多晶硅行業(yè)將進入洗牌階段

　　閱讀提示　多晶硅是一種重要的硅材料，被廣泛用于半導體制造、太陽能電池板等領(lǐng)域。硅具有儲量大、能隙較大等優(yōu)勢，是當代人工智能、自動控制、信息處理、光電轉(zhuǎn)換等廣泛應用的半導體產(chǎn)品的基礎(chǔ)材料。

　　光伏是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的簡稱，是一種利用太陽能電池半導體材料的光伏效應將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電系統(tǒng)。近年來，光伏發(fā)電成本已低于風電、天然氣發(fā)電，在部分國家和地區(qū)甚至低于火電成本，成為最具競爭力的電力產(chǎn)品。在“雙碳”目標下，傳統(tǒng)能源企業(yè)面臨著環(huán)保和轉(zhuǎn)型壓力，要想實現(xiàn)低碳環(huán)保、綠色發(fā)展，必須逐漸加大在新能源領(lǐng)域的布局力度和投入。多晶硅作為光伏硅片生產(chǎn)的重要原料，對能源轉(zhuǎn)換效率有著重要影響。本文從多晶硅產(chǎn)業(yè)切入，介紹多晶硅技術(shù)、市場和行業(yè)發(fā)展態(tài)勢，敬請關(guān)注。

　　從產(chǎn)業(yè)鏈來看，多晶硅上游為工業(yè)硅，中游為多晶硅的生產(chǎn)制備，下游為硅片制造中的多晶鑄錠與單晶拉棒。多晶硅產(chǎn)業(yè)緊密連接上下游，是光伏產(chǎn)業(yè)鏈最重要的環(huán)節(jié)之一，多晶硅也是半導體產(chǎn)業(yè)鏈重要的原材料。

　　2022年以前，多晶硅市場供不應求，國內(nèi)多晶硅新增產(chǎn)能加快建設(shè)，2022年末多晶硅供應出現(xiàn)過?，F(xiàn)象，價格“拐點”到來，2023~2024年，延續(xù)供應過剩局面。在供給壓力逐步增加背景下，行業(yè)進入洗牌階段。

　　多晶硅生產(chǎn)制備主要工藝

　　多晶硅生產(chǎn)制備的主要工藝方法可以劃分為兩大類：一是以化學提純?yōu)榛A(chǔ)的西門子法、流化床法；二是以冶金提純?yōu)榛A(chǔ)的物理法?；瘜W法是生產(chǎn)多晶硅的主流工藝技術(shù)。在化學法生產(chǎn)中，主流的多晶硅生產(chǎn)技術(shù)主要有改良西門子法（Siemens）和硅烷流化床法（FBR）。

　　西門子法由德國西門子公司在1955年率先使用，西門子公司以氫氣（H2）還原高純度三氯氫硅（SiHCl3，簡稱TCS），在1100攝氏度硅芯/硅棒表面沉積出多晶硅。西門子法的核心環(huán)節(jié)在于化學沉積工藝（CVD），在CVD爐中，首先將發(fā)熱體（一般為硅芯）加熱到一定溫度，然后將預熱后的高純原料氣體按一定配比注入CVD爐，之后產(chǎn)生的高純硅會沉積在發(fā)熱體上。

　　在過去幾十年，業(yè)界對西門子法不斷改進，技術(shù)工藝經(jīng)歷了三代演變，目前業(yè)界所使用的改良西門子法就是第三代西門子法。改良西門子法（Siemens）又稱閉環(huán)西門子法，包括TCS合成（用氯氣和氫氣合成氯化氫，氯化氫與工業(yè)硅粉在一定溫度下生成三氯氫硅）、TCS提純（對三氯氫硅進行分離精餾提純）、TCS氫還原（提純后的三氯氫硅在還原爐內(nèi)進行化學氣相沉積反應生產(chǎn)高純多晶硅，在1100攝氏度硅芯表面沉積生長成多晶硅棒）、四氯化硅（SiCl4，簡稱STC）的氫化分離和反應尾氣的干法回收等步驟。

