当前位置: 首页 » 图书馆 » 行业期刊 »

太阳能多晶硅的“中国梦”(下)

PDF文档
  • 文件类型:PDF文档
  • 文件大小:143.38K
  • 更新日期:2013-04-25
  • 浏览次数:4611   下载次数:213
进入下载
详细介绍
太阳能多晶硅的“中国梦”(下)
国际冶金法多晶硅的发展
考虑到光伏发电与火力发电最终要趋向一致(如果不是更低的话),硅的价格应当保持在
10 美元以下,这个价格是用西门子法无法达到的成本,同样也是硅烷法无法达到的成本。
这就是为什么冶金法得到多国的科学家和企业家青睐的原因之一。除了成本的原因外,冶金
法受到青睐还有一个原因,就是纯度。西门子法可以得到 9N 以上的纯度,但光伏所需要的
纯度在 7N 以下,而且最合适的纯度应当在 6.5N 左右。目前,光伏行业的下游工厂在购买
了西门子法生产的多晶硅以后,还要进行掺杂,掺杂的方法是在拉单晶或者是铸造多晶时加
入硼硅合金,这显然造成了能源的双重浪费。而冶金法的理论提纯纯度,恰巧就在 6~7N 之
间,冥冥中注定是为光伏所准备的工艺。
国际上,从事冶金法多晶硅研究的科研机构,包括夫琅和费研究所、日本东京大学、九
州大学、挪威科技大学等。但是,与硅在半导体应用发展早期的研究一样,冶金法提纯太阳
能级硅的关键的技术进展也是由企业为主导进行的。日本的 JFE(川崎制铁)的试验从 2001
年就开始了,他们倾向于使用等离子体束和电子束对磷硼进行去除,并取得了良好的效果。
但是,他们的工艺成本一直高居不下,这使得 JFE 后来不得不放弃了冶金法多晶硅的研究。
JFE 的不少科学家后来分别到了新日铁和夏普公司,继续从事冶金法多晶硅的研究和应用。
但是,2012 年中,新日铁也传出了要出售其冶金法多晶硅的部门资产的消息,2013 年初,
夏普公司也开始在中国寻求技术合作。
欧洲的冶金法多晶硅的研究的企业代表是 ELKEM 公司。这是一家原本从事金属硅和有
机硅生产的公司。他们采用炼钢中所用的合成渣洗的工艺,来代替日本人所用的等离子体束
和电子束,然后再用酸洗(湿法冶金)加上在定向凝固的方法得到太阳能级的硅。他们得到了
6N 的纯度,并在 2008 年建成了第一条 2000 吨年产能的生产线。另一个 3000 吨的生产线原
计划在 2010 年建成,但一场火灾和随后的光伏萧条延迟了这条生产线的建设。2011 年初,
这家公司被来自中国的蓝星化工收购,尽管后者感兴趣的是他们所拥有的欧洲有机硅市场份
额,但 ELKEM 从事冶金法多晶硅提纯的技术团队得以保留。
在北美,最早提出宣布冶金法多晶硅的是道康宁公司。2008 年,他们宣布用一种“不
同于西门子法的工艺”生产出了成本较低的多晶硅,这种多晶硅可以与道康宁旗下 的
HEMLOCK 公司所生产的西门子法多晶硅混掺使用。由于 HEMLOCK 当时是世界上产能最
大的西门子法多晶硅公司,因此,道康宁对于冶金法的研究投入并不是太大也就不那么令人
惊讶。
加拿大的 TIMMINCO 公司是从事铝镁和金属硅生产的公司。他们旗下的 BSI 公司在
2008 年宣布采用一种“独特的、成本很低的”工艺生产出了纯度为 6N 的太阳能级硅,并销
售给了德国的 Q-CELL 公司和生产基地位于中国的 CSI 公司,前者是当时世界上最大的光
伏电池生产商。BSI 公司采用的工艺是天然气燃烧加热进行渣洗,然后粗略定向凝固后酸洗。
在 2008 年下半年的金融海啸后,TIMMINCO 公司对于 BSI 在冶金法多晶硅的研发上的投入
就越来越少,到了 2011 年,BSI 的 49%的股份被道康宁收购,但太阳能多晶硅的部门并未
出售,这个部门坚持到了 2012 年,由于一笔 400 万美元的贷款未被银行通过,他们被迫宣布将太阳能多晶硅的部门(内部称为 HP1)的所有资产全部出售。
