太陽能級多晶硅制程技術(shù)探討

　　太陽能級多晶硅技術(shù)分為化學法與物理法兩大類。化學法的多晶硅制程泛指硅在純化過程中，需要轉(zhuǎn)換成硅化合物的中間產(chǎn)物，再利用裂解或氧化還原反應(yīng)，將硅化合物轉(zhuǎn)成高純度的多晶硅原料。

　　物理法制程又稱為冶金法，是將冶金級硅在不改變硅的本質(zhì)狀況下，將雜質(zhì)利用物理或化學法移除，雖然還是有化學反應(yīng)參與，但其反應(yīng)對象是針對硼、磷等雜質(zhì)，硅并未改變其化性，以物理法純化的純度有其極限，由于成本低廉，被視為是取代高純度多晶硅的明日之星。

　　化學法制程可產(chǎn)出純度較高的多晶硅，但由于中間牽涉到許多副產(chǎn)品的控制與處理，技術(shù)難度較高，依照不同技術(shù)來源，成本各異，一般來說成本比物理法制程高。大部分化學法都需利用冶金級硅(metallurgical grade silicon;MG)來當作硅化合物的原料，少數(shù)是直接利用二氧化硅來制備硅化合物。

　　化學法中，西門子法(Siemens process)廣為早期生產(chǎn)半導體級多晶硅的業(yè)者所采用，此法技術(shù)成熟但成本較高。除西門子法外，尚有ASiMi法、流體床反應(yīng)法與管狀沉積法等。

　　ASiMi法是Advanced Silicon Material (ASiMi)公司所研發(fā)，系利用硅甲烷(silane/ SiH4)為原料的高純度多晶硅制程技術(shù)。2005年ASiMi宣布退出多晶硅市場，大部分股權(quán)由挪威REC (Renewable Energy Corp)收購，因此此項技術(shù)目前仍由REC在進行生產(chǎn)。

　　流體床反應(yīng)法與ASiMi法同樣以硅甲烷為原料，這種方法的反應(yīng)溫度較低，可減少近30%的耗電量，且因硅晶種反應(yīng)面積較大，反應(yīng)爐內(nèi)氣流速度快，可解決ASiMi法沉積速度慢的問題。流體床反應(yīng)可為連續(xù)式的生產(chǎn)，也是流體床反應(yīng)爐優(yōu)于鐘罩形西門子反應(yīng)爐的原因。

　　管狀沉積法是Joint Solar Silicon GmbH (JSSI)使用的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)，所使用的原料與原理和流體床反應(yīng)法相同，皆為硅甲烷與氫氣加熱分解后產(chǎn)生的多晶硅。JSSI宣稱此法所消耗的電量為傳統(tǒng)西門子法的10分之1，轉(zhuǎn)換率可達95~98%，目前已有量產(chǎn)紀錄。

　　物理法制程的冶金法太陽能多晶硅，于2008年開始被少量產(chǎn)出。冶金法純化太陽能級硅的技術(shù)同時還需要雜質(zhì)較低的冶金級硅為原料，然后經(jīng)過幾道程序才能完成。

　　另外，亦有業(yè)者投入其它制程的量產(chǎn)技術(shù)，仍在研發(fā)階段，例如鈉還原法與熱碳還原法的純化技術(shù)不需經(jīng)過冶金級硅的途徑，其原料如氟硅酸鈉為肥料的副產(chǎn)品，而硅酸鈉可直接從二氧化硅的化學反應(yīng)途徑而得。

　　整體而言，目前成功量產(chǎn)的技術(shù)還是以西門子法、流體床反應(yīng)法、管狀沈積法與ASiMi法為主，冶金法太陽能級多晶硅在2008年已經(jīng)有少量量產(chǎn)，但由于質(zhì)量仍然不穩(wěn)定，整個技術(shù)還是有改進空間，但也正式被列為太陽能料源的選項之一。其它方法在近年則都有廠商宣稱要投入相關(guān)技術(shù)的量產(chǎn)工作，在還沒有質(zhì)量穩(wěn)定的量產(chǎn)紀錄前，要投入相關(guān)技術(shù)投資或大規(guī)模使用產(chǎn)品都需要嚴格評估。