　　流化床法的基本原理是，原料氣體入口在底部，氣體像氣流一樣從流化床反應器底部注入反應器后上升至中間加熱區(qū)，在加熱區(qū)氣體原料分解為固體硅顆粒；從底部不斷進入的氣體流速會使硅籽晶處于懸浮狀態(tài)，硅沉積在硅籽晶上不斷生長成硅顆粒，懸浮的顆粒會不斷外延生長，當達到足夠重量時，顆粒硅會沉降到反應器底部排出；反應的副產(chǎn)物會從頂部管路排出；最終的多晶硅產(chǎn)物為顆粒硅。

　　硅烷流化床法包括制成三氯氫硅（以四氯化硅、氫、冶金硅、氯化氫為原料在流化床高溫高壓下氫化生成三氯氫硅）、三氯氫硅制成硅烷（再加氫反應生成二氯氫硅，之后生成硅烷氣）、形成顆粒硅[硅烷氣通入流化床反應爐內(nèi)進行熱分解（500~700攝氏度）并沉積在硅籽晶（載體）表面形成顆粒硅]。

　　流化床法的主要原料是硅烷或氯硅烷，但相較其他氯硅烷，硅烷能在更低的溫度下進行反應，同時硅烷的提純也更容易，所以在長期的工業(yè)實踐中，硅烷流化床法的技術(shù)已經(jīng)越來越成熟。據(jù)《當代多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展概述》，硅烷流化床法的沉積溫度在650~800攝氏度，轉(zhuǎn)換效率可以達到95%以上。硅烷流化床法也存在一些缺點，例如生成的產(chǎn)品純度不高、內(nèi)壁容易沉積硅粉等。

　　產(chǎn)能增速遠遠超出需求增速

　　供應方面，我國占據(jù)主導地位。近年來，光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，受終端光伏裝機需求驅(qū)動，多晶硅市場供不應求加劇，國內(nèi)多晶硅新增產(chǎn)能加快建設(shè)。2022年，我國多晶硅產(chǎn)能增長至103.8萬噸/年；多晶硅產(chǎn)量約77.1萬噸，占全球總產(chǎn)量的85%。由于我國多晶硅生產(chǎn)企業(yè)在原材料、電力及人工成本方面具備顯著優(yōu)勢，技術(shù)進步推動成本進一步下降并在一定程度上替代進口，同時下游硅片制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、支撐需求，我國在全球多晶硅產(chǎn)業(yè)的重心地位逐漸加強。

　　分企業(yè)看，我國多晶硅產(chǎn)能集中度較高，行業(yè)中企業(yè)前五產(chǎn)能占比將近80%。分地區(qū)看，我國多晶硅生產(chǎn)主要集中于新疆、內(nèi)蒙古、四川等電力資源豐富的地區(qū)。分技術(shù)路線和產(chǎn)品看，我國多晶硅生產(chǎn)技術(shù)以改良西門子法為主，主要生產(chǎn)棒狀硅；協(xié)鑫科技通過收購美國SunEdison的FBR專利及技術(shù)團隊，已成功實現(xiàn)顆粒硅商業(yè)化量產(chǎn)，填補我國顆粒硅市場空白。目前，協(xié)鑫顆粒硅產(chǎn)能達20萬噸/年，引領(lǐng)我國顆粒硅市場方向。

　　進出口方面，由于多晶硅主要下游光伏電池和組件生產(chǎn)集中在我國，多晶硅需求量大，我國多晶硅以進口為主。2022年，我國進口多晶硅8.8萬噸，主要來自德國、馬來西亞、日本和中國臺灣，德國瓦克公司是世界多晶硅巨頭，而馬來西亞是韓國OCI公司的重要生產(chǎn)基地。隨著我國多晶硅新產(chǎn)能投產(chǎn)和放量，多晶硅自給率逐步提升，擠出了一部分進口。

