太阳能硅材料物理法提纯及单晶生长

1、太阳能硅材料物理法提纯及单晶生长行性报告1太阳能硅材料物理法提纯及单晶生长可行性报告一、立项的背景和意义太阳能发电属于清洁可再生能源，无论从能源角度，还是从环境角度，都是未 来发展的重点，太阳能并网发电的推广应用，无疑会带来良好的环境效益。作为绿 色能源中最重要的组成部分之一， 太阳能的利用在我国有了很大的发展， 有乐观的 估计，中国很可能在太阳能光伏产业的产量方面进入世界的前三位。 然而，随着全 球太阳能电池产量的快速增长， 用于制造太阳能电池板的多晶硅原料的产量显得越 来越不足。 这导致太阳能光伏产业链中的利润格局的改变， 上游硅原料的生产变为 利润最大的一部分。在中国上游多晶硅原料严重短

2、缺。除了一小部分太阳能级的多晶硅能自主供应 外，绝大多数用于太阳能光伏产业的硅原料来自国外进口。 这种情况严重制约了中 国太阳能光伏产业的发展。一方面，行业的发展受制于国外的主要多晶硅供应商， 使国内的多晶硅价格居高不下； 另一方面，国内的下游产业为了争夺有限的硅原料， 使得利润不断走低，直接影响到产业的良性发展和我国发展绿色可再生能源的战 略。这些情况的根本原因在于，我国目前对高纯多晶硅的制造技术没有完全成熟。 同时，如果采用目前国际上流行的改进西门子法进行硅提纯的话， 必然会面临投资 大、周期长和技术难度高的问题。因此，如果能够找到一种替代的硅提纯的方法， 而这种方法可以避免庞大的资金投入

3、和长周期的建设， 同时还能避免西方国家的技 术垄断，就能够突破我国太阳能光伏产业发展的瓶颈。 太阳能硅材料物理法提纯是采用冶金级多晶硅来提取太阳能级多晶硅的方法， 它具有原料来源广泛，提纯过程安全，设备投资小的特点， 还能在环保和节能上比 传统的西门子法更胜一筹， 是各国研发机构一直努力的目标。 无论是哪一个国家或 地区的研发机构， 一旦在物理法提纯的技术上有所突破， 必将在生产成本的控制上 大大低于国际平均水平，形成新的硅原料垄断。二、国内外研究现状及发展趋势在国内，虽然太阳能电池产业的发展极快，但技术进步，特别是在太阳能级多 晶硅原料生产相关的技术进步却比较缓慢。 在引进或国内改进的太阳能

4、电池生产已 经超过 1500MW 的情况下，生产晶体硅太阳能电池的原材料高纯度多晶硅在 我国却极度短缺 , 绝大部分需要依赖进口，其原因是我国目前还没有生产多晶硅的 成熟技术。目前多晶硅的价格处于高位， 存在着更进一步涨价的可能。如何向市场 提供低成本太阳能级晶体硅成为各大厂商的战略目标， 更关系到整个产业发展的速 度与空间。硅元素是地球表面含量极丰富的元素，只是它以硅砂（二氧化硅）的状态存于 地表，从硅砂中将硅还原出來，为制造高纯度多晶硅的第一步。生产过程将硅砂、 焦碳、煤及木屑等原料混合置于一石墨电弧加热还原炉中于15002000C高溫加热，将氧化硅还原成硅，此时硅之纯度约 98%左右，此

5、一冶金提炼的硅， 称为冶金 级硅（Metallurgical grade Si）。这一过程没有太多的技术壁垒，但冶金级纯度的硅需 要进一步纯化才能用于太阳能， 通常可以用采用化学提纯、 物理提纯两种方法进行 进一步提纯到 99.9999%以上。其中化学提纯方法主要有西门子法（气相沉淀反应法)、甲硅烷热分解法、流化床法。物理提纯方法主要有等离子体/电子束精练，火法精炼( Pyro-metallurgical refining )，浸法精炼( Hydro-metallurgical refining )，加 定向凝固杂质固液分离提纯法。目前国际上制备高纯多晶硅原料多系用化学提纯法 , 其先进的生产

