隨著光伏行業的快速發展，促進了生產中重要的原輔材料高純石墨的用量大幅攀升。光伏行業很多原輔材料需要用到性能穩定、干擾因素少的高純石墨作為加工原料。高純石墨在整個光伏行業，從硅礦冶煉到多晶硅生產、再到多晶硅鑄錠及直拉單晶等多個工序中都有應用。

       1.1 石墨在金屬硅冶煉中的應用

       從(cong)下圖中(zhong)可以看出太陽能(neng)光(guang)伏電池生(sheng)產是(shi)從(cong)金屬硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)(lian)開始，金屬硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)(lian)中(zhong)用到的一(yi)臺關鍵設備(bei)是(shi)金屬硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)(lian)爐;在金屬硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)(lian)爐中(zhong)，電極就是(shi)心(xin)臟，是(shi)導電系統的重要(yao)組成(cheng)部分，電流是(shi)通(tong)過電極輸入(ru)爐內產生(sheng)電弧，這是(shi)化(hua)學(xue)硅(gui)(gui)冶(ye)煉(lian)(lian)中(zhong)的一(yi)個重要(yao)環節(jie)。

       從生產特點上對電極(ji)材(cai)料的要求(qiu)是(shi)：

       ①導電(dian)性好、電(dian)阻率小，以(yi)減(jian)少電(dian)能損失;

       ②熔點要高，熱膨脹系數要小，不(bu)易變形(xing);

       ③高溫(wen)時(shi)有足夠的(de)機械強(qiang)度，雜(za)質含量(liang)低。

       用(yong)(yong)高純石墨(mo)做(zuo)的電極灰分含量低(di)，導電性(xing)、耐熱性(xing)和耐腐蝕(shi)性(xing)能都比較(jiao)好(hao)，是化學(xue)用(yong)(yong)硅冶(ye)煉的最佳選(xuan)擇。因(yin)此高純石墨(mo)在金屬硅冶(ye)煉中有著廣闊的應用(yong)(yong)前景(jing)。

       1.2 石墨在多晶硅生產中的應用

       目前市場上太(tai)陽能級多晶硅(gui)產(chan)品85%以上是依靠改良西門(men)子工藝(yi)生產(chan)制得，在(zai)改良西門(men)子工藝(yi)生產(chan)過程中，高(gao)純石墨以其(qi)優異的(de)特性(xing)在(zai)多道工序中被(bei)廣泛使用(yong);例如多晶硅(gui)氣相(xiang)沉(chen)積的(de)還原爐(lu)內要用(yong)到大(da)量的(de)石墨制品耗材(cai)，在(zai)處理副產(chan)物四氯化硅(gui)的(de)熱氫化工藝(yi)中也要用(yong)到高(gao)純石墨材(cai)料。

       1.2.1 氣相沉積還原爐內的高純石墨材料

       氣(qi)相沉積法生產多(duo)晶硅(gui)(gui)(gui)是在(zai)一個(ge)密閉的(de)還原爐內(nei)進行，將特定配比的(de)三氯氫硅(gui)(gui)(gui)與氫氣(qi)的(de)混(hun)合氣(qi)通(tong)入到(dao)還原爐內(nei)，混(hun)合氣(qi)在(zai)高(gao)(gao)溫硅(gui)(gui)(gui)芯(xin)(xin)載(zai)體上發生沉積獲得多(duo)晶硅(gui)(gui)(gui)產品;連接沉積載(zai)體硅(gui)(gui)(gui)芯(xin)(xin)和(he)傳輸(shu)(shu)電流(liu)的(de)電極之間(jian)需要一種特殊材(cai)料(liao)，能夠在(zai)高(gao)(gao)溫下(xia)不分解、不參與硅(gui)(gui)(gui)的(de)反應，高(gao)(gao)純石墨剛好能夠滿足這個(ge)要求; 利用高(gao)(gao)純石墨制備的(de)石墨件(jian)是如今固定硅(gui)(gui)(gui)芯(xin)(xin)、傳輸(shu)(shu)電流(liu)不可替代的(de)材(cai)料(liao)，高(gao)(gao)純石墨的(de)發展有利于改進多(duo)晶硅(gui)(gui)(gui)產品的(de)內(nei)在(zai)質量。

