硅是地球上僅次于氧的第二多元素，舊稱矽。1823年，瑞典人貝齊里烏斯，用氟化硅或氟硅酸鉀與鉀共熱，得到粉狀單質(zhì)硅。貝齊里烏斯將制得的硅在氧氣中燃燒，生成二氧化硅——硅土，由此硅才被確定為一種元素，并被命名為silicium，元素符號是Si。硅的化學(xué)性質(zhì)比較活潑，高溫下能與氧等多種元素化合，在自然界中主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在，其質(zhì)量約占地表巖石的四分之一。建筑用的磚、瓦、砂石、水泥、玻璃，日常生活中使用的瓷碗、水杯，洗臉間的潔具，看上去雖截然不同，但其主要成分都是硅的化合物。

工業(yè)上，通常是在電爐中由碳還原二氧化硅制得單質(zhì)硅。電子工業(yè)中使用的高純硅則是用氫氣還原三氯氫硅或四氯化硅制得。硅有無定型與結(jié)晶兩種同素異型體，其中，結(jié)晶型的硅呈暗黑藍(lán)色，很脆，是典型的半導(dǎo)體，化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定：在常溫下，除氟化氫以外，很難與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

用途廣泛的硅材料

硅的用途十分廣泛，冶金、電子、軍工、建材、工程機(jī)械、醫(yī)藥、橡膠、化妝品、服裝等眾多行業(yè)都會(huì)用到它。其中，“硅片”已成為信息產(chǎn)業(yè)的核心材料。硅還是制作金屬陶瓷、太空飛船的重要材料。將陶瓷和金屬混合燒結(jié)制成的金屬陶瓷復(fù)合材料，耐高溫，富韌性，可切割，既繼承了金屬和陶瓷各自的優(yōu)點(diǎn)，又彌補(bǔ)了兩者的先天缺陷。人類第一架航天飛機(jī)哥倫比亞號能抵擋住高速穿越稠密大氣時(shí)因磨擦所產(chǎn)生的高溫，全靠它那31000塊硅瓦拼砌成的外殼。在光導(dǎo)纖維通信中，要用純二氧化硅拉制出高透明度的光導(dǎo)玻璃纖維(光纖)。光纖通信容量高，一根頭發(fā)絲那么細(xì)的玻璃纖維，可以同時(shí)傳輸256路電話，它還不受電、磁干擾，不怕竊聽，具有良好的保密性能。光纖通信已使人類生活發(fā)生了革命性巨變。硅還可以制成性能優(yōu)異的有機(jī)硅化合物，習(xí)慣上稱之為有機(jī)硅。像有機(jī)硅塑料是極好的防水材料。在地下鐵道四壁噴涂有機(jī)硅，可以‘勞永逸地解決滲水問題。在古文物、雕塑的外表，涂一層薄薄的有機(jī)硅塑料，可以防止青苔滋生，抵擋風(fēng)吹雨淋。天安門廣場上的人民英雄紀(jì)念碑表面，便經(jīng)過有機(jī)硅塑料處理，因此可以永保潔白。

太陽能與多晶硅的崛起

多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，那么這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。工業(yè)上，生產(chǎn)多晶硅的工藝是工業(yè)硅與氯氣、氫氣反應(yīng)后生成三氯氫硅，再在氫氣中還原沉積而成。多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面。比如，在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，多晶硅遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性能也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至于幾乎沒有導(dǎo)電性，但多晶硅可作拉制單晶硅的原料，而單晶硅是一種重要的半導(dǎo)體材料，可用于制造大功率晶體管、整流器、液晶顯示屏、太陽能電池等。其中，它在太陽能電池方面的應(yīng)用最為人所關(guān)注，被喻為光伏產(chǎn)業(yè)的“基石”。

太陽能利用分為直接利用太陽輻射中的熱能和太陽能發(fā)電技術(shù)(光伏技術(shù))兩部分，兩者中最重要的還是光伏產(chǎn)業(yè)，光伏行業(yè)中又以晶體硅電池為主。多晶硅片在太陽能電池中占成本的70％。太陽能界有得硅者得天下的說法。

太陽能因取之不盡、用之不竭，且無污染，被公認(rèn)為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要清潔能源，而儲(chǔ)存太陽光能，并將其轉(zhuǎn)化為電能的整個(gè)過程，都離不開高純度的多晶硅原材料。然而，每千克120美元的進(jìn)口價(jià)格使得太陽能電池價(jià)格昂貴，讓不少人對這個(gè)高端太陽能產(chǎn)品“望而卻步”。

