3.2　太陽電池多晶硅現狀

晶體硅分單晶硅和多晶硅。單晶硅價格昂貴，多晶硅雖然質量不如單晶硅，但由于不需要耗時耗能的拉單晶過程，其生產成本只有單晶硅的1/20，而且工業中應用吸雜等技術可以維持較高的少子壽命。目前多晶硅太陽電池的效率雖然比單晶硅電池低1%～2%，但是多晶硅太陽電池的成本較低。因此，目前太陽電池市場上多晶硅電池的份額已經超過了單晶硅電池。

隨著能源短缺和環境的迅速惡化，太陽電池產業飛速發展，全球對多晶硅的需求快速增長，市場供不應求，價格一度大幅上揚。主要原因是以歐洲為中心的太陽能市場迅速普及與擴大，多晶硅供需不平衡的局面將愈演愈烈，市場的短期波動可能有變化，但太陽電池用多晶硅長期將需求旺盛。2002～2010年全球及中國太陽能級多晶硅需求量統計如圖3.1所示。

圖3.1　2002～2010年全球及中國太陽能級多晶硅需求量統計

多晶硅以金屬硅為原材料，我國是世界上高品位硅原礦石儲藏國，占全世界已探明儲量的三分之一，硅礦石首先冶煉成金屬硅，進一步提純為高純多晶硅。我國是金屬硅出口大國，反過來又是世界上高純硅進口大國，半個世紀以來，我國約96%以上的高純硅原料一直依賴進口，這種受制于國外、極不合理的狀況亟待改變。

國際、國內生產的太陽能級多晶硅大都采用單晶硅棒純度略低的頭尾料或拉單晶剩的底料熔煉、摻雜、勾兌并再次熔融鑄錠而成。隨著半導體行業的技術提升，單晶硅的頭尾料所占的比例越來越小，產量受到單晶硅產量的制約因素越發明顯，導致多晶硅成本越來越高。生產多晶硅的方法主要有改良西門子法、物理法等。改良西門子法的純度雖然可以達到11N級，但是用于太陽電池有些可惜，因為實驗證明7N級以上純度的多晶硅料對于提高太陽電池的轉換效率已經沒有明顯的貢獻。

就化學法來講，我國多晶硅工業起步于20世紀五六十年代中期，生產廠有20余家，但由于生產技術難度大、生產規模小、工藝技術落后、環境污染嚴重、耗能大、成本高，絕大部分企業因虧損相繼停產和轉產，到1996年僅剩下四家，產能與生產技術都與國外有較大差距。

同國際先進水平相比，國內多晶硅生產企業在產業化方面的差距體現在多方面。2006年7月底，國家發改委在江西新余專門召開了一次“太陽級硅材料及硅太陽電池研討會”，專家們指出，國內多晶硅企業的問題主要是產能低、供需矛盾突出。2005年中國太陽能用單晶硅企業開工率為20%～30%，半導體用單晶硅企業開工率為80%～90%，無法實現滿負荷生產，多晶硅技術和市場仍掌握在美國、日本、德國少數幾個生產廠商手中，嚴重制約我國產業發展。多晶硅并非是類似石油的資源性產品，但技術一旦形成壟斷，國內企業就無所適從。

此外，我國的多晶硅生產規模小，現在公認的最小經濟規模為每年1000t，最佳經濟規模為每年2500 t，而我國多晶硅生產企業離此規模仍有較大的距離。而且，國內企業的工藝設備落后，同類產品物料和電力消耗過大，“三廢”問題多，與國際水平相比，國內多晶硅生產物耗、能耗高出一倍以上，產品成本缺乏競爭力。

而最主要的還是技術和生產工藝問題。我國目前投資的項目，多數都是從國外引進技術。地方政府和企業投資多晶硅項目，存在低水平重復建設的隱憂。千噸級工藝和設備技術的可靠性、先進性、成熟性以及各子系統的相互匹配性都有待生產運行驗證，并需要進一步完善和改進。

我國太陽電池生產企業購買電子級高純度多晶硅，再與雜料進行混合摻用，兌成SG級的太陽能用多晶硅。目前世界多晶硅生產技術最先進的國家是美國、德國、日本和意大利等少數發達國家，以上四個國家產量占世界多晶硅產量總和的90%以上，其核心技術多是德國西門子公司的改良技術，屬于化學提純法。由于單晶硅產量的限制和價格大幅度上漲的影響，近年來，采用物理提純技術生產太陽電池級多晶硅正在進入產業化階段。物理提純技術研究開始于20世紀80年代，其基本思路是將純度自下而上地提高（Bottom Up），與目前世界上的主生產方式——改良型德國西門子化學方法純度自上而下（Top Down）的模式迥然不同。從投資角度來看，一條1000t左右的改良西門子法多晶硅生產線，就如同一個中型的現代石化公司，不僅工程設計復雜，耗電量高（年產千噸多晶硅的生產線需要的供電裝機容量為9.8萬千瓦，年總用電量為2.5億千瓦·時），而且總投資巨大。相比較而言，物理法生產投資和單位能耗就大幅度降低，我們在下一章重點介紹這種方法。