池制備工藝

1)等離子體刻蝕法將硅片邊緣發射極刻掉，需要用到 CF4 毒性氣體，且刻蝕過程中設備周圍存在微波輻射，給人體健康帶來的危害極大。另外，此種工藝成本較高，電池片間互相擠壓的過程容易導致碎片，降低電池片的成品率。

2)激光或金剛石刀將邊緣發射極直接切掉，將會減少電池的有效面積，降低電池片的功率。

3)用正面無保護的濕法刻蝕方法來代替上述兩種方法分離pn 結，不僅避免了CF4 毒性氣體的使用和太陽能電池片的碎裂，而且使硅片背表面拋光，有效地提高了太陽能電池的電性能。

2.4 等離子體增強化學氣相沉積工序

2.4.1 等離子體增強化學氣相沉積氮化硅薄膜的原理

等離子體增強化學氣相沉積技術[9]（PECVD）的工作原理為：在真空壓力下，加在電極板上的射頻（低頻、微波等）電場，使反應室內氣體發生輝光放電，在輝光發電區域產生大量的電子。電子由于受到外加電場的加速作用，其自身能量驟增，它可通過碰撞將自身能量傳遞給反應氣體分子，從而使反應氣體分子具有較高的活性。這些活性分子覆蓋在硅基底上，彼此間發生化學反應，制得所需的介質薄膜，產生的副產物被真空泵抽走。我們可以運用PECVD 技術制作各種器件的鈍化膜、減反射膜，還可用其制作擴散工藝的阻擋層。本文采用PECVD技術，在硅片表面沉積一層氮化硅薄膜，具體原理在350℃，等離子射頻：SiH4 + 4NH3 —— Si3N4 + 12H2（2.15）此法制備的氮化硅薄膜具有減反射和鈍化的作用，其減反射原理圖[12]如下：

圖2.8 氮化硅薄膜減反射原理圖

我們知道，減反射的原理就是讓如圖2.8 所示的兩束反射光R1、R2 產

多晶硅太陽能電池制備工藝

生相消干涉，即它們的光程差為半波長。可以通過調整制備工藝來獲得合適厚度和折射率的Si3N4 薄膜，使其滿足減反射條件。氮化硅薄膜在起到減反射作用的同時，還可以對硅片表面和體內進行鈍化。由于多晶硅表面存在很多的表面態、晶界[10]、缺陷以及位錯等，在薄膜沉積過程中，大量的H 原子（離子）進入薄膜，飽和了硅片表面大量的懸掛鍵，起到降低表面復合中心的作用，從而提高太陽能電池的短波響應與開路電壓。氮化硅薄膜的體鈍化作用對于多晶硅太陽能電池來說特別明顯，因多晶硅體內存在大量的缺陷、位錯以及懸掛鍵，氮化硅薄膜中的氫原子可以在燒結時的高溫條件下擴散到硅體內，進而飽和絕大部分缺陷以及懸掛鍵，有效降低了少數載流子復合中心濃度，增加少子收集能力，提高短路電流。

氮化硅薄膜是一種物理和化學性能都十分優良的介質膜[11]。它不僅具備減反射和鈍化的作用，同時在光電領域也有一席用武之地。例如：氮化硅薄膜極硬而且耐磨，非晶態硬度高達HV5000；結構非常致密，氣體和水汽極難穿過；疏水性強，可大大提高器件的防潮性能；較好的化學穩定性，在600℃時不會與鋁發生反應，而二氧化硅在500℃時與鋁反應已比較顯著。對可動離子(如Na+)有非常強的阻擋能力；可靠的耐熱性和抗腐蝕性，在1200℃時不發生氧化；在一定濃度的硫酸、鹽酸中有較好的抗腐蝕性，只能用氫氟酸腐蝕等。

2.5 絲網印刷工藝及其原理

絲網印刷工序，就是在鍍膜后硅片的正反兩面印刷電極、背電場，經過燒結后使其能夠很好的收集光生電流并順利導出，實現電能與光能之間的高效轉化。絲網印刷和高溫快燒是構成金屬化工序的主要組成部分。