6、技术一直掌 握在美、日、 德等国的几家公司手中。 这几家公司的生产规模都在千吨到数千吨规 模以上， 其生产工艺实现全程计算机控制并具有先进的废气处理技术， 达到了能耗 低，对环境不产生污染，具有明显的竞争优势。在化学提纯法中最常用的为所谓的 西门子技术。这种技术的原理是选用 HCl 在反应器中将低纯的冶金级硅粉反应生 成三氯氢硅和氢气(Si+ 3HCI - SiHCb +出)由于SiHCb在30C以下是液体， 因此很容易通过精馏使 SiHCl3 与其它氯化物(杂质反应物)分离，从而达到极高 的纯度。 纯化后的 SiHCI3 然后通过 CVD 方法还原制备出高纯多晶硅。西门子法是 目前国际上多晶

7、硅制备的主流技术，基于同一原理， MEMC 开发出一种新的硅沉 积方法，使硅烷(SiH4)在流化床反应器(Fluidized Bed Reactor)中分解沉积在微 小的硅晶种上，从而直接制备出粒状多晶硅 (Granular Polysilicon)。比较西门子法， 硅烷(SiH4)流化床法的生产成本更低，而且其粒状多晶硅比较容易在硅液表面溶 化，能够连续地添加进硅液中，从而生长出更长的硅锭，因此是一种非常好的投炉 料。总之，这两种技术大同小异， 都建立在同一原理上。 它们的技术原理看似简单， 生产工艺却非常复杂，如果没有极先进的控制及废气回收技术 , 还会导致能耗高 , 污染严重的问题。而且

8、该技术的资金投入大，建厂及工艺调试周期非常长。例如建 一座 3000吨多晶硅厂，需要 2亿到 2.5亿美金的投资，而且得花起码两年时间建 成投产。综合考虑，西门子法并不是一种效率 /成本性能比最佳的太阳能多晶硅生 产技术。考虑到太阳能光伏产业的高速增长及带来的对多晶硅原料的巨大需求量， 加上进一步降低成本的压力， 人们意识到有必要开发出一种专门用于制造太阳能级 多晶硅的技术。 事实上，尽管太阳能生产厂商加速了从电池片和组件方面降低成本 和提高产品率的努力， 以谋求减轻多晶硅原料飞涨的压力， 业界普遍认为最有效降 低成本的途径是开发出一种生产技术， 使得能够从供应充足， 价格低廉的冶金硅直 接生

9、产出高纯的太阳能级多晶硅。 近年来， 越来越多的公司加入了研究太阳能级多 晶硅（SoG）的行列。这其中最重要的一个方向就是用物理法对冶金硅进行提纯进 而生产出太阳能级多晶硅。在这个领域里处于领先的有挪威 Elkem Solar，美国Dow Corning,日本新日铁及日本JFE制钢公司。挪威Elkem Solar采用火法精练+浸法 精练定向凝固将冶金硅提纯为太阳能级多晶硅， 目前该公司正在建设实验性生产 线，并计划形成千吨级规模。美国 Dow Corning运用了与挪威Elkem Solar类似的 技术路线，并在2006年10月推出了 PV1101太阳能级硅材料产品。不过这一产品 需与电子级的

10、多晶硅混合使用（最多可混合 20%）才能达到要求。 2006年 6月日 本新日铁公司宣布以冶金工艺为基础试产出了 6N 级的太阳能级多晶硅， 并计划建 一产能约500吨/年的试产线，预计将于2007年下半年投产。日本JEF制钢公司采 用的是等离子火焰， 电子束和定向凝固方法除杂生产太阳能级多晶硅， 并计划建设 一产能 5001000吨的生产线。纵观国内外，虽然直接把冶金硅提炼成太阳能多晶硅的冶金精炼法又重新获得 了人们的重视， 成为太阳能界最热门的研发项目之一， 而且这方面的投入不光局限 在几家全球大的太阳能电池及多晶硅制造商， 美国、日本及欧洲政府也提供了大量 的资金开发冶金硅精炼技术， 但

