太陽能級多晶矽製程技術探討

太陽能級多晶矽技術分為化學法與物理法兩大類。化學法的多晶矽製程泛指矽在純化過程中，需要轉換成矽化合物的中間產物，再利用裂解或氧化還原反應，將矽化合物轉成高純度的多晶矽原料。

物理法製程又稱為冶金法，是將冶金級矽在不改變矽的本質狀況下，將雜質利用物理或化學法移除，雖然還是有化學反應參與，但其反應對象是針對硼、磷等雜質，矽並未改變其化性，以物理法純化的純度有其極限，由於成本低廉，被視為是取代高純度多晶矽的明日之星。

化學法製程可產出純度較高的多晶矽，但由於中間牽涉到許多副產品的控制與處理，技術難度較高，依照不同技術來源，成本各異，一般來說成本比物理法製程高。大部分化學法都需利用冶金級矽(metallurgical grade silicon；MG)來當作矽化合物的原料，少數是直接利用二氧化矽來製備矽化合物。

化學法中，西門子法(Siemens process)廣為早期生產半導體級多晶矽的業者所採用，此法技術成熟但成本較高。除西門子法外，尚有ASiMi法、流體床反應法與管狀沉積法等。

ASiMi法是Advanced Silicon Material (ASiMi)公司所研發，係利用矽甲烷(silane/ SiH4)為原料的高純度多晶矽製程技術。2005年ASiMi宣布退出多晶矽市場，大部分股權由挪威REC (Renewable Energy Corp)收購，因此此項技術目前仍由REC在進行生產。

流體床反應法與ASiMi法同樣以矽甲烷為原料，這種方法的反應溫度較低，可減少近30%的耗電量，且因矽晶種反應面積較大，反應爐內氣流速度快，可解決ASiMi法沉積速度慢的問題。流體床反應可為連續式的生產，也是流體床反應爐優於鐘罩形西門子反應爐的原因。

管狀沉積法是Joint Solar Silicon GmbH (JSSI)使用的多晶矽生產技術，所使用的原料與原理和流體床反應法相同，皆為矽甲烷與氫氣加熱分解後產生的多晶矽。JSSI宣稱此法所消耗的電量為傳統西門子法的10分之1，轉換率可達95~98%，目前已有量產紀錄。

物理法製程的冶金法太陽能多晶矽，於2008年開始被少量產出。冶金法純化太陽能級矽的技術同時還需要雜質較低的冶金級矽為原料，然後經過幾道程序才能完成。

另外，亦有業者投入其他製程的量產技術，仍在研發階段，例如鈉還原法與熱碳還原法的純化技術不需經過冶金級矽的途徑，其原料如氟矽酸鈉為肥料的副產品，而矽酸鈉可直接從二氧化矽的化學反應途徑而得。

整體而言，目前成功量產的技術還是以西門子法、流體床反應法、管狀沈積法與ASiMi法為主，冶金法太陽能級多晶矽在2008年已經有少量量產，但由於品質仍然不穩定，整個技術還是有改進空間，但也正式被列為太陽能料源的選項之一。其他方法在近年則都有廠商宣稱要投入相關技術的量產工作，在還沒有品質穩定的量產紀錄前，要投入相關技術投資或大規模使用產品都需要嚴格評估。(更完整分析請見DIGITIMES Research太陽能服務)