除了 BSI 外,加拿大还有一家 6N SILICON 公司采用铝熔的方式也在进行多晶硅的冶金
法提纯。该公司 2010 年被来自美国加州的 CALISOLAR 公司收购,后者还曾宣布过计划于
2011 年在美国建立一个年产 15000 吨的冶金法多晶硅工厂,但 2011 年光伏市场的萧条后,
就没有再听到过该公司的消息。
中国冶金法多晶硅的产业状况与中国西门子法多晶硅的进程有些类似。这种类似主要表
现在光伏高峰期的一哄而上和随后低谷时期的销声匿迹。但不同的是,冶金法多晶硅由于是
新技术,因此,真正大规模投产的企业很少,这也使得中国冶金法多晶硅企业所受的创伤不
是那么严重。
从 2005 年起,中国就有大批的从事金属硅生产的公司开始进行冶金法多晶硅的提纯工作;
由于早期的这些公司没有与学院派的科学家合作,因此,在取得了一定限度的(也曾经是令
人激动的)进展后,就偃旗息鼓了。这期间,由于多晶硅的价格一度高得惊人,还引来了不
少别有用心的逐利者;在 2008 年前,最多的时候,中国从事冶金法多晶硅的企业数量高达
30 多个。关于冶金法的各种五花八门和稀奇古怪的工艺让人眼花缭乱,这些混乱和真假不
一的信息,使得冶金法多晶硅技术发展受到了严重的伤害。
2008 年金融海啸后,中国从事冶金法多晶硅的企业数量锐减为个位数。2009 年,又有
不少新的公司进入冶金法多晶硅的研究和生产,到了 2011 年第二季度,多晶硅价格的持续
下跌再次使得中国不少企业对于冶金法多晶硅技术的研究失去了信心。其实,真正具有洞察
力的企业家已经认识到,多晶硅市场价格的下跌,使得冶金法多晶硅的低成本优势比以往任
何时候都更有价值,“成本为王”的时代,从这个时候才开始。
中国冶金法多晶硅的崛起
近几年,国际多晶硅厂家之所以能够通过操控市场价格来对中国的多晶硅企业进行剿
杀,原因就在于他们手中掌握着西门子法的工艺,因而能够以更低的成本来与中国的多晶硅
新手们竞争厮杀。而中国企业在冶金法多晶硅领域的努力,将使这种情况获得改变。
在中国光伏产业蓬勃发展的大背景下,冶金法多晶硅的研究在中国取得了令人瞩目的进
展。尽管早期的冶金法研究存在一些混乱,但这种混乱状况从 2009 年下半年起获得了根本
扭转。对这个转变起了决定性的作用、并让中国的冶金法多晶硅的研究和开发后来有了长足
进步的,是中国冶金法多晶硅联盟的成立。这个联盟包括了二十余家企业和研究机构,包括
厦门大学、东北大学、中国科学院、中山大学、北京科技大学、大连理工大学、昆明理工大
学等多家著名的大专院校,以及上海普罗、宁夏发电集团、厦门佳科等企业。上海普罗新能
源有限公司的史珺博士担任首届理事长。联盟聚集了中国真正在从事冶金法多晶硅的主流科
学家和企业家,使得大家有了一个交流的平台,同时,也有了一个关于冶金法多晶硅研究进
展的权威的官方发言机构。
联盟于 2009 年 6 月在厦门市组织召开了中国第一届冶金法太阳能多晶硅技术研讨会,。
2010 年 9 月,该联盟又主办了世界上第一届冶金法多晶硅国际研讨会,这次会议在中国西
北的宁夏银川的沙湖国际会议中心召开。两次会议的参加人数都大大超出了预计。银川会议发表了 80 多份报告和近百篇论文,中国从事冶金法多晶硅的研究机构之多、研究程度之深、
企业取得的进展之大,让来自美国、加拿大、澳大利亚、日本、德国和挪威的专家都大吃一
惊。2011 年 8 月,借助第八届国际先进材料与技术大会(IFAMST8)召开之际,联盟在日本福
冈召开了第二次国际冶金法多晶硅研讨会,该研讨会被列为 IFAMST8 的一个分会场,史珺
博士任分会场主席。
2011 年后,中国从事冶金法多晶硅的产业技术开发的企业已经数量锐减,不少处于暂停或
暂缓的阶段,但大部分都保留了冶金法多晶硅的研发平台。作为中国冶金法多晶硅联盟的理
事长单位,上海普罗一直坚持用最低的成本、最低的能耗来发展自己的工艺路线。无论市场
行情如何,从来没有被市场的价格波动所影响。2012 年,上海普罗完成了对冶金法多晶硅
