由于太陽能光伏產業的迅猛發展和新增需求,當前國際上已經形成了開發低成本、低能耗太陽能級多晶硅的熱潮。并趨向把生產高純度(6N)太陽能級多晶硅的工藝技術和生產更高純度(11N)電子級多晶硅的工藝技術區分開來,涌現出許多專門生產太陽能級多晶硅的新技術,降低太陽能級多晶硅生產成本和電池成本,促進太陽能光伏產業的發展。
美國斯坦福研究院獨辟蹊徑研究成功《鈉還原法》太陽能級多晶硅生產新技術。 該《鈉還原法》不同于現有常用的西門子法、硅烷法、硫化床法,也不同于冶金提純法,而是采用化學物理轉化法。
該《鈉還原法》的原料為氟硅酸鈉Na2SiF6,它是磷肥制作過程中的副產品,來源廉價和廣泛。氟硅酸鈉Na2SiF6經過加熱轉變為四氟化硅氣體SiF4及副產品氟化鈉NaF,該四氟化硅氣體SiF4通過高純金屬鈉Na即形成高純硅粉Si,然后制成多晶硅。其副產品氟化鈉NaF又是優質的化工原料,用于制鋁工業和牙膏生產。
該《鈉還原法》生產工藝簡單,副產品充分有效利用,生產成本和投資成本大幅度降低,而且無有毒氣體排放之憂,使該技術成為低成本太陽能級多晶硅生產的理想工藝,有望成為今后太陽能級硅的主流生產技術,極大地促進太陽能光伏應用和發展。
該《鈉還原法》的工藝流程如下:
氟硅酸鈉(原料)
Na2SiF6 → SiF4 + 2NaF
↓
SiF4 + 4Na → Si + 4NaF
↓ ↓
多晶硅 氟化鈉
(產品) (副產品)
該《鈉還原法》的主要技術經濟指標:
●硅粉純度:雜質濃度 <0.02ppm (7N)
●單晶硅電阻率:>30 Ωcm (典型太陽能級硅電阻率為~1Ωcm)
●太陽能電池效率:15+1%(AM1)
●目標硅生產成本:14 美元/千克
●投資成本:約為西門子法的1/3
該《鈉還原法》與其他工藝方法的比較:
西門子法 (熱絲反應器) | 流化床法 (沸騰床) | 硅冶金法 (UMG法) | 鈉還原法 (斯坦福專利) | |
關鍵反應物 | SiHxCl4-x | SiHxCl4-x | Mg-Si | SiF4 + Na |
投資成本($k/MT/yr) | 90 | 45 | 30 | 19 |
電力(kWh/kg) | 120+ | 40 | <10 | |
生產成本($/kg) | 38 | 27 | 26 | 14 |
反應器生產量(MT/yrSi/m3) | 10.3 | 30 | 330 | |
硅純度(ppm) | <0.02 | <0.02 | 1 | <0.02 |
該《鈉還原法》已在某些國家和地區生產, 是低成本太陽能級硅