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太阳能级硅:取代电子级硅的最佳选择
作者:Terry Jester    来源:Renewable Energy
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太阳能发电机, 光伏发电设备, 风光互补发电系统, 多晶硅生产设备, ...
太阳能光伏组件制造商们正在寻找一种新的硅原料生产方法,并且不会对硅原料的性能产生任何负面的影响。根据一家制造商所提供的信息,太阳能级的硅原料已经出现并且成为了市场中的领跑者。

在过去的几年里,太阳能光伏(PV)组件的价格已经有了显著的下降。如今,随着全球光伏发电需求量的不断增长,组件制造商的利润率也越来越低,再加上最近的报告表明这种压力不会很快地的得到缓解。NPD Solarbuzz新的研究显示全球的太阳能项目对多晶硅的需求在2014年将上升25%,这将导致行业核心原料价格的上涨。这种趋势给将要承担组件成本提高的组件制造商们带来了很大的压力。

对于那些想要克服这些挑战的制造商们来说,他们正在关注一个几十年来已经缺少有意义创新的供应链:硅原料的生产。

标准的多晶硅生产方法—西门子处理—从上世纪六十年代以来一直基本类似,所生产的电子级硅(EG)是半导体工业的主要原料。在我们的电子燃料的世界里,毋庸置疑西门子处理占到了世界各地所有多晶硅生产的约90%。

然而,虽然电子级硅(EG)是一种半导体行业不可或缺的原料,但是这种产品的纯度提炼水平,远远超出了太阳能行业的需求,导致给组件的制造商带来了不必要的成本增加。

很明显,是时候寻找一种方法能够替代使用电子级处理方法进行硅原料的生产了,但是在寻找能够替代太阳能级硅的原料时也存在着一定的挑战,包括需要在不影响原料性能的前提下降低生产的成本。许多的公司尝试使用创新、成本较低的生产技术来制造太阳能级硅,但是只有很少的公司能够同时实现稳定的产品性能和令人信服的成本结构。

Silicor公司开发出了一种太阳能级硅的生产技术能够为太阳能光伏产业提供低成本、高品质的硅原料,代表了一些市场中一直在寻求的生产创新的上游。使用这种技术所生产的原材料具有纯度的一致性,并且能够得到超过17%的直接转换率。同时生产的成本也降低到了9美元 /公斤,Silicor公司的太阳能级硅能够为组件制造商增加最高可达50%的利润率。

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Silicor公司的制造流程

无论哪种工业应用所使用的硅原料都是通过使用埋弧电炉(SAF)将石英岩进行碳热还原处理进行制造的。由此所得到冶金级的硅(MG-Si)或硅原料。无论Silicor处理或电子处理都是从冶金级硅(MG-Si)开始的,然后再将其加工成能够适用于高效能太阳能光伏电池的硅原料,但是Silicor公司制造太阳能级硅的方法是非常与众不同的。

电子级的处理方法是通过将大量的冶金级硅(MG-Si)棒放置在高温的三氯硅烷气体中。三氯氢硅气体,一种有毒的化学物质会将硅原料棒进行分解和沉积。相比之下,Silicor处理过程通过将冶金级硅(MG-Si)和铝一起进行冶炼制成太阳能级硅,而不需要使用有毒的三氯氢硅气体。冶金级硅(MG-Si)被溶解到熔融的铝中,这一过程所需的温度相比那些融化纯硅的温度大大降低。融化的过程对铝进行了稀释并混入了杂质,混合物中的硅冷却变硬。然后铝再被导出并可以出售作为其他工业用途如汽车行业的母合金。混合物随后被冷却,然后硅沉淀成为洁净的晶体。晶体被进行酸洗,以去除任何表面残留的铝。随后干净的硅晶体再经过一个定向固化处理,以除去任何残留的杂质。最终太阳能级的多晶硅就可以被用于制造太阳能硅锭、硅片和太阳能电池。

将冶金级硅(MG-Si)净化成太阳能级硅的挑战在于如何控制硼和磷等杂质的含量并且在最终材料上达到所需的导电性。留下太多的这种杂质或去除太多,硅原料的质量将可能会达不到一定的标准。制造商必须能够调整冶金的工艺并且对由此可能会对由硅制成的太阳能电池板产生的影响进行评估。前面所提及的太阳能硅生产方法能够保证这一点,因为冶金再提炼的处理将自然含有这两种必不可少的杂质—并且,与西门子处理的方法不同,Silicor处理方法只需要在硅原料中加入少量的“兴奋剂”来优化这些特性。

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Silicor处理方法相比其他的处理方法具有很多的优势,尤其是在能源效能方面。 使用Silicor的制造方法生产每千克硅只需要使用10 到25千瓦时的电力,远低于使用电子级处理方法生产每公斤硅所需的75到125千瓦时电力。所消耗电能的减少主要是由于两个原因。首先,不需要再使用三氯硅烷气体,简化的Silicor处理过程只需要进行两个阶段的变化过程:从固体到液体然后再由液体到固体。通过比较, 电子级的处理方法需要经历四个阶段的变化过程:从固体到液体,液体到气体,气体到液体,液体到固体。第二,通过使用熔融的铝,使得融化冶金级硅(MG-Si)的温度比单独融化冶金级硅(MG-Si)的温度低得多,因此可以降低能源的消耗。

除了提高能源的效能Silicor处理过程也更加安全和更加环保,因为它不需要使用有毒的三氯氢硅气体。

Silicor的制造方法相比于电子级的制造方法使得硅原料的生产在较低的温度下进行并且产生更少的能源消耗。其结果是,如果将Silicor处理方法所生产的太阳能级硅作为电子级硅的一个替代产品或作为共同使用,能够显著地提高太阳能电池和组件制造的经济性,我们已经取得了成功。迄今为止,Silicor材料公司已经生产了超过700万吨的硅原料,并且已经被用于生产了大约2000万块太阳能电池。

未来进一步的发展

随着太阳能产业的不断成熟,新的技术将在推动成本下降和生产效能方面起着至关重要的作用。虽然这些技术需要进一步的发展才能满足行业的最终目标—实现全球的平价电网—Silicor公司的太阳能硅制造技术是一种易于部署的技术,在不久的将来,可以为下游的供应商和其他业者提供一个有意义的发展前景。

作者简介:Terry Jester女士是Silicor材料公司的CEO,她从事太阳能行业30多年。拥有广泛的光伏制造和工程技术经验。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (12/23/2014)
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