楊素心|文

隨著近幾年光伏行業(yè)經(jīng)歷跌宕起伏的發(fā)展，原材料太陽能級多晶硅經(jīng)歷了從突飛猛進(jìn)的發(fā)展到產(chǎn)業(yè)資源的從新整合。自2013年年底光伏市場轉(zhuǎn)暖，多晶硅生產(chǎn)廠家紛紛復(fù)產(chǎn)甚至擴(kuò)產(chǎn)，而作為產(chǎn)品生產(chǎn)貿(mào)易的基礎(chǔ)依據(jù)——多晶硅標(biāo)準(zhǔn)該如何配合產(chǎn)業(yè)政策充分發(fā)揮引導(dǎo)和規(guī)范的作用，是整個(gè)行業(yè)需要考慮的問題。

多晶硅的需求主要來自信息產(chǎn)業(yè)和太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，按純度要求及用途不同，我國將多晶硅分為電子級和太陽能級。從2005年至2008年，受全球光伏市場升溫利好，國內(nèi)太陽能級多晶硅連續(xù)4年保持100%以上的增速，太陽能電池也成為多晶硅的主要用途。經(jīng)過2012年至2013年光伏行業(yè)低谷期的大浪淘沙，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)歷了嚴(yán)酷的市場洗禮，多家企業(yè)重組甚至破產(chǎn)。截至2015年7月工信部公告符合《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》企業(yè)名單（包括擬公告的第四批企業(yè)）中多晶硅生產(chǎn)廠家僅18家。

2013年至2015年，國務(wù)院、各部委及各省市地方政府接連出臺多項(xiàng)光伏產(chǎn)業(yè)政策，如《國務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》（國發(fā)[2013]24號）、國家能源局、國家認(rèn)監(jiān)委和工信部《關(guān)于促進(jìn)先進(jìn)光伏技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)升級的意見》（國能新能[2015]194號）等。在全球及國內(nèi)市場快速發(fā)展的拉動下，光伏產(chǎn)業(yè)回暖態(tài)勢明顯。2014年，我國多晶硅、硅片、電池片與組件產(chǎn)量分別達(dá)到13.2萬噸、38GW、33GW與35GW，均保持25%以上的增長率，光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模居全球首位。然而，光伏產(chǎn)品“兩頭在外”的形勢依然嚴(yán)峻，2014年硅片、電池片、組件、逆變器出口額達(dá)到156億美元，而多晶硅進(jìn)口額超過20億美元，進(jìn)口量達(dá)10.2萬噸，同比增長26.7%，創(chuàng)下歷史進(jìn)口最高紀(jì)錄。作為光伏行業(yè)的重要基礎(chǔ)原材料，我國多晶硅的標(biāo)準(zhǔn)情況如何，又該如何配合產(chǎn)業(yè)政策充分發(fā)揮引導(dǎo)和規(guī)范作用，需要大家共同的努力。

表1 基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

表2 原材料標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)概況

目前我國多晶硅的生產(chǎn)方法主要有三種，即改良西門子法、硅烷法和冶金法。近年來業(yè)內(nèi)對硅烷流化床法關(guān)注較多，將降低多晶硅成本的期望寄托于此，未來其所占市場份額有望增加，但以改良西門子法為主的格局在一段時(shí)間內(nèi)不會有大的變化。在我國采用硅烷流化床法生產(chǎn)的目前只有江蘇中能自主研發(fā)的項(xiàng)目和陜西天宏與REC合作建廠的項(xiàng)目。

多晶硅相關(guān)的國行標(biāo)共48項(xiàng)，分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、方法標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)有5項(xiàng)，包括術(shù)語、牌號、圖譜等，具體的項(xiàng)目及其主要內(nèi)容見表1。

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)共9項(xiàng)，包括多晶硅標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，分別為GB/T12963-2014《電子級多晶硅》、GB/T25074-2010《太陽能級多晶硅》和20141877-T-469《流化床法顆粒硅》，本文將主要介紹這三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的最新動態(tài)；生產(chǎn)過程中使用的原材料對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)有6項(xiàng)，具體見表2。

改良西門子法生產(chǎn)多晶硅主要包括三氯氫硅合成和還原反應(yīng)兩個(gè)過程，其中還原反應(yīng)是改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝中能耗最高和最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，該工藝的改良是多晶硅生產(chǎn)成本下降的重要驅(qū)動力。主要的化學(xué)反應(yīng)為：

