多晶硅生产

第一篇：多晶硅生产

多晶硅生产工艺

多晶硅生产工艺

1．概述

硅是地球上含量最丰富的元素之～，约占地壳质量的25．8％，仅次于氧元素，居第二位。硅在地球上不存在单质状态，基本上以氧化态存在于硅酸盐或二氧化硅中，其表现形态为各种各样的岩石，如花岗岩、石英岩等。

硅是一种半导体元素，元素符号为Si，位于元素周期表的第三周期第四主族，原子序数为14，原子量为28.0855。硅材料的原子密度为5.OOx1022／cm。，熔点为141 5℃，沸点为2355 ℃

它在常温(300K)下是具有灰色金属光泽的固体，属脆性材料。

硅材料有多种形态，按晶体结构，可分为单晶硅、多晶硅和非晶硅。

单晶硅材料，是指硅原子在三维空间有规律周期性的不问断排列，形成一个完整的晶体材料，材料性质体现各向异性，即在不同的晶体方向各种性质都存在差异。

多晶硅材料，是指由两个以上尺寸不同的单晶硅组成的硅材料，它的材料性质体现的是各向同性。

非晶硅材料，是指硅原子在短距离内有序排列、而在长距离内无序排列的硅材料，其材料的性质显示各向同性。

通常硅晶体的晶体结构是金刚石型，有9个反映对称面、6条二次旋转轴、4条三次旋转轴和3条四次旋转轴，其全部对称要素为3L44LS6L 9PC。如果加压到1.5GPa，硅晶体就会发生结构变化，由金刚石型结构转变为面心立方结构，此时的晶体常数为0.6636nm。

硅材料是应用最广泛的元素半导体材料，具有其他元素不具有的一些特性，在室温下它的禁带宽度为1.1 2eV，其本征载流子浓度为1.45x10 D／cm。硅材料具有典型的半导体电学性质。硅材料的电阻率在10 ～1010Ω·cm 间，导电能力介于导体和绝缘体之间。

特性

其导电性受杂质、光、电、磁、热、温度等环境因素的影响明显。高纯无掺杂的无缺陷的硅晶体材料，称为本征半导体，其电阻率在10 Ω·cm以上。

P-N结构性。即N型硅材料和P型硅材料结合组成PN结，具有单向导电性等性质。这是所有硅半导体器件的基本结构。

光电特性。和其他半导体材料一样，硅材料组成p—N结后，在光的作用下能产生电流，如太阳能电池。

2．高纯多晶硅

目前高纯多晶硅的大规模生产，被美国、日本和德国等少数发达国家所垄断。当前世界多晶硅的主要供应商有Hemlock W acker M EMC ASiMi Tokuyama KomatsuMitsubishi、SEH等公司。

冶金级硅是制造半导体多晶硅的原料，它由石英砂(二氧化硅)在电弧炉中用碳还原而成。尽管二氧化硅矿石在自然界中随处可见，但仅有其中的少数可以用于冶金级硅的制备。

一般说来，要求矿石中二氧化硅的含量应在97％～98％以上，并对各种杂质特别是砷、磷和硫等的含量有严格的限制。冶金硅形成过程的化学反应式为：

冶金硅主要用于钢铁工业和铝合金工业，要求纯度为98％。纯度大于99％的冶金硅，则用于制备氯硅烷。

在用于制造高纯多晶硅的冶金硅中，除了含有99％ 以上的Si外，还含有铁(Fe)、铝(AI)、钙(Ca)、磷(P)、硼(B)等，它们的含量在百万分之几十个到百万分之一千个(摩尔分数)不等。

而半导体硅中的杂质含量应该降到10(摩尔分数)的水平，太阳级硅中的杂质含量应降到10～6(摩尔分数)的水平。

3.冶金硅→半导体硅或太阳级硅

要把冶金硅变成半导体硅或太阳级硅，显然不可能在保持固态的状态下提纯，而必须把冶金硅变成含硅的气体，先通过分馏与吸附等方法对气体提纯，然后再把高纯的硅源的气体通过化学气相沉积(CVD)的方法转化成为多晶硅。

生产制造高纯多晶硅的办法

主要有三大流派，即：

用SIMENS法(又称SiHCI3法)生产多晶硅棒； 用ASiMi法(又称SiH 法)生产多晶硅棒： 利用Sil硅源制造颗粒状多晶硅。

SIMENS（西门子）法

(SiHCI3法)制造多晶硅

该法于1954年推出，随即淘汰了当时使用的SiCI 锌还原法，而成为迄今一直使用的方法。它的第一步，是在250～350℃的温度下让冶金硅粉末和氯化氢在流化床上反应；

第二步，是对SiHCI3进行分馏，在这一过程中可以把具有不同沸点的氯化物分离出来；第三步，是硅的沉积。多晶硅反应炉一般均采用单端开口的钟罩形式。通常多晶硅的沉积反应要进行200～300h，使沉积在硅桥上的硅棒直径达到150-200 m m。

ASiMi法(SiH法)

ASiMi法(SiH法)制造多晶硅

20世纪60年代末期，ASiMi公司（美国先进硅材料公司简称AsiMI（阿斯米公司）公司总部位于美国蒙大拿州比优特城。生产超高纯度多晶硅和硅烷气体，是世界最大的硅烷气体生产和销售商。）提出了用SiH 作为原料生产多晶硅。

利用SiH 原料制造多晶硅棒，一般使用金属钟型罩炉。在高温时，SiH 会分解产生Si与H2。此法的总生产成本要比SiHCI3法为高。

Ethyl公司的SiH 法

颗粒状多晶硅制造技术

此法起源于Ethyl公司(美国乙基公司作为全球知名的添加剂制造商，现跻身于全球三大石油添加剂制造商之列。乙基公司采用全球领先的添加剂技术，开发生产全系列的燃料油与润滑油添加剂。)的SiH 法。

1987年商业化的粒状多晶硅开始投入生产。该技术利用流体床反应炉将SiH 分解，而分解形成的硅则沉积在一些自由流动的微细晶种颗粒上，形成粒状多晶硅。由于晶体表面积很大，使得流体床反应炉的效率高于传统的Simens炉，因而其产品的生产成本较低。

第二篇：国内多晶硅生产企业

公 司 名 称 地 区 产能 原 材 料 类 型 吨/2011

保利协鑫能源控股有限公司 江苏徐州 21000 改良西门子法 江苏顺大集团 江苏扬州3000 改良西门子法 江苏特华新材料科技有限公司 江苏盐城 500 改良西门子法 连云港中彩科技有限公司江苏连云港 300 改良西门子法 张家港市日晶科技有限公司 江苏张家港 500 改良西门子法 江西晶大半导体材料有限公司 江西南昌 100 改良西门子法 江西赛维LDK太阳能高科技有限公司 江西新余 6000 改良西门子法 江西通能硅材料有限公司江西樟树 300 改良西门子法 江西景德半导体新材料有限公司 江西景德镇 1500 改良西门子法 朝歌日光新能源有限公司河南鹤壁 300 改良西门子法 焦作煤业（集团）合晶科技有限责任公司 河南焦作 1800改良西门子法 林州中升半导体硅材料有限公司 河南林州 300 改良西门子法 洛阳中硅高科技有限公司河南洛阳 5000 改良西门子法 南阳迅天宇科技有限公司河南方城 300 冶金法 宁夏银星多晶硅有限责任公司 宁夏吴忠 1200 冶金法