       在現有技術條件(jian)下，高(gao)純(chun)石(shi)墨(mo)制品在多晶硅生產中的(de)應用具有不可替代性(xing)，因此如果要盡量(liang)降低石(shi)墨(mo)件(jian)對多晶硅的(de)污(wu)染，必須從石(shi)墨(mo)件(jian)的(de)自(zi)身質(zhi)(zhi)量(liang)著手(shou)。首先，選用雜質(zhi)(zhi)含量(liang)較低的(de)高(gao)純(chun)或超高(gao)純(chun)石(shi)墨(mo)。

       然后，采用更先進的處理技術，比如改進加工工藝，使石墨的灰分更少、強度更高;另外，可以借助如今先進的表面處理技術，可以對石墨件進行涂覆處理，如涂硅、碳化硅等。

       還(huan)有報道稱，在多(duo)晶硅(gui)還(huan)原爐內(nei)增加高(gao)純(chun)石墨(mo)材料復(fu)(fu)合板(ban)， 這些石墨(mo)材料復(fu)(fu)合板(ban)分(fen)布在還(huan)原爐內(nei)壁與各對電(dian)極之間(jian)，可(ke)以(yi)很好的保持還(huan)原爐內(nei)的熱場分(fen)布，提高(gao)熱能利用(yong)率(lv)，從節能角度分(fen)析可(ke)以(yi)降低多(duo)晶硅(gui)的生產成本(ben)。

       1.2.2 熱氫化爐中高純石墨材料

       熱(re)(re)氫化(hua)(hua)技術，是以四氯化(hua)(hua)硅和氫氣為原料，經120-1250℃的石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體加熱(re)(re)，進行還原反應生(sheng)成三氯氫硅。四氯化(hua)(hua)硅氫化(hua)(hua)爐(lu)是熱(re)(re)氫化(hua)(hua)工藝中的關鍵設(she)備(bei)，在(zai)氫化(hua)(hua)爐(lu)內發生(sheng)的熱(re)(re)氫化(hua)(hua)反應中，會產生(sheng)一定量的硅粉，當硅粉沉積(ji)在(zai)石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體上(shang)的時候，沉積(ji)的硅粉會使石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體之(zhi)(zhi)間的距離變(bian)小，并且(qie)各個石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體之(zhi)(zhi)間存在(zai)電勢差(cha)，導致石(shi)墨(mo)發熱(re)(re)體之(zhi)(zhi)間發生(sheng)放電，而對設(she)備(bei)帶(dai)來的損害(hai)，降(jiang)低設(she)備(bei)的使用(yong)壽命。

       當前有研究(jiu)指出，在熱(re)(re)氫(qing)(qing)化爐(lu)內為減少(shao)熱(re)(re)量(liang)損失，提(ti)高(gao)(gao)熱(re)(re)效率，采取墨材料制備(bei)的(de)換熱(re)(re)設備(bei)的(de)方法(fa)，將排出氫(qing)(qing)化爐(lu)的(de)高(gao)(gao)溫反應氣(qi)體(ti)與進(jin)入氫(qing)(qing)化爐(lu)內的(de)氣(qi)體(ti)進(jin)行熱(re)(re)交換；還有采用內置熱(re)(re)輻(fu)射屏和(he)剛性高(gao)(gao)致密性高(gao)(gao)純石(shi)墨的(de)方式來減少(shao)熱(re)(re)量(liang)損失。因(yin)此高(gao)(gao)純石(shi)墨材料在熱(re)(re)氫(qing)(qing)化爐(lu)中的(de)應用越(yue)來越(yue)廣泛。