H2（氫氣）+Cl2（氯氣）→2HCl（氯化氫）；

Si（ 硅 粉 ）+3HCl（ 氯 化 氫 ）→SiHCl3(三氯氫硅)+H2（氫氣）；

SiHCl3(三氯氫硅)+H2（氫氣）→Si（多晶硅）+HCl（氯化氫）。

原材料對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)基本完善，氫氣、氯氣、硅粉、三氯氫硅、硅芯等都有標(biāo)準(zhǔn)可依，多晶硅生產(chǎn)企業(yè)對產(chǎn)品的具體要求列于表2中。氯化氫是合成三氯氫硅過程中的中間產(chǎn)品，目前沒有適用標(biāo)準(zhǔn)。GB/T14602-2014《電子工業(yè)用氣體氯化氫》主要用于微電子工業(yè)中的氣相拋光、外延和刻蝕工藝，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的兩個(gè)等級氯化氫純度為大于等于99.999%和99.9995%(體積分?jǐn)?shù))，不適用于多晶硅生產(chǎn)中的氯化氫。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，改良西門子法生產(chǎn)多晶硅已實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的四氯化硅等副產(chǎn)物得到充分利用，每生產(chǎn)1噸多晶硅將產(chǎn)生約10噸～20噸副產(chǎn)物四氯化硅，現(xiàn)行的多晶硅廠家使用的三氯氫硅也多采用四氯化硅冷氫化獲得，主要化學(xué)反應(yīng)式為Si(硅粉)+2H2（氫氣）+3SiCl4（四氯化硅）→SiHCl3（三氯氫硅），而四氯化硅的標(biāo)準(zhǔn)已由洛陽中硅申報(bào)立項(xiàng)制定。

管理標(biāo)準(zhǔn)目前有兩項(xiàng)，分別為GB 29447-2012《多晶硅企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗限額》和20111476-Q-469《改良西門子法多晶硅生產(chǎn)企業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施指南》，其中GB29447-2012已立項(xiàng)正在修訂，后續(xù)將陸續(xù)制定《取水定額多晶硅生產(chǎn)》、《節(jié)水型企業(yè)多晶硅行業(yè)》等。

《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》（2015版）中要求光伏制造項(xiàng)目能耗應(yīng)滿足：現(xiàn)有多晶硅項(xiàng)目還原電耗小于65千瓦時(shí)/千克，綜合電耗小于120千瓦時(shí)/千克；新建和改擴(kuò)建項(xiàng)目還原電耗小于55千瓦時(shí)/千克，綜合電耗小于100千瓦時(shí)/千克。GB29447-2012已與上述要求不符，這與近幾年光伏行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)調(diào)整有著直接關(guān)系。在針對該標(biāo)準(zhǔn)的討論會上，洛陽中硅、江蘇中能、新特能源、神舟硅業(yè)、黃河水電等多晶硅生產(chǎn)廠家達(dá)成一致意見，建議簡化2012年版本中多晶硅產(chǎn)品能源消耗按照14個(gè)工序詳細(xì)分列的結(jié)構(gòu)，只列出重點(diǎn)工序能耗和產(chǎn)品總能耗，并明確單位多晶硅產(chǎn)品的硅、氯、氫、氮、水等消耗數(shù)值等，力求使該標(biāo)準(zhǔn)起到引導(dǎo)行業(yè)發(fā)展、淘汰落后產(chǎn)能的作用。

多晶硅相關(guān)的方法標(biāo)準(zhǔn)比較完善，共有32項(xiàng)，包括了導(dǎo)電類型、電阻率、少數(shù)載流子壽命、氧濃度、碳濃度、施主雜質(zhì)濃度、受主雜質(zhì)濃度、表面金屬雜質(zhì)、基體金屬雜質(zhì)等項(xiàng)目的檢測，基本涵蓋了產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中要求的性能指標(biāo)，之后的工作中還將陸續(xù)制定多晶硅中氯離子含量、顆粒硅中氫含量、氯硅烷組分的測試等方法標(biāo)準(zhǔn)。需要注意的是，隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步以及對多晶硅產(chǎn)品要求的提高，其雜質(zhì)含量檢測限的要求也在不斷提高，目前的標(biāo)準(zhǔn)體系是根據(jù)采用的檢測方法不同，而制定了不同的標(biāo)準(zhǔn)，便于使用者根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。如多晶硅基體金屬雜質(zhì)測定可選用GB/T 31854-2015（太陽能級多晶硅-電感耦合等離子體質(zhì)譜法）、20141873-T-469（電子級多晶硅-電感耦合等離子體質(zhì)譜法）、20120276-T-469（中子活化分析）。