　　需求方面，多晶硅的直接下游是太陽能及電子級硅片制造。隨著光伏產(chǎn)業(yè)景氣度不斷提高，多晶硅消費量實現(xiàn)了快速增長。2022年，我國多晶硅表觀需求量約84.8萬噸，主要集中于光伏市場。

　　據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）數(shù)據(jù)，2022年，全球光伏新增裝機容量191.5吉瓦，其中增量主要來自亞洲地區(qū)，占新增裝機總?cè)萘康?8.5%。2022年，我國光伏新增裝機容量87.4吉瓦，累計裝機容量達392.6吉瓦，其中，集中式光伏新增裝機容量36.3吉瓦，比上年增長41.8%；分布式光伏新增裝機容量51.1吉瓦，比上年增長74.5%。2017~2022年光伏裝機容量年均增速24.6%。預計“十四五”期間，國內(nèi)光伏裝機容量年均增長94吉瓦，2025年光伏累計裝機容量將達720吉瓦；2025~2030年，年均光伏新增裝機容量將在120吉瓦左右。

　　除制作光伏電池外，多晶硅還可作為制造芯片的原材料，應用于半導體領(lǐng)域，具體可細分為汽車制造、工業(yè)電子、電子通信、家電等領(lǐng)域。2022年，全球半導體硅片出貨量為147.1億平方英寸，比上年增長3.9%。與國際主要半導體硅片供應商相比，我國半導體硅片生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)較為薄弱，占市場份額較小，技術(shù)工藝水平及良品率控制等與國際先進水平相比仍有顯著差距。2022年，我國半導體硅片產(chǎn)量約6800萬片，隨著半導體領(lǐng)域新增產(chǎn)能投產(chǎn)爬坡，預計未來我國電子級硅料需求量持續(xù)增長。

　　據(jù)CPIA數(shù)據(jù)，2022年我國晶硅電池片產(chǎn)量約318吉瓦，我國多晶硅實際需求量約82.7萬噸，主要集中于光伏領(lǐng)域。在“雙碳”戰(zhàn)略及“新型電力系統(tǒng)”相關(guān)政策推動下，光伏行業(yè)將繼續(xù)帶動我國多晶硅需求增長。預計到2025年，我國多晶硅需求將以年均11.3%的增速增至114萬噸。但是就現(xiàn)有公開項目計算，產(chǎn)能增速遠遠超出需求增速，預計2022年~2025年年均產(chǎn)能增速為58%，考慮到供應過剩局面，市場洗牌后，實際投放產(chǎn)能和達產(chǎn)產(chǎn)能年均增速或?qū)⒃?5%。

　　產(chǎn)品價格承壓加大

　　多晶硅的價格與成本、供需基本面密切相關(guān)。多晶硅主要成本來自上游工業(yè)硅，由于工業(yè)硅生產(chǎn)的主要省份是新疆、云南及四川，其中云南及四川地區(qū)是以水電為主的發(fā)電結(jié)構(gòu)，其電力供應具有明顯的季節(jié)特征，因此工業(yè)硅價格在年內(nèi)存在一定周期性。從基本面來看，多晶硅產(chǎn)能建設(shè)周期及爬坡周期較長，產(chǎn)能放量至達產(chǎn)需要時間。

　　2022年，光伏行業(yè)快速發(fā)展，多晶硅整體處于供不應求的狀態(tài)，疊加下半年硅料企業(yè)失火、部分地區(qū)限電、新疆疫情等因素，市場情緒緊張，基本面支持價格走高。

　　2022年雖然有大量多晶硅新增產(chǎn)能，但產(chǎn)能爬坡過程拖累整體產(chǎn)能利用率的提升。2022年底，隨著新增產(chǎn)能逐漸爬坡達產(chǎn)，多晶硅供應顯著增加，而下游完成備貨后采購情緒不高，疊加供應鏈下游硅片、電池片等環(huán)節(jié)累庫，傳導至上游多晶硅報價滑坡，價格出現(xiàn)“拐點”。2023年2月中旬以前，企業(yè)捂價出售，導致多晶硅價格、庫存呈現(xiàn)雙雙上升的趨勢，此后硅料庫存在承受近一個月的壓力后，硅料企業(yè)競相出貨，帶動多晶硅價格一路下跌，預計2024年硅料價格再度反彈的可能性不大。供給側(cè)壓力逐步增加的背景下，行業(yè)將進入洗牌階段。