隨著集成電路制造與太陽能電池等產(chǎn)品對多晶硅需求的增長，我國多晶硅的自主供貨一直存在著嚴(yán)重的缺口。由于多晶硅的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，純度要求高，目前國內(nèi)僅有四家企業(yè)能夠生產(chǎn)。而國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量僅占世界總產(chǎn)量的0.4％，我國每年約有93％以上的多晶硅需要進(jìn)口。近年來多晶硅市場售價(jià)的暴漲，已經(jīng)危及到我國多晶硅下游產(chǎn)業(yè)的正常運(yùn)營，并成為制約我國信息產(chǎn)業(yè)和光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。

需求就是動(dòng)力。在能源短缺，各國都十分注重對太陽能利用的大背景下，多晶硅產(chǎn)業(yè)具有廣闊的市場前景。制造太陽能電池須采用純度99.9999％以上的多晶硅材料，通常以“N”表示小數(shù)點(diǎn)之后的“9”。N越大，純度越高。我國科研人員經(jīng)過多年攻關(guān)，已經(jīng)試生產(chǎn)出99.999999％(6N)高純度的多晶硅。在不久的將來，這些價(jià)廉物美的“小太陽”，有望給千家萬戶的屋頂帶來新動(dòng)力。在上海，有一個(gè)太陽能試點(diǎn)小區(qū)，那里已統(tǒng)一安裝了新型太陽能熱水器，用上了太陽能路燈、草坪燈和門牌照明等太陽能光電技術(shù)。

急速升溫的資源——硅礦

硅產(chǎn)業(yè)最上游原材料為硅礦(硅砂)，是以二氧化硅(石英)為主(次)要成分的礦物資源，其主要類型有：脈石英、石英砂、石英砂巖、石英巖(硅石)、石英質(zhì)礫石及硅藻土等。硅礦資源主要分布在寧夏石嘴山、湖北宜昌、廣西大化、四川峨眉等地。我國硅礦資源十分豐富，勘探表明，僅寧夏石嘴山市的遠(yuǎn)景資源儲(chǔ)量就達(dá)42.8億千克，現(xiàn)年產(chǎn)硅石260萬千克。廣西大化瑤族自治縣境內(nèi)的地下硅礦儲(chǔ)量有2億千克以上。在這些硅礦中，二氧化硅含量達(dá)99.5％以上，最高可達(dá)到99.8％。大多數(shù)礦體類型簡單，礦脈大，容易開發(fā)，價(jià)值高。

目前市場上二氧化硅含量高于99.98％的高純石英砂價(jià)格為4600元／千克，二氧化硅含量高于99.99％的高純石英砂價(jià)格為8000元／千克；二氧化硅含量高于99．998％的高純硅微粉價(jià)格為12000元／千克，二氧化硅含量大于99.9995％的高純硅微粉價(jià)格高達(dá)18000元／千克。

高純石英砂、高純硅微粉價(jià)格雖然較高，但其最佳原材料水晶礦價(jià)格也非常昂貴，而且原料比較少。因此，利用質(zhì)量較好的硅礦開發(fā)高純石英砂、高純硅微粉，將成為我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。

作為高科技產(chǎn)業(yè)，利用硅礦開發(fā)多晶硅，產(chǎn)業(yè)耗能大，電力需求高，生產(chǎn)中電價(jià)成本占生產(chǎn)總成本的40％。在國家限制高耗能產(chǎn)業(yè)的大背景下，電價(jià)已成為我國大多數(shù)硅礦企業(yè)亟待突破的瓶頸之一。因此，偏遠(yuǎn)地區(qū)更適合投產(chǎn)這類項(xiàng)目。

多晶硅產(chǎn)業(yè)盡管耗能大，但由于其產(chǎn)出能耗比也較高，每千瓦時(shí)產(chǎn)值可達(dá)到4元人民幣。如果政府制定了相應(yīng)的電價(jià)優(yōu)惠政策，必然將推動(dòng)多晶硅產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。

從硅礦到工業(yè)硅、多晶硅、單晶硅、有機(jī)硅及其應(yīng)用產(chǎn)品，具有很長的產(chǎn)業(yè)鏈，涉及的領(lǐng)域極為廣泛，而且利潤豐厚，正在成為我國新興產(chǎn)業(yè)的熱門領(lǐng)域。

[責(zé)任編輯]趙 菲