國際冶金法多晶硅的發展

　　考慮到光伏發電與火力發電最終要趨向一致(如果不是更低的話)，硅的價格應當保持在10美元以下，這個價格是用西門子法無法達到的成本，同樣也是硅烷法無法達到的成本。這就是為什么冶金法得到多國的科學家和企業家青睞的原因之一。除了成本的原因外，冶金法受到青睞還有一個原因，就是純度。西門子法可以得到9N以上的純度，但光伏所需要的純度在7N以下，而且最合適的純度應當在6.5N左右。目前，光伏行業的下游工廠在購買了西門子法生產的多晶硅以后，還要進行摻雜，摻雜的方法是在拉單晶或者是鑄造多晶時加入硼硅合金，這顯然造成了能源的雙重浪費。而冶金法的理論提純純度，恰巧就在6~7N之間，冥冥中注定是為光伏所準備的工藝。

　　國際上，從事冶金法多晶硅研究的科研機構，包括夫瑯和費研究所、日本東京大學、九州大學、挪威科技大學等。但是，與硅在半導體應用發展早期的研究一樣，冶金法提純太陽能級硅的關鍵的技術進展也是由企業為主導進行的。日本的JFE(川崎制鐵)的試驗從2001年就開始了，他們傾向于使用等離子體束和電子束對磷硼進行去除，并取得了良好的效果。但是，他們的工藝成本一直高居不下，這使得JFE后來不得不放棄了冶金法多晶硅的研究。JFE的不少科學家后來分別到了新日鐵和夏普公司，繼續從事冶金法多晶硅的研究和應用。但是，2012年中，新日鐵也傳出了要出售其冶金法多晶硅的部門資產的消息，2013 年初，夏普公司也開始在中國尋求技術合作。

　　歐洲的冶金法多晶硅的研究的企業代表是ELKEM公司。這是一家原本從事金屬硅和有機硅生產的公司。他們采用煉鋼中所用的合成渣洗的工藝，來代替日本人所用的等離子體束和電子束，然后再用酸洗(濕法冶金)加上在定向凝固的方法得到太陽能級的硅。他們得到了6N的純度，并在2008年建成了第一條2000噸年產能的生產線。另一個3000噸的生產線原計劃在2010年建成，但一場火災和隨后的光伏蕭條延遲了這條生產線的建設。2011年初，這家公司被來自中國的藍星化工收購，盡管后者感興趣的是他們所擁有的歐洲有機硅市場份額，但ELKEM從事冶金法多晶硅提純的技術團隊得以保留。

　　在北美，最早提出宣布冶金法多晶硅的是道康寧公司。2008年，他們宣布用一種“不同于西門子法的工藝”生產出了成本較低的多晶硅，這種多晶硅可以與道康寧旗下的HEMLOCK公司所生產的西門子法多晶硅混摻使用。由于HEMLOCK當時是世界上產能最大的西門子法多晶硅公司，因此，道康寧對于冶金法的研究投入并不是太大也就不那么令人驚訝。

　　加拿大的TIMMINCO公司是從事鋁鎂和金屬硅生產的公司。他們旗下的BSI公司在2008年宣布采用一種“獨特的、成本很低的”工藝生產出了純度為6N的太陽能級硅，并銷售給了德國的Q-CELL公司和生產基地位于中國的CSI公司，前者是當時世界上最大的光伏電池生產商。BSI公司采用的工藝是天然氣燃燒加熱進行渣洗，然后粗略定向凝固后酸洗。在2008年下半年的金融海嘯后，TIMMINCO公司對于BSI在冶金法多晶硅的研發上的投入就越來越少，到了2011年，BSI的49%的股份被道康寧收購，但太陽能多晶硅的部門并未出售，這個部門堅持到了2012年，由于一筆400萬美元的貸款未被銀行通過，他們被迫宣布將太陽能多晶硅的部門(內部稱為HP1)的所有資產全部出售。

