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

       從下圖中可(ke)以(yi)看出太陽能光伏(fu)電(dian)池生(sheng)產(chan)是(shi)從金屬(shu)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)開(kai)始，金屬(shu)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)中用到(dao)的(de)一(yi)臺關鍵設(she)備是(shi)金屬(shu)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)爐(lu);在金屬(shu)硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)爐(lu)中，電(dian)極(ji)就(jiu)是(shi)心臟，是(shi)導電(dian)系統(tong)的(de)重要(yao)(yao)組(zu)成部分，電(dian)流(liu)是(shi)通過電(dian)極(ji)輸入爐(lu)內產(chan)生(sheng)電(dian)弧，這是(shi)化學硅(gui)冶(ye)(ye)煉(lian)中的(de)一(yi)個重要(yao)(yao)環節。

       從生產特點(dian)上對電極材(cai)料的要(yao)求是：

       ①導電性好(hao)、電阻率小，以(yi)減少電能損(sun)失;

 ;      ②熔點(dian)要高，熱(re)膨脹(zhang)系數(shu)要小，不易變形;

       ③高(gao)溫時有足夠的(de)機械(xie)強度，雜質含(han)量低。

       用(yong)高純石(shi)墨做的(de)電極灰(hui)分含量低(di)，導(dao)電性(xing)、耐熱性(xing)和耐腐蝕(shi)性(xing)能都(dou)比(bi)較好，是化學用(yong)硅冶(ye)煉(lian)的(de)最佳選擇。因此高純石(shi)墨在(zai)金屬硅冶(ye)煉(lian)中有(you)著廣(guang)闊的(de)應用(yong)前景。

       1.2 石墨在多晶硅生產中的應用

       目前市(shi)場(chang)上太陽能級多(duo)(duo)晶硅產(chan)(chan)品85%以(yi)上是依靠改(gai)良西(xi)門子工藝(yi)生(sheng)產(chan)(chan)制得，在(zai)改(gai)良西(xi)門子工藝(yi)生(sheng)產(chan)(chan)過程中，高純石(shi)墨(mo)(mo)以(yi)其優(you)異(yi)的(de)特性在(zai)多(duo)(duo)道工序中被廣泛使用;例如多(duo)(duo)晶硅氣相沉積的(de)還原爐內要用到(dao)大量的(de)石(shi)墨(mo)(mo)制品耗材，在(zai)處理副產(chan)(chan)物四(si)氯化硅的(de)熱氫化工藝(yi)中也要用到(dao)高純石(shi)墨(mo)(mo)材料。

       1.2.1 氣相沉積還原爐內的高純石墨材料

       氣(qi)相沉(chen)積法生產多(duo)(duo)晶硅(gui)是(shi)在一(yi)個(ge)密閉的(de)還原(yuan)爐內進行，將特(te)定配比的(de)三氯(lv)氫(qing)硅(gui)與氫(qing)氣(qi)的(de)混(hun)合氣(qi)通(tong)入到(dao)還原(yuan)爐內，混(hun)合氣(qi)在高溫硅(gui)芯載體上發生沉(chen)積獲(huo)得(de)多(duo)(duo)晶硅(gui)產品;連接(jie)沉(chen)積載體硅(gui)芯和傳輸(shu)電流的(de)電極(ji)之(zhi)間需要一(yi)種特(te)殊(shu)材(cai)料，能夠(gou)在高溫下不分(fen)解、不參與硅(gui)的(de)反(fan)應，高純石(shi)(shi)墨剛好能夠(gou)滿足這個(ge)要求; 利用高純石(shi)(shi)墨制備的(de)石(shi)(shi)墨件是(shi)如(ru)今(jin)固定硅(gui)芯、傳輸(shu)電流不可(ke)替(ti)代的(de)材(cai)料，高純石(shi)(shi)墨的(de)發展有利于(yu)改(gai)進多(duo)(duo)晶硅(gui)產品的(de)內在質量。

       在現(xian)有技術條件下，高純石(shi)墨制品在多晶硅生(sheng)產中的應(ying)用具(ju)有不(bu)可替代(dai)性，因(yin)此如果(guo)要盡量(liang)降低(di)石(shi)墨件對多晶硅的污染(ran)，必須從(cong)石(shi)墨件的自身質量(liang)著手。首先，選用雜質含量(liang)較低(di)的高純或(huo)超高純石(shi)墨。