圖2.11 絲網印刷工藝的原理圖

多晶硅太陽能電池制備工藝

絲網印刷的原理，就是將帶有圖案的模板附著在絲網上，利用圖案部分網孔透過漿料，而非圖案部分不透漿料的特征來進行印刷。絲網印刷工藝由5部分構成，即絲印網版、印刷刮刀、電子漿料、印刷臺面和承印物，如上圖2.11所示。印刷時，在網版一端倒入漿料，并用刮刀對網版中的漿料邊施加壓力邊朝另一端推動。漿料在移動的過程中透過網孔被刮刀擠壓到承印物上。由于印刷過程中，刮刀、絲網印版、承印物三者始終呈線接觸，且漿料具有一定得粘性，這樣就確保了印刷質量和印刷精度。

絲網印刷工序可細分為漿料的印刷和漿料的烘干處理兩部分。電極漿料主要使用的是電子漿料，它由四部分組成：由貴金屬及其混合物構成的金屬粉末，在整個成分中充當導電相，決定了電極的電性能；無機粘合劑和有機粘合劑，決定了燒結前后電極與半導體的接觸情況，合適的配比，可以有效加強電極和硅片之間的抗拉伸能力；其它添加劑，主要是起到潤滑，增稠，流平和增加觸變的作用。

絲網印刷工藝的制備目標因漿料種類、電極位置以及電極作用不同而不同。對于起收集光生載流子并對外導出電流作用的正Ag 電極來說，我們希望印刷后制得的正電極具備較低的遮光面積、金屬柵線電阻以及金屬半導體歐姆接觸電阻；對于起匯集背面電流并對外導出電流作用的背Ag/Al 電極來說，我們希望其能與涂錫焊帶、硅片背表面以及鋁背場[12]形成良好的接觸，使串聯電阻Rs 降低；對于起收集背部載流子并對背面進行鈍化作用的Al 背電場來說，我們希望其能在硅片背表面引入均勻的p+層，盡可能的降低背面光生載流子復合幾率，同時還需控制背場印刷所引起的翹曲度彎曲。每一道印刷工序后的烘干，實際上是為了使硅片表面電子漿料中的有機溶劑揮發，形成可與硅片緊密粘結的固體狀金屬膜層。

烘干后的燒結工藝，實際上是為了使硅片和電極間形成良好的歐姆接觸。首先，將半導體多晶硅和金屬電極加熱到共晶溫度，此時半導體內的硅原子將按某種比例快速向熔融的合金電極中擴散。合金電極中的多晶硅原子數目由電極材料的體積和合金溫度決定，電極材料的體積越大，燒結溫度越高，則合金電極中的硅原子數目越多。如果此時溫度驟降，將會在合金電極附近出現再結晶層，即固態硅原子從金屬和硅界面處的合金中析

多晶硅太陽能電池制備工藝

出，生長出外延層。如果外延層中含有足夠的雜質成分，則獲得了良好合金結，同時也形成了良好的金屬半導體歐姆接觸[12]。

燒結采用紅外加熱的方式進行高溫快燒，主要是為了讓硅片表面的正電極穿透氮化硅薄膜，與硅片之間形成良好的歐姆接觸，降低串聯電阻，提高填充因子；促進鍍膜工序引入的氫原子向硅體內擴散，增強其對硅的體鈍化作用；形成均勻良好的鋁背場，提高開路電壓。

2.6 測試分選工序及其太陽能測試儀的原理

太陽能測試儀最初主要用來測量太陽能電池片的電性能參數，但隨著測試技術的發展，目前集成的太陽能電池測試系統還可以進行EL測試（太陽能電池組件缺陷檢測）、外觀測試。太陽能電池測試系統要求：能夠根據測試時間控制太陽光模擬器的開關，通過采樣電路、溫度傳感器和數據采集卡(DAQ)讀取太陽能電池的即時電流、電壓和相應的溫度及光譜測量值等參量，經過計算機的數值運算處理，得到逼近標準測試條件下的I值和V 值，從而繪出逼近標準測試條件下的I/V 特性曲線[13]。下圖3.12為太陽能電池測試儀的結構圖，其中采用高壓短弧氙燈來模擬自然光。

圖3.12 太陽能電池硬件測試系統框圖

地面用太陽能電池的國際標準測試條件為：輻照度：1000W/m；電池

2溫度：25℃；光譜分布：AM1.5[14]。通常，我們采用太陽能模擬器來模擬上述測試條件，進行多晶硅太陽能電池片的I-V 曲線測試。模擬光與自然光相比，具有以下優點：模擬光可選擇性好，比如連續發光或閃光；模擬光的輻照度相對穩定，且在一定范圍內可調；模擬光使用范圍廣，不受時間、氣候等因素限制；模擬光便于與生產線集成光伏測量系統；另外，與自然光相比，模擬光光譜分布的穩定性較好，測試可重復性高；實際的自然光

