多晶硅系列专题（一）：多晶硅、硅片及其生产工艺

2024年11月20日 ——多晶硅系列专题（一） 专题要点： 分析师： 贾利军从业资格证号：F0256916投资咨询证号：Z0000671电话：021-68757181邮箱：jialj@qh168.com.cn 多晶硅性质和分类。多晶硅是一种光伏产业链中重要的非金属材料；根据四类不同的分类标准，可以分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料等诸多类型。 多晶硅的生产工艺及成本构成。多晶硅的生产包括两大主流工艺：改良西门子法和硅烷流化床法，二者在工艺成熟度、产品质量、生产连续性、能耗大小等方面各有优劣，从而其成本构成中存在显著差异。 联系人 杜扬从业资格证号：F03108550电话：021-68757223邮箱：duy@qh168.com.cn 硅片的分类及生产工艺。多晶硅在经过一系列的加工工序后，便生产出了硅片；硅片根据用途、掺入杂质、原料及工艺等维度，可以分为光伏硅片、半导体硅片等诸多种类。其中，单晶硅片由单晶硅棒加工而成，单晶硅棒的生产工艺主要包括直拉法、区熔法；多晶硅片由多晶硅锭加工而成，多晶硅锭的生产工艺主要包括定向凝固法、浇筑法等。 戴纪煌从业资格证号：F03137672电话：021-68758820邮箱：daijh@qh168.com.cn 顾兆祥从业资格证号：F3070142电话：021-68758820邮箱：guzx@qh168.com.cn 正文目录 1.多晶硅简介.................................................................................4 1.1.基本性质....................................................................................................41.2.分类...........................................................................................................41.2.1.以表面质量、物理特性分类....................................................................41.2.2.以纯度及应用领域分类...........................................................................51.2.3.以生产工艺分类......................................................................................51.2.4.以掺入杂质分类......................................................................................51.3.生产工艺....................................................................................................61.3.1.改良西门子法.........................................................................................61.3.2.硅烷流化床法.........................................................................................61.3.3.工艺及成本对比......................................................................................7 2.硅片简介....................................................................................8 2.1.硅片分类....................................................................................................82.1.1.光伏硅片、半导体硅片...........................................................................82.1.2. N型硅片、P型硅片................................................................................92.1.3.单晶硅片、多晶硅片...............................................................................92.2.生产工艺....................................................................................................92.2.1.单晶硅棒、硅片生产工艺.......................................................................92.2.2.多晶硅锭、硅片生产工艺.....................................................................10 图表目录 图1改良西门子法生产工艺流程图...............................................................................................6图2硅烷流化床生产工艺流程图...................................................................................................7图3棒状硅生产成本结构..............................................................................................................8图4颗粒硅生产成本结构..............................................................................................................8图5单晶硅片生产工艺................................................................................................................10图6多晶硅片生产工艺................................................................................................................11 表1致密料、菜花料、珊瑚料、复投料........................................................................................4表2冶金级、太阳能级、电子级...................................................................................................5表3棒状硅、颗粒硅.....................................................................................................................5表4 P型料、N型料.......................................................................................................................5表5改良西门子法vs硅烷流化床法优劣势...................................................................................7表6成本：改良西门子法vs硅烷流化床法...................................................................................8表7光伏硅片、半导体硅片..........................................................................................................8表8 N型硅片、P型硅片................................................................................................................9表9单晶硅片、多晶硅片..............................................................................................................9 1.多晶硅简介 1.1.基本性质 多晶硅是一种光伏产业链中重要的非金属材料。在由工业硅提纯生产多晶硅的过程中，硅原子以金刚石晶格形态排列形成晶核、晶核进而形成晶粒，而每个晶粒存在随机的晶体取向、不同的晶粒之间则为晶界，多个单晶晶粒在过冷条件下凝固结合生成多晶硅。多晶硅也因此而得名。 多晶硅为单质硅形态，具有银灰色的晶体外观，密度2.32~2.34g/cm3，熔点1410°C，沸点2355°C。常温下质脆，切割或碰撞时易破碎；但在800°C以上的高温中具有一定的延展性，在1300°C时将出现变形；常温下化学性质相对稳定，不易与其他物质发生反应。 1.2.分类 多晶硅主要存在以下四个分类标准：表面质量和物理特性、纯度及应用领域、生产工艺、掺入杂质类型。 1.2.1.以表面质量、物理特性分类 根据硅材料的表面质量、物理特性等因素，多晶硅可以分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料四类。 1.2.2.以纯度及应用领域分类 多晶硅的纯度通常用“N个9”来表示。根据纯度和应用领域的不同，多晶硅可以分为三个类型：冶金级多晶硅、太阳能级多晶硅、电子级多晶硅。 1.2.3.以生产工艺分类 按生产工艺的不同，多晶硅可分为棒状硅和颗粒硅。多晶硅的生产工艺主要由两种：主流技术为改良西门子法，生产出来的主要是棒状硅；其次为硅烷流化床工艺，用来生产颗粒硅。棒状硅与颗粒硅在形状结构、物理性质等多个方面存在差异。 1.2.4.以掺入杂质分类 按多晶硅生产中掺入杂质类型的不同，可以将多晶硅料分为P型料和N型料。 1.3.生产工艺 多晶硅最早在二战时期便已被制备出来，其生产工艺也经历了诸多的探索和改进，包括：西门子法、改良西门子法、硅烷法、物理提纯法、流化床法