太陽能級多晶硅技術(shù)分為化學(xué)法與物理法兩大類;瘜W(xué)法的多晶硅制程泛指硅在純化過程中,需要轉(zhuǎn)換成硅化合物的中間產(chǎn)物,再利用裂解或氧化還原反應(yīng),將硅化合物轉(zhuǎn)成高純度的多晶硅原料。
物理法制程又稱為冶金法,是將冶金級硅在不改變硅的本質(zhì)狀況下,將雜質(zhì)利用物理或化學(xué)法移除,雖然還是有化學(xué)反應(yīng)參與,但其反應(yīng)對象是針對硼、磷等雜質(zhì),硅并未改變其化性,以物理法純化的純度有其極限,由于成本低廉,被視為是取代高純度多晶硅的明日之星。
化學(xué)法制程可產(chǎn)出純度較高的多晶硅,但由于中間牽涉到許多副產(chǎn)品的控制與處理,技術(shù)難度較高,依照不同技術(shù)來源,成本各異,一般來說成本比物理法制程高。大部分化學(xué)法都需利用冶金級硅(metallurgical grade silicon;MG)來當(dāng)作硅化合物的原料,少數(shù)是直接利用二氧化硅來制備硅化合物。
化學(xué)法中,西門子法(Siemens process)廣為早期生產(chǎn)半導(dǎo)體級多晶硅的業(yè)者所采用,此法技術(shù)成熟但成本較高。除西門子法外,尚有ASiMi法、流體床反應(yīng)法與管狀沉積法等。
ASiMi法是Advanced Silicon Material (ASiMi)公司所研發(fā),系利用硅甲烷(silane/ SiH4)為原料的高純度多晶硅制程技術(shù)。2005年ASiMi宣布退出多晶硅市場,大部分股權(quán)由挪威REC (Renewable Energy Corp)收購,因此此項(xiàng)技術(shù)目前仍由REC在進(jìn)行生產(chǎn)。
流體床反應(yīng)法與ASiMi法同樣以硅甲烷為原料,這種方法的反應(yīng)溫度較低,可減少近30%的耗電量,且因硅晶種反應(yīng)面積較大,反應(yīng)爐內(nèi)氣流速度快,可解決ASiMi法沉積速度慢的問題。流體床反應(yīng)可為連續(xù)式的生產(chǎn),也是流體床反應(yīng)爐優(yōu)于鐘罩形西門子反應(yīng)爐的原因。
管狀沉積法是Joint Solar Silicon GmbH (JSSI)使用的多晶硅生產(chǎn)技術(shù),所使用的原料與原理和流體床反應(yīng)法相同,皆為硅甲烷與氫氣加熱分解后產(chǎn)生的多晶硅。JSSI宣稱此法所消耗的電量為傳統(tǒng)西門子法的10分之1,轉(zhuǎn)換率可達(dá)95~98%,目前已有量產(chǎn)紀(jì)錄。
物理法制程的冶金法太陽能多晶硅,于2008年開始被少量產(chǎn)出。冶金法純化太陽能級硅的技術(shù)同時(shí)還需要雜質(zhì)較低的冶金級硅為原料,然后經(jīng)過幾道程序才能完成。
另外,亦有業(yè)者投入其它制程的量產(chǎn)技術(shù),仍在研發(fā)階段,例如鈉還原法與熱碳還原法的純化技術(shù)不需經(jīng)過冶金級硅的途徑,其原料如氟硅酸鈉為肥料的副產(chǎn)品,而硅酸鈉可直接從二氧化硅的化學(xué)反應(yīng)途徑而得。
整體而言,目前成功量產(chǎn)的技術(shù)還是以西門子法、流體床反應(yīng)法、管狀沈積法與ASiMi法為主,冶金法太陽能級多晶硅在2008年已經(jīng)有少量量產(chǎn),但由于質(zhì)量仍然不穩(wěn)定,整個(gè)技術(shù)還是有改進(jìn)空間,但也正式被列為太陽能料源的選項(xiàng)之一。其它方法在近年則都有廠商宣稱要投入相關(guān)技術(shù)的量產(chǎn)工作,在還沒有質(zhì)量穩(wěn)定的量產(chǎn)紀(jì)錄前,要投入相關(guān)技術(shù)投資或大規(guī)模使用產(chǎn)品都需要嚴(yán)格評估。