11、是目前的效果仍然不尽人意。 尽管工业界及政府的 大量人力、物力投入，一种低成本、高效率的大规模冶金硅纯化为太阳能多晶硅的 技术仍然还在人们的期待中。就目前国内多晶硅研发情况来看， 由于国际上多年对我国实行技术封锁， 加上 过去几十年在多晶硅工艺技术研究方面没有多少投入， 我国多晶硅生产目前仍停留 在技术水平低，生产规模小，环境污染重，能耗及生产成本高的状态下。至 2005 年多晶硅生产厂家只有峨嵋半导体材料厂一家，年产量不足100吨。 2006 年，峨嵋半导体材料厂扩大了产量，加上洛阳中硅的投产，我国多晶硅的年产量仍不足 500 吨。进入 2007 年，乐山星光硅业已建成投产，并正在逐步扩大产

12、能，估计我 国这三家工厂 2007年的产量合计最多在 1000 吨左右。国内与多晶硅提纯相关的研发主要集中在以下几个方面：1. 改良已有的类似西门子法的多晶硅提纯技术，包括大型节电还原炉技术 的开发、高效提纯技术创新集成、四氯化硅等副产品回收等。2. 流化床多晶硅生产工艺的开发。除西门子法生产多晶硅的工艺外，还有 同时开发硅烷热分解生产棒状、 粒状多晶硅工艺以及 SiH2Cl2 热分解生产多晶 硅工艺。冶金级多晶硅物理法提纯成太阳能级多晶硅的研发。相关的技术主要依 靠定向凝固法并结合一些火法及浸法精练。 但就目前来看， 国内用该方法提纯 出的多晶硅产品，其纯度多为 4N-5N 级，而太阳能电池

13、若要达到较高的转换 效率，其结晶硅原材料的纯度至少要达到 6N7N,因此该类技术还有待进一 步突破和提升。6三、项目主要研究开发内容、技术关键以及科研创新的主要方式（一）、开发内容本项目采用的是“助剂法多相分离去杂工艺”来实现冶金级硅原料的提纯。在 提纯过程中， 采用了一种创新的， 并在规模化生产上简单易行的方案，即通过添加 物 /除杂剂（固体 /气体）与杂质反应生成另一种可以将其从硅溶液中分离开来的物 质。这个除杂过程完全区别于以往的任何提纯的方法， 具有低成本、高效率、初投 资小、提纯产品的纯度高（6N7N）的优点。具体的开发内容如下：1. 建立热力学模型和热力学数据库分析杂质的平衡动力学

14、冶金级（MG Si）的硅原料来自硅砂还原，其纯度一般在98%左右，其中的杂质主要有 Al （1200-4000ppma）, Fe （1600-3000ppma）, Ti （150-200ppma和 Ca （400-900ppma）b另外还有硼（B）和磷（P）等杂质，一般纯度在20-60ppma 之间不等。 去除这些杂质是物理法提纯太阳能级硅的关键所在。 一般要达到能 够生长单晶的太阳级原料硅的纯度要在 6N 左右。物理法提纯是在高温下进行 的，为了能很好地控制提纯过程， 就需要建立一套去杂的平衡热力学模型和杂 质在高温熔硅中的特性数据库。 这一热力学模型考虑了杂质溶质的平衡分配系 数、偏析系数

15、、 扩散系数等参数之间的相互关系，能够反映杂质在高温硅熔液 中的吉布斯（Gibbs）自由能随温度和压力的变化。而杂质量的最小化就是通过优 化提纯环境和人为地增加和改变系统氛围来实现的。 去杂的过程包括氧化， 二 相分离（上浮及沉淀） ，蒸发及杂质的固 /液偏析。2. 提纯设备的开发 硼、磷和金属杂质的去除设备的开发思路是建立在对杂质的热力学性能分析的基础上的。在杂质中，大多数杂质，特别是金属杂质有较小的偏析系数， 因此容易通过定向凝固的方法加以去除， 或者可以通过氧化、 沉淀和蒸发的方 法去除。 而硼和磷元素的偏析系数比较大， 分别达到 0.8和 0.3, 因此不能通过 凝固法去除。 因此在设