       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，在多晶(jing)硅還(huan)原爐(lu)內(nei)增加高(gao)純(chun)石墨材(cai)料復合板(ban)， 這(zhe)些石墨材(cai)料復合板(ban)分布(bu)在還(huan)原爐(lu)內(nei)壁(bi)與各(ge)對(dui)電極之間，可以很好的保持還(huan)原爐(lu)內(nei)的熱場分布(bu)，提高(gao)熱能利用率，從(cong)節能角度分析可以降低多晶(jing)硅的生產(chan)成本。

       1.2.2 熱氫化爐中高純石墨材料

       熱氫(qing)化技(ji)術，是以四氯化硅(gui)(gui)和氫(qing)氣(qi)為原(yuan)(yuan)料，經(jing)120-1250℃的(de)石(shi)墨(mo)發(fa)(fa)熱體(ti)(ti)加熱，進行還原(yuan)(yuan)反應生成三氯氫(qing)硅(gui)(gui)。四氯化硅(gui)(gui)氫(qing)化爐是熱氫(qing)化工藝中的(de)關鍵設備(bei)，在氫(qing)化爐內發(fa)(fa)生的(de)熱氫(qing)化反應中，會(hui)產(chan)生一定量(liang)的(de)硅(gui)(gui)粉(fen)，當硅(gui)(gui)粉(fen)沉積在石(shi)墨(mo)發(fa)(fa)熱體(ti)(ti)上的(de)時(shi)候(hou)，沉積的(de)硅(gui)(gui)粉(fen)會(hui)使石(shi)墨(mo)發(fa)(fa)熱體(ti)(ti)之間的(de)距離變小，并(bing)且各個石(shi)墨(mo)發(fa)(fa)熱體(ti)(ti)之間存在電(dian)勢差，導致石(shi)墨(mo)發(fa)(fa)熱體(ti)(ti)之間發(fa)(fa)生放電(dian)，而對設備(bei)帶來的(de)損害，降低設備(bei)的(de)使用壽命。

       當前有研(yan)究(jiu)指(zhi)出，在熱(re)(re)氫(qing)化爐內為減少熱(re)(re)量(liang)損(sun)失(shi)，提高熱(re)(re)效率，采(cai)取墨材料(liao)制備的(de)換熱(re)(re)設(she)備的(de)方(fang)(fang)法，將排出氫(qing)化爐的(de)高溫反應氣(qi)體與(yu)進入氫(qing)化爐內的(de)氣(qi)體進行(xing)熱(re)(re)交換；還有采(cai)用內置熱(re)(re)輻射屏和剛(gang)性高致密性高純石墨的(de)方(fang)(fang)式來減少熱(re)(re)量(liang)損(sun)失(shi)。因此高純石墨材料(liao)在熱(re)(re)氫(qing)化爐中(zhong)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)晶硅鑄錠(ding)爐中，多(duo)個組件需(xu)要石(shi)墨材(cai)料。特(te)別是加熱(re)器中使用的加熱(re)材(cai)料和隔熱(re)材(cai)料，是目前重要的配套材(cai)料，因此(ci)高純石(shi)墨材(cai)料的發展推動了多(duo)晶硅鑄錠(ding)生產工藝(yi)的進一步發展。

       1.3.1 加熱器中使用的加熱材料

       在(zai)多晶硅鑄錠爐(lu)設(she)計(ji)上，為使硅料熔融(rong)，必(bi)須采(cai)(cai)用合適的(de)(de)加(jia)(jia)熱方式(shi)。從加(jia)(jia)熱的(de)(de)效果而言，感應加(jia)(jia)熱和(he)輻射加(jia)(jia)熱均可(ke)以達(da)到(dao)所需的(de)(de)溫度(du)。一般(ban)多采(cai)(cai)用輻射加(jia)(jia)熱方式(shi)，它可(ke)以對結晶過程(cheng)的(de)(de)熱量傳遞進行(xing)精確控制，易于在(zai)增禍內(nei)部形成垂(chui)直(zhi)的(de)(de)溫度(du)梯度(du)。

       因(yin)此(ci)加(jia)(jia)熱器的加(jia)(jia)熱能(neng)力必須超過1650℃，同時加(jia)(jia)熱器的材料(liao)不能(neng)與硅料(liao)反應，不對硅料(liao)造成污染，能(neng)在真空(kong)及惰性(xing)氣氛中長期使用(yong)。符(fu)合使用(yong)條件可供選擇的加(jia)(jia)熱器有金屬(shu)鎢(wu)、鉬和非金屬(shu)石(shi)墨(mo)等。由于鎢(wu)、鉬價格昂貴，加(jia)(jia)工(gong)困難，而(er)石(shi)墨(mo)來源廣泛，可加(jia)(jia)工(gong)成各(ge)種形狀。

