近年來，社會各界對新能源的關注引發多晶硅市場開始升溫。自2006年起，我國各地紛紛上馬多晶硅項目，產能迅速擴張，據統計，我國現有多晶硅產能已達30萬噸。然而，多晶硅生產過程中常常伴隨著氯氣、氫氣、三氯氫硅、氯化氫等有毒有害、易燃易爆物質。同時，與先進水平相比，由于工藝設備的不足，多晶硅生產也常常存在物料和電力消耗過大、產生大量污染等問題。對此，記者走訪的多位業內專家一致認為，著力在高效、節能、安全三個方面提升多晶硅設備的技術水平，應成為多晶硅產業下一階段的重要任務。

    多晶硅包括太陽能級多晶硅和電子級多晶硅，分別主要應用于太陽能電池和半導體工業。前者要求的多晶純度較低，約5N～6N，后者則要達到12N。純度上的簡單差別，卻決定了技術裝備上的極大差距。

    據內蒙古科技大學化工學院院長王亞雄教授介紹，目前，世界多晶硅生產采用的技術路線主要有改良西門子法、硅烷法、物理冶金法、氣液沉積法、四氯化硅-鋅還原法等，每種技術路線各自對應一套不同的裝備系統。其中，改良西門子法、硅烷法、物理冶金法是業內應用的主流，改良西門子法多晶硅產品已占據市場份額的80%左右。具體到高效、節能、安全三個指標方面，不同的多晶硅技術裝備則各有優劣。

    內蒙古多晶硅新材料研究中心主任曹忠告訴記者，改良西門子法設備是目前市場上應用最為成熟的設備，其裝備系統比較完善，基本實現了各工序裝置閉環運行，安全性能也有所保障。國外采用該法生產的多晶硅純度為9N～11N，產品質量較高。然而，采用該設備生產多晶硅，由于SiCl4的轉化效率不高，因此增加了閉環運行的能耗和成本。同時，該法工藝流程長，設備操作難度較大。

    而硅烷法與西門子法技術路線的差別在于中間產品不同，硅烷法的中間產品是SiH4。在這種工藝下，硅烷法裝置系統的優勢在于反應爐分解溫度較低（800～900℃），由高溫揮發或擴散引入的雜質少，分解率高達99%，耗電也比較少，約40千瓦時/千克。同時，由于硅烷含硅量較高（87.5%），沸點低，容易提純，尤其是硼的去除較為容易，適用于作半導體芯片襯底；硅烷的分解產物沒有腐蝕性，避免對設備的腐蝕以及硅受腐蝕而被玷污的現象。但安全問題是硅烷法多晶硅技術設備最大的不足。硅烷是易燃易爆氣體，不易保存，其生產安全性能不如改良西門子法裝備，國外就曾發生過硅烷工廠強烈爆炸的事故。此外，硅烷熱分解爐結構比較復雜，硅棒直徑受到限制，設備單產也相對較低，從而影響了生產效率。

    而物理冶金法技術設備國內和國外則差距不大，國內有些企業甚至走在世界前列。該系統裝置最突出的優點是流程簡單，能耗低，僅為西門子法的20%～25%，從而有效降低了生產成本，綜合成本約為改良西門子法的50%左右。此外，與西門子法相比，該法的廢液、廢氣處理也較為簡單，在環保上具有一定的優勢。但由于冶金法裝置很難完全去除硅中的雜質，因此，其缺點是產出的多晶硅做成電池片之后衰減率高，普遍大于10%，甚至達到30%。雜質對效率衰減的影響較大，提純過程中也容易受到雜質污染，產品質量不穩定。

    因此，“上述多晶硅生產設備在高效、節能、安全方面均不能做到十全十美，都仍然需要進一步升級。”曹忠說。具體而言，未來改良西門子法技術裝備發展方向是通過升級反應器及配套設備，來提高生反應物生長速率和沉積比率，從而實現節能降耗。這一方面要深入研究還原爐反應機理，研制高效、節能的還原爐反應器及供電設備，開發多對棒還原爐技術設備，以提高單爐產量；另一方面要實現較為經濟的閉環工藝提升SiCl4的氫化效率，如開展冷氫化工藝及裝備研究，將其一次氫化效率提升至20%以上；還應注意開發新型工藝技術裝備，將四氯化硅轉化成多晶硅。而在硅烷法設備方面，曹忠認為，該類裝置在國內的進一步發展還有待于工藝安全性的提高，只有在充分消化吸收了西門子法技術之后，才有技術能力投入到硅烷法的開發。相對于西門子法設備投資大、資金回收慢、經營風險大而言，曹忠非常看好成本低、能耗低、產出率高、投資門檻低的冶金法路線的發展，他認為，該路線應著重攻關研發新一代載能束高真空冶金技術裝備，使產品純度達到6N以上，從而有可能在若干年內逐步發展成為太陽能級多晶硅的主流技術裝備。

    如今，我國多晶硅行業企業新上的西門子法和硅烷法裝置也越來越注重節能和高效的需求。據王亞雄教授向記者總結分析，目前我國新上項目的新裝備主要有兩個特點：一是新技術裝備主要集中在生產反應器上，多晶硅生產反應器是復雜的多晶硅生產系統中的一個提高產能、降低能耗的關鍵設備；二是許多廠家首選最先進的流化床反應器(FBR)粒狀多晶硅生產技術裝備，同時采用石墨管狀爐反應器，生成粒狀多晶硅的硅原料可以采用硅烷、二氯二氫硅或是三氯氫以降低多晶硅生產電耗，實現連續性大規模化生產，從而提高生產效率，降低生產成本。

    “多晶硅產業要同時服務于微電子和光伏發電兩個產業，這兩個市場均有很強的驅動力，所以必然會出現不同的技術裝備應對不同的目標需求，各自發展，形成一種多工藝多設備并存的發展局面。但總體而言，提高產品質量、節能降耗和保證安全是所有設備的要求。現有的多晶硅技術裝備應各自選準目標，正確定位，并進行重大技術裝備改進，實現協調發展。”內蒙古鄂爾多斯硅業公司總經理王鵬這樣說。