16、备的开发上， 首先考虑了针对硼磷元素提纯的一些特殊 设计，同时将平衡热力学的分析方法合理地应用于提纯环境的控制。 在另一方 面，设备在设计上还必须实现投资少，操作方便，节能等特点。3. 单晶的生长和工艺参数的完善 在本项目研发的太阳能硅材料物理法提纯及单晶生长的生产程序中， 物理 法提纯和单晶生长均在同一套设备内完成， 工艺上的控制是至关重要的。 在完 成提纯工艺后，单晶的生长采用丘氏(Czochralski)拉晶法来完成定向凝固过 程。生产出的产品将进行光电转换效率分析、 少子寿命分析、电阻率和导电类 型测试等一系列的鉴定，测试的结果用于工艺参数的优化和不断改进。(二) 、技术关键在以往的物

17、理法提纯过程中，硼和磷元素的去杂一直是困扰科研人员的难题。 几乎所有冶金硅提纯研究都集中在这两个杂质上。 找到一种成本低、 效率高的大规 模硼和磷去除技术成了冶金硅提纯的关键。本项目实验的初试结果已经与热力学计算得到的良好预期相吻合。 在硼和磷及 其他高偏析系数杂质的提纯上， 采用了一种创新的， 并在规模化生产上简单易行的 方案，首先通过添加物/除杂剂（固体/气体）与B和P反应生成另一种可以将其从 硅溶液中分离开来的物质。 这个反应物最好是气相 （或者有很高的平衡偏压）使其 能够通过蒸发去处。 其次是具有高溶点的固相， 使其能够通过上浮，下沉的方法除 去。第三个途径是通过添加剂来减小 B 和

18、P 在硅液中的有效偏析系数，使其能够 有效的通过定向凝固除去。公司的核心技术在于开发出这样一批高效的除杂剂及相应的提纯工艺， 使其能 够简单易行的实施在规模化生产上。 采用自主创新的物理法来提纯多晶硅， 能耗比 传统方法下降很多。 从目前的小规模试产结果看， 每公斤多晶硅生产的全部工序只 需要消耗电能150250度，而且产品能够完全满足拉制太阳能单晶硅棒的要求。 而国内企业使用的改良西门子法，由于西方的技术封锁，电耗基本在每公斤300500 度之间。公司的节能改进技术还体现在自主研发的另一项工艺改进上， 即突破性地提出 冶金硅的熔炼提纯与单晶生长分而不离的方案。 在这一方案中， 由高温硅熔液输

19、送 系统将提纯和单晶生长这两个工序直接连在一起， 这种结合使硅熔液能够按需要补 充，通过减少冷却和加热的过程来缩短高温高能耗的设备使用时间， 从而极大地降 低了总能耗。（三）、创新的主要方式在西门子法多晶硅生产工艺中，硼和磷的去除是通过转化固态冶金硅为气态SiHCl3 从而达到与硼和磷的分离而实现的。尽管这个技术很成熟而且已经对公众 公开（核心专利已经过期） ，如前面所述，这个技术工艺非常复杂，投资大、能耗 高、环境污染严重，从而使其制造成本高，并且实施非常困难。鉴于这种情况，工 业界一直致力于开发较传统西门子法工艺简单、 成本低、 制造周期短的硼和磷去除 （也即冶金硅提纯）的新技术。其中研究

20、得最多的是冶金提炼法（ metallurgical process。在这个领域，最有名的方法是等离子精炼技术，基本原理是利用气体激 发的等离子体产生非常高的温度，进而达到硅熔炼和去杂质（尤其是硼）的目的。 这方面早期的工作可以在日本专利（号码： 218506/1988 ）中找到。后来，一美 国专利公开了一种改良的等离子体提纯技术。 这个技术的特点是在等离子隋性气体 中混合了水蒸气和 SiO2 粉末以增强提纯效果。 以后又有几个美国专利宣称发现了 一些新的精炼提纯剂能够进一步提高等离子体的提纯效率。 尽管等离子体技术能够 在硅溶液的表面激发出一小片高温区从而助长硼和磷的去除， 但这种技术根本上具