多晶硅太陽能電池制備工藝

光譜與國際標準測試條件要求的有差異，且不穩定。種種原因表明，模擬光更適用于光伏測試系統的集成。

因太陽能光伏組件最終是在露天的環境下使用，所以太陽能測試儀的電性能測試結果應盡可能的與戶外使用結果相擬合。常見的太陽能測試儀運用氙燈來模擬自然光，如下圖2.13 所示為氙燈與AM1.5 光譜對比圖[15]。

圖2.13 氙燈與AM1.5 光譜對比圖

由上圖可得，AM1.5 光譜在可見光區與氙燈光譜十分相似，而多晶硅太陽能電池片的主要光吸收區即是可見光區，因此，氙燈被廣泛的用來模擬太陽光。

太陽能電池各電性能參數的測試原理[16]：短路電流（Isc）：國際標準測試條件下，電池外電路短路時的輸出電流；開路電壓（Voc）：國際標準測試條件下，電池外電路斷開時的端電壓；最大功率（Pmax）：電池輸出特性曲線上，I·V 乘積最大時所對應的功率；串聯電阻（Rs）：指與P-N 結串聯的電池內部電阻，主要由硅體電阻、歐姆接觸電阻、發射區電阻等組成；并聯電阻（Rsh）：指跨連在電池兩電極間的等效電阻；填充因子（FF）：Pmax 與（Voc·Isc）之比；轉換效率（η）：Pmax 與電池所受總輻射功率的百分比。2.7 小結

本章要主要論述了多晶硅太陽能電池制備流程（一次清洗→ 擴散→ 濕法刻蝕去背結→ PECVD →絲網印刷→ 燒結→測試分選），以及制備原理和過程。

多晶硅太陽能電池制備工藝

第三章 多晶硅太陽電池行業展望

太陽能光伏上下游產業鏈，包括上游的硅材料、光伏電池制造與封裝工藝、支撐行業和光伏發電應用等領域。

目前重慶首例居民分布式光伏發電項目成功并網

[17]，如下圖，這充分說明光伏產業在逐步深入市場，并將有更廣闊的民用市場。

圖－居民光伏發電項并網

縱觀整個光伏市場走勢，雖然目前太陽能行業處于市場低迷期，但隨著工藝的改進和制造成本的降低以及國內市場的逐步打開，同時企業也要節能減材，不斷進行低迷期技術潛能性研究，會使太陽能行業最終走向市場供不應求或供需平衡的態勢。

由于多晶硅太陽能電池是目前相比與單晶硅和多晶硅的轉換效率高且能批量生產的一種太陽能能電池，多晶硅電池的制作工藝不斷向前發展，保證了電池的效率不斷提高，成本下降，隨著對材料、器件物理、光學特性認識的加深，導致電池的結構更趨合理，實驗室水平和工業化大生產的距離不斷縮小，各工藝如絲網印刷和埋柵工藝為高效、低成本電池發揮了主要作用，高效Mc—Si電池組件已大量進入市場，隨著工藝的不斷優化，生產成本的不斷降低，多晶硅將對于光伏建筑、光伏發電、光伏水泵等有廣闊的前景。

光伏發電技術若想快速大規模普及，必須實現高效、低成本。高效是降低成本的另一種方式。目前推出的可實現量產的新型高效多晶硅太陽能電池，均是在常規制備工藝的基礎上改進得來，也就是說，前者若想發揮高效的潛能，前提是常規多晶硅太陽能電池制備工藝成熟且達到最優化。我國目前光伏技術仍處于低級階段，制備工藝仍不完善，還有很大的優化以及改進空間。

多晶硅太陽能電池制備工藝

參考文獻

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3[16]狄大衛，高兆利，韓見殊，等.應用光伏學.上海：上海交通大學出版社，2009

[17]重慶電力公司，中新能源頻道，科技日報2013年05月10日

多晶硅太陽能電池制備工藝

致 謝

本論文是在導師胡耐根老師的悉心指導和關懷下完成的。感謝胡老師對我的辛勤指導和培育。從論文的立題到論文的撰寫整個過程無不浸透著老師的心血。他廣博的學識，嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，靈活的思維方式，耐心細致的言傳身教深深感染激勵著我，將使我終身受益。導師不但在學習上給予我耐心細致的指導，在生活中也給了我關懷，這份師恩我將終身難忘。

