（續(xù)前文）

六、國際冶金法多晶硅的技術(shù)進(jìn)展

盡管通過氣相中間化合物提純硅的方法，現(xiàn)在通俗的叫法是西門子法，將區(qū)域熔煉擠入了冷宮，而且西門子法在從1971年進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)開始，直到2007年，一直是半導(dǎo)體硅的主要生產(chǎn)工藝；但是，光伏應(yīng)用的出現(xiàn)，依然使得西門子法顯得落伍而被動。

西門子法第一次暴露其產(chǎn)能的局限是在2005年~2008年間。由于德國可再生能源法的實施使得光伏應(yīng)用的規(guī)模迅速上升，對多晶硅的需求也驟然變大。但是，當(dāng)時西方的一個多晶硅工廠的建設(shè)周期大約需要三到四年的時間。因此，穩(wěn)定的供應(yīng)無法滿足迅速上升的需求，導(dǎo)致多晶硅的價格從35美元/公斤上升到驚人的400美元/公斤。這個價格對于光伏應(yīng)用本來是不可接受的，但是，由于硅片、電池片和組件制造技術(shù)的進(jìn)步所導(dǎo)致的成本下降，使得光伏的組件價格在多晶硅的價格上升幅度如此巨大的情況下，令人驚奇地保持了穩(wěn)定。但是，其中，多晶硅的成本占光伏組件的成本比例從10%上升到了70%。

除了產(chǎn)能局限外，使得人們在西門子法之外尋求滿足光伏應(yīng)用的硅提純工藝的動因還有一個，就是成本。鑒于半導(dǎo)體器件的復(fù)雜性，硅材料的成本在最終的器件中所占比例非常低，如果不考慮成品率的話，可能連千分之一都不到，但在光伏組件中，硅的成本在價格最高時，如前所述，占到了70%。考慮到光伏發(fā)電與火力發(fā)電最終要趨向一致（如果不是更低的話），硅的價格應(yīng)當(dāng)保持在10美元以下，這個價格是用西門子法無法達(dá)到的成本。根據(jù)40年來西門子法的生產(chǎn)經(jīng)驗，其成本最低也要在20美元以上。

尋找新工藝的第三個動因，就是純度。西門子法可以得到9N以上的純度，這正是半導(dǎo)體材料所需要的。但是，光伏所需要的純度在7N以下，而且其中對于P型材料還要摻入大約0.1~0.3ppm 的硼，也就是，最合適的純度應(yīng)當(dāng)在6.5N左右，這樣，西門子法的純度有些“浪費(fèi)”了，光伏行業(yè)的下游工廠在購買了西門子法生產(chǎn)的硅以后，還要進(jìn)行摻雜，摻雜的方法是在拉單晶或者是鑄造多晶時加入硼硅合金。這顯然造成了能源的雙重浪費(fèi)。

在這種情況下，各國的材料科學(xué)家們開始研究新的多晶硅的提純方法。德國夫瑯和費(fèi)研究所的W. R. Weber教授對冶金法提純多晶硅的技術(shù)進(jìn)行了全面地調(diào)查，但他本人沒有對提純技術(shù)開展深入的研究和試驗。與硅在半導(dǎo)體應(yīng)用發(fā)展早期的研究一樣，冶金法提純太陽能級硅的研究也是由企業(yè)為主導(dǎo)進(jìn)行的。日本的JFE（川崎制鐵）的試驗從2001年就開始了，他們傾向于使用等離子體束和電子束進(jìn)行提純，這時在金屬冶煉提純領(lǐng)域的兩種典型的技術(shù)，他們?nèi)〉昧肆己玫男Ч牵麄兊墓に嚦杀疽恢备呔硬幌拢瑹o法降到令人滿意的水平，這使得JFE后來不得不放棄了冶金法多晶硅的研究，并于2012年初將有關(guān)設(shè)備和無形資產(chǎn)出售；他們的科學(xué)家分別到了新日鐵和夏普公司，繼續(xù)從事冶金法多晶硅的研究和應(yīng)用。但是，2012年中，新日鐵也傳出了要出售其冶金法多晶硅的部門資產(chǎn)的消息，夏普公司也于2013年初開始在中國尋求技術(shù)合作。