21、 有的低热利用效率和低生产率， 加上等离子技术带来的额外设备成本和工艺复杂性 决定了它很难被开发成一种大规模、 低成本的冶金硅提纯及太阳能级硅制备的生产 技术。本项目的物理法提纯法提取了现有技术的精华并开辟一套自已独有的技术路 线。与化学法（西门子法等）和目前已有的冶金法提纯的特点相比较，本项目的 主要创新点在于：1、提纯首先是基于一套创新的热力学模型和热力学数据库，能够指导发现 高效除杂剂及高温熔硅在提纯工序中给定合理的提纯氛围。2、独创性地提出了 “助剂法多相分离去杂工艺” ，去杂的过程包括氧化， 二 相分离（上浮及沉淀） ，蒸发及杂质的固 /液偏析。3、提纯后的太阳能级多晶硅不但可以作为

22、多晶铸锭炉的投炉料生产出大阳 能级多晶铸锭，并且可以用传统的拉晶炉生长出合格的太阳能级单晶。4、创新设计了相应的提纯设备和丘氏拉晶法的生长设备，实现提纯和拉单晶在同一套设备中完成。5、本项目研制的提纯方案具有完全的自主知识产权，并且初投资低，可模块式叠加扩容，产品能实现生产太阳能级单晶硅（纯度在6N与7N之间） 的要求。这种方案可以方便地完善扩大为一种大规模、低成本、高生产 率的冶金硅提纯及太阳能级硅制备的生产技术。（四）、主要技术、经济指标在本项目中，由于多晶硅提纯和单晶硅生产的紧密联接可以节约能源，并减少生产、物流和管理上的成本。因此公司将多晶硅为中间产品，而单晶硅为最终的销售产品。这两种

23、产品的主要技术指标如下：序号项目描述指标1多晶硅电阻率0.5Q .cm3.0Q .cm少数载流子寿命> 1.5 s纯度6N 7N2单晶硅电阻率0.5Q .cm3.0Q .cm少数载流子寿命2.5 10 宙晶向<100>导电类型P型以上技术数据完全达到了作为太阳能级硅材料的要求。在经济指标上， 本项目实施完成后， 可以达到年产 30 吨以上太阳能级硅材料的 能力，以每吨 300 万元（当前市场平均价）计，可新增年产值 15000万元，实现年 利润 4000万元，年上缴税收 2050万元，年节约外汇 6000万元，相比传统方法 （西 门子法）年节电 600 万度，经济效益十分显著

24、。而且可以在项目完成后， 通过追加 投资实现模块式叠加扩容， 加快太阳能应用的普及。 以上经济数据是通过前期试验 的初步验证得到的。在 前期年产 4 吨太阳能级硅材料 的小试试验中，公司用物 理法提纯得到的 6N 级多晶硅已经用于太阳能单晶硅锭的生产， 最终产品销售 到了江西赛维 LDK 、江阴海润等多家国内著名的硅片生产厂商，并得到了厂 商的质量认可。四、项目预期目标（一）、投资回报预测目前，中国的太阳能多晶硅基本上是采用西门子法生产的。如四川新光、洛阳 中硅、 峨嵋半导体， 以及最近宣布要开工建设的江苏阳光。 然而由于技术上的种种 原因，国内的西门子法有着能耗大， 废气处理及回收技术落后和

25、材料利用率不高等 缺点。在国际上，主流的西门子法多晶硅提纯技术已经经历了三代技术改进，目前 的还原能耗指标大约为 70千瓦.小时/公斤，总能耗约 100千瓦 .小时/公斤。但我国 自主研发改良的氢还原西门子技术还没有过关，还原能耗指标大约为300 千瓦 .小时/公斤。与此同时，国内的工业用电却普遍高于欧洲、日本和美国的电价。因此 国内西门子法多晶硅生产厂商与国外同行毫无竞争力可言。 以下为国内用西门子 法生产太阳能多晶硅和物理法提纯多晶硅的成本比较：对比内容本项目西门子法国内其他物理法年产100吨的投资0.4亿人民币1.4亿人民币0.6亿人民币每吨的成本8万人民币60万人民币12万人民币污染无

