太阳能多晶硅冶金法：春风已度玉门关

由普罗公司自行研发的PM法太阳级多晶硅提纯技术，采用炉外精炼、湿法冶金、DVC真空等三个步骤，以纯度为2~3N的金属硅作为原料，得到纯度6.3~6.7N的太阳能级多晶硅。该工艺的单位能耗仅为12度电/kg，没有任何污染，综合成本仅为7.8万元人民币/吨，完全能够满足光伏发电对于多晶硅的成本需求。

冶金法多晶硅从诞生之日起，所有人就都知道其成本优势，但也一直被人诟病。无论如何，为什么从2008年正式宣布生产，到现在已经近四年的时间，还没有能够在业界占据一定的位置？

这是由于，过去的冶金法一直存在着三个问题，使得人们对之心存疑虑：1）电池转换效率低；2）光致衰减大；3）质量不稳定。这三个问题，就是冶金法多晶硅自从问世以来到目前为止，一直没有得到大量应用的原因。其中，前两个问题限制了冶金法多晶硅的质量，第三个问题使得冶金法多晶硅难以推广应用。

冶金法多晶电池的转换效率从2008年的13%开始到2011年的16%，虽然逐年稳步上升，但始终落后于西门子法多晶硅的效率大约0.6~1个百分点。冶金法刚问世时，光致衰减（LID）达到了20%，也让业界十分忧虑。尽管从2010年后，冶金法多晶电池的LID已经比西门子法的LID还要低，达到了0.6%的水平；但用冶金法多晶硅所拉制的单晶电池的LID还高达4%，因此，这也是人们对于长期衰减的忧虑之一。而质量不稳定，则是冶金法的工艺所决定的、几乎被人为是固有的缺点。因为，所有冶金法的工艺的最后一个过程毫无例外地都是定向凝固过程，也就是利用杂质在硅的固液相之间的分凝作用进行偏析来达到提纯的目的，这个过程本身就是把杂质从均匀分布变成不均匀的过程，因此，批次之间，甚至同一批次的不同位置之间的杂质含量都不同，这是一个必然的现象，但也是困扰光伏的下游用户的一个大问题之一。

冶金法多晶硅在问世四年的时间都不能得到大面积应用，不仅造成了业界的疑惑，连冶金法的开发者自己也陷入困扰。2010年，上海普罗首先总结出了冶金法多晶硅的上述三大问题，并指出上述三大问题的原因其实是一个原因的不同表现：那就是材料纯度的不够。纯度不够，代表着杂质浓度偏高。为此，普罗提出太阳能多晶硅不是通常所说的“六个9”，而是需要更高的纯度。

其实关于硅料的纯度用“几个9”来表示的说法，是通俗而不准确。在早期，只要光伏电池的转换率能达到10%以上，人们就很满足了。因此，美国在2004年所确定的太阳能级多晶硅只有5N的纯度要求，后来逐渐提高，有了6N的说法。2010年，中国冶金法太阳能级多晶硅产业联盟将标准确定为硼0.3ppm，磷小于0.6ppm，金属总量小于0.1ppm，该指标被列入了我国科技部的国家科技支撑计划的目标。而近期大量企业的光伏电池的效率提高的试验表明，硼含量为0.15ppm左右，磷小于0.35ppm；金属总量小于0.2ppm，所制作的光伏电池将不会存在任何问题。2012年，工信部公布的我国新材料产业的“十二五”规划中，也是这样确定了冶金法太阳能级多晶硅的目标。

为此，上海普罗在原有的CP、MP冶金法工艺路线上进行了革命性的改变，发明了世界首创的DVC工艺，将产品的纯度标准从原来的6N提高到6.5~6.7N的标准，而且使得质量不均匀的问题也从根本上消除，从而一举将冶金法多晶硅得三个问题全部解决。值得一提的是，在提高质量和稳定性的同时，并没有导致成本的增加，反而将冶金法多晶硅的单位能耗从原来的50度/公斤，一举降低到了12度/公斤。这就是技术创新的魅力。

随着PM法多晶硅的大规模生产，太阳能级多晶硅销售价格将迅速降低到10万元/吨以下，这对于光伏整个产业链的价格下降也具有极好的拉动作用，相信光伏发电低于火力发电的“光伏平价上网”目标可望在3年以内实现，届时，光伏发电从目前的补充能源的地位上升到替代能源地位，市场容量将发生一个井喷式的变化。

目前，已经有几个基于PM法的冶金法多晶硅项目正在紧锣密鼓地建设着，至少一个万吨级的PM法多晶硅工厂将在2012年底前建成并投产。