宁夏阳光硅业有限公司 宁夏石嘴山1500 改良西门子法 陕西天宏硅材料有限公司陕西咸阳 1250 改良西门子法 峨嵋半导体材料厂/峨嵋半导体材料研究所 四川峨眉 2200改良西门子 四川瑞能硅材料有限公司四川眉山 3000 改良西门子法 乐山乐电天威硅业科技有限责任公司 四川乐山 3000 改良西门子法 四川新光硅业科技有限责任公司 四川乐山 1260 改良西门子法 四川永祥多晶硅有限公司四川乐山 1000 改良西门子法 天威四川硅业有限责任公司 四川成都 3000 改良西门子法 雅安永旺硅业有限公司 四川雅安800 改良西门子法 内蒙古神舟硅业有限责任公司 内蒙古呼和浩特 1500 改良西门子法 内蒙古盾安光伏科技有限公司 内蒙古巴彦淖尔 3000 改良西门子法 内蒙古鄂尔多斯多晶硅业有限公司 内蒙古鄂尔多斯 3000 改良西门子法 内蒙古锋威硅业有限责任公司 内蒙古阿拉善 1500 改良西门子法 山晟新能源有限责任公司内蒙古包头 2000 冶金法

湖北晶星科技股份有限公司 湖北省随州 1500 改良西门子法 宜昌南玻硅材料有限公司湖北省宜昌 2500 改良西门子法 武汉东立光伏电子有限公司 湖北武汉 1500 改良西门子法 亚洲硅业(青海)有限公司 青海西宁 3000改良西门子法 黄河水电新能源分公司 青海西宁 1250 改良西门子法 重庆大全新能源有限公司(重庆赛林新能源)重庆市 4300 改良西门子法 潞安高纯硅业科技发展有限公司 山西潞安 2500 改良西门子法 特变电工新疆硅业有限公司 新疆乌鲁木齐 3000 改良西门子法 济宁凯伦光伏材料有限公司 山东邹城 1000 冶金法 佳科太阳能硅(厦门)有限公司 福建厦门 1000 冶金法 桑杏硅业科技有限公司 福建龙岩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 锦州新世纪石英玻璃有限公司 辽宁锦州 300 冶金法 蓝天开国有限公司(香港)广东深圳 200 冶金法

浙江中宁硅业有限公司 浙江衢州 1500 硅烷法

六九硅业有限公司 河北保定 3000 硅烷法

福聚太阳能股份有限公司 台湾 5000 改良西门子法

山阳科技股份有限公司 台湾 3500 其他多晶硅生产工艺

第三篇：多晶硅行业研究报告

多晶硅行业研究报告

2008年将注定是全球可再生能源行业发展的里程碑的年份，在中国，年初的多晶硅热潮为这个新的年份拉开热情澎湃的序幕，我们愿意为大家分享我们对行业的观点：

第一个观点是多晶硅供需到2010年仍不会出现大范围过剩，这是基于供给和需求做出的判断；对多晶硅供应的分析我们在之前的各次报告中多次提及，包括主要大厂的扩产计划和新技术的使用。需求是我们分析的重点，其要点有二：一是欧美市场的迅速启动，尤其是美国大选对于新能源行业的重大影响值得重点关注；二是的电池片环节的产能率不到60%，成为多晶硅扩产的缓冲池；多晶硅厂属于化工联合企业，技术难度是全方位的，包括技术路线、设备选型、调试、运行、检测等环节，门槛相当高，这是我们强调的第二点；

多晶硅企业的技术难度在于整体性的技术瓶颈，而非几个关键技术诀窍，而在国内能大规模生产之前，国际大厂不会进行技术转移，PPP之类企业以建造为主，并无完整技术转让；国内目前投产的企业技术来源均是739和740厂，这一点值得玩味。

第三点：新光硅业是目前国内唯一产量近千吨的大厂，我们预计2008年可以实现净利润11.6亿元，与新光硅业（一期及二期）相关的企业包括川投能源、天威保变、乐山电力和岷江水电。

观点一：多晶硅供需到2010年仍不会出现大范围过剩

原因一：太阳能电池环节（Cell）的产能率不到60%

2004年开始的全球太阳能热潮使得太阳能电池生产线的建设如火如荼，但硅料的供应使得当年诸多购买建设的电池生产线处于停工半停工状态；根据目前的估计，全球太阳能电池片产能利用率约55%，也就是说目前的太阳能电池生产线有接近一半处于闲置状态；考虑目前主流的30mw生产线数千万之巨的投资规模和太阳能电池行业硬件设备迅速的更新换代，只要电池生产的盈利高于变动成本，对厂商来说，生产就是比闲置更理性的选择；因此，我们认为电池片环节的低产能利用率是整个多晶硅供应的蓄水池，即使多晶硅产能扩张一倍，也会被下游的电池环节吸收；而

对电池产量翻番能否为下游接受的问题我们下面马上，这就是便于的新能源发展热潮有望超过我们的预期。

原因二：欧美太阳能市场将面临爆发式增长

我们对2008年以后的欧美太阳能市场寄予厚望，认为将面临爆发式增长，原因有二：政府支持图谋的加大和新技术的可能出现，后者的影响主要是在，这里我们主要分析前者：

美国是全球新能源市场发展的最大动力，尽管参院的PTC审议遇到障碍，但各州的支持图谋不断加大，而民主党总统候选人的政策主张更加令人振奋；

民主党的总统候选人Hilary Clinton和Barack Obama的新能源主张中最重要的就是到2025年将美国的可再生能源发电比例提高到25%，考虑到这一比例目前不超过1%，未来的美国市场规模望而生畏；

欧洲，除了新能源的龙头国家德国外，西班牙、意大利对新能源的支持力度也相当之大，就连主要以核电为主的法国也有了自己的新能源发展规划，在2020年以前太阳能装机3000mw；

我们认为，行业中短期的最大推动在于各国政府尤其是欧美发达国家政府的支持，而不断高涨的能源价格和传统能源产地的地缘政治境况不断恶劣是欧美国家发展新能源的强大动力；

观点二：新光硅业是国内多晶硅龙头企业、2008年盈利接近12亿

国内多晶硅价格2008年仍将维持高位

目前国内多晶硅散货价格已经超过2800元/kg，价格之高令人咂舌；但由于2008年产能虽有接近翻番的扩张，但产量扩张主要体现在2008年下半年和2009年，考虑下游的市场扩张，供需状况并未得到根本性改观，而上半年供需形势的紧张形势与去年相比更是不相上下；综合考虑新厂投产速度和下游需求增长，我们认为2008年多晶硅价格仍将维持高位；国际大厂的所谓长单价格与国内企业基本没有，以国际硅料大厂对其大客户的长单价格比照国内硅料走势没有意义。

新光硅业2008年盈利接近12亿元

观点三：多晶硅是高集成度的化工联合企业，技术门槛高

多晶硅企业的技术难度在于整体性的技术的瓶颈，而非几个关键技术诀窍

多晶硅企业本质上是化工联合企业，这从国际大厂的情总可以看出，德国的Wacker是全球知名的化工企业，其涉足的领域从盐矿开采、硅烷气到多晶硅、硅片，涉及与多晶硅相关的上游产品均可以自行生产；Hemlock的股东中，Dow Corning是化工建材巨头陶氏化学和康宁成立的合资；这些企业均有多年的化工企业经营经验，从事多晶硅生产也已多年，部分企业超过五十年生产经验，是国内企业无法比拟的；多晶硅的生产涉及多次复杂的化学反应，各项控制节点多以千计，而从一个陌生的行业进入多晶硅生产，即使不考虑建设的问题，单纯调试运行的难度也是相当之大的。