26、有无最小产量6吨300吨30吨扩容能力可以模块式 叠加扩容无法扩容可以模块式叠加 扩容最高纯度6N-7N9N, 10N6N提纯后能否生长单晶厶匕冃能能很难生产成本1020美元/公斤30美元/公斤1417美元/公 斤从表中可以看出，采用本项目的技术生产的太阳能级多晶硅产品具有初投资小、 成本低、产品质量较好、绿色环保等优点。以目前太阳能多晶硅每公斤 200美元的价位，物理法提纯多晶硅是有很丰厚的 利润的。即使太阳能多晶硅价格下降到 2004年以前每公斤30美元的价位，用物理 法提纯多晶硅仍然有越过 50%的毛利。而建设一个物理法提纯多晶硅的工厂所需要 的投资却可大可小，通过模块式叠加扩容的模式完

27、全可以实现边生产边扩容的方 法，使工厂投资的风险降到最小。这种方式将大大加快太阳能电池的应用普及速度。二）、社会效益分析以低成本生产太阳能硅原料带来的社会效益将是巨大的。因为太阳能发电的大 范围推广， 关键取决于能否制造低成本的太阳能电池。 而太阳能电池中所占成本最 大的一部分正是所用的太阳能级硅材料。首先，项目的成功能够突破我国光伏行业发展的瓶颈，使我国的太阳能的利用 不再受制于人。 当前，我国的西门子法提纯硅原料因技术或资本风险问题不能解决 多晶硅短缺，而国外厂商出于商业利益的考虑， 不愿意向中国厂商转让相关的技术， 并且还可能以专利问题为由， 对中国公司的技术改进设置障碍。在这种情况下，

28、另 辟途径，以低成本生产太阳能硅原料，不但可以促进光伏行业的发展，而且能进一 步提升我国的产业结构，促进就业，扩大出口。其次，多晶硅提纯技术的完善能够优化我国当前的能源结构，促进我国经济的 持续平稳增长。新能源产业在“十一五”期间将得到长足的发展。中共中央在十 一五规划建议中明确提出： “加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源。 ” 而正式实施的可再生能源法 ，更是鼓励外资和民间资本进入新能源和可再生能 源产业，促进产业和市场发展。新能源在我国已经起步， 发展前景十分看好。可以 预期太阳能电池未来有望进入寻常百姓家，给千家万户带来光明。另外，与同样是多晶硅提纯的类似企业比较，国内西门子法生

29、产每公斤多晶硅的能耗在250500度之间，而本项目每公斤的能耗只有150250度。以年产30吨产品计，本项目每年比传统方法节电 600万度。三）、获得自主知识产权情况预计本项目完成后将新获得专利 3 项，包括发明专利 2项，实用新型专利 1项五、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解（一）、项目实施方案、技术路线1、成立研究开发小组， 进行广泛的技术调研， 跟踪世界先进的技术和学术动态。2、对所收集的各种技术信息进行分析研究整理。制定设计方案及计划。3、完成热力学模型、设计图纸、工艺方案并进行设计评审。4、投入资金进行试制设备的开发制造。5、进行产品试制，边试制边完善设计方案。6、样品试制

30、成功后将经过专业测试设备测验，获得详细的技术参数，用以改进工艺。7、将产品送客户试用， 并征求顾客意见。 根据用户反馈意见再完善设计和工艺。8、小批量试产阶段，发现问题及时解决并通报用户。9、总结前阶段工作， 着手制定生产工艺、 材料定额、 工时定额，细化产品结构， 重新投入生产、检测设备，实现批量生产。10、投入完善的检测设施，确保产品的质量。11、建设应用技术和示范工程。加工必备的生产条件：自制和改进的晶体炉和提纯设备，冷却塔，冷却水循环 系统，提纯气体及氩气保护气供应系统，真空设备等。自我加工必备的原材料：本项目需要的原料均由国内厂家供应，各项辅料及助剂由定点协作单位长期供给，已建立了稳

