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主题：【原创】多晶硅—单晶硅 -- 大地窝铺
顺手写个太阳能有关的帖子，大家看着玩吧。中间想穿插几个小故事。先引用一个我以前的回帖，主要也是想少写俩字儿。
生产太阳能电池几个阶段：
1/高纯度的石英矿砂，从开采到炼成97%纯度的硅铁，大量耗电耗油料——可对比炼铝
2/用纯度97%的硅铁，使用化学方法，反应生成多晶硅的原料三氯氢硅（另外一种专利生产方法用硅烷）。自然也是高耗能过程。
3/“西门子法”生产多晶硅，在很大的反应釜里，用高纯度的多晶硅籽晶细长条（筷子粗细），搭成一个倒写的“U”型，两个端头接石墨电极，通大电流，反应釜里的三氯氢硅分离，硅原子一个一个的沉积到籽晶上，最后达到六英寸左右粗细。多晶硅棒纯度能达到7个9以上。
4/手工用纯钨榔头把多晶硅棒敲成拳头大小的多晶硅块，卖到单晶硅棒或多晶硅锭生产厂家。
5/多晶硅块，微量的添加剂（太阳能中用硼，形成P型半导体）放到很大的石英坩埚里，单晶硅炉用的坩埚是圆形的，（多经硅炉用的坩埚是方形的）。石墨加热器，电加热多晶硅融化，炉子上部机构用一个晶体取向已知的籽晶（比如说[110]）, 探到硅液面，然后程控缓慢拉起，拉出一根一米多长8英寸直径的晶棒，估计需要一个工作日（只是个人估计，我只是到车间看看而已，并非专家）。
6/晶棒滚圆，切方，然后用多线切割机切片，厚薄和晶棒直径（或边长）有关，小的可以切薄一点，大的可以厚一点，不会厚过0.75毫米。
7/然后就是耗能相对少些的电池片、组件生产流程了，不说也罢。
补充八卦几点：
3/中说的多晶硅生产，耗电大户，据说排在前列的德国瓦克公司，原先是个水电站，自己就是发电的。
5/，江苏某单晶硅生产公司的老板曾经跟我谈他们最大的优势，是当地发电厂有他公司很多股份。
6/，切片，当年挪威的Scanwafer公司，太阳能硅片业的龙头老大，其切片厂设在北极圈内，厂子旁边是个大湖，常年有取之不尽的低温淡水可以使用。水冷却费用没有了，好像工人三班倒也不是问题了，反正一年就是一个白天和一个黑夜……
前苏联有两个多晶硅生产企业，KCMP(吉尔吉斯)RCMP（俄罗斯），后来都不行了。
国内四川峨嵋，河南洛阳，也都生产多晶硅，产量都不大。近几年，国内多个地方建多晶硅生产线，建成是没问题的，能不能赚钱？拭目以待……，国内这种各自为政，一窝蜂的做法，赚钱很辛苦。
基本数据：1MW(兆瓦，峰值功率)电池片，消耗10吨太阳能级多晶硅
有进一步的兴趣？
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德国瓦克（Wacker）公司生产的多晶硅棒，原料是三氯氢硅。瓦克的产品很漂亮，上海话卖相刮刮叫！多晶硅棒的两个末端是石墨电极，黑色的。在我的记忆中直径大约1英寸。硅棒的直径在6英寸的样子。石墨电极及其附近的多晶硅材料是要锯掉的，因为碳含量超出半导体要求的级别。据掉的多晶硅末端叫Carbon Ends。多年以前，多晶硅料非常紧张，Carbon ends最终的流向是太阳能硅片。
Advanced Silicon Materials LLC (ASiMI)公司生产的多晶硅原料是硅烷。他们有自己的专利。用硅烷生产的硅棒表面粗糙些，质量同样是很好的。
还有一种多晶硅的生产方法，最终的多晶硅不是棒，而是粒状的。大小几个毫米不等。
因为多晶硅一直是光伏电池的瓶颈，所以一直有人在想其他的办法。能不能直接用冶金方法得到较高纯度的太阳能级别多晶硅？我最开始关注这个问题时，做这项工作的是一家挪威的矿业公司。过了些年，真正有了进展的是美国加拿大的几家公司。其中有美国的道-康宁公司，加拿大魁北克省的Becancour公司，还有一家在多伦多附近，公司名字就把产品纯度点明了，叫6N Silicon。我第一次给这家公司打电话时，问他们的副总，你们这个6N的意思是不是6个9（Nine）的意思？他回答是的！这家公司得到了加拿大政府创新基金的资助。
冶金方法生产的多晶硅，有点像拉单晶剩在坩埚底部的埚底料（pot scrap）的样子，亮晶晶的。这种多晶硅的使用方法是有讲究的，这里不多说。
这张照片是埚底料。
土鳖抗铁牛