       另外，石墨具有熱(re)慣性(xing)小、可以快速加熱(re)，耐高(gao)溫(wen)、耐熱(re)沖擊性(xing)好，輻射(she)面積大、加熱(re)效率高(gao)、且基本性(xing)能穩定等特(te)點，因(yin)此高(gao)純石墨材(cai)料可以作為很好的加熱(re)器(qi)材(cai)料得到廣泛應用(yong)。

       1.3.2 加熱器中使用的隔熱材料

       對于(yu)鑄(zhu)錠工藝而言(yan)，為了提高(gao)生產效率，要求(qiu)設備的(de)升(sheng)溫(wen)速度(du)盡(jin)可能(neng)快;由(you)于(yu)采用真空(kong)工藝，要求(qiu)爐內(nei)材料的(de)放氣(qi)量應(ying)盡(jin)可能(neng)少，縮(suo)短真空(kong)排氣(qi)的(de)時間(jian);同(tong)時硅料中溫(wen)度(du)梯度(du)的(de)形成還需要隔(ge)熱層的(de)精(jing)(jing)確提升(sheng)實現，隔(ge)熱層的(de)質量要盡(jin)可能(neng)輕(qing)，以減少升(sheng)降時的(de)慣(guan)性而影響控制精(jing)(jing)度(du)。

       綜上所述對于隔(ge)熱(re)(re)材(cai)料的選擇要求是(shi)：耐(nai)高溫、密度低、導熱(re)(re)小、蓄熱(re)(re)量少、隔(ge)熱(re)(re)效(xiao)果好、放氣量少、重(zhong)量輕、膨脹系數小，在眾多的耐(nai)火(huo)保溫材(cai)料中，以高純石墨最為理想(xiang)。

       石(shi)(shi)墨(mo)材(cai)料在多晶(jing)硅鑄(zhu)(zhu)錠(ding)生產(chan)過程中有著不可替(ti)代作用，其優良的(de)特性為(wei)鑄(zhu)(zhu)錠(ding)爐內保持較高的(de)溫度(du)場(chang)及優良的(de)隔熱效(xiao)果提供(gong)了保障(zhang)，因此石(shi)(shi)墨(mo)材(cai)料的(de)未(wei)來發展可以(yi)進一步推動多晶(jing)硅鑄(zhu)(zhu)錠(ding)爐的(de)優化改造，還(huan)為(wei)多晶(jing)硅鑄(zhu)(zhu)錠(ding)生產(chan)成本的(de)下(xia)降做出貢獻。

       1.4 石墨在直拉單晶硅中的應用

       直拉單晶爐的熱系統是(shi)指(zhi)為(wei)了熔化硅(gui)料，并保持在一定溫度(du)下進行(xing)單晶生長的整個系統，在直拉單晶硅(gui)熱場中，石墨部件有增渦、加熱器、電極(ji)、隔(ge)熱遮蔽板、籽晶夾持器、旋(xuan)轉增禍用的底(di)座、各種圓板、熱反射板等(deng)約30余種。

       在(zai)這(zhe)些高純石(shi)墨(mo)(mo)制品中(zhong)，加熱(re)器是熱(re)系統(tong)中(zhong)最重要(yao)的(de)部件，是直接的(de)發熱(re)體，溫度最高達到(dao)1600℃以(yi)上;與加熱(re)器相連的(de)石(shi)墨(mo)(mo)電(dian)極(ji)不僅要(yao)平(ping)穩(wen)支撐(cheng)加熱(re)器還(huan)需(xu)要(yao)通過它對加熱(re)器進行加熱(re)，因此(ci)石(shi)墨(mo)(mo)電(dian)極(ji)要(yao)求(qiu)厚重，結實耐用(yong)(yong)，它與金(jin)屬電(dian)極(ji)和(he)加熱(re)器的(de)接觸面需(xu)要(yao)光滑、平(ping)穩(wen)，保證接觸良好，通電(dian)時不打火，這(zhe)就需(xu)要(yao)對石(shi)墨(mo)(mo)電(dian)極(ji)進行特殊化處理;用(yong)(yong)來(lai)盛裝硅料的(de)高純石(shi)墨(mo)(mo)柑禍必須具有一定(ding)的(de)強(qiang)度，用(yong)(yong)來(lai)承受硅料的(de)重量。