31、定的原材料配套供应体系，均有充分保证（二）、生产工艺流程：太阳能硅材料的提纯和单晶生产工艺，直接影响到产品的质量稳定性和实现其 技术指标的可靠性。我们依靠自主开发技术解决小试阶段的生产工艺问题。1. 多晶原料的准备：利用冶金级多晶硅原料或半导体行业中产生的低阻废料或废硅片。冶金级多晶硅原料在国内供应量充足而且价格十分便宜。半导体行业在生产过程中也会产生大量的废硅料或硅片。这些废硅料如果电阻率合适（一般在0.21 cm以上），也被通常用于太阳能级硅材料的使用。但是目前对于低阻的废硅料 （一般电阻率在0.2 'cm以下）没有适当的使用方法。本项目研究成果也将用于这 些低成本的低阻废硅料，将

32、其作为多晶原料的来源之一。2. 多晶硅的提纯：将冶金级多晶硅或低阻的废硅料与除杂剂在自制和改进的晶 体炉和提纯设备中加热至高温， 并控制特定的提纯环境氛围。这一过程融合了真空 提炼、氧化除杂、助剂法多相分离、蒸发及杂质的固 / 液偏析等多个过程。3. 单晶的生长：用直拉法（丘氏生长法）生长单晶。这一过程包括作业准备、 热态检漏、热场清理、热场组装、硅料安装、抽空检漏、升温熔料、引晶、缩颈、 放肩、转肩、径生、收尾、停炉冷却等多个工艺流程生产工艺流程如图1所示。17本项目生产工艺流程图（图 1）（三）、组织方式与课题分解3.1课题组的结构本项目由本公司内的专家和技术人员为主要研发人员， 并与协作

33、单位产学研合 作开发，由总经理负责本项目的全面实施，包括项目的总体方案 （研究目标、内容 和进度）的确定、研究人员之间的相互衔接、分工合作和交流，项目管理，资金调度，项目阶段工作总结和验收。本项目总负责人：总经理本项目分为 4 个子项，每一个子项内容和负责人如下：（1）多晶硅原料提纯技术的理论和实验研究总经理， 项目负责人（ 2）单晶生长技术的理论和实验研究技术骨干一（ 3）产品生产过程中的原料清洗工艺的研究技术骨干二（ 4）规模化生产成套设备的研制和生产线的放大技术骨干一3.2 相关的保障措施合作单位通过协议组成课题组。课题组严格执行分头实施，集中管理，责权明 晰的原则，确保项目高质量、按计

34、划完成。由总经理为项目负责人，负责本项目的全面实施，子课题负责人负责子课题的 实施，包括研究方案的细化和落实。 研究人员按时完成各自课题的研究目标和内容， 进行各自阶段性的总结。六、计划进度安排（一）、 2008 年 4 月至 2008 年 5 月项目的实施目标和工作计划（1）产品的设计定型：A .完成多晶硅原料提纯技术的开发；B. 完成单晶生长技术的理论和实验研究及工艺设计；C. 产品生产过程中的原料清洗工艺的研究；（2）购置检测设备，采购研发试验过程用的原料；进一步完善试验方案（3）落实资金约人民币 3600万元，实现销售 300 万美元。（二）、 2008 年 6 月至 2008 年 1

35、2 月项目实施目标和工作计划A 完成技术关键设备的进一步开发、 定型和规模化生产成套设备的研制和生产 线的放大。B 结合前期的实验成果及工艺方案的设计，优化产品配方和工艺参数。C 落实资金人民币 4000万元，实现销售 1000 万美元。（三）、 2009 年 1 月至 2009 年 8 月项目实施目标和工作计划1） 批量生产并进入产品批量销售阶段 建设硅材料物理法提纯及单晶生长的应用技术和示范工程，落实资金人民币20000 万元，实现销售 2000万美元。 在中试工艺基础上，进一步实现批量生产，形成年生产 1000 吨多晶硅的生产能力。培育产品的市场分析、策划、销售梯队，在国内主要城市设立办

