多晶硅是什麼_大眾科普網

多晶硅;polycrystallinesilicon
性質：灰色金屬光澤。密度2.32~2.34。熔點1410℃。沸點2355℃。溶於氫氟酸和硝酸的混酸中，不溶於水、硝酸和鹽酸。硬度介於鍺和石英之間，室溫下質脆，切割時易碎裂。加熱至800℃以上即有延性，1300℃時顯出明顯變形。常溫下不活潑，高溫下與氧、氮、硫等反應。高溫熔融狀態下，具有較大的化學活潑性，能與幾乎任何材料作用。具有半導體性質，是極為重要的優良半導體材料，但微量的雜質即可大大影響其導電性。電子工業中廣泛用於制造半導體收音機、錄音機、電冰箱、彩電、錄像機、電子計算機等的基礎材料。由干燥硅粉與干燥氯化氫氣體在一定條件下氯化，再經冷凝、精餾、還原而得。

多晶硅是單質硅的一種形態。熔融的單質硅在過冷條件下凝固時，硅原子以金剛石晶格形態排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結合起來，就結晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。例如，在力學性質、光學性質和熱學性質的各向異性方面，遠不如單晶硅明顯；在電學性質方面，多晶硅晶體的導電性也遠不如單晶硅顯著，甚至於幾乎沒有導電性。在化學活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區別，但真正的鑒別須通過分析測定晶體的晶面方向、導電類型和電阻率等。
一、國際多晶硅產業概況
當前，晶體硅材料（包括多晶硅和單晶硅）是最主要的光伏材料，其市場占有率在90％以上,而且在今後相當長的一段時期也依然是太陽能電池的主流材料。多晶硅材料的生產技術長期以來掌握在美、日、德等3個國家7個公司的10家工廠手中，形成技術封鎖、市場壟斷的狀況。
多晶硅的需求主要來自於半導體和太陽能電池。按純度要求不同，分為電子級和太陽能級。其中，用於電子級多晶硅占55％左右，太陽能級多晶硅占45％，隨著光伏產業的迅猛發展，太陽能電池對多晶硅需求量的增長速度高於半導體多晶硅的發展，預計到2008年太陽能多晶硅的需求量將超過電子級多晶硅。
1994年全世界太陽能電池的總產量只有69mw，而2004年就接近1200mw，在短短的10年裡就增長了17倍。專家預測太陽能光伏產業在二十一世紀前半期將超過核電成為最重要的基礎能源之一。
據悉，美國能源部計劃到2010年累計安裝容量4600mw，日本計劃2010年達到5000mw，歐盟計劃達到6900mw，預計2010年世界累計安裝量至少18000mw。從上述的推測分析，至2010年太陽能電池用多晶硅至少在30000噸以上，表2給出了世界太陽能多晶硅工序的預測。據國外資料分析報道，世界多晶硅的產量2005年為28750噸，其中半導體級為20250噸，太陽能級為8500噸，半導體級需求量約為19000噸，略有過剩；太陽能級的需求量為15000噸，供不應求，從2006年開始太陽能級和半導體級多晶硅需求的均有缺口，其中太陽能級產能缺口更大。
據日本稀有金屬雜質2005年11月24日報道，世界半導體與太陽能多晶硅需求緊張，主要是由於以歐洲為中心的太陽能市場迅速擴大，預計2006年，2007年多晶硅供應不平衡的局面將為愈演愈烈，多晶硅價格方面半導體級與太陽能級原有的差別將逐步減小甚至消除，2005年世界太陽能電池產量約1gw，如果以1mw用多晶硅12噸計算，共需多晶硅是1.2萬噸，2005－2010年世界太陽能電池平均年增長率在25％，到2010年全世界半導體用於太陽能電池用多晶硅的年總的需求量將超過6.3萬噸。
世界多晶硅主要生產企業有日本的tokuyama、三菱、住友公司、美國的hemlock、asimi、sgs、memc公司，德國的wacker公司等，其年產能絕大部分在1000噸以上，其中tokuyama、hemlock、wacker三個公司生產規模最大，年生產能力均在3000－5000噸。
國際多晶硅主要技術特征有以下兩點：
（1）多種生產工藝路線並存，產業化技術封鎖、壟斷局面不會改變。由於各多晶硅生產工廠所用主輔原料不盡相同，因此生產工藝技術不同；進而對應的多晶硅產品技術經濟指標、產品質量指標、用途、產品檢測方法、過程安全等方面也存在差異，各有技術特點和技術秘密，總的來說，目前國際上多晶硅生產主要的傳統工藝有：改良西門子法、硅烷法和流化床法。其中改良西門子工藝生產的多晶硅的產能約占世界總產能的80％，短期內產業化技術壟斷封鎖的局面不會改變。
（2）新一代低成本多晶硅工藝技術研究空前活躍。除了傳統工藝（電子級和太陽能級兼容）及技術升級外，還湧現出了幾種專門生產太陽能級多晶硅的新工藝技術，主要有：改良西門子法的低價格工藝；冶金法從金屬硅中提取高純度硅；高純度sio2直接制取；熔融析出法（vld：vapertoliquiddeposition）；還原或熱分解工藝；無氯工藝技術，al－si溶體低溫制備太陽能級硅；熔鹽電解法等。
二、國內多晶硅產業概況
我國集成電路的增長，硅片生產和太陽能電池產業的發展，大大帶動多晶硅材料的增長。
太陽能電池用多晶硅按每生產1mw多晶硅太陽能電池需要11－12噸多晶硅計算，我國2004年多晶、單晶太陽能電池產量為48.45mw，多晶硅用量為678噸左右，而實際產能已達70mw左右，多晶硅缺口達250噸以上。到2005年底國內太陽能電池產能達到300mw，實際能形成的產量約為110mw，需要多晶硅1400噸左右，預測到2010年太陽能電池產量達300mw，需要多晶硅保守估計約4200噸，因此太陽能電池的生產將大大帶動多晶硅需求的增加，見表3。
2005年中國太陽能電池用單晶硅企業開工率在20％－30％，半導體用單晶硅企業開工率在80％－90％，都不能滿負荷生產，主要原因是多晶硅供給量不足所造成的。預計多晶硅生產企業擴產後的產量，仍然滿足不了快速增長的需要。
2005年全球太陽能電池用多晶硅供應量約為10448噸，而2005年太陽能用硅材料需求量約為22881噸，如果太陽能電池用多晶硅需求量按占總需求量的65%計，則太陽能電池用多晶硅需求量約為14873噸，這樣全球太陽能電池用多晶硅的市場缺口達4424噸。2005年半導體用多晶硅短缺6000噸，加上太陽能用多晶硅缺口4424噸，合計10424噸，供給嚴重不足，導致全球多晶硅價格上漲。目前多晶硅市場的持續升溫，導致各生產廠商紛紛列出了擴產計劃，根據來自國際光伏組織的統計，至2008年全球多晶硅的產能將達49550噸，至2010年將達58800噸。預計到2010年全球多晶硅需求量將達85000噸，缺口26200噸。從長遠來看，考慮到未來石化能源的短缺和各國對太陽能產業的大力支持，需求將持續增長。根據歐洲光伏工業聯合會的2010年各國光伏產業發展計劃預計，屆時全球光伏產量將達到15gw（1gw=1000mw），設想其中60%使用多晶硅為原材料，如果技術進步每mw消耗10噸多晶硅，保守估計全球至少需要太陽能多晶硅5萬噸以上。