国内能大规模生产之前，国际大厂不会进行技术转移

目前国际大厂的产能当中主要是改良西门子法，而国内目前已经投产和即将投产的企业中，均采用改良西门子法；国际大厂对多晶硅的垄断已经维持了数十年，鉴于多晶硅对IT行业的重要意义和目前行业的高利润，国际大厂对此实行持续的技术封锁；从目前的情况看，在国内没有大规模实现生产之前，国际大厂不会对中国实行技术转让，所谓德国技术或者美国技术还是俄罗斯技术均不是完整的技术转让；

关于大厂专家的指导，根据我们现在了解到的情况，国际上普遍实行二十年的行业禁止期，从相关大厂辞职的技术人员在二十年内不得进入原企业的竞争对手，因此，目前国内企业能够请到的、有过大厂工作经验的专家，其工作经验也是二十年前的，否则就存在法律问题。

国际目前的技术转移以建造为主，并无完整技术转让

目前国际上比较著名的多晶硅厂建造是PPP（Polysilicon Plant Project），SCC等境外公司，均具有建造多晶硅企业的经验；PPP等公司与国内的成达公司属于同一类型企业，为化工企业，只不过从事的是特殊的化工企业----多晶硅厂的，他们不提供具体的多晶硅技术包；

我们认为，有经验的制造商加盟有助于多晶硅厂更快更好的达产，但并不是决定因素。

国内目前投产的所有企业技术来源均是739和740厂

目前国内已经投产的企业包括新光硅业、东汽硅材料厂、洛阳中硅、徐州中能，究根探底，这几家的技术来源均是之前739和740两个硅材料厂；

739厂即峨嵋半导体厂，本世纪初国内为建设第一个千吨级多晶硅厂从峨嵋厂抽调骨干，这也构成了目前新光硅业的主要技术队伍；

而从原来的峨嵋半导体材料厂被东方电气增资控股，也就是现在的东汽硅材料厂；徐州中能的技术来源是新光硅业，这在业内也是尽人皆知的，因此其技术源头也是739厂；

740厂即原来的洛阳硅材料厂，以此为基础组成了现在的洛阳中硅；

总而言之，目前已经投产的多晶硅厂均有明确的技术来源，并无完全成立的企业做成。

第四篇：多晶硅太阳能电池制备工艺(论文)

XINYU UNIVERSITY

毕业设计（论文）

（2013届）

题

目 多晶硅太阳能电池制备工艺

二级学院 新能源科学与工程学院

专 业 光伏材料加工及其应用

班 级 10级光伏材料

（一）班

学 号 1003020138 学生姓名 纪 涛 指导教师 胡 耐 根

多晶硅太阳能电池制备工艺

目录

摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 第 1 章 绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 第 2 章 多晶硅太阳电池制备工艺„„„„„„„„„„„„„„„„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 一次清洗工序的工艺参数„„„„„„„„„„„„„„„„5 2.2 扩散工序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2.1 扩散原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 2.2.2 扩散工艺„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 2.3 湿法刻蚀的工序及其原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 2.4 等离子体增强化学气相沉积工序„„„„„„„„„„„„„„„10 2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理„„„„„„„10 2.5 丝网印刷工序及其工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„„11 2.6 测试分选工序及太阳能测试仪的原理 „„„„„„„„„„„„ 13 2.7 小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 第 3 章 多晶硅太阳能电池行业展望„„„„„„„„„„„„„„„16 参考文献(References)„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18

多晶硅太阳能电池制备工艺

多晶硅太阳能电池制备工艺

摘 要

长期以来随着能源危机的日益突出，传统能源已不能满足能源结构的需求，然而光伏发电技术被认为是解决能源衰竭和环境危机的主要途径。而多晶硅太阳能电池份额占据光伏市场的绝大部分，并呈现逐年上升趋势，有极大的发展潜力。

本文在阐明了国内外光伏市场以及光伏技术发展趋势的基础上，对多晶硅太阳能电池的结构及其特性简述，同时对其制备工艺：一次清洗→扩散→湿法刻蚀去背结→PECVD(等离子体增强化学气相沉积)→丝网印刷→ 烧结→测试分选做简要介绍。

关键词：多晶硅太阳能电池；光伏技术；光伏工艺；

多晶硅太阳能电池制备工艺

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;

多晶硅太阳能电池制备工艺

第 1 章

绪论

随着经济全球化贸易国际化的发展，传统能源煤、石油、天然气等已不再是世界能源市场占有率扩张最快的，相反，新型可再生能源核能发电、水力发电、风能发电、生物质能发电，而光伏行业经历了从航天到地面应用的巨大变化，太阳能发电正飞速增加其市场份额，以求缓解能源危机和环境问题。

鉴于各种新型能源发电的弊端，相比较之下人们普遍认为太阳能发电具备广阔的发展前景。太阳能作为一种新型、洁净、可再生能源，它与常规能源以及其它新型能源相比有以下几个优点[1]：第一：储能丰富，取之不尽用之不竭。第二：不存在地域性限制，方便且不存在输电线路的远程运输问题。第三，洁浄，不会影响生态平衡和人类的身体健康，太阳能发电的种种优势，得到人类社会的一致认可。尤其是在遭受能源衰竭和环境危机的今天，人们更是把它当做缓解能源短缺和环境污染问题的有效途径。世界各地政府纷纷采取一系列相关政策，加大对光伏产业的财政补贴，促使光伏技术快速进步，生产规模不断壮大，早日实现光伏发电的大规模普及。

多晶硅太阳电池是一种将光能转化为电能的光电转换装置，在P 型硅衬底表面，利用POCl3 液态源扩散工艺制得厚度约为0.5um 的N型重掺杂层，P 型层与N 型层接触，形成pn 结，产生光伏效应[2]。同时，正Ag 电极可与N 型重掺杂层形成良好的欧姆接触，用于收集光生电流。位于最上层的氮化硅薄膜起到钝化和减反射的作用。背Al 与P型硅片接触，在烧结的过程中，形成良好的Al 背场，降低背表面复合电流，增加开路电压。

多晶硅太阳电池主要是依靠半导体pn结的光生伏特效应来实现光电转换的[3]。当光线照射到太阳能电池的正表面时，大部分光子被硅材料吸收。其中，能量E=hv＞Eg 的光子就会将能量传递给硅原子，使处于价带的电子激发到导带，产生新的电子-空穴对。新的电子-空穴又会在内建电场的作用下被分离，电子由p区流向n区，空穴由n区流向p区，电子和空穴在pn 结两侧集聚形成了电势差，当外部接通电路后，在该电势差的作用下，将会

多晶硅太阳能电池制备工艺

有电流流过外部电路，从而产生一定的输出功率。其结构和光电转换原理图如下1-1和1-2。

图1-1多晶硅太阳电池结构

图1-2多晶硅光电转换原理 4

多晶硅太阳能电池制备工艺

第 2 章 多晶硅太阳能电池制备工艺

由晶体硅太阳能电池的结构和原理可知，多晶硅太阳能电池的常规制备流程[4]如下：一次清洗（制绒）→ 扩散（形成pn 结）→ 二次清洗（湿法刻蚀去背结）→ PECVD（镀氮化硅）→ 丝网印刷（形成电极和背场）→ 烧结（形成欧姆接触）→ 测试（获得电性能）。接下来，将逐一介绍制备多晶硅太阳能电池各工序的工艺及原理。