       1.3 石墨在多晶硅鑄錠爐中的應用

       多(duo)晶硅鑄(zhu)(zhu)錠爐中(zhong)，多(duo)個(ge)組件需要石(shi)墨材(cai)料(liao)(liao)。特別是(shi)加熱(re)器中(zhong)使用的(de)加熱(re)材(cai)料(liao)(liao)和隔(ge)熱(re)材(cai)料(liao)(liao)，是(shi)目前(qian)重(zhong)要的(de)配套材(cai)料(liao)(liao)，因此(ci)高(gao)純石(shi)墨材(cai)料(liao)(liao)的(de)發展推動(dong)了多(duo)晶硅鑄(zhu)(zhu)錠生產工藝的(de)進一步(bu)發展。

       1.3.1 加熱器中使用的加熱材料

       在(zai)多晶(jing)硅鑄(zhu)錠爐設計上，為使硅料熔融，必須(xu)采(cai)用(yong)合適的(de)加(jia)熱(re)(re)方式(shi)。從(cong)加(jia)熱(re)(re)的(de)效(xiao)果而言，感應加(jia)熱(re)(re)和輻(fu)射加(jia)熱(re)(re)均可以(yi)達(da)到(dao)所(suo)需(xu)的(de)溫(wen)度。一般多采(cai)用(yong)輻(fu)射加(jia)熱(re)(re)方式(shi)，它(ta)可以(yi)對結晶(jing)過(guo)程(cheng)的(de)熱(re)(re)量傳遞進行精確控制，易于在(zai)增禍(huo)內部(bu)形成垂(chui)直的(de)溫(wen)度梯度。

       因此(ci)加(jia)(jia)(jia)(jia)熱器(qi)的加(jia)(jia)(jia)(jia)熱能(neng)力必須超過1650℃，同時加(jia)(jia)(jia)(jia)熱器(qi)的材料(liao)不(bu)能(neng)與(yu)硅料(liao)反應，不(bu)對硅料(liao)造成污染，能(neng)在真(zhen)空及惰性氣(qi)氛(fen)中長期使(shi)用。符合使(shi)用條件(jian)可(ke)供選擇(ze)的加(jia)(jia)(jia)(jia)熱器(qi)有金屬鎢、鉬和(he)非金屬石墨等。由于鎢、鉬價格昂貴，加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)困(kun)難，而石墨來源廣泛，可(ke)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)成各(ge)種形(xing)狀。

       另外(wai)，石墨具有熱(re)慣性(xing)小、可以(yi)快速(su)加(jia)(jia)熱(re)，耐高(gao)溫、耐熱(re)沖擊性(xing)好(hao)，輻射面積大、加(jia)(jia)熱(re)效率(lv)高(gao)、且基本性(xing)能(neng)穩定等特點，因此高(gao)純(chun)石墨材料可以(yi)作為很(hen)好(hao)的(de)加(jia)(jia)熱(re)器材料得到廣(guang)泛應(ying)用。

       1.3.2 加熱器中使用的隔熱材料

       對于鑄錠工藝而言，為(wei)了(le)提高生產(chan)效率(lv)，要求(qiu)(qiu)設備(bei)的(de)升溫速度(du)(du)盡(jin)(jin)可(ke)(ke)(ke)能快;由于采用真空工藝，要求(qiu)(qiu)爐內材料(liao)的(de)放氣量應盡(jin)(jin)可(ke)(ke)(ke)能少，縮短真空排(pai)氣的(de)時間;同時硅(gui)料(liao)中(zhong)溫度(du)(du)梯度(du)(du)的(de)形成還需要隔熱(re)層的(de)精(jing)確提升實現(xian)，隔熱(re)層的(de)質量要盡(jin)(jin)可(ke)(ke)(ke)能輕，以(yi)減少升降時的(de)慣性(xing)而影(ying)響(xiang)控制精(jing)度(du)(du)。

   ;    綜上所述對于隔熱材(cai)料的選(xuan)擇要求是：耐高溫、密度低(di)、導(dao)熱小、蓄熱量少(shao)、隔熱效(xiao)果好(hao)、放氣量少(shao)、重(zhong)量輕(qing)、膨脹(zhang)系(xi)數小，在(zai)眾多(duo)的耐火保溫材(cai)料中，以高純(chun)石墨最為理想。