電子級多晶硅標(biāo)準(zhǔn)

電子級多晶硅主要用于半導(dǎo)體工業(yè)，其對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T12963《電子級多晶硅》最早發(fā)布于1991年，歷經(jīng)1996年、2009年、2014年三次修訂，表3中列出了GB/T12963-2014規(guī)定的電子級多晶硅的主要技術(shù)要求。2014版本的修訂主要根據(jù)需方需求確定的，相比于2009版，GB/T12963-2014中增加了施主雜質(zhì)濃度、受主雜質(zhì)濃度、氧濃度及基體、表面金屬雜質(zhì)總含量的要求，并將電阻率要求改為由供需雙方協(xié)商，加嚴(yán)了對少數(shù)載流子壽命、碳濃度的要求，其中施主雜質(zhì)濃度、受主雜質(zhì)濃度與電阻率的關(guān)系可通過GB/T13389進(jìn)行換算。

目前電子級多晶硅的生產(chǎn)主要集中在美國、德國和日本，2014年的全球產(chǎn)量約為2.6萬噸，僅占多晶硅總產(chǎn)量的9%左右。對應(yīng)的國外標(biāo)準(zhǔn)為SEMI M16-1110 Specification for polycrystalline silicon，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了塊狀、粒狀及棒狀多晶硅的要求，主要技術(shù)項(xiàng)目為施主、受主雜質(zhì)濃度、碳濃度、表面金屬雜質(zhì)含量及尺寸等，但具體的指標(biāo)要求由使用方確定。

太陽能級多晶硅標(biāo)準(zhǔn)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，太陽能級多晶硅的產(chǎn)量迅速上升并大幅超過了電子級多晶硅。經(jīng)過市場洗禮后，加快了優(yōu)勝劣汰，產(chǎn)能高度集中。在《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件》（2015年）中規(guī)定“現(xiàn)有光伏制造企業(yè)，多晶硅滿足《太陽能級多晶硅》（GB/T25074）1級品的要求”，“新建和改擴(kuò)建企業(yè)，多晶硅滿足《硅多晶》（GB/T12963）2級品以上要求”。GB/T 12963-2014中的技術(shù)要求較2009版明顯提高，這也無形中提高了新企業(yè)進(jìn)入多晶硅行業(yè)的門檻。

由于采用不同的方法（改良西門子法、硅烷法、冶金法等）生產(chǎn)的多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量、技術(shù)要求及檢驗(yàn)方法多有不同，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)體系中列有GB/T25074-2010《太陽能級多晶硅》、20141877-T-469《流化床法顆粒硅》以及待制定的《冶金法太陽能級多晶硅》三項(xiàng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。國外標(biāo)準(zhǔn)SEMI PV17-1012 Specification for virgin silicon feedstock materials for photovoltaic applications適用于改良西門子法、硅烷法及冶金法等生產(chǎn)的太陽能級多晶硅。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了訂貨單的格式，由需方填寫對生產(chǎn)方法、各項(xiàng)目及其檢驗(yàn)方法的具體要求，并根據(jù)施主、受主雜質(zhì)濃度、氧濃度、碳濃度及表面、基體金屬雜質(zhì)含量將其寬泛的分為四個(gè)等級，比如受主雜質(zhì)濃度的四個(gè)等級為≤1ppba、≤20ppba、≤300ppba、≤1000ppba。這樣雖然可以涵蓋不同方法生產(chǎn)的太陽能電池用多晶硅，但使用單位需在四個(gè)寬泛等級范圍內(nèi)逐一明確各項(xiàng)目的具體要求，對多晶硅生產(chǎn)和使用企業(yè)的指導(dǎo)意義不大。