同時感謝同組同學在完成論文中給予的幫助。我們在完成論文的過程中與同學互相討論、互相協作下建立深厚的感情，同時我也學到了每個同學的為人處事的精神。另外，我要感謝在這幾年來對我有所教導的老師，他們孜孜不倦的教誨不但讓我學到了很多知識，而且讓我掌握了學習的方法，更教會了我做人處事的道理，在此深表感謝。我還要向我的同學們表示感謝，感謝10級光伏材料(1)班所有同學以及丁輔導員對我生活和學業上的關心和幫助,我為自己能夠在這樣一個溫暖和諧的班級體中學習工作，深感溫暖、愉快和幸運。

最后向多年默默支持我和關心我，不斷給我信心、支持我上進，使我順利完成大學學業的家人，特別是我的父母，獻上我最真摯的謝意和最美好的祝福。

第五篇：國家標準節水型企業多晶硅行業

國家標準《節水型企業 多晶硅行業》

（預審稿）編制說明

一、工作簡況

1、立項目的及意義

硅產業作為有色金屬工業重要的產業，其產品工業硅、有機硅和多晶硅，近年來一直受到國內外相關行業的關注。特別是多晶硅作為光伏發電以及電子半導體芯片產業的重要材料，其下游應用領域已經滲透到國防、軍工、航天、通訊、新能源等各行各業中，其重要低位可不忽視。

多年以來，無論是工業硅、有機硅還是多晶硅，在美國、歐洲等市場都是作為戰略性小金屬。上世紀90年代，中國成功生產工業硅，并開始少量出口，歐美市場馬上進行反擊，對我國實施了25年以上的反傾銷制裁。新世紀之后，我國有機硅行業突破技術封鎖，實現產業化生產，歐美企業馬上進行傾銷打壓其產業發展。同樣在多晶硅方面，2008年之后，我國多晶硅生產逐步實現規模化生產，但是在海外企業傾銷的背景下，2012年底多晶硅全行業停產。雖然在國家擴大光伏應用以及反傾銷的政策支持下，多晶硅行業快速成長，但是來自海外的惡意傾銷依舊延續。目前，我國硅產業發展取得的成績來之不易，應將其定位至國家戰略層次。

2016年底，多晶硅有效產能約21萬噸/年 , 2017年上半年，多晶硅有效產能約24.3萬噸/年, 其中江蘇中能7.4萬噸，新特能源3.6萬噸，石河子大全2萬噸，洛陽中硅1.8萬噸，樂山永祥1.8萬噸，青海亞硅1.5萬噸，江西賽維1萬噸，內蒙盾安0.8萬噸，宜昌南玻0.8萬噸，神舟硅業0.5萬噸等，預計2017年底中國多晶硅產能已超過28萬噸/年，多晶硅企業數量18家，2018年產能將進一步擴張，有東方希望、保利協鑫、北京利爾等多個多晶硅企業落戶新疆，隨著產能的逐漸增加，對資源的需求量也逐漸加大，對人類生存環境的不利影響也日益凸顯，清潔生產、節能減排任務艱巨。為落實《中華人民共和國清潔生產促進法》等相關政策要求，實現國家節水目標，規范和指導企業的生產經營，制定該行業的節水型企業國家標準非常迫切。

2、任務來源

根據國家標準委《關于下達2017年第二批國家標準修訂計劃的通知》，全國節水標準化技術委員會（全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分技術委員會）歸口，由新特能源股份有限公司負責修訂《節水型企業 多晶硅行業》，計劃編號20171757-T-469，計劃完成時間為2019年。

3、編制單位簡況

新特能源股份有限公司，成立于2008年，主要推崇綠色制造、循環經濟發展模式，在致力太陽能光伏產業鏈建設的基礎上，從循環經濟的減量化、再利用和循環使用原則出發，采用全閉環的多晶硅生產工藝。建立納米材料分公司、新能建材有限公司，利用多晶硅生產中副產物四氯化硅生產氣相二氧化硅，利用發電過程產生的煤渣、粉煤灰等生產加氣塊，變廢為寶。被評為國家“優秀循環經濟企業”。生產、研發、銷售高純多晶硅、多晶硅/單晶硅硅片、高純四氯化硅、氣相二氧化硅等產品，并提供硅產業技術服務，主導產品為多晶硅，目前，多晶硅生產規模達到15000噸/年，居世界前八位，中國前三位。