　　除了BSI外，加拿大還有一家6N SILICON公司采用鋁熔的方式也在進行多晶硅的冶金法提純。該公司2010年被來自美國加州的CALISOLAR公司收購，后者還曾宣布過計劃于2011年在美國建立一個年產15000噸的冶金法多晶硅工廠，但2011年光伏市場的蕭條后，就沒有再聽到過該公司的消息。

　　中國冶金法多晶硅的產業狀況與中國西門子法多晶硅的進程有些類似。這種類似主要表現在光伏高峰期的一哄而上和隨后低谷時期的銷聲匿跡。但不同的是，冶金法多晶硅由于是新技術，因此，真正大規模投產的企業很少，這也使得中國冶金法多晶硅企業所受的創傷不是那么嚴重。

　　從2005年起，中國就有大批的從事金屬硅生產的公司開始進行冶金法多晶硅的提純工作;由于早期的這些公司沒有與學院派的科學家合作，因此，在取得了一定限度的(也曾經是令人激動的)進展后，就偃旗息鼓了。這期間，由于多晶硅的價格一度高得驚人，還引來了不少別有用心的逐利者;在2008年前，最多的時候，中國從事冶金法多晶硅的企業數量高達30多個。關于冶金法的各種五花八門和稀奇古怪的工藝讓人眼花繚亂，這些混亂和真假不一的信息，使得冶金法多晶硅技術發展受到了嚴重的傷害。

　　2008年金融海嘯后，中國從事冶金法多晶硅的企業數量銳減為個位數。2009年，又有不少新的公司進入冶金法多晶硅的研究和生產，到了2011年第二季度，多晶硅價格的持續下跌再次使得中國不少企業對于冶金法多晶硅技術的研究失去了信心。其實，真正具有洞察力的企業家已經認識到，多晶硅市場價格的下跌，使得冶金法多晶硅的低成本優勢比以往任何時候都更有價值，“成本為王”的時代，從這個時候才開始。

　　中國冶金法多晶硅的崛起

　　近幾年，國際多晶硅廠家之所以能夠通過操控市場價格來對中國的多晶硅企業進行剿殺，原因就在于他們手中掌握著西門子法的工藝，因而能夠以更低的成本來與中國的多晶硅新手們競爭廝殺。而中國企業在冶金法多晶硅領域的努力，將使這種情況獲得改變。

　　在中國光伏產業蓬勃發展的大背景下，冶金法多晶硅的研究在中國取得了令人矚目的進展。盡管早期的冶金法研究存在一些混亂，但這種混亂狀況從2009年下半年起獲得了根本扭轉。對這個轉變起了決定性的作用、并讓中國的冶金法多晶硅的研究和開發后來有了長足進步的，是中國冶金法多晶硅聯盟的成立。這個聯盟包括了二十余家企業和研究機構，包括廈門大學、東北大學、中國科學院、中山大學、北京科技大學、大連理工大學、昆明理工大學等多家著名的大專院校，以及上海普羅、寧夏發電集團、廈門佳科等企業。上海普羅新能源有限公司的史珺博士擔任首屆理事長。聯盟聚集了中國真正在從事冶金法多晶硅的主流科學家和企業家，使得大家有了一個交流的平臺，同時，也有了一個關于冶金法多晶硅研究進展的權威的官方發言機構。

　　聯盟于2009年6月在廈門市組織召開了中國第一屆冶金法太陽能多晶硅技術研討會，。2010年9月，該聯盟又主辦了世界上第一屆冶金法多晶硅國際研討會，這次會議在中國西北的寧夏銀川的沙湖國際會議中心召開。兩次會議的參加人數都大大超出了預計。銀川會議發表了80多份報告和近百篇論文，中國從事冶金法多晶硅的研究機構之多、研究程度之深、企業取得的進展之大，讓來自美國、加拿大、澳大利亞、日本、德國和挪威的專家都大吃一驚。2011年8月，借助第八屆國際先進材料與技術大會(IFAMST8)召開之際，聯盟在日本福岡召開了第二次國際冶金法多晶硅研討會，該研討會被列為IFAMST8的一個分會場，史珺博士任分會場主席。