在歐洲，冶金法多晶硅的領(lǐng)導(dǎo)者也是在企業(yè)中，盡管法國國家材料研究所、挪威科技大學(xué)，還有前面提到的夫瑯和費(fèi)研究所等科研機(jī)構(gòu)也曾經(jīng)先后從事相關(guān)研究。歐洲的冶金法多晶硅的研究的企業(yè)代表時ELKEM公司。這是一家從事金屬硅生產(chǎn)的公司，他們希望能夠利用自己的冶金方面的經(jīng)驗，將硅進(jìn)行進(jìn)一步提純。他們的工藝是采用煉鋼中所用的合成渣洗的工藝，來代替日本人所用的等離子體束和電子束，然后再同酸洗（濕法冶金），最后加上在上世紀(jì)四十年代就開始采用定向凝固分凝的方法得到太陽能級的硅。他們的工作也取得了令人驕傲的成績，2007年，他們向德國一家太陽能電池公司（Q-CELL）進(jìn)行了冶金法多晶硅的銷售，但當(dāng)時，他們的純度才做到了5N多一些，因此，首批材料在制作成為光伏組件后，光電轉(zhuǎn)換效率出現(xiàn)了光致衰減現(xiàn)象。他們的第一個2000噸年產(chǎn)能的生產(chǎn)線在2008年建成，另一個3000噸的生產(chǎn)線原計劃在2010年建成，但一場火災(zāi)導(dǎo)致了延后，然后再2011年由于歐債危機(jī)導(dǎo)致的光伏蕭條，又再次延遲了這條生產(chǎn)線的建設(shè)。到了2012年，他們改進(jìn)了提純工藝，并且建議客戶采用與西門子法摻料的方式來使用他們生產(chǎn)的冶金法的多晶硅，取得了不錯的效果，基本上消除了光致衰減的現(xiàn)象。由于2011年初，這家公司被來自中國的藍(lán)星化工收購，因此，他們的經(jīng)濟(jì)顯得不是那么窘迫，從事冶金法多晶硅提純的技術(shù)團(tuán)隊也得以保留。

在北美，最早提出宣布冶金法多晶硅的是道康寧公司。2008年，他們宣布用一種“不同于西門子法的工藝”生產(chǎn)出了成本較低的多晶硅，這種多晶硅可以與道康寧旗下的HEMLOCK公司所生產(chǎn)的西門子法多晶硅混摻使用。由于HEMLOCK當(dāng)時是世界上產(chǎn)能最大的西門子法多晶硅公司，因此，道康寧對于冶金法的研究投入并不是太大也就不那么令人驚訝。

加拿大的TIMMINCO公司是從事鋁美和金屬硅生產(chǎn)的公司。他們旗下的BSI公司在2008年宣布采用一種“獨(dú)特的、成本很低的”工藝生產(chǎn)出了純度為6N的太陽能級硅，并銷售給了德國的Q-CELL公司和生產(chǎn)基地位于中國的CSI公司，前者是當(dāng)時世界上最大的光伏電池生產(chǎn)商。這個消息的公布，使得TIMMINCO的股票在一年內(nèi)上升了100倍（從0.9加元升到90加元）。這種股市的收益，使得其宣布消息的動機(jī)和消息的可靠性都被人質(zhì)疑，有人說其純度并未達(dá)到過6N。但不論其動機(jī)如何，至少他們當(dāng)時選擇的宣布時機(jī)無疑是很好的，當(dāng)時的西門子法多晶硅的現(xiàn)貨價格高達(dá)350美元以上，任何新的可能的代替工藝都將成為光伏產(chǎn)業(yè)的“圣杯”，對于股票市場來說，這是好得不能再好的故事題材。

BSI公司采用的工藝是用天然氣燃燒加熱對液體硅進(jìn)行渣洗，然后粗略定向凝固后酸洗，再加精細(xì)的定向凝固。在2008年下半年的金融海嘯后，多晶硅的價格再次跌到50美元以下，TIMMINCO公司對于BSI在冶金法多晶硅的研發(fā)上的投入就越來越少，到了2011年，BSI的49%的股份被道康寧收購，但當(dāng)時太陽能多晶硅的部門并未出售。他們堅持到了2012年，由于一筆400萬美元的貸款未被銀行通過，他們被迫宣布將太陽能多晶硅的部門（內(nèi)部稱為HP1）的所有資產(chǎn)全部出售。

除了BSI外，加拿大還有一家6N SILICON公司采用鋁熔的方式也在進(jìn)行多晶硅的冶金法提純，這也是冶金領(lǐng)域中使用的熔析法的一種。該公司2010年被來自美國加州的CALISOLAR公司收購，后者還計劃于2011年在美國建立一個年產(chǎn)15000噸的冶金法多晶硅工廠，但由于純度的穩(wěn)定性一直存在問題，加上2011年光伏市場的蕭條，該計劃也被擱置。

國際上，從事冶金法多晶硅研究的科研機(jī)構(gòu)包括：夫瑯和費(fèi)研究所、日本東京大學(xué)、九州大學(xué)、挪威科技大學(xué)等。

（未完待續(xù)）