2.1 一次清洗工序

2.1.1 一次清洗工序的原理

多晶硅太阳能电池制备流程中的一次清洗工序，主要目的是去除硅片表面的脏污和机械损伤层，在硅片表面形成绒面结构（俗称制绒），增强太阳能电池的陷光作用。我们知道，单晶硅太阳能电池制绒主要是依靠碱的各向异性腐蚀特性，在（100）晶面上形成连续、均匀、细腻的正金字塔结构，从而起到良好的减反射作用。而多晶硅各个晶粒的晶向不一样，若同样采用碱腐蚀，则得不到很好的金字塔绒面化结构。为了得到良好的多晶硅绒面化结构，人们尝试了许多方法，比如反应离子刻蚀法、机械刻槽法和化学腐蚀法等。综合成本以及制备工艺的难易程度考虑，化学腐蚀法在工业化大规模生产中得到了广泛的应用。接下来就对化学腐蚀法制备多晶硅太阳能电池绒面的原理做一下简单介绍。

与单晶硅太阳能电池碱制绒工艺不同的是，多晶硅太阳能电池采取酸制绒工艺。酸制绒体系主要由HNO3 和HF 组成，具体的反应方程式[5]如下： 3Si+4HNO3——3SiO2+2H2O+4NO(2.1)SiO2+6HF——H2(SiF6)+2H2O(2.2)其中，HNO3 作为强氧化剂，将Si 氧化成致密不溶于水的SiO2 附着在硅片表面上，阻止HNO3 与Si 的进一步反应。但SiO2 可以与溶液中的HF 发生反应，生成可溶于水的络合物H2(SiF6)，导致SiO2 层被破坏，此时，HNO3 与Si 再次发生化学反应，硅片表面不断的被腐蚀，最终形成连续致密的“虫孔状”结构。

多晶硅太阳能电池制备工艺

此方法不需要采用特定的反应装置、工艺简单、制造成本低，而且制备出的多晶硅绒面反射率低，可以与双层减反射膜相比。但此方法为纯化学反应，反应的稳定性不易控制，而且影响制绒效果的因素众多，比如滚轮速度、反应温度、硅片掺杂水平以及原始硅片的表面状况等。2.1.2 一次清洗工序的工艺参数

本工序采用由腐蚀槽、碱洗槽、酸洗槽构成的自动制绒设备。在向各槽内配置化学溶液前，需对槽体进行预处理。首先用水枪将滚轮、槽盖、槽体冲洗干净，然后注入一定量的去离子水，让设备自动循环10min 后，排掉污水。再按照上述操作重复一遍，待废水排干净后即可制备化学溶液。

各槽内化学溶液的初始配方[6]为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液45L，浓度为68%的硝酸溶液28L；碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液5.2L；酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液28L，浓度为36%的盐酸溶液58L。由于各槽是依靠化学反应来对硅片进行腐蚀的，反应的过程中必须伴有新的生成物产生和初始化学品的消耗，这就要求我们按时补液以及换液。

伴随着化学反应的不断进行，我们需要每小时向各槽填充的溶液量为：腐蚀槽：浓度为50%的氢氟酸溶液12.6L，浓度为68%的硝酸溶液11.4L；碱洗槽：浓度为45%的氢氧化钠溶液1.6L；酸洗槽：浓度为50%的氢氟酸溶液0.8L，浓度为36%的盐酸溶液2.4L。另外，腐蚀槽每生产156×156(cm2)规格的硅片15万片后，需重新制配腐蚀液；设备连续一小时以上不生产时需把腐蚀液打回储备槽；碱槽溶液和酸槽溶液在配置250h 后必须重新配液。否则都将影响最终制得的多晶硅太阳能电池片的电性能。

2.2 扩散工序

2.2.1 扩散原理

扩散实际上就是物质分子从高浓度区域向低浓度区域转移，直到均匀分布的现象。太阳能电池制备流程中的扩散工序，就是在P 型衬底上扩散一层N 型杂质，进而形成太阳能电池的心脏--pn 结。多晶硅太阳能电池的扩散方式有很多种，比如三氯氧磷（POCl3）液态源扩散、喷涂磷酸水溶液后链式扩散、丝网印刷磷浆料后链式扩散等。本文着重采用三氯氧磷（POCl3）液态源扩散工艺来制取pn结，下面是三氯氧磷（POCl3）液态源扩散的原理

多晶硅太阳能电池制备工艺

[7]：氮气携带的POCl3 在某种特定的条件下，可分解成五氧化二磷（P2O5）和五氯化磷（PCl5），具体反应方程式如下：

5POCl3→3 PCl5+ P2O5（T＞600℃）（2.3）

生成的P2O5 在800-900℃的高温下与Si 反应，生成磷原子和SiO2，具体反应方程式如下：

2P2O5+5Si→5SiO2+4P↓（2.4）

由以上化学反应方程式可得，POCl3 在没有O2 的条件下，热分解生成PCl5，而PCl5 极不易分解，且对硅表面有很强的腐蚀作用，严重损害了硅片的表面状态以及pn 结的质量。当有外来足够的O2 存在时，PCl5 就会进一步分解，生成P2O5和Cl2，具体反应方程式如下： 4PCl5 + 5O2→2P2O5+10Cl2↑（2.5）

生成的P2O5 可再一次与硅发生化学反应，生成磷原子和SiO2。由此可见，在POCl3扩散的过程中，必须通入一定流量的O2 来避免PCl5 对硅片表面的损伤。在过量O2 存在的条件下，POCl3 液态源扩散的总化学反应方程式为： 4POCl3 +5O2→2P2O5 +6Cl2↑(2.6)由总反应方程式可得，POCl3 热分解生成的P2O5 附着在硅衬底表面，在扩散高温条件下又与Si反应生成磷原子和SiO2，即在硅衬底上覆盖一层较薄的磷-硅玻璃层，接着磷原子向硅体内徐徐扩散。为了提高扩散的均匀度，避免硅片表面死层的形成，通常在POCl3 扩散之前使硅表面热氧化，生成一层极薄的氧化层，来控制反应速度。2.2.2 扩散工艺

扩散工序采用的设备是捷佳伟创扩散炉DS300A，它是在48 所和centrotherm扩散炉的基础上改进得来的，主要优势有以下两点： 1)喷淋扩散。传统48 所扩散设备是在炉尾通源，炉口排废，而捷佳伟创设备是在石英管内的上部安装一个喷淋管，直接将源喷在硅片上。相对于48 所设备，此种扩散工艺调节更加简单，重复性好，无需考虑温度补偿浓度梯度问题。同时，每个硅片所接触的磷源会更加均匀，进而提高方块电阻均匀性。