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多晶硅片的制造过程
那是我第一次去宁波，是晚上到的，已经记不清楚是坐飞机还是长途大巴，到了以后入住老板娘星光大酒店。宁波的这家公司在保税区里，公司不大，但井井有条，第一印象非常好。我的伙伴是印度人，他的公司在阿联酋迪拜附近的一个自由贸易区，产品是太阳能电池片。他希望在中国找几家生产单晶硅/多晶硅片的公司，长期合作。
印度总经理毕业于英国某大学数学系，当然是精明的。他与几家中国公司有业务往来，但这一次，是最快做成生意的。宁波公司的总经理也是精明人。不到一个小时，我已经基本肯定生意做成了，剩下的就是商务细节了。
宁波公司的总经理能熟练地用英语交流，这其实没什么，重要的是这个浙江人很坦诚，你要细算成本，我就和你一起算，我就赚我该赚的那部分。交流很有效，很成功。宁波公司的设备也给印度人很深的印象，而且略微有点保守的硅片质量检测，让客人很是放心。
那时候多晶硅原料非常昂贵，而且经常是有钱买不到。所以生产过程中的原料损耗是大家非常关心的。老技术是内圆切割机。简单说，就好像很多层平行排列的圆环形的刀片，刀口在内环上。单晶硅棒固定，晶棒立在刀片圆环中间。一刀切下去，切出很多片硅片。这种方法很耗材料。多晶硅片技术出现的时候，已经有了更先进的多线切割机，原理见后面的图。切割线的直径250um，硅片厚度由线导轨滚轮的线槽间距决定。那位知道钢琴弦的直径是多少？
多晶硅锭生长完成后，先切方，一般都是125X125毫米或者156X156(这个边长修改了，修改前我写的是150)毫米。
切出来的方锭
这眼神是技术人员的眼神
多线切割机原理，切割前（切割时需要不断加入有磨料微粒的液体）
多线切割机原理，切割后
多线切割机的线损大约是0.375mm。据个例子明显一点：用这样的多线切割机，切一块240公斤重的多晶硅锭，线损大约1.38公斤硅材料；内圆切割机刀片厚度大约2mm，如果用内圆切割机切同样一块多晶硅锭，线损是8.5公斤硅材料。
多晶硅材料最贵的时候是每公斤300美元左右，如果我没有记错的话。
多晶硅炉子是比较昂贵，比较复杂的。当时能做这种炉子的公司有两家，一家是美国新罕布什尔州的GT Solar，其创始人是印度人Kedar-Gupta，GT Solar公司生意曾经好到你先交钱还要等一年才能拿到炉子的地步。另一家公司是英国的Crystalox，公司位于牛津郡。那时候Crystalox既生产设备，也生产多晶硅锭。现在这家公司已经被德国的PV World公司兼并，公司名称是PV Crystalox。设备不外卖了。
宁波公司的炉子是英国的。现在宁波公司自己已经能够生产多晶硅炉子了。国内有这个能力的还有北京通州区的京运通公司。
在宁波吃的午饭很有意思，当然很丰盛，还有狗肉。可我这印度朋友是素食者啊！没关系，我们吃我们的，他吃他的。给他点一客扬州炒饭，一盘尖椒炒豆豉就OK了。吃饭的时候，他还专门问那个大盘子里是什么肉，闻起来味道不一样？我说，是狗肉，不是宠物狗，是专门饲养的肉狗。列位看官，有擅长PS的没有？能帮我PS一张猪头肉狗帖到回帖里吗？
土鳖抗铁牛
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恭喜：你意外获得【通宝】一枚
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给你送宝了。。。
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西西河牛人多！
我自己提出来吧：注意本贴第一张图，多晶硅锭铸成之后，切方。既然多晶硅原料那么贵，为什么边上还浪费一条呢？这可是不少钱啊！
那么您的意见是？
一个大的多晶硅锭的生产过程需要很长时间。盛多晶硅原料用的是高纯度石英制作的坩埚，在投料的时候，还要经过计算，加入极少量的硼。加热原料至熔融状态后，还要保持一段时间，然后程控冷却，而不是简单地断电空冷。这是为了使晶粒充分长大，硼元素掺杂均匀。纯硅不是半导体材料。添加适量硼元素后形成P型半导体材料。太阳能硅片用的就是这种P型硅片。
硅片切好后，要做几种测试，主要是：电阻率，少子寿命，碳含量，氧含量等参数。这些参数决定做成电池片后的光电转换效率。
切去四边和上下的头尾，就是为了降低杂质的影响。