36、事处及产品代 理合作伙伴，拥有顺畅的销售渠道，较强的销售能力。2） 项目总结、验收阶段撰写项目研究报告和技术总结报告等验收资料。完成项目验收七、现有工作基础和条件（一）、项目前期研究基础项目技术采用冶金精练法来提纯， 项目的前期研究已经完成理论计算和小试 量的研究实验， 并且与理论计算的结果相吻合。 小试量的生产设备主要由两部分组 成，每部分有它们自己的特殊功能。 第一部分主要执行冶金硅原材料的熔炼及提纯 的功能。 由于其它杂质能够通过定向凝固被有效地除去， 提纯过程主要针对硼和磷 杂质。该技术发现了几种对去除硼和磷杂质特别有效的除杂剂并开发出一套相应的 精炼提纯工艺。这两种技术的结合能够以极

37、低的成本非常有效的降低硼和磷以及其 它金属杂质。该技术的前期研究已经表明可以在 30小时之内把50KG具有99.9% 纯度的冶金硅提纯为 99.9999%以上纯度的太阳能级硅，其中硼和磷的杂质能够分 别从15ppma和20ppma降低到v 0.5ppma和v O.lppma.。经过上述的精炼提纯工艺， 被纯化的硅熔液被直接输送到第二部分的晶体生长单元凝固为太阳能硅锭。 前期试 验中用物理法提纯得到的6N级多晶硅已经用于太阳能单晶硅锭的生产，最终产品 销售到了江西赛维LDK江阴海润等多家国内著名的硅片生产厂商，并得到了厂商 的质量认可。前期研究的成功为中试实验提供了良好的基础和宝贵的经验。（二）

38、、项目负责人和项目负责人基本情况项目负责人为本公司总经理兼董事长， 海外归国博士， 某著名跨国公司材料学 高级科学家，已有20多年从事硅材料及晶体材料的研究、开发和应用经验。在国 际一流学术刊物及国际会议上发表了 33篇学术论文，并持有美国及全球的 6 项专 利。另外公司为项目配备了各类专业技术人才 20人，进行产品开发高级人才 6人， 博士 2 人，符合高效率、高收益的产业特点。（三）、项目实施单位情况本项目技术由公司自主独立研发、 自主实施。 本公司是一家专门从事单晶硅和400多晶硅生产的高新技术企业。公司位于某市高新技术孵化器。由中外共同出资 万美元组建而成。公司定位于科技领先， 注重产

39、学研合作和营销。 通过借助国外（美 国）引进的技术力量，使企业即时进入市场并快速成长。 目前，已拥有一支知识结 构合理、高度专业化的技术团队。 同时汇聚了一批高级管理人才， 主要管理骨干均 具有多年企业市场操作经验。公司目前所筹资金主要用于采购提纯及晶体生长炉、 试验及测试仪器和其他相 配套的辅助设施建设。 目前公司已经有十多台晶体生长炉投入使用， 预计将进一步 购置并改造 1216 台（根据新购炉体的容量而定）提纯设备，将产能释放到 100 吨每年。公司的技术骨干长期从事硅材料的研究和开发， 了解国际上先进的硅材料技术 发展动态，并且拥有丰富的高科技新产品开发经验和国际市场开发经验。在管理基础条件上， 公司已建立了部分管理制度，包括生产管理制度、技术管 理制度、设备管理制度、公司资源保密制度、财务管理制度、人事管理制度等，统 一实施规范管理。 公司的技术管理制度重在加强技术人员引进、 培训以及建立有效 的绩效核实体系，充分调动技术人员的积极性， 从而保持公司的技术领先优势。公 司资源保密制度保证公司的技术以及商务机密被控制在合理的范围之内， 不至于流 失。在当前太阳能硅材料供不应求的情况下， 公司产品的市场化是不存在任何问题 的，但是仍然需要建立完善的营销管理制度。 公司的质量管