2)软着陆系统。石英舟承载在石英舟托上，由舟浆将石英舟托送入炉

多晶硅太阳能电池制备工艺

管内，然后舟浆退出，属于闭管扩散。相对于48 所设备，这样可以避免舟浆引入污染，同时由于对排废的特殊处理，不需要频繁清洗舟浆和石英炉管。

扩散过程可以简单概括为：预扩→主扩→推扩。优化的磷扩散工艺具备如下特点：

1)同时进行磷源的再分布和硅片表面的三次氧化。此时磷源总量一定，预沉积杂质源缓慢的向硅片体内扩散，便于形成平坦的pn 结，提高了扩散的方块电阻均匀性。

2)高温扩散过程中不再伴有硅片与高浓度的磷直接接触。减少了硅片表面以及势垒区的缺陷和复合中心，提高了多晶硅太阳能电池的开路电压和短路电流。

3)两步扩散法制备 pn 结，制备条件相对宽松，工艺参数调节余地大。预沉积杂质总量基本不受温度波动的影响，限定源表面扩散也不受扩散气氛以及环境的影响，这就大大增强了扩散的均匀性以及重复性。

采用改进的磷扩散工艺，对最终制得晶体硅太阳能电池片的电性能有了很大改善，尤其是在开路电压Voc 和短路电流Isc 方面。详见下图2.3 和

图2.3 一步扩散与两步扩散Voc 对比图 图2.4 一步扩散与两步扩散Isc 对比图

2.3 湿法刻蚀工序及其原理

对于多晶硅太阳能电池来说，并联电阻（Rsh）[8]是一个很重要的参数，Rsh 过小将会导致漏电流增大，影响电池最终的短路电流、填充因子以及转换效率。Rsh分为体内并联电阻和边缘并联电阻两类，对于一个太阳能电池片来说，一般20%的泄露电流通过体内并联电阻，而80%的泄露电流通过边缘并联电阻。工业上实现量产的多晶硅电池扩散方式均为单面背靠背扩散，多晶硅太阳能电池制备工艺

不可避免地使电池的四周也扩散了一层n 型层，它将电池的正电极与背电极跨接在一起，形成很大的漏电流，因此未达到分离pn 结的作用。本文主要采用正面无保护的湿法刻蚀方法将电池背面的pn 结去除，以达到分离pn 结的效果。其原理如下： 第一步：硅片表面氧化过程

氧化过程的激活，硅表面被硝酸氧化，生成一氧化氮或二氧化氮，见式（3.7，3.8）：

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

氧化过程的延伸，生成物一氧化氮、二氧化氮进一步与水反应，得到的二级产物亚硝酸迅速将硅氧化成二氧化硅，见式（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，硅片表面氧化所发生的一系列化学反应是一个循环过程，氮氧化合物是硝酸最终的还原产物，二氧化硅是与腐蚀溶液接触的硅片背表面的氧化产物。第二步：二氧化硅溶解过程

氧化产物二氧化硅，将快速与混合液中的氢氟酸反应，生成六氟硅酸，见式（3.12,3.13）：

SiO2+4HF=SiF4+2H2O（3.12）SiF4+2HF=H2SiF6（3.13）总反应式为：

SiO2+6HF=H2SiF6+2H2O（3.14）

可见，最终腐蚀掉的硅将以六氟硅酸的形式溶入溶液中。实际上，湿法刻蚀的工艺原理与一次清洗的工艺原理相同，只不过是通过控制混合液内HF 和HNO3的浓度比来形成制绒腐蚀或抛光腐蚀。

采用湿法刻蚀去背结工艺将扩散后电池片的正面与背面pn 结分开，与其它方法相比具有以下优点：

多晶硅太阳能电池制备工艺

1)等离子体刻蚀法将硅片边缘发射极刻掉，需要用到 CF4 毒性气体，且刻蚀过程中设备周围存在微波辐射，给人体健康带来的危害极大。另外，此种工艺成本较高，电池片间互相挤压的过程容易导致碎片，降低电池片的成品率。

2)激光或金刚石刀将边缘发射极直接切掉，将会减少电池的有效面积，降低电池片的功率。

3)用正面无保护的湿法刻蚀方法来代替上述两种方法分离pn 结，不仅避免了CF4 毒性气体的使用和太阳能电池片的碎裂，而且使硅片背表面抛光，有效地提高了太阳能电池的电性能。

2.4 等离子体增强化学气相沉积工序

2.4.1 等离子体增强化学气相沉积氮化硅薄膜的原理

等离子体增强化学气相沉积技术[9]（PECVD）的工作原理为：在真空压力下，加在电极板上的射频（低频、微波等）电场，使反应室内气体发生辉光放电，在辉光发电区域产生大量的电子。电子由于受到外加电场的加速作用，其自身能量骤增，它可通过碰撞将自身能量传递给反应气体分子，从而使反应气体分子具有较高的活性。这些活性分子覆盖在硅基底上，彼此间发生化学反应，制得所需的介质薄膜，产生的副产物被真空泵抽走。我们可以运用PECVD 技术制作各种器件的钝化膜、减反射膜，还可用其制作扩散工艺的阻挡层。本文采用PECVD技术，在硅片表面沉积一层氮化硅薄膜，具体原理在350℃，等离子射频：SiH4 + 4NH3 —— Si3N4 + 12H2（2.15）此法制备的氮化硅薄膜具有减反射和钝化的作用，其减反射原理图[12]如下：

图2.8 氮化硅薄膜减反射原理图

我们知道，减反射的原理就是让如图2.8 所示的两束反射光R1、R2 产

多晶硅太阳能电池制备工艺

生相消干涉，即它们的光程差为半波长。可以通过调整制备工艺来获得合适厚度和折射率的Si3N4 薄膜，使其满足减反射条件。氮化硅薄膜在起到减反射作用的同时，还可以对硅片表面和体内进行钝化。由于多晶硅表面存在很多的表面态、晶界[10]、缺陷以及位错等，在薄膜沉积过程中，大量的H 原子（离子）进入薄膜，饱和了硅片表面大量的悬挂键，起到降低表面复合中心的作用，从而提高太阳能电池的短波响应与开路电压。氮化硅薄膜的体钝化作用对于多晶硅太阳能电池来说特别明显，因多晶硅体内存在大量的缺陷、位错以及悬挂键，氮化硅薄膜中的氢原子可以在烧结时的高温条件下扩散到硅体内，进而饱和绝大部分缺陷以及悬挂键，有效降低了少数载流子复合中心浓度，增加少子收集能力，提高短路电流。

氮化硅薄膜是一种物理和化学性能都十分优良的介质膜[11]。它不仅具备减反射和钝化的作用，同时在光电领域也有一席用武之地。例如：氮化硅薄膜极硬而且耐磨，非晶态硬度高达HV5000；结构非常致密，气体和水汽极难穿过；疏水性强，可大大提高器件的防潮性能；较好的化学稳定性，在600℃时不会与铝发生反应，而二氧化硅在500℃时与铝反应已比较显著。对可动离子(如Na+)有非常强的阻挡能力；可靠的耐热性和抗腐蚀性，在1200℃时不发生氧化；在一定浓度的硫酸、盐酸中有较好的抗腐蚀性，只能用氢氟酸腐蚀等。

2.5 丝网印刷工艺及其原理

丝网印刷工序，就是在镀膜后硅片的正反两面印刷电极、背电场，经过烧结后使其能够很好的收集光生电流并顺利导出，实现电能与光能之间的高效转化。丝网印刷和高温快烧是构成金属化工序的主要组成部分。