　　2011年后，中國從事冶金法多晶硅的產業技術開發的企業已經數量銳減，不少處于暫停或暫緩的階段，但大部分都保留了冶金法多晶硅的研發平臺。作為中國冶金法多晶硅聯盟的理事長單位，上海普羅一直堅持用最低的成本、最低的能耗來發展自己的工藝路線。無論市場行情如何，從來沒有被市場的價格波動所影響。2012年，上海普羅完成了對冶金法多晶硅提純工藝的第三代技術的改進，形成了被稱為PM法的新的工藝。這種方法采用合成渣洗的工藝作為第一步除硼，然后通過定向凝固進行金屬去雜;之后再通過一個叫做DVC的裝置，對硅液進行真空霧化脫氣提純和等離子體提純，最后再進行一次真空定向凝固提純。由于DVC裝置內部有使硅液循環的機制，使得等離子體束在除硼時對硅的損耗大大降低，而巧妙的霧化使得比表面積大大提高，因而大大改善了真空提純和脫磷的效果。PM法不僅成功地提高了純度，使得冶金法多晶硅能夠達到近7N的水平，而且保證了生產過程中質量的均勻性。更重要的是，該裝置使得年產一萬噸的產能得以在僅僅數千平方米的場地里實現，并且將生產成本降低到了10美元以下。第一個PM法多晶硅工廠于2013年初開始在河南某地興建，計劃于2013年第四季度竣工投產。預計該廠的單位能耗在低于12千瓦時。

　　在進行大規模產業化的同時，中國冶金法多晶硅聯盟還于2011年承擔了一項由國家科技部支持的國家科技支撐計劃，目前也正在申報“973”和“863”計劃。承擔這些科技計劃的主要目的是建立關于冶金法太陽能多晶硅大規模清潔生產的科學基礎和研究體系，這對于冶金法多晶硅的大規模生產和成本的進一步降低，起到重要的學科支撐作用。

　　實現多晶硅的“中國夢”

　　無論是上面提到的上海普羅的冶金法多晶硅進展，還是冶金法聯盟開展的關于冶金法多晶硅提純的基礎科學層面的研究，中國在全球冶金法多晶硅領域的技術水平，都已經達到了國際領先的水平。這樣的情形，在我國光伏和其它行業，都是十分罕見的。這種技術領先，將徹底打破歐美長期以來在多晶硅領域的技術壟斷，使中國企業獲得以前從未有過的競爭優勢和市場話語權，真正實現多晶硅領域的“中國夢”。

　　但是，中國長期落后造成的思維慣性使得無論是投資者還是政府，對這種情況都理解得十分緩慢，大多數人還是覺得中國人在某種技術上能夠領先于世界，是件難以相信的事情。因此，上海普羅和冶金法聯盟要想證明自己，只能通過一個途徑，那就是實現冶金法多晶硅的大規模生產，否則任何研究進展都會失去價值和光彩。

　　一個新的工藝要實現大規模生產，不僅要有全新的、可靠而實用的工藝，還要自行研制全套的新設備，當然，所有的前提是還要獲得足夠的投資。在目前的中國，尤其是光伏行業，要滿足這些前提十分困難。所幸的是，在國家發改委、工信部、科技部以及各省市政府的大力支持下，這些條件都正在逐一地得到滿足。可以說，中國現在已經具備了冶金法多晶硅大規模生產工藝的成功的外在條件，但多晶硅的“中國夢”歸根結底是中國企業的夢，最終的大規模工藝生產的實現還是要靠企業家和科學家們通過自身的努力來完成。我們有理由相信并期待中國的科學家們和企業家們的成功，現在，我們要做到的就只剩下一件事：把這些年所有的努力在第一套萬噸級的生產線上體現出來，成功實現太陽能級冶金法多晶硅的大規模生產，實現多晶硅的“中國夢”。