新特能源股份有限公司堅持機制創新、體制創新、科技創新、管理創新、文化創新的創新求變理念，2012年經新特能源股份有限公司高層領導研究決定在新特能源股份有限公司質檢中心的基礎上組建了新疆新特新能材料檢測中心有限公司，本公司于2013年和2014年兩年間相繼取得CMA和CNAS資質，本公司實驗室有效建筑面積6540m2，其中十萬級恒溫空間占地6340 m2，千級高潔凈間占地756 m2；實驗室儀器配置涵蓋了氣相、液相色譜，光譜、質譜等常規及高尖端分析檢測儀器,超潔凈的環境、高尖端的設備為無機痕量級分析奠定了基礎，這些設備為后續的多晶硅實驗檢測提供了良好的硬件設施及條件。

4、主要工作過程

接到標準制定任務后，新特能源股份有限公司在全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分會的組織下，成立了標準編制組。標準編制組充分調研了多晶硅行業各生產單位的取水量、水資源消耗及水循環利用率等技術水平，2017年2月制定了《節水型企業 多晶硅行業》的國家標準草案，并發行業內各專家廣泛征求意見。并于2017年6月形成了討論稿。

2017年10月26日，由全國半導體材料標準化分技術委員會組織，在廣東省東莞市召開《節水型企業 多晶硅行業》（國家標準）任務落實工作會議，共有洛陽中硅高科技有限公司、有研半導體材料有限公司、江蘇中能、神舟硅業、亞洲硅業、黃河水電、內蒙古盾安等10個單位20位專家參加了本次會議。與會專家對標準資料從標準技術內容和文本質量等方面進行了充分的討論。專家對本標準制定提出了幾點意見：

1.與會專家指出針對本標準的技術要求考核指標只從兩個方法進行考慮，一個是三氯氫硅法，一個是硅烷法。

2.在考核指標的制定上應該考慮兩個方面：一個所定指標不能和《國家光伏行業生產

規范》中針對企業準入要求水循環利用率的指標相互沖突；二是考慮企業節水相關的3個問題，第一：企業所處地理位置，南北方的因為氣候有所差別水蒸發量也會不同；第二：工藝冷卻設備的使用；第三：工藝方法的不同。

3.在會議之后由半導體標委會統一發出調查問卷，所有多晶硅生產企業均需根據自身生產實際情況進行指標的填寫，完成后統一加蓋公章提交之標委會。再由標委會統一將企業名稱用ABC字母替代后反饋至起草單位。

根據與會專家意見，《節水型企業 多晶硅行業》標準編制組，會后3個月內應修改完成征求意見稿及編制說明，發相關的企事業單位廣泛征求意見，包括對各企業多晶硅產能、平均最高溫度、平均最低溫度、單位新鮮水單耗、廢水回收率、蒸汽冷凝液回收率、脫鹽水制取系數、超純水制取系統、水重復利用率、用水綜合損失率、單位排水單耗等技術參數，根據調研結果進行了標準技術內容修訂，根據征求意見情況填寫意見匯總處理表，并于2018年9月修改完成預審稿及編制說明。

二、本標準編制的原則和主要內容 1.標準編制原則

1.1.本標準的編寫格式按國家標準GB/T1.1-2009《標準化工作導則 第1部分：標準的結構和編寫》的統一規定和要求進行編寫的。

1.2.本標準在編制過程中，結合目前國內多晶硅企業的實際水耗及水資源綜合利用等參數要求，并綜合考慮了行業的實際需求與未來一段時間內的技術發展要求。2.本標準的主要內容及確定依據

目前國內的多晶硅工藝都采用改良西門子法，改良西門子法生產工藝的優點是成本低、節能降耗、生產出的多晶硅產品質量高、綜合利用技術較高，而且最主要的是整個生產環節對環境無污染，這在市場中具有很大的競爭優勢。

以上為改良西門子法生產工藝流程，用水環節主要是生產用循環水、脫鹽水、超純水、廢氣殘液淋洗用水等，其中大部分水回用至系統。改良西門子法取用水的方式：主要用于廢氣殘液系統新鮮水噴淋和稀釋堿液使用，同時用新鮮水制備多晶硅生產過程中需要的脫鹽水及超純水。

