01 西门子法VS硅烷流化床法

其实，颗粒硅和块状硅的竞争在业内并不是什么新鲜事，在保利协鑫在颗粒硅领域深耕十多年内，二者之争从来没有停下过。

需要明确的是无论块状硅还是颗粒硅，他们都属于多晶硅，制造工艺的不同造就了外观和性能上的不同。从产业链上来看，二者都是从工业硅企业获取原材料生产出多晶硅，提供给下游硅片厂商使用。

说白了，颗粒硅和块状硅之争实则是两种制程工艺的比拼。那便是西门子法VS硅烷流化床法。

不要把这个过程想得多复杂，实际上多晶硅的生产就是一个提纯的过程，工业硅本身含有过多的杂质，而光伏、半导体应用中需要高纯度的硅料。

故此，通过一系列工艺制程将工业硅变得更纯净。可以把多晶硅的生产简单理解成“淘金”的过程。

无论是块状硅的西门子法还是颗粒硅的硅烷流化床法，多晶硅的生产其实都是分为两部分。

第一步就是将工业硅进行气化，就是进行一些化学反应将工业硅变成气体。第二步就是将气体物质还原成固体物质——多晶硅。

再重复一遍，多晶硅生产分为两部分：第一步：固态变气态，叫气化；第二部：气态变固态，叫还原。

多晶硅的生产就是通过两次固态气态的变化而提纯。

目前的多晶硅生产所用的技术主要为改良西门子法。2020年采用此方法生产出的多晶硅约占全国总产量的95％以上。

顾名思义，西门子法技术名称的由来便是因为西门子公司在1955年成功开发了此项生产多晶硅的技术。并且，在后续进行了尾气回收等技术升级，被称做改良西门子法。

简单来讲，西门子法就是将工业硅粉汽化成三氯化硅SiHCl3，再进行提纯，得出多晶硅的过程。由于制程上一直围绕着三氯化硅展开，所以也可以叫其三氯化硅西门子法。

而颗粒硅和块状硅外观上有着巨大的差别。颗粒硅形似球状，直径在2mm左右，和绿豆差不多大，外观的不同缘于工艺上的不同，其工艺为硅烷流化床法。

理解这项技术并不难，硅烷就是硅与氢的化合物，主要指的是甲硅烷SiH4。硅烷流化床与西门子法之间工艺存在着延伸关系。

相同的地方是二者生产过程中都存在着气化出三氯化硅SiHCl3这一步骤。不同的地方是硅烷法多了一个步骤，将三氯化硅SiHCl3再加工成甲硅烷SiH4后再进行还原（气态变固态）。

这一步骤具体的操作便是在流化床中，通入甲硅烷气体然后加热裂解成小颗粒硅（SiH4→Si＋2H2）。

此时，在流化床另外一个端口持续加入仔晶，小颗粒硅便开始附着在仔晶上，持续过程使得仔晶变大，最后从出口排除。这个过程有点像我们小时候玩滚雪球的游戏，越滚越大。

还原（气态变固态）过程的不同不仅造就了二者形态上的差别也使得性能不同、成本不同。

外观形式上的差别是显而易见的，这种差别对其使用也产生了影响。

颗粒硅形似球状，流动性好，在相同的反应炉上可以多装15％－20％的物料，提升了效率；相反，西门子法生产的块状硅需要进行破碎才能使用，此过程中很可能造成浪费和物料的污染。

此外，在拉晶（从反应炉拉出来硅片）过程中，颗粒硅凭借体积的优势更适合于CCZ（连续直拉法），加料、 熔化、晶棒拉制同时进行，此过程极大地提升了生产效率。

而更为关键的是，能耗和投资成本的大幅度下降。

在硅片生产过程中，西门子法工艺对温度要求极高，超过1000度，而硅烷流化床法保证在550－700度之间即可。

与此同时，西门子法工艺存在着多次的循环过程，生产中高温度和多次循环的过程导致的结果是能耗高达60kwh／kg，远超硅烷流化床法的20kwh／kg。

其次，由于硅烷流化床法工艺简单，降低了投资强度，相比西门子法的8亿／万吨投资成本，硅烷流化床法仅为6亿／万吨，相对应的折旧成本更低。

综合来看，颗粒硅技术在原有的基础之上可以将生产效率提升超过20％，降低综合生产成本30％以上。

颗粒硅的生产过程是更为清洁的，较少了碳排降低了能耗。在限产限电背景下，是更加适宜的生产方式。

想必大家读到这里产生了疑问，既然有这么多优点为何目前主流的多晶硅仍旧采用西门子法呢？要知道，颗粒硅的市场占有率还不到5％。

正所谓“成也萧何，败也萧何”，硅烷流化床法带来了成本和效率的优势，但缺点也同样明显。

其中，纯度是颗粒硅绕不开的话题。

由于采用硅烷流化床法（SiH4→Si＋2H2），加热裂解使得硅中含氢量较高，同时制造过程中使得小颗粒硅被吹起，很容易撞到内壁，而内壁主要由碳组成，使得产品含碳量高。此外，颗粒硅的表面积明显大于块状硅，使得更容易沾染杂质。

其结果就是硅片生产过程中，颗粒硅受热后氢气溢出，造成液面跳动或加料溅出，影响了正常量产。

此时，一定会有一些声音说颗粒硅质量可以达到电子级别了，但是要知道达到如此高品质的产品并非大规模量产得来。

由工艺导致的杂质问题，使得规模生产后产品的品质差异极大，故而无法直接作为原材料生产硅片，在拉晶过程中颗粒硅只能作为掺杂料使用（掺杂比例约15－20％）。

但是，随着今年来硅料价格的暴涨，这一平衡逐步被打破。