图2.11 丝网印刷工艺的原理图

多晶硅太阳能电池制备工艺

丝网印刷的原理，就是将带有图案的模板附着在丝网上，利用图案部分网孔透过浆料，而非图案部分不透浆料的特征来进行印刷。丝网印刷工艺由5部分构成，即丝印网版、印刷刮刀、电子浆料、印刷台面和承印物，如上图2.11所示。印刷时，在网版一端倒入浆料，并用刮刀对网版中的浆料边施加压力边朝另一端推动。浆料在移动的过程中透过网孔被刮刀挤压到承印物上。由于印刷过程中，刮刀、丝网印版、承印物三者始终呈线接触，且浆料具有一定得粘性，这样就确保了印刷质量和印刷精度。

丝网印刷工序可细分为浆料的印刷和浆料的烘干处理两部分。电极浆料主要使用的是电子浆料，它由四部分组成：由贵金属及其混合物构成的金属粉末，在整个成分中充当导电相，决定了电极的电性能；无机粘合剂和有机粘合剂，决定了烧结前后电极与半导体的接触情况，合适的配比，可以有效加强电极和硅片之间的抗拉伸能力；其它添加剂，主要是起到润滑，增稠，流平和增加触变的作用。

丝网印刷工艺的制备目标因浆料种类、电极位置以及电极作用不同而不同。对于起收集光生载流子并对外导出电流作用的正Ag 电极来说，我们希望印刷后制得的正电极具备较低的遮光面积、金属栅线电阻以及金属半导体欧姆接触电阻；对于起汇集背面电流并对外导出电流作用的背Ag/Al 电极来说，我们希望其能与涂锡焊带、硅片背表面以及铝背场[12]形成良好的接触，使串联电阻Rs 降低；对于起收集背部载流子并对背面进行钝化作用的Al 背电场来说，我们希望其能在硅片背表面引入均匀的p+层，尽可能的降低背面光生载流子复合几率，同时还需控制背场印刷所引起的翘曲度弯曲。每一道印刷工序后的烘干，实际上是为了使硅片表面电子浆料中的有机溶剂挥发，形成可与硅片紧密粘结的固体状金属膜层。

烘干后的烧结工艺，实际上是为了使硅片和电极间形成良好的欧姆接触。首先，将半导体多晶硅和金属电极加热到共晶温度，此时半导体内的硅原子将按某种比例快速向熔融的合金电极中扩散。合金电极中的多晶硅原子数目由电极材料的体积和合金温度决定，电极材料的体积越大，烧结温度越高，则合金电极中的硅原子数目越多。如果此时温度骤降，将会在合金电极附近出现再结晶层，即固态硅原子从金属和硅界面处的合金中析

多晶硅太阳能电池制备工艺

出，生长出外延层。如果外延层中含有足够的杂质成分，则获得了良好合金结，同时也形成了良好的金属半导体欧姆接触[12]。

烧结采用红外加热的方式进行高温快烧，主要是为了让硅片表面的正电极穿透氮化硅薄膜，与硅片之间形成良好的欧姆接触，降低串联电阻，提高填充因子；促进镀膜工序引入的氢原子向硅体内扩散，增强其对硅的体钝化作用；形成均匀良好的铝背场，提高开路电压。

2.6 测试分选工序及其太阳能测试仪的原理

太阳能测试仪最初主要用来测量太阳能电池片的电性能参数，但随着测试技术的发展，目前集成的太阳能电池测试系统还可以进行EL测试（太阳能电池组件缺陷检测）、外观测试。太阳能电池测试系统要求：能够根据测试时间控制太阳光模拟器的开关，通过采样电路、温度传感器和数据采集卡(DAQ)读取太阳能电池的即时电流、电压和相应的温度及光谱测量值等参量，经过计算机的数值运算处理，得到逼近标准测试条件下的I值和V 值，从而绘出逼近标准测试条件下的I/V 特性曲线[13]。下图3.12为太阳能电池测试仪的结构图，其中采用高压短弧氙灯来模拟自然光。

图3.12 太阳能电池硬件测试系统框图

地面用太阳能电池的国际标准测试条件为：辐照度：1000W/m；电池

2温度：25℃；光谱分布：AM1.5[14]。通常，我们采用太阳能模拟器来模拟上述测试条件，进行多晶硅太阳能电池片的I-V 曲线测试。模拟光与自然光相比，具有以下优点：模拟光可选择性好，比如连续发光或闪光；模拟光的辐照度相对稳定，且在一定范围内可调；模拟光使用范围广，不受时间、气候等因素限制；模拟光便于与生产线集成光伏测量系统；另外，与自然光相比，模拟光光谱分布的稳定性较好，测试可重复性高；实际的自然光

多晶硅太阳能电池制备工艺

光谱与国际标准测试条件要求的有差异，且不稳定。种种原因表明，模拟光更适用于光伏测试系统的集成。

因太阳能光伏组件最终是在露天的环境下使用，所以太阳能测试仪的电性能测试结果应尽可能的与户外使用结果相拟合。常见的太阳能测试仪运用氙灯来模拟自然光，如下图2.13 所示为氙灯与AM1.5 光谱对比图[15]。

图2.13 氙灯与AM1.5 光谱对比图

由上图可得，AM1.5 光谱在可见光区与氙灯光谱十分相似，而多晶硅太阳能电池片的主要光吸收区即是可见光区，因此，氙灯被广泛的用来模拟太阳光。

太阳能电池各电性能参数的测试原理[16]：短路电流（Isc）：国际标准测试条件下，电池外电路短路时的输出电流；开路电压（Voc）：国际标准测试条件下，电池外电路断开时的端电压；最大功率（Pmax）：电池输出特性曲线上，I·V 乘积最大时所对应的功率；串联电阻（Rs）：指与P-N 结串联的电池内部电阻，主要由硅体电阻、欧姆接触电阻、发射区电阻等组成；并联电阻（Rsh）：指跨连在电池两电极间的等效电阻；填充因子（FF）：Pmax 与（Voc·Isc）之比；转换效率（η）：Pmax 与电池所受总辐射功率的百分比。2.7 小结

本章要主要论述了多晶硅太阳能电池制备流程（一次清洗→ 扩散→ 湿法刻蚀去背结→ PECVD →丝网印刷→ 烧结→测试分选），以及制备原理和过程。

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第三章 多晶硅太阳电池行业展望

太阳能光伏上下游产业链，包括上游的硅材料、光伏电池制造与封装工艺、支撑行业和光伏发电应用等领域。

目前重庆首例居民分布式光伏发电项目成功并网

[17]，如下图，这充分说明光伏产业在逐步深入市场，并将有更广阔的民用市场。

图－居民光伏发电项并网

纵观整个光伏市场走势，虽然目前太阳能行业处于市场低迷期，但随着工艺的改进和制造成本的降低以及国内市场的逐步打开，同时企业也要节能减材，不断进行低迷期技术潜能性研究，会使太阳能行业最终走向市场供不应求或供需平衡的态势。

由于多晶硅太阳能电池是目前相比与单晶硅和多晶硅的转换效率高且能批量生产的一种太阳能能电池，多晶硅电池的制作工艺不断向前发展，保证了电池的效率不断提高，成本下降，随着对材料、器件物理、光学特性认识的加深，导致电池的结构更趋合理，实验室水平和工业化大生产的距离不断缩小，各工艺如丝网印刷和埋栅工艺为高效、低成本电池发挥了主要作用，高效Mc—Si电池组件已大量进入市场，随着工艺的不断优化，生产成本的不断降低，多晶硅将对于光伏建筑、光伏发电、光伏水泵等有广阔的前景。