       隨(sui)著石墨材(cai)料在直拉(la)(la)單晶中的(de)應用越來越廣泛，石墨材(cai)料的(de)發展可以促使直拉(la)(la)單晶工藝得到改善(shan)，有(you)利于進(jin)一步降(jiang)低(di)直拉(la)(la)單晶的(de)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)和提高(gao)直拉(la)(la)單晶的(de)生(sheng)產(chan)效率。

       隨著太陽能(neng)光(guang)伏行業的(de)不斷發(fa)展(zhan)，太陽能(neng)光(guang)伏材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)生產(chan)過程中(zhong)的(de)原輔材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)需要也(ye)在日(ri)益劇(ju)增，因此針對光(guang)伏行業石墨(mo)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)(xiang)應該(gai)根據光(guang)伏行業特(te)有(you)的(de)特(te)點進行研究，其(qi)未來發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)(xiang)應該(gai)從以下(xia)幾(ji)個方(fang)面進行：

       （1）太陽(yang)能光(guang)伏行(xing)業所需要(yao)的(de)(de)石墨(mo)材料是超(chao)細、高純(chun)(chun)等特征(zheng)，因(yin)此可以(yi)將超(chao)細、高純(chun)(chun)作為石墨(mo)深加工(gong)(gong)(gong)的(de)(de)兩個核心(xin)問題來研究，不(bu)同(tong)的(de)(de)粉(fen)(fen)碎途徑對石墨(mo)的(de)(de)提純(chun)(chun)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)有一(yi)定(ding)影響，剝片提純(chun)(chun)有利于保護石墨(mo)的(de)(de)大鱗片，但耐腐(fu)蝕的(de)(de)磨礦介質損耗直接影響酸法提純(chun)(chun)的(de)(de)效果。應將粉(fen)(fen)碎、提純(chun)(chun)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)作為整(zheng)個流程設計，避免人(ren)為因(yin)素干擾，生產高純(chun)(chun)超(chao)細石墨(mo)粉(fen)(fen)。

       （2）目前光伏行業生(sheng)產(chan)中(zhong)石墨(mo)(mo)材料能(neng)夠(gou)(gou)耐高溫(wen)，但是(shi)使用(yong)壽(shou)命不夠(gou)(gou)長， 使得生(sheng)產(chan)中(zhong)耗(hao)材較(jiao)多;因(yin)此需要進一(yi)步開發新(xin)型(xing)石墨(mo)(mo)材料，使其能(neng)夠(gou)(gou)在保持現有(you)高純(chun)石墨(mo)(mo)的耐高溫(wen)、抗氧化等特(te)點(dian)，還能(neng)夠(gou)(gou)增強機械強度，延長使用(yong)壽(shou)命。這樣可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)太陽能(neng)光伏生(sheng)產(chan)中(zhong)石墨(mo)(mo)耗(hao)材量，大大降(jiang)低(di)太陽能(neng)光伏生(sheng)產(chan)成本(ben)。

       （3）開展(zhan)(zhan)高(gao)純石(shi)墨(mo)復合材(cai)(cai)料的應用(yong)研(yan)究，碳碳材(cai)(cai)料、高(gao)純石(shi)墨(mo)及等靜壓石(shi)墨(mo)等材(cai)(cai)料越來越多的被進行研(yan)究，對(dui)一些(xie)性能的改善可以更好將(jiang)高(gao)純石(shi)墨(mo)材(cai)(cai)料應用(yong)于光伏行業生產(chan)中，這些(xie)以高(gao)純石(shi)墨(mo)材(cai)(cai)料為基礎的改進材(cai)(cai)料是未(wei)來的發展(zhan)(zhan)的主流方向。

       隨著光伏行(xing)業的(de)不斷(duan)發展，對(dui)高(gao)純石墨的(de)使用環(huan)(huan)境(jing)要求也越(yue)來越(yue)高(gao)。目前存(cun)在的(de)石墨生產(chan)方法或(huo)多或(huo)少存(cun)在一(yi)些缺點，我們需(xu)要綜合(he)考慮原料的(de)性質、工(gong)藝(yi)特點及環(huan)(huan)境(jing)治理等因素來確定石墨的(de)生產(chan)工(gong)藝(yi)。

       高純(chun)石墨(mo)(mo)制(zhi)品作為光伏產業(ye)(ye)的(de)重要基(ji)礎裝備材料，需要我國國內不斷在技(ji)術上獲得進步，并加(jia)強與光伏電池用硅(gui)材料制(zhi)造行業(ye)(ye)的(de)合作，進一步投資發展為其配套(tao)的(de)高檔(dang)石墨(mo)(mo)制(zhi)品。