中国粉体网讯  目前，光伏发电的上游原材料主要是改良西门子法制备多晶硅，FBR法颗粒硅问世后，有业内专家判断，颗粒硅有望引来多晶硅制造的一场颠覆性的技术革命。那么FBR法颗粒硅究竟是一个什么样的工艺和产品？它与传统多晶硅有什么不同？它又为何能异军突起？

颗粒硅

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多晶硅制备有很多方法，其中最主要的为改良西门子法和硅烷硫化床法（FBR法）。以下是多晶硅制备工艺，供参考：

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要想了解硅烷硫化床法，必须要先看看其对手改良西门子法的优势与劣势。

1.改良西门子法——目前的主流工艺

1955年，西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷（SiHCl₃）在硅芯发热体上沉积的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl₄氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl₃氢还原法。

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（1）改良西门子法优点：

改良西门子法工艺成熟稳定，过程简单可控，设备标化，容易复制和扩大。生产的硅料质量好致密度高，一直是全球多晶硅料生产的主要方法，市场占比超过80%。

改良西门子法也特别适合重工业基础好、电力人工成本低、融资扩产也比较便利的中国，尤其是在电价便宜的西部。

（2）改良西门子法现存缺点：

①间断生产高能耗  

改良西门子法的缺点很明显，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，所有热量能量又都会耗散。

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，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。改良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。

②需破碎  

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。

柱状多晶硅

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2. 硅烷硫化床法——颗粒硅异军突起

颗粒硅流化床法生产工艺是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。（流化床反应器结构图如下）

（1）颗粒硅的竞争优势

①生产成本低

根据保利协鑫数据，颗粒硅生产成本有望较棒状硅低30%，其中资本性支出中的新建工厂投资费用，FBR法较改良西门子法低30%，占地面积低60%；运营成本中的人员需求低65%，综合电耗低70%，水消耗低30%，氢消耗低40%。颗粒硅生产过程中碳排放量更少，每万吨颗粒硅可减少二氧化碳排放166万吨。

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另外使用颗粒硅可降低下游客户的单晶生产成本。根据保利协鑫数据，应用颗粒硅单晶成本是应用棒状硅单晶硅成本的81%，在自动化/增加复投量/免破碎环节/减少复投异常/节省复投器/复投增量/初装增量上可分别节省3%/1%/9%/1%/1%/3%/1%的成本。

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②无需破碎，生产过程自动化

颗粒硅无需破碎环节，更利于生产过程自动化，可通过饮水机模式减少包装与人工环节，实现加料自动化（FBR工厂—罐车运输—除尘储存—AGV装运—装料）；同时可通过侧加料模式，减少等待时间3.6h，提升效率。

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（1）颗粒硅尚存问题

目前颗粒硅在使用过程中尚存问题，需要进一步的工艺改进。首先，颗粒硅表面积大于棒状硅，更容易吸附产生表面污染；同时，颗粒硅在运输过程中，容易相互摩擦形成硅粉，不利于后续投入生产；另外，颗粒硅表面存在氢键，熔化时产生氢气易引起跳料。存在的问题尚需进一步工艺改善以解决，目前针对表面积大易吸附和硅粉较多的问题已有解决方案，而加料跳料的问题在小试设备上已得到解决，目前中试正在进行。

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总的来说，流化床颗粒硅生产技术在过去十年是有进步的，但目前尚不足以颠覆改良西门子法的主流地位，一是因为产品性能稳定性和成熟度尚有待观察，二是当前产能还比较少。

参考来源：中国科技网、雪球网、方正证券、保利协鑫、未来智库等

（中国粉体网编辑整理/初心）

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