光伏发电技术若想快速大规模普及，必须实现高效、低成本。高效是降低成本的另一种方式。目前推出的可实现量产的新型高效多晶硅太阳能电池，均是在常规制备工艺的基础上改进得来，也就是说，前者若想发挥高效的潜能，前提是常规多晶硅太阳能电池制备工艺成熟且达到最优化。我国目前光伏技术仍处于低级阶段，制备工艺仍不完善，还有很大的优化以及改进空间。

多晶硅太阳能电池制备工艺

参考文献

[1] 王瑶.单晶硅太阳能电池生产工艺的研究：[硕士学位论文].长沙：湖南大学微纳光电器件及应用教育部重点实验室，2010 [2] 刘志刚.多晶硅太阳电池新腐蚀液的研究及其应用：[博士学位论文].上海：上海交通大学理学院物理系，2006 [3] 向磊.全球光伏产业发展状况及趋势.世界有色金属，2010，(8)，23-24 [4] 吴正军，梁海莲，顾晓峰.选择性发射极参数对太阳电池光电特性的影响.纳米器件与技术，2010，（4）：202-206 [5] 屈盛，刘祖明，廖华，等.选择性发射极太阳电池结构及其实现方法.技术交流，2004，（8）：42-45 [8]马丁·格林.太阳能电池工作原理、工艺和系统的应用.北京：电子工业出版社，1989 [9]K.Graff，H.Pieper.Semiconductor Silicon 1973.Journal of the Electrochemical Society，1973，170 [10]万群.奇妙的半导体[M].北京：科学出版社，2002，252-255 [11]姚日英.PECVD 沉积的氮化硅薄膜热处理性质研究：[硕士学位论文].杭州：浙江大学材料与化学工程学院，2006 [12]霍李江.丝网印刷实用技术.北京：印刷工业出版社，2007 [13]M.A.Green，AW.Blakers，S.R.Wenham，et al.Improvements in Silicon Solar Cell Efficiency.18th Phtovoltaic Specialists Confrence，Las Vegas，1985，39-42 [14]王立建，刘彩池，孙海知，等.多晶硅太阳电池酸腐表面织构的研究.光电子激光，2007，18（3）：289-291 [15]安其霖.太阳电池原理与工艺[M].上海：上海科学技术出版社，1984，20-2

3[16]狄大卫，高兆利，韩见殊，等.应用光伏学.上海：上海交通大学出版社，2009

[17]重庆电力公司，中新能源频道，科技日报2013年05月10日

多晶硅太阳能电池制备工艺

致 谢

本论文是在导师胡耐根老师的悉心指导和关怀下完成的。感谢胡老师对我的辛勤指导和培育。从论文的立题到论文的撰写整个过程无不浸透着老师的心血。他广博的学识，严肃的科学态度，严谨的治学精神，灵活的思维方式，耐心细致的言传身教深深感染激励着我，将使我终身受益。导师不但在学习上给予我耐心细致的指导，在生活中也给了我关怀，这份师恩我将终身难忘。

同时感谢同组同学在完成论文中给予的帮助。我们在完成论文的过程中与同学互相讨论、互相协作下建立深厚的感情，同时我也学到了每个同学的为人处事的精神。另外，我要感谢在这几年来对我有所教导的老师，他们孜孜不倦的教诲不但让我学到了很多知识，而且让我掌握了学习的方法，更教会了我做人处事的道理，在此深表感谢。我还要向我的同学们表示感谢，感谢10级光伏材料(1)班所有同学以及丁辅导员对我生活和学业上的关心和帮助,我为自己能够在这样一个温暖和谐的班级体中学习工作，深感温暖、愉快和幸运。

最后向多年默默支持我和关心我，不断给我信心、支持我上进，使我顺利完成大学学业的家人，特别是我的父母，献上我最真挚的谢意和最美好的祝福。

第五篇：国家标准节水型企业多晶硅行业

国家标准《节水型企业 多晶硅行业》

（预审稿）编制说明

一、工作简况

1、立项目的及意义

硅产业作为有色金属工业重要的产业，其产品工业硅、有机硅和多晶硅，近年来一直受到国内外相关行业的关注。特别是多晶硅作为光伏发电以及电子半导体芯片产业的重要材料，其下游应用领域已经渗透到国防、军工、航天、通讯、新能源等各行各业中，其重要低位可不忽视。

多年以来，无论是工业硅、有机硅还是多晶硅，在美国、欧洲等市场都是作为战略性小金属。上世纪90年代，中国成功生产工业硅，并开始少量出口，欧美市场马上进行反击，对我国实施了25年以上的反倾销制裁。新世纪之后，我国有机硅行业突破技术封锁，实现产业化生产，欧美企业马上进行倾销打压其产业发展。同样在多晶硅方面，2008年之后，我国多晶硅生产逐步实现规模化生产，但是在海外企业倾销的背景下，2012年底多晶硅全行业停产。虽然在国家扩大光伏应用以及反倾销的政策支持下，多晶硅行业快速成长，但是来自海外的恶意倾销依旧延续。目前，我国硅产业发展取得的成绩来之不易，应将其定位至国家战略层次。

2016年底，多晶硅有效产能约21万吨/年 , 2017年上半年，多晶硅有效产能约24.3万吨/年, 其中江苏中能7.4万吨，新特能源3.6万吨，石河子大全2万吨，洛阳中硅1.8万吨，乐山永祥1.8万吨，青海亚硅1.5万吨，江西赛维1万吨，内蒙盾安0.8万吨，宜昌南玻0.8万吨，神舟硅业0.5万吨等，预计2017年底中国多晶硅产能已超过28万吨/年，多晶硅企业数量18家，2018年产能将进一步扩张，有东方希望、保利协鑫、北京利尔等多个多晶硅企业落户新疆，随着产能的逐渐增加，对资源的需求量也逐渐加大，对人类生存环境的不利影响也日益凸显，清洁生产、节能减排任务艰巨。为落实《中华人民共和国清洁生产促进法》等相关政策要求，实现国家节水目标，规范和指导企业的生产经营，制定该行业的节水型企业国家标准非常迫切。

2、任务来源

根据国家标准委《关于下达2017年第二批国家标准修订计划的通知》，全国节水标准化技术委员会（全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会）归口，由新特能源股份有限公司负责修订《节水型企业 多晶硅行业》，计划编号20171757-T-469，计划完成时间为2019年。

3、编制单位简况

新特能源股份有限公司，成立于2008年，主要推崇绿色制造、循环经济发展模式，在致力太阳能光伏产业链建设的基础上，从循环经济的减量化、再利用和循环使用原则出发，采用全闭环的多晶硅生产工艺。建立纳米材料分公司、新能建材有限公司，利用多晶硅生产中副产物四氯化硅生产气相二氧化硅，利用发电过程产生的煤渣、粉煤灰等生产加气块，变废为宝。被评为国家“优秀循环经济企业”。生产、研发、销售高纯多晶硅、多晶硅/单晶硅硅片、高纯四氯化硅、气相二氧化硅等产品，并提供硅产业技术服务，主导产品为多晶硅，目前，多晶硅生产规模达到15000吨/年，居世界前八位，中国前三位。

