高纯多晶硅又是光伏产品的基本材料的展望

高纯多晶硅是电子工业Z重要、Z基础的功能材料，长期以来西方发达国家都将微电子产业作为重要的战略性产业。我国的863计划也将微电子产业作为战略性产业加以大力发展。进入21世纪以来，我国的电子信息产业一跃成为国民经济第一大和出口创汇的支柱产业，自03年以来，我国的信息产业总规模已超过日本，成为仅次于美国的第二产业大国，07年我国电子信息产业销售总额达5.6万亿元，出口额占全国总出口额的37.6%。没有足量的高质量多晶硅产品支持我国快速发展的微电子工业是不可想象的事情，目前我国电子工业每年所需高纯多晶硅在2000吨以上，国内供应量不足10%。

高纯多晶硅又是光伏产品的基本材料，根据全球能源形势和环保要求，光伏产业的大发展将是不可阻挡的，每年光伏电池使用多晶硅的总量已超过电子工业用量，这一趋势将继续下去，专家预测2030年左右光伏电价将与常规电价相当，光伏发电将占到总电量的20%以上，届时全球将形成3000亿美元的光伏产业市场。目前85%以上的太阳能电池都是用晶硅（多晶和单晶）片制成的，在未来相当一段时间内还不可能有其他材料可以替代硅材来制作光伏电池。据测算，目前的硅材料占光伏电池成本的70%，占光伏组件的56.2%，占光伏系统的30%以上，光伏发电成本达到4-5元/kWh，与市场电价相差太大。成本高的主要原因是：
①国内多晶硅生产能耗居高不下（250-300度/公斤硅）；
②国内多晶硅产品纯度不够高，很多产品还不能单独用于光伏电池制作，目前光伏电池硅给料的来源还是以微电子硅材料的边角料为主，而用于微电子高纯多晶硅材料生产技术基本上被美国、日本和德国3个国家的7家公司所垄断。它们分别是美国的Hemlock、MEMC、RECSGS、REC As—iMi、德国的Wacker、日本的Tokuyama和三菱。高纯多晶硅价格从2002年的20美元/公斤，上涨到300美元/公斤，而现货价甚至达到400美元/公斤。
  因为能耗和环保问题，多晶硅产业一下子成了大众关注的公众问题。我国多晶硅生产主要工艺多采用改良西门子法。首先，用氯化氢与工业硅反应合成三氯氢硅(Si+3HCl=SiHCl₃+H₂)；第二步经精馏得到高纯三氯氢硅；第三步，高纯氢气还原得到多晶硅（SiHCl₃+H₂=Si+3HCl，同时还发生反应2SiHCl=Si+SiCl₄+2HCl）。生产过程产生的尾气中有氢气、三氯氢硅、四氯化硅和氯化氢等。
   改良西门子法存在的问题：
1、耗能大，250-300度/公斤硅，一个年产1000吨的多晶硅生产企业，年耗电量在2.5-3.0亿度左右，相当于要消耗100万千瓦火力电站一年的发电总量的2.89%左右，而国际先进水平约为170度/公斤硅，甚至更低的只需60度/公斤硅；
2、环保问题：用于合成三氯氢硅的氯化氢是有毒性物质，尾气中也包含这种物质，尾气的有效回收利用以及如何防止生产过程中工质的泄露，弄不好会造成环境污染；
3、产品的纯度不高，目前我国生产多晶硅产品完全达不到微电子要求等级，只能作为太阳能产品的制造材料，有些产品还不能单独用于光伏电池制作，还需要加入更高纯度的用于微电子工业的硅材料才可以使用。国家发改委关于《可再生能源产业发展指导目录》把光伏硅材料项目列入重点发展对象，发展的指导性意见一是技术开发二是技术引进，因此近五年来已有33家企业引进技术投资建设多晶硅工厂，如果包括地方或个人投资引进建设在内共有55家，全部采用改良西门子法。由于环保的要求再加上引进技术并非世界Z先进技术，产品的纯度不高，国家发改委现在已对引进改良西门子法建厂加以限制了。