精益求“晶”——记中国专利银奖获奖项目“一种用于多晶硅生产提高还原沉积反应效率的方法”

　　我国光伏产业的迅猛发展带动上游多晶硅产能快速增长。作为多晶硅主流生产工艺，改良西门子法采用高纯氯硅烷在还原炉内进行气相沉积反应，是一个多变量的复杂生产过程，反应沉积效率、生产运行成本等受多种因素影响。中国化学华陆工程科技有限责任公司(简称华陆公司)开发的“一种用于多晶硅生产提高还原沉积反应效率的方法”，通过巧妙地设计原材料为独立进料方式，显著提高还原沉积反应效率，大幅降低能耗和工程投资。这一成果，也因此于近日荣获第24届中国专利银奖。

　　改良西门子法采用高纯氯硅烷在还原炉内进行气相沉积反应生产高纯多晶硅，即在1050℃~1080℃的硅芯表面氯硅烷被还原为硅并不断沉积生长在硅芯表面形成多晶硅棒。多晶硅还原装置作为多晶硅最终产品的生产车间，同时也是多晶硅生产过程中的主要耗能单元，其重要性不言而喻。该装置的高效运行对产品质量、能源消耗均起到决定性作用。

　　多晶硅还原装置气相沉积反应为多变量复杂生产过程，受多种因素影响，包括还原炉结构、炉内操作温度、压力、进料摩尔比、进料生长曲线、进出气喷嘴、冷却水温度、加载电流、硅棒布置方式等。

　　华陆公司材料能源事业部副总经理柯曾鹏告诉记者，该公司多晶硅技术团队经过攻关探索，基于机理突破、模拟验证、创新实践，首次提出采用独立的汽化器和过热器，将三氯氢硅和二氯二氢硅液体分别进行汽化和过热，三氯氢硅气体、二氯二氢硅气体及高纯氢气通过各自独立的流量控制单元，以合适的时间、配比和流量进入还原炉进行反应。以此在反应初期控制较大比例的二氯二氢硅进入还原炉，使得硅芯在初期快速增长，提高系统沉积效率。为了避免还原炉出现“雾化”等不利现象发生，在多晶硅沉积反应后期停止二氯二氢硅进料，从而在提高多晶硅产品质量、生产效率的同时，避免无定型硅粉的产生以及造成系统堵塞。

　　“该专利技术的实施，使多晶硅生产企业提高反应沉积效率，缩短反应周期，提升三氯氢硅有效转化率，降低生产系统循环量，装置的生产运行成本和投资也显著降低。”柯曾鹏表示。

　　记者了解到，华陆公司坚持技术创新，已形成了3000吨级、6000吨级、1万吨级、1.5万吨级、3万吨级、5万吨级、10万吨级等一系列完整的多晶硅技术工艺包，实现多晶硅产品由千吨级到10万吨级的跨越。目前，华陆公司设计的多晶硅项目产能占全国总产能的90%以上。近3年国内新增的300万吨多晶硅产能项目，大多是由华陆公司采用专有专利技术完成的工程设计。同时，该公司形成了多晶硅系列技术群，获得专有专利成果14项，其中发明专利4项，除上述获奖专利外，还包括“制备三氯氢硅和多晶硅的改进方法和装置”“一种三氯氢硅合成尾气回收方法”“一种用于三氯氢硅生产的除尘工艺及系统”发明专利。