太陽能多晶矽的化學純化技術發展？ 太陽能多晶矽的化學純化技術發展 晁成虎 ㄧ、前言 近年來，隨著能源、環保與經濟兼顧的永續發展理念日漸抬頭，太陽光電產業成為全球 性熱潮。矽材料是太陽光電產業最重要的基礎原料，其中又以多晶矽（Polysilicon）材料為 主。多晶矽的生產技術可概分成化學冶金（hydro-metallurgy）、電化學（electrochemistry）和 高溫冶金或火法冶金（pyro-metallurgy）三大類（1, 2），但以前者為主流。 多晶矽的發展經歷了50 多年的歷程，主要的生產廠家主要集中在歐、美及日本等國家。 前七大公司為Hemlock Semiconductor、Wacker Chemie、REC、Tokuyama、MEMC、Mitsubishi、 Sumitomo-Titanium，供應了全球75%以上的多晶矽量。此外，知名大廠如Merck、Union Carbide、Siemens、Du Pont、Bell Lab.、Motorola、Westinghouse、Dow Corning、AeroChem、 Foote Mineral、Mallincrodt、Transitron、Chisso、Monsanto、Fairchild 等公司皆曾經參與競爭 （3）。其他如顧問公司J.C. Schumecher、SRI、PPP、SML、SolMic、GP Solar 和設備供應商 如GT Solar、Centrotherm 等，在商場上則日益活躍。 目前多晶矽材料嚴重短缺，除了現有的各大生產廠家紛紛擴產和新建外，全球各相關企 業與研究機構也爭相開發低成本與低耗能的太陽能級矽材料技術。並朝向把生產低純度太陽 能級多晶矽和高純度電子級多晶矽作市場區隔，以求進一步降低成本。 在太陽光電全球一片看好聲中，我國產、官、學、研各界也不甘示弱。在廠商方面，就 有中油、台塑、福聚（李長榮+億光）、台聚、山陽（台灣半導體）、茂矽、茂德、元晶、旭 晶、太陽光電等公司相繼宣佈投資計畫。在法人機構方面，則有工研院、中科院和金屬中心 投入相關研究。在政府方面，經濟部除了在能源局的太陽光電業務推動，也於工業局成立「太 陽光電材料產業推動計畫」，規劃關鍵材料發展策略，並推動國外矽材料大廠來台設廠，促 成國內外廠商技術移轉，協助上下游技術整合（4）。 本文即從材料、設備與製程三個構面來詳述這些太陽能多晶矽技術的發展，以便於產、 官、學、研各界掌握切入點，獲取更多的談判空間與競爭優勢。 電子月刊 97 年4 月號 2 二、材料 從材料的構面而言，包含了純化前後的矽材料和中間反應物兩部分。 三、設備 生產多晶矽的設備中，反應爐是最核心的技術。反應爐的型式至少有鐘罩式反應爐（Bell Jar reactor, BJR）、流體化床反應爐（Fluidized Bed reactor, FBR）、自由空間反應爐（Free Space reactor, FSR）、冷壁反應爐（Cold Wall reactor, CWR）、渦流反應爐（Swirl-Flow reactor, SFR）、 震動床反應爐（Vibrational Bed reactor, VBR）、氣液反應爐（Vapor to Liquid reactor, VLR）等 多種設計，其中以鐘罩式反應爐最普遍，流體化床反應爐次之。 四、製程 製程是反應物、還原劑、反應爐和步驟的組合，以反應物來區分，就可分成SiHCl3 三 氯矽烷法、SiH4 矽烷法、SiH2Cl2 二氯矽烷、SiCl4 四 氯化 矽法、四氟化矽 SiIF4 法、SiH2F6 氟矽酸法、四溴化矽 SiBr4 法、四碘化矽 SiI4 法、無氯法等，茲擇要介紹。 五、結語 太陽能級多晶矽材料的化學純化技術在反應物、設備與製程上的開發方向甚多，面對未 來市場需求日益增多的態勢，現有技術的改進與嶄新技術的開發皆更重要。 。 六、參考資料 1. 晁成虎，太陽能級矽材料技術，自強基金會，新竹班 96.11.24. 2. 晁成虎，太陽能級矽材料，國立屏東科技大學，97.1.11 3. William C. O'Mara, Robert B. Herring, Lee P. Hunt, Handbook of Semiconductor Silicon Technology, Noyes Publications, August 1, 1990 4. 林江財, 加速推動太陽光電產業發展，第六屆全國工業發展會議, 11 月12-13 日, 2007. 5. Pöpken, Tim and Sonnenschein, Raymund, PROCESS FOR PRODUCING SILICON, Wipo Patent WO/2005/085133 6. Konrad, Reuschel, Method and apparatus for producing hyper-pure semiconductor material, particularly silicon, United States Patent 2999735 7. Ling, Harry W. , Production of silicon, United States Patent 3012861, 8. Carman, Justice N., Process for producing liquid silicon, United States Patent 4176166 9. トクヤマ，溶融析出法による太陽電池シリコン製造技術の開発，平成１６年度～平成 電子月刊 97 年4 月號 3 １８年度成果報告書, NEDO. 10. Gautreaux, Marcelian F. and Allen, Robert H, Polysilicon produced by a fluid bed process, United States Patent 4820587 11. チッソ株式会社, 太陽電池用シリコン原料の低コスト・量産化技術開発, 平成１５年 度～平成１７年度成果報告書, NEDO. 12. Ciszek T.F., Wang T.H., Page M.R., et al. “Solar-Grade Silicon from Metallurgical-Grade Silicon Via Iodine Chemical Vapor Transport Purification”, 29th IEEE PV Specialists Conference, New Orleans, Louisiana, May 20-24, 2002. 13. Tihu Wang and Theodore F. Ciszek, “Purification and deposition of silicon by an iodide disproportionation reaction”, U.S. Patent 6468886. 14. Tihu Wang and Theodore F. Ciszek, “Purified Silicon Production System”, U.S. Patent 6,712,908 . 15. Y. Tsuo, E. Belov, V. Gerlivanov, V. Zadde, S. Kleschevnikova, N. Korneev, E. Lebedev, A. Pinov, E. Ryabenko, D. Strebkov, E. Chernyshev, Method of High Purity Silane Preparation, US Patent No. 6,103,942. 16. V.V. Zadde, A.B. Pinov, D.S. Strebkov, E.P. Belov, N.K. Efimov, E. N. Lebedev, E.I. Korobkov, D. Blake, K. Touryan, New method of solar grade silicon production, 12th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cell Materials and Processes, 2002. 17. D.S. Strebkov, A. Pinov, V.V. Zadde, E.N. Lebedev,E.P. Belov, N.K. Efimov, S.I. Kleshevnikova, K. Touryan and D. Bleak, Chlorine Free Technology for Solar-Grade Silicon Manufacturing, 14th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells and Modules, Winter Park, Colorado, August 8-11, 2004.查看更多0个回答 . 1人已关注
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