提纯工艺的第三代技术的改进,形成了被称为 PM 法的新的工艺。这种方法采用合成渣洗的
工艺作为第一步除硼,然后通过定向凝固进行金属去杂;之后再通过一个叫做 DVC 的装置,
对硅液进行真空雾化脱气提纯和等离子体提纯,最后再进行一次真空定向凝固提纯。由于
DVC 装置内部有使硅液循环的机制,使得等离子体束在除硼时对硅的损耗大大降低,而巧
妙的雾化使得比表面积大大提高,因而大大改善了真空提纯和脱磷的效果。PM 法不仅成功
地提高了纯度,使得冶金法多晶硅能够达到近 7N 的水平,而且保证了生产过程中质量的均
匀性。更重要的是,该装置使得年产一万吨的产能得以在仅仅数千平方米的场地里实现,并
且将生产成本降低到了 10 美元以下。第一个 PM 法多晶硅工厂于 2013 年初开始在河南某地
兴建,计划于 2013 年第四季度竣工投产。预计该厂的单位能耗在低于 12 千瓦时。
在进行大规模产业化的同时,中国冶金法多晶硅联盟还于 2011 年承担了一项由国家科
技部支持的国家科技支撑计划,目前也正在申报“973”和“863”计划。承担这些科技计划
的主要目的是建立关于冶金法太阳能多晶硅大规模清洁生产的科学基础和研究体系,这对于
冶金法多晶硅的大规模生产和成本的进一步降低,起到重要的学科支撑作用。
实现多晶硅的“中国梦”
无论是上面提到的上海普罗的冶金法多晶硅进展,还是冶金法联盟开展的关于冶金法多
晶硅提纯的基础科学层面的研究,中国在全球冶金法多晶硅领域的技术水平,都已经达到了
国际领先的水平。这样的情形,在我国光伏和其它行业,都是十分罕见的。这种技术领先,
将彻底打破欧美长期以来在多晶硅领域的技术垄断,使中国企业获得以前从未有过的竞争优
势和市场话语权,真正实现多晶硅领域的“中国梦”。
但是,中国长期落后造成的思维惯性使得无论是投资者还是政府,对这种情况都理解得
十分缓慢,大多数人还是觉得中国人在某种技术上能够领先于世界,是件难以相信的事情。
因此,上海普罗和冶金法联盟要想证明自己,只能通过一个途径,那就是实现冶金法多晶硅
的大规模生产,否则任何研究进展都会失去价值和光彩。
一个新的工艺要实现大规模生产,不仅要有全新的、可靠而实用的工艺,还要自行研制
全套的新设备,当然,所有的前提是还要获得足够的投资。在目前的中国,尤其是光伏行业,
要满足这些前提十分困难。所幸的是,在国家发改委、工信部、科技部以及各省市政府的大
力支持下,这些条件都正在逐一地得到满足。可以说,中国现在已经具备了冶金法多晶硅大
规模生产工艺的成功的外在条件,但多晶硅的“中国梦”归根结底是中国企业的梦,最终的
大规模工艺生产的实现还是要靠企业家和科学家们通过自身的努力来完成。我们有理由相信并期待中国的科学家们和企业家们的成功,现在,我们要做到的就只剩下一件事:把这些年
所有的努力在第一套万吨级的生产线上体现出来,成功实现太阳能级冶金法多晶硅的大规模
生产,实现多晶硅的“中国梦”。
 
[ 图书馆搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告诉好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 违规举报 ]  [ 关闭窗口 ]

下载地址












0条 [查看全部]  相关评论
 
推荐图书馆
本类下载排行
总下载排行
投稿与新闻线索联系:010-68027865 刘小姐 [email protected] 商务合作联系:010-68000822 吕先生 [email protected] 紧急或投诉:13811582057, 13811958157
京ICP备10028102号-1 电信与信息服务业务许可证:京ICP证120154号
地址:北京市大兴区亦庄经济开发区经海三路天通泰科技金融谷 C座 16层 邮编:102600