太阳能级多晶硅制程技术探讨

zpc64

太阳能级多晶硅技术分为化学法与物理法两大类。化学法的多晶硅制程泛指硅在纯化过程中，需要转换成硅化合物的中间产物，再利用裂解或氧化还原反应，将硅化合物转成高纯度的多晶硅原料。
    物理法制程又称为冶金法，是将冶金级硅在不改变硅的本质状况下，将杂质利用物理或化学法移除，虽然还是有化学反应参与，但其反应对象是针对硼、磷等杂质，硅并未改变其化性，以物理法纯化的纯度有其极限，由于成本低廉，被视为是取代高纯度多晶硅的明日之星。
" x& a3 a( h! a0 E" J    化学法制程可产出纯度较高的多晶硅，但由于中间牵涉到许多副产品的控制与处理，技术难度较高，依照不同技术来源，成本各异，一般来说成本比物理法制程高。大部分化学法都需利用冶金级硅(metallurgical grade silicon；MG)来当作硅化合物的原料，少数是直接利用二氧化硅来制备硅化合物。
    化学法中，西门子法(Siemens process)广为早期生产半导体级多晶硅的业者所采用，此法技术成熟但成本较高。除西门子法外，尚有ASiMi法、流体床反应法与管状沉积法等。
    ASiMi法是Advanced Silicon Material (ASiMi)公司所研发，系利用硅甲烷(silane/ SiH4)为原料的高纯度多晶硅制程技术。2005年ASiMi宣布退出多晶硅市场，大部分股权由挪威REC (Renewable Energy Corp)收购，因此此项技术目前仍由REC在进行生产。
/ k( {( q) g" s5 ]) b    流体床反应法与ASiMi法同样以硅甲烷为原料，这种方法的反应温度较低，可减少近30%的耗电量，且因硅晶种反应面积较大，反应炉内气流速度快，可解决ASiMi法沉积速度慢的问题。流体床反应可为连续式的生产，也是流体床反应炉优于钟罩形西门子反应炉的原因。
    管状沉积法是Joint Solar Silicon GmbH (JSSI)使用的多晶硅生产技术，所使用的原料与原理和流体床反应法相同，皆为硅甲烷与氢气加热分解后产生的多晶硅。JSSI宣称此法所消耗的电量为传统西门子法的10分之1，转换率可达95~98%，目前已有量产纪录。
    物理法制程的冶金法太阳能多晶硅，于2008年开始被少量产出。冶金法纯化太阳能级硅的技术同时还需要杂质较低的冶金级硅为原料，然后经过几道程序才能完成。
    另外，亦有业者投入其它制程的量产技术，仍在研发阶段，例如钠还原法与热碳还原法的纯化技术不需经过冶金级硅的途径，其原料如氟硅酸钠为肥料的副产品，而硅酸钠可直接从二氧化硅的化学反应途径而得。
% ]6 z& N, Z8 S+ m: s. r2 `/ h    整体而言，目前成功量产的技术还是以西门子法、流体床反应法、管状沈积法与ASiMi法为主，冶金法太阳能级多晶硅在2008年已经有少量量产，但由于质量仍然不稳定，整个技术还是有改进空间，但也正式被列为太阳能料源的选项之一。其它方法在近年则都有厂商宣称要投入相关技术的量产工作，在还没有质量稳定的量产纪录前，要投入相关技术投资或大规模使用产品都需要严格评估。