       石墨材料(liao)(liao)在多晶硅鑄(zhu)錠(ding)生(sheng)產(chan)過程(cheng)中有著不可替代作用，其優(you)良的特性(xing)為鑄(zhu)錠(ding)爐內保持較高的溫度場及優(you)良的隔(ge)熱(re)效果(guo)提供了保障，因(yin)此石墨材料(liao)(liao)的未來發展可以進一步推(tui)動(dong)多晶硅鑄(zhu)錠(ding)爐的優(you)化改造，還為多晶硅鑄(zhu)錠(ding)生(sheng)產(chan)成本的下降做出貢獻(xian)。

       1.4 石墨在直拉單晶硅中的應用

       直(zhi)拉單晶(jing)爐(lu)的(de)熱(re)系統是(shi)指(zhi)為了熔化(hua)硅料，并(bing)保持在一定溫(wen)度下進(jin)行單晶(jing)生長的(de)整個系統，在直(zhi)拉單晶(jing)硅熱(re)場中，石墨部件有增(zeng)渦(wo)、加熱(re)器、電極、隔熱(re)遮(zhe)蔽板(ban)、籽晶(jing)夾持器、旋轉增(zeng)禍用的(de)底座、各種圓板(ban)、熱(re)反射板(ban)等約30余(yu)種。

       在這(zhe)些(xie)高純石墨(mo)制(zhi)品中，加(jia)熱(re)器(qi)(qi)是(shi)熱(re)系統中最重(zhong)要的(de)部件，是(shi)直接的(de)發熱(re)體，溫度最高達(da)到(dao)1600℃以上(shang);與加(jia)熱(re)器(qi)(qi)相連的(de)石墨(mo)電極不(bu)僅要平穩支撐(cheng)加(jia)熱(re)器(qi)(qi)還需(xu)要通(tong)過它對(dui)加(jia)熱(re)器(qi)(qi)進(jin)行加(jia)熱(re)，因此石墨(mo)電極要求厚重(zhong)，結實(shi)耐(nai)用(yong)，它與金屬(shu)電極和加(jia)熱(re)器(qi)(qi)的(de)接觸面需(xu)要光滑、平穩，保證接觸良好，通(tong)電時(shi)不(bu)打火，這(zhe)就需(xu)要對(dui)石墨(mo)電極進(jin)行特殊化處理;用(yong)來(lai)盛裝硅料的(de)高純石墨(mo)柑禍必(bi)須具有一定的(de)強度，用(yong)來(lai)承(cheng)受硅料的(de)重(zhong)量。

       隨著石(shi)墨材料在直(zhi)拉單(dan)晶中的應用越來越廣泛，石(shi)墨材料的發展可以促使直(zhi)拉單(dan)晶工藝得到(dao)改(gai)善(shan)，有利于(yu)進(jin)一步降低直(zhi)拉單(dan)晶的生(sheng)產成本(ben)和(he)提高直(zhi)拉單(dan)晶的生(sheng)產效率。

       隨著太(tai)陽(yang)能光(guang)伏行(xing)業(ye)的(de)不斷(duan)發(fa)展，太(tai)陽(yang)能光(guang)伏材料生(sheng)產過程中的(de)原(yuan)輔材料需要也在日益劇增，因此(ci)針對(dui)光(guang)伏行(xing)業(ye)石墨(mo)材料的(de)發(fa)展方(fang)向應該根據光(guang)伏行(xing)業(ye)特(te)有的(de)特(te)點進行(xing)研究，其未來發(fa)展方(fang)向應該從以下幾個方(fang)面進行(xing)：

