多晶硅

多晶硅（polycrystalline silicon或multicrystalline silicon），亦稱polysilicon、poly-Si或mc-Si，是一種高純度的多晶形式的硅，由細小的單晶硅構成，作為太陽能光伏和電子工業的原料使用。它不同於用於電子和太陽能電池的單晶硅，也不同於用於薄膜設備和太陽能電池的非晶硅。

左側：由多晶硅製成的太陽能電池；右側：多晶硅棒（上）和塊體（下）

多晶硅由冶金級硅通過一種稱為西門子法（Siemens process）的化學提純工藝生產。該工藝涉及揮發性硅化合物的蒸餾，以及在高溫下將其分解生成硅。一個新興的替代精煉工藝使用流化床反應器（英語：Fluidized bed reactor），成本更低。^[1]光伏行業亦生產「升級冶金級硅」（upgraded metallurgical-grade silicon，簡稱 UMG-Si），採用冶金而非化學的提純工藝以降低成本，但犧牲了純度。^[2][3][4][5]用於電子行業的多晶硅雜質含量通常低於十億分之一（ppb），而多晶太陽能級硅（SoG-Si）通常純度較低。在2010年代，產能呈向中國集中的趨勢，中國企業占前十名中的七家，並約占全球總產能的90％，全球總產能約為1,400,000公噸（MT）。德國、美國和韓國企業占剩餘市場份額。^[6]

多晶硅原料通常以西門子法製得的大直棒形式出現，工廠常將其按特定尺寸切碎並在潔淨室包裝後出貨。^[7]這些原料可直接鑄造成多晶鑄錠，鑄錠為大型方塊，重量約800千克^[8]，用於製造太陽能硅片^[9]；或者將原料送入再結晶工藝，以常用的直拉法（柴可拉斯基法）生長單晶硅錠（boule）。^[10][9]單晶錠隨後被切片成薄硅片，用於生產太陽能電池、集成電路及其它半導體器件。

單晶硅和多晶硅

在單晶硅中，晶體框架結構是均勻的，能夠由外部均勻的外貌來辨識。在單晶硅（也稱單晶）中，整個樣品的晶格連續不間斷，且沒有晶界。大的單晶在自然界中是極其罕見的，並且也難以在實驗室中製造（見重結晶）。相比之下，原子在無定形結構中的位置被限制為短程有序。

多晶和次晶相（見多晶體）由數量眾多的小晶體或者微晶構成。多晶硅是一種由許多的較小硅晶構成的材料。多晶體晶胞可由一種可見的「片狀金屬效應」來識別紋理。半導體級（也包括太陽能級）多晶硅被轉換為「單晶」硅——意味着在「多晶硅」中隨機聯接的晶體轉變成了一個大的「單晶」。單晶硅被用於製造大多數硅基微電子設備。多晶硅能夠達到99.9999%純度。超純多晶硅也應用在半導體工業里，比如2至3米長的多晶硅棒。在微電子業（半導體產業），多晶硅在宏觀尺度和微觀尺度（組分）皆有應用。單晶硅的生長工藝包括柴可拉斯基法、區熔和布里奇曼法。

生產商

主要的多晶硅生產商有Hemlock Semiconductor、OCI、瓦克集團（Wacker Chemie）、保利協鑫能源、REC、LDK Solar、MEMC，以及一些比較小的生產商^[11]。排在前面的7家公司2010年產量超過全球多晶硅產量的79.2%。

參見

低溫多晶硅