多晶硅

多晶硅（polycrystalline silicon或multicrystalline silicon），亦称polysilicon、poly-Si或mc-Si，是一种高纯度的多晶形式的硅，由细小的单晶硅构成，作为太阳能光伏和电子工业的原料使用。它不同于用于电子和太阳能电池的单晶硅，也不同于用于薄膜设备和太阳能电池的非晶硅。

左侧：由多晶硅制成的太阳能电池；右侧：多晶硅棒（上）和块体（下）

多晶硅由冶金级硅通过一种称为西门子法（Siemens process）的化学提纯工艺生产。该工艺涉及挥发性硅化合物的蒸馏，以及在高温下将其分解生成硅。一个新兴的替代精炼工艺使用流化床反应器（英语：Fluidized bed reactor），成本更低。^[1]光伏行业亦生产“升级冶金级硅”（upgraded metallurgical-grade silicon，简称 UMG-Si），采用冶金而非化学的提纯工艺以降低成本，但牺牲了纯度。^[2][3][4][5]用于电子行业的多晶硅杂质含量通常低于十亿分之一（ppb），而多晶太阳能级硅（SoG-Si）通常纯度较低。在2010年代，产能呈向中国集中的趋势，中国企业占前十名中的七家，并约占全球总产能的90％，全球总产能约为1,400,000公吨（MT）。德国、美国和韩国企业占剩余市场份额。^[6]

多晶硅原料通常以西门子法制得的大直棒形式出现，工厂常将其按特定尺寸切碎并在洁净室包装后出货。^[7]这些原料可直接铸造成多晶铸锭，铸锭为大型方块，重量约800千克^[8]，用于制造太阳能硅片^[9]；或者将原料送入再结晶工艺，以常用的直拉法（柴可拉斯基法）生长单晶硅锭（boule）。^[10][9]单晶锭随后被切片成薄硅片，用于生产太阳能电池、集成电路及其它半导体器件。

单晶硅和多晶硅

在单晶硅中，晶体框架结构是均匀的，能够由外部均匀的外貌来辨识。在单晶硅（也称单晶）中，整个样品的晶格连续不间断，且没有晶界。大的单晶在自然界中是极其罕见的，并且也难以在实验室中制造（见重结晶）。相比之下，原子在无定形结构中的位置被限制为短程有序。

多晶和次晶相（见多晶体）由数量众多的小晶体或者微晶构成。多晶硅是一种由许多的较小硅晶构成的材料。多晶体晶胞可由一种可见的“片状金属效应”来识别纹理。半导体级（也包括太阳能级）多晶硅被转换为“单晶”硅——意味着在“多晶硅”中随机联接的晶体转变成了一个大的“单晶”。单晶硅被用于制造大多数硅基微电子设备。多晶硅能够达到99.9999%纯度。超纯多晶硅也应用在半导体工业里，比如2至3米长的多晶硅棒。在微电子业（半导体产业），多晶硅在宏观尺度和微观尺度（组分）皆有应用。单晶硅的生长工艺包括柴可拉斯基法、区熔和布里奇曼法。

生产商

主要的多晶硅生产商有Hemlock Semiconductor、OCI、瓦克集团（Wacker Chemie）、保利协鑫能源、REC、LDK Solar、MEMC，以及一些比较小的生产商^[11]。排在前面的7家公司2010年产量超过全球多晶硅产量的79.2%。

参见

低温多晶硅