本標準制定的主要工作就是對多晶硅行業所有生產和在建企業進行數據調研，結合各單位實際情況進行參數確定，貫徹科學發展觀，促進節水型社會建設。結合各公司目前生產現狀，體現標準的科學性、先進性、合理性及經濟適用性。具體調研數據如下：

水系統數據調研統計表調研數據（以2017年數據）序號1234567891011項目名稱多晶硅平均最高溫度平均最低溫度單位新鮮水單耗廢水回收率蒸汽冷凝液回收率脫鹽水制取系數超純水制取系統水重復利用率用水綜合損失率單位排水單耗單位1噸℃℃t/t%%————%%t/t20199.7742.2-36.8137.11————————————51.928100.9542-5181.0813.26%57%2.2——99.18%7%66.663507621.9-13.121639%90%0.75——5.45%1%26.7543000041.5-3711525%76.71%1.651.7499.15%7%305——————115————————————356650016.43.820020%90%608370%7%507827734.3-11105.0640%81%2.12——99.40%6.69%55.28***.850%100%1.6——97%2%48.339235230-2025426%70%1.10.3564%2%——12339.5931.91-14.89165.6730%81%1.891.7498.68%6.92%45.48——————150.0030%90%兩級反滲透：2.0一級反滲透+EDI:1.65兩級反滲透：2.2一級反滲透+EDI:1.8099.00%7.00%45.00平均值建議值備注調研企業1提供數據單位新鮮水單耗和單位排水單耗采納其提供數據。調研企業2提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脫鹽水制取系數、水重復利用率、用水綜合損失率、單位排水單耗采納以上數據。調研企業3提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、單位排水單耗采納以上數據。脫鹽水制取系數、水重復利用率、用水綜合損失率三個數據不采納，其中脫鹽水制取系數0.75，與脫鹽水制取系數計算公式不符而不采納；水重復利用率數據異常而不采納；用水綜合損失率1%，數據異常，低于系統損失量而不采納。調研企業4提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脫鹽水制取系數、超純水制取系數、水重復利用率、用水綜合損失率、單位排水單耗采納以上數據。調研企業5提供數據單位新鮮水單耗和單位排水單耗采納其提供數據。調研企業6提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、用水綜合損失率、單位排水單耗采納以上數據。脫鹽水制取系數、超純水制取系數、水重復利用率三個數據不采納，其中脫鹽水制取系數60，與脫鹽水制取系數計算公式不符而不采納；超純水制取系數83，與超純水制取系數計算公式不符而不采納；水重復利用率數據異常而不采納。調研企業7提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脫鹽水制取系數、超純水制取系數、水重復利用率、用水綜合損失率、單位排水單耗采納以上數據。調研企業8提供單位新鮮水單耗、廢水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脫鹽水制取系數、超純水制取系數、水重復利用率、單位排水單耗采納以上數據。用水綜合損失率為2%，數據異常，低于系統損失量而不采納。4

三、標準水平分析

本標準為多晶硅各生產企業水消耗做出了限定，是響應國家環保能源節約的發展要求。本標準總體水平為國內先進水平。

四、與現行相關法律、法規、規章及相關標準，特別是強制性標準的協調性

本標準屬于硅單晶的分析方法標準，沒有現行的法律、法規、規章制度等對其要求，本領域沒有強制性標準，本標準與現行法律、法規和相關標準相協調、無沖突。

五、專利及涉及知識產權

本文件起草過程中沒有檢索到專利和知識產權問題，如果涉及到專利和知識產權時請使用單位與專利和知識產權方協商，本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。

六、分歧意見的處理經過

編制組根據起草前確定的編制原則進行了標準起草，標準起草小組前期進行了充分的準備和調研，并做了大量調查論證、信息分析和實驗工作，在標準在主要技術內容上，行業內取得了較為一致的意見，標準起草過程中未發生重大分歧意見。

七、標準作為強制性或推薦性國家（或行業）標準的建議

本標準為多晶硅企業用水限定標準，適用于多晶硅生產企業建議為推薦性標準。

八、廢止現行有關標準的建議 無

九、推廣應用的預期效果

本標準的發布和實施能有效的規范我國硅材料生產中用水量，促使多晶硅生產企業優化工藝，節約用水，提高水資源的循環利用率，能推動多晶硅行業的技術進步，具有良好的經濟和社會效益。

新特能源股份有限公司

2018年9月