新特能源股份有限公司坚持机制创新、体制创新、科技创新、管理创新、文化创新的创新求变理念，2012年经新特能源股份有限公司高层领导研究决定在新特能源股份有限公司质检中心的基础上组建了新疆新特新能材料检测中心有限公司，本公司于2013年和2014年两年间相继取得CMA和CNAS资质，本公司实验室有效建筑面积6540m2，其中十万级恒温空间占地6340 m2，千级高洁净间占地756 m2；实验室仪器配置涵盖了气相、液相色谱，光谱、质谱等常规及高尖端分析检测仪器,超洁净的环境、高尖端的设备为无机痕量级分析奠定了基础，这些设备为后续的多晶硅实验检测提供了良好的硬件设施及条件。

4、主要工作过程

接到标准制定任务后，新特能源股份有限公司在全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会的组织下，成立了标准编制组。标准编制组充分调研了多晶硅行业各生产单位的取水量、水资源消耗及水循环利用率等技术水平，2017年2月制定了《节水型企业 多晶硅行业》的国家标准草案，并发行业内各专家广泛征求意见。并于2017年6月形成了讨论稿。

2017年10月26日，由全国半导体材料标准化分技术委员会组织，在广东省东莞市召开《节水型企业 多晶硅行业》（国家标准）任务落实工作会议，共有洛阳中硅高科技有限公司、有研半导体材料有限公司、江苏中能、神舟硅业、亚洲硅业、黄河水电、内蒙古盾安等10个单位20位专家参加了本次会议。与会专家对标准资料从标准技术内容和文本质量等方面进行了充分的讨论。专家对本标准制定提出了几点意见：

1.与会专家指出针对本标准的技术要求考核指标只从两个方法进行考虑，一个是三氯氢硅法，一个是硅烷法。

2.在考核指标的制定上应该考虑两个方面：一个所定指标不能和《国家光伏行业生产

规范》中针对企业准入要求水循环利用率的指标相互冲突；二是考虑企业节水相关的3个问题，第一：企业所处地理位置，南北方的因为气候有所差别水蒸发量也会不同；第二：工艺冷却设备的使用；第三：工艺方法的不同。

3.在会议之后由半导体标委会统一发出调查问卷，所有多晶硅生产企业均需根据自身生产实际情况进行指标的填写，完成后统一加盖公章提交之标委会。再由标委会统一将企业名称用ABC字母替代后反馈至起草单位。

根据与会专家意见，《节水型企业 多晶硅行业》标准编制组，会后3个月内应修改完成征求意见稿及编制说明，发相关的企事业单位广泛征求意见，包括对各企业多晶硅产能、平均最高温度、平均最低温度、单位新鲜水单耗、废水回收率、蒸汽冷凝液回收率、脱盐水制取系数、超纯水制取系统、水重复利用率、用水综合损失率、单位排水单耗等技术参数，根据调研结果进行了标准技术内容修订，根据征求意见情况填写意见汇总处理表，并于2018年9月修改完成预审稿及编制说明。

二、本标准编制的原则和主要内容 1.标准编制原则

1.1.本标准的编写格式按国家标准GB/T1.1-2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》的统一规定和要求进行编写的。

1.2.本标准在编制过程中，结合目前国内多晶硅企业的实际水耗及水资源综合利用等参数要求，并综合考虑了行业的实际需求与未来一段时间内的技术发展要求。2.本标准的主要内容及确定依据

目前国内的多晶硅工艺都采用改良西门子法，改良西门子法生产工艺的优点是成本低、节能降耗、生产出的多晶硅产品质量高、综合利用技术较高，而且最主要的是整个生产环节对环境无污染，这在市场中具有很大的竞争优势。

以上为改良西门子法生产工艺流程，用水环节主要是生产用循环水、脱盐水、超纯水、废气残液淋洗用水等，其中大部分水回用至系统。改良西门子法取用水的方式：主要用于废气残液系统新鲜水喷淋和稀释碱液使用，同时用新鲜水制备多晶硅生产过程中需要的脱盐水及超纯水。

本标准制定的主要工作就是对多晶硅行业所有生产和在建企业进行数据调研，结合各单位实际情况进行参数确定，贯彻科学发展观，促进节水型社会建设。结合各公司目前生产现状，体现标准的科学性、先进性、合理性及经济适用性。具体调研数据如下：

水系统数据调研统计表调研数据（以2017年数据）序号1234567891011项目名称多晶硅平均最高温度平均最低温度单位新鲜水单耗废水回收率蒸汽冷凝液回收率脱盐水制取系数超纯水制取系统水重复利用率用水综合损失率单位排水单耗单位1吨℃℃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%两级反渗透：2.0一级反渗透+EDI:1.65两级反渗透：2.2一级反渗透+EDI:1.8099.00%7.00%45.00平均值建议值备注调研企业1提供数据单位新鲜水单耗和单位排水单耗采纳其提供数据。调研企业2提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脱盐水制取系数、水重复利用率、用水综合损失率、单位排水单耗采纳以上数据。调研企业3提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、单位排水单耗采纳以上数据。脱盐水制取系数、水重复利用率、用水综合损失率三个数据不采纳，其中脱盐水制取系数0.75，与脱盐水制取系数计算公式不符而不采纳；水重复利用率数据异常而不采纳；用水综合损失率1%，数据异常，低于系统损失量而不采纳。调研企业4提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脱盐水制取系数、超纯水制取系数、水重复利用率、用水综合损失率、单位排水单耗采纳以上数据。调研企业5提供数据单位新鲜水单耗和单位排水单耗采纳其提供数据。调研企业6提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、用水综合损失率、单位排水单耗采纳以上数据。脱盐水制取系数、超纯水制取系数、水重复利用率三个数据不采纳，其中脱盐水制取系数60，与脱盐水制取系数计算公式不符而不采纳；超纯水制取系数83，与超纯水制取系数计算公式不符而不采纳；水重复利用率数据异常而不采纳。调研企业7提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脱盐水制取系数、超纯水制取系数、水重复利用率、用水综合损失率、单位排水单耗采纳以上数据。调研企业8提供单位新鲜水单耗、废水回用率、蒸汽冷凝液回收率、脱盐水制取系数、超纯水制取系数、水重复利用率、单位排水单耗采纳以上数据。用水综合损失率为2%，数据异常，低于系统损失量而不采纳。4

三、标准水平分析

本标准为多晶硅各生产企业水消耗做出了限定，是响应国家环保能源节约的发展要求。本标准总体水平为国内先进水平。

四、与现行相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性

本标准属于硅单晶的分析方法标准，没有现行的法律、法规、规章制度等对其要求，本领域没有强制性标准，本标准与现行法律、法规和相关标准相协调、无冲突。

五、专利及涉及知识产权

本文件起草过程中没有检索到专利和知识产权问题，如果涉及到专利和知识产权时请使用单位与专利和知识产权方协商，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

六、分歧意见的处理经过

编制组根据起草前确定的编制原则进行了标准起草，标准起草小组前期进行了充分的准备和调研，并做了大量调查论证、信息分析和实验工作，在标准在主要技术内容上，行业内取得了较为一致的意见，标准起草过程中未发生重大分歧意见。

七、标准作为强制性或推荐性国家（或行业）标准的建议

本标准为多晶硅企业用水限定标准，适用于多晶硅生产企业建议为推荐性标准。

八、废止现行有关标准的建议 无

九、推广应用的预期效果

本标准的发布和实施能有效的规范我国硅材料生产中用水量，促使多晶硅生产企业优化工艺，节约用水，提高水资源的循环利用率，能推动多晶硅行业的技术进步，具有良好的经济和社会效益。

新特能源股份有限公司

2018年9月