       （1）太(tai)陽(yang)能光伏(fu)行業所需要的(de)(de)(de)石(shi)墨材(cai)料是超細、高純等特(te)征(zheng)，因(yin)此可以(yi)將(jiang)超細、高純作(zuo)為(wei)(wei)石(shi)墨深加工的(de)(de)(de)兩個(ge)核心問題來(lai)研究，不同的(de)(de)(de)粉碎途(tu)徑對(dui)石(shi)墨的(de)(de)(de)提純工藝有一定影(ying)響(xiang)，剝(bo)片提純有利于保護石(shi)墨的(de)(de)(de)大鱗片，但(dan)耐腐蝕的(de)(de)(de)磨礦介質損耗直(zhi)接影(ying)響(xiang)酸法(fa)提純的(de)(de)(de)效果。應將(jiang)粉碎、提純工藝作(zuo)為(wei)(wei)整(zheng)個(ge)流程設計(ji)，避免人為(wei)(wei)因(yin)素干擾(rao)，生產高純超細石(shi)墨粉。

       （2）目前(qian)光伏(fu)(fu)行業生產(chan)(chan)中石(shi)(shi)墨(mo)(mo)材料能(neng)夠耐(nai)高(gao)(gao)溫，但是(shi)使(shi)用(yong)壽命(ming)不夠長， 使(shi)得生產(chan)(chan)中耗(hao)材較多;因(yin)此需(xu)要進一步開發新(xin)型石(shi)(shi)墨(mo)(mo)材料，使(shi)其能(neng)夠在保持現有高(gao)(gao)純石(shi)(shi)墨(mo)(mo)的耐(nai)高(gao)(gao)溫、抗(kang)氧化等特點(dian)，還能(neng)夠增強(qiang)機械強(qiang)度，延長使(shi)用(yong)壽命(ming)。這樣可(ke)以減少太陽能(neng)光伏(fu)(fu)生產(chan)(chan)中石(shi)(shi)墨(mo)(mo)耗(hao)材量，大大降(jiang)低太陽能(neng)光伏(fu)(fu)生產(chan)(chan)成本。

       （3）開展高(gao)(gao)(gao)純(chun)(chun)石(shi)(shi)墨(mo)復合材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)應(ying)用研(yan)究(jiu)，碳(tan)碳(tan)材(cai)(cai)料(liao)、高(gao)(gao)(gao)純(chun)(chun)石(shi)(shi)墨(mo)及(ji)等(deng)靜(jing)壓石(shi)(shi)墨(mo)等(deng)材(cai)(cai)料(liao)越(yue)來(lai)越(yue)多的(de)(de)(de)被進行研(yan)究(jiu)，對一些性能的(de)(de)(de)改善可以(yi)更(geng)好將(jiang)高(gao)(gao)(gao)純(chun)(chun)石(shi)(shi)墨(mo)材(cai)(cai)料(liao)應(ying)用于光伏行業生產中(zhong)，這(zhe)些以(yi)高(gao)(gao)(gao)純(chun)(chun)石(shi)(shi)墨(mo)材(cai)(cai)料(liao)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)(de)(de)改進材(cai)(cai)料(liao)是(shi)未來(lai)的(de)(de)(de)發展的(de)(de)(de)主流(liu)方(fang)向。

       隨著光伏行(xing)業的不斷發展，對高(gao)純(chun)石(shi)墨的使用環(huan)境要求也(ye)越來越高(gao)。目前存(cun)在的石(shi)墨生(sheng)(sheng)產方法或(huo)多或(huo)少(shao)存(cun)在一些缺點，我們(men)需要綜合考慮(lv)原料的性質、工藝特點及環(huan)境治理等因素(su)來確定石(shi)墨的生(sheng)(sheng)產工藝。

       高純石墨制品作(zuo)(zuo)為光(guang)伏產業的重(zhong)要基礎裝(zhuang)備材料(liao)，需要我(wo)國(guo)國(guo)內(nei)不斷在技(ji)術上(shang)獲(huo)得進步，并加(jia)強與光(guang)伏電池用硅材料(liao)制造行業的合作(zuo)(zuo)，進一步投資發展為其配套的高檔石墨制品。