表3 GB/T12963《電子級多晶硅》技術(shù)要求

GB/T25074-2010目前正在修訂，經(jīng)2015年6月來自洛陽中硅、江蘇中能、新特能源、西安隆基、蘇州協(xié)鑫等18家光伏上下游企業(yè)的專家討論后，修改標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為“以氯硅烷、硅烷為原料生長的棒狀或經(jīng)破碎形成的塊狀多晶硅，產(chǎn)品主要用于生產(chǎn)太陽能電池”。這樣修改后，明確了GB/T25074主要適用的是改良西門子法和硅烷法中的以化學(xué)氣相沉積爐為反應(yīng)器生產(chǎn)的棒狀太陽能級多晶硅。此次主要對GB/T25074-2010原有的技術(shù)要求電阻率、施主、受主雜質(zhì)濃度、氧濃度、碳濃度、少數(shù)載流子壽命及基體金屬雜質(zhì)進(jìn)行修訂，并增加表面金屬雜質(zhì)的要求，明確基體金屬雜質(zhì)的測試方法等。由于多晶硅對后續(xù)太陽能級鑄錠、硅單晶的具體影響并不十分明確，下游企業(yè)多根據(jù)綜合成本選擇多晶硅原料。本次修訂將在充分調(diào)研多晶硅生產(chǎn)、使用廠家及國外多晶硅水平的基礎(chǔ)上，考慮重新劃分產(chǎn)品等級、修訂技術(shù)指標(biāo)。

20141877-T-469《流化床法顆粒硅》為新制定標(biāo)準(zhǔn)，由江蘇中能負(fù)責(zé)起草，標(biāo)準(zhǔn)適用于“以氯硅烷或硅烷為原料，流化床法生產(chǎn)的顆粒狀多晶硅”。顆粒硅與棒狀多晶硅在后續(xù)的鑄錠或拉晶過程中配合使用，可提高裝料量，有效降低成本。標(biāo)準(zhǔn)中將顆粒硅分為電子級和太陽能1級、2級、3級。其中的電子級要求參照美國MEMC產(chǎn)品水平，太陽能級為結(jié)合目前國內(nèi)生產(chǎn)能力、國際上REC、MEMC水平以及下游鑄錠、拉晶企業(yè)的需求而制定，最終如何確定還需廣泛調(diào)研、征求意見，并與修訂后的電子級多晶硅和太陽能級多晶硅標(biāo)準(zhǔn)保持一致。氫濃度是流化床法顆粒硅的特有要求，這是由于生產(chǎn)工藝的特殊性導(dǎo)致顆粒硅中氫濃度較高，而目前顆粒硅主要作為鑄錠或拉晶中的補(bǔ)充填料，如果氫濃度過高也會帶來安全隱患。

冶金法制備太陽能級多晶硅，是以冶金級硅為原料，經(jīng)過冶金提純制得純度達(dá)到99.9999%以上用于生產(chǎn)太陽能電池的多晶硅原料。冶金法太陽能級多晶硅的純度明顯低于改良西門子法和硅烷流化床法生產(chǎn)的多晶硅，國內(nèi)能夠量產(chǎn)的主要為中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司，其承擔(dān)的“冶金法制備太陽能級多晶硅的關(guān)鍵技術(shù)研究及工業(yè)示范”曾獲得國家“十二五”科技支撐項(xiàng)目立項(xiàng)，但該產(chǎn)品目前主要為其集團(tuán)內(nèi)部使用?！兑苯鸱ㄌ柲芗壎嗑Ч琛废惹耙焉陥?bào)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但能否立項(xiàng)并得到市場認(rèn)可，還取決于產(chǎn)品質(zhì)量、成本等方面的實(shí)踐檢驗(yàn)。

結(jié)束語

太陽能發(fā)電作為安全、清潔、可持續(xù)發(fā)展的能源之一，在應(yīng)對霧霾加重、能源危機(jī)的形勢下具有明顯的優(yōu)勢。多晶硅是人類利用太陽能技術(shù)的基礎(chǔ)材料，節(jié)能低耗、安全環(huán)保、優(yōu)質(zhì)價(jià)廉是后續(xù)長時(shí)間內(nèi)發(fā)展的方向。2015年在光伏產(chǎn)業(yè)仍存在產(chǎn)能過剩、歐美貿(mào)易保護(hù)主義繼續(xù)發(fā)力的背景下，技術(shù)的進(jìn)步、成本的降低、政策層面的支持是多晶硅行業(yè)能夠有序發(fā)展的重要前提。今后的標(biāo)準(zhǔn)制修訂將進(jìn)一步加強(qiáng)與產(chǎn)業(yè)政策的配合，通過提高多晶硅市場準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級，加快無競爭力產(chǎn)能的退出，擴(kuò)大先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)的市場份額，進(jìn)一步提升產(chǎn)業(yè)集中度。中