多晶硅的后起之秀有大全、通威、特变电工、亚洲硅业、黄河水电,等等。不少公司没有历史高成本研究探索、设备昂贵和东部高电价包袱,在西部轻装上阵,成本控制良好,又得资本市场支持,规模迅速拓展,产能排名赛暗流涌动,少数已呈后来居上态势。
间断生产高能耗
西门子法的缺点也很明显,一是高能耗。它是个间断的批生产过程。还原炉内和硅芯要加热到一千多度高温以促成化学反应和硅的沉积,炉壁要控温避免硅沉积到钟罩上。生产过程要耗电升温,硅芯要通电加热,炉体要冷却控温,这些都很耗电。一炉硅棒长成后,断电断气降温出炉,所有热量能量又都耗散了。另外,三氯氢硅分解还原成硅单质,单次化学反应还原比例不高,有好几个伴随副反应会生成各种化学气体。这些气体需分离干燥回收循环利用。一次转换比例低和气体回收,也是高耗能原因。西门子法多晶硅每公斤耗电大约60度,先进水平也能低到50度,这样每吨西门子多晶硅耗电5、6万度。比较而言,以高耗能闻名的电解铝,每吨耗电国家指导标准1.25万度,电炉炼钢每吨耗电一两千度。
需破碎,很麻烦
西门子棒状硅第二个缺点,是需要破碎才能在后续单晶拉制或多晶铸造晶体的过程中使用。破碎过程相当麻烦费事,会混入金属非金属、灰尘纤维等杂质,影响晶体质量。破碎成本每公斤1-3元人民币,在国外要1美元。国内便宜,是因破碎方式人工原始,带入杂质的可能性更大。
(图片来源:图一协鑫新疆多晶硅厂,其它网络图片。最后一图,是多晶硅碳化钨破碎手锤,某宝卖好几百块钱一只,不知是不是世上最贵的手锤。西门子多晶硅产业还停留在石器时代(用硅块砸硅块)和铁器时代(手锤破碎))。
四、流化床颗粒硅——下一代硅料,颗粒状多晶硅
针对西门子法生产间断、能耗高、硅料需多次破碎、块状料不方便自动装填等缺点,科研和工业部门几乎在西门子法诞生的60年代,就同时开始了流化床法的探索。流化床,把细小的硅颗粒种子铺在有气孔的床层上,从下面通入气态硅化合物(硅烷或三氯氢硅)和其它反应气,气流把硅种吹到飘浮半漂浮的流化状态,加热和受到催化的硅化合物气体分解或与其它气体反应,生成的硅单质沉积在浮动的硅种上,慢慢长成较大的硅粒,几毫米到厘米级别都有,大点的颗粒掉入搜集斗,再由出料管送出流化床反应器。这有点像冰雹,在上升的潮热空气中翻滚升腾吸收水汽长大,到气流托不住的时候掉落下来。只是流化床硅颗粒,肯