　　企業(yè)應加大研發(fā)力度、合理布局產(chǎn)能

　　多晶硅向上承接工業(yè)硅，同時位于整條光伏及半導體產(chǎn)業(yè)鏈的上游，地位十分重要。近年來，全球多晶硅產(chǎn)量逐年增加，且逐漸向我國聚集。我國多晶硅需求主要集中在光伏領(lǐng)域，而我國又是全球最主要的組件出口國，未來隨著全球光伏裝機容量擴張，我國多晶硅需求持續(xù)向好。但是多晶硅屬于高資金、高技術(shù)壁壘的行業(yè)，項目建設(shè)、投產(chǎn)周期通常在兩年及以上，產(chǎn)能對市場的影響往往滯后于投產(chǎn)計劃，從而容易產(chǎn)生對市場的認知偏差，造成密集達產(chǎn)、價格下滑、利潤走低。目前，我國多晶硅市場已處于相對平衡狀態(tài)，對比目前對光伏新增裝機容量的預測和硅料、硅片投產(chǎn)計劃，未來硅料可能走向過剩。同時，我國半導體級多晶硅技術(shù)亟待突破，企業(yè)應加大研發(fā)力度、合理布局產(chǎn)能，避免行業(yè)“內(nèi)卷”，推動行業(yè)向高技術(shù)、高價值、高端應用發(fā)展。（作者：中國石化經(jīng)濟技術(shù)研究院市場所 楊惠馨 李超 呂曉東）

　　鏈接

　　多晶硅簡介

　　硅元素有晶態(tài)和非晶態(tài)兩種同素異形體，其中晶態(tài)硅又可分為多晶硅和單晶硅。多晶硅是銀灰色、有金屬色澤的晶體，是以工業(yè)硅為原料，經(jīng)一系列的物理化學反應提純后達到一定純度的非金屬材料。多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時，硅原子以晶格形態(tài)排列成晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅料是生產(chǎn)多晶硅片和單晶硅片的直接材料。

　　硅的主要評判指標是純度。多晶硅是自然界中純度最高的物質(zhì)之一，其純度表征以主體物質(zhì)的含量多少來表示，即純度=（總質(zhì)量-雜質(zhì)質(zhì)量）/總質(zhì)量×100%，通常用“N個9”來表示，例如6N代表99.9999%。根據(jù)純度的不同，多晶硅通常可以分為工業(yè)/金屬硅、冶金級（MG-Si）、太陽能級（SoG-si）、電子級（SEG-si）。

　　太陽能級多晶硅（SGS，Solar Grade Silicon），是指純度在6N-9N（99.9999%~99.9999999%）的多晶硅，主要用于太陽能光伏晶體硅電池的生產(chǎn)，根據(jù)技術(shù)指標的差別，又可分為特級品、1級品、2級品和3級品。

　　依據(jù)硅料的結(jié)構(gòu)、表面致密程度和表面質(zhì)量可將太陽能級多晶硅料分為致密料、菜花料、珊瑚料和顆粒料等。致密料是指表面顆粒凹陷深度小于5毫米，斷面結(jié)構(gòu)致密，外觀無異常顏色，無氧化夾層；菜花料指表面顆粒凹陷深度5毫米~20毫米，外觀無異常顏色，無氧化夾層；珊瑚料指斷面結(jié)構(gòu)疏松，凹陷深度≥20毫米，外觀無異常顏色，無氧化夾層。

　　電子級多晶硅（EGS，Electronic Grade Silicon）一般是指純度在9N以上的多晶硅產(chǎn)品，主要應用于半導體硅片的生產(chǎn)，應用于電子電力上的硅材料對純度要求更高，需要達到11N以上。

　　轉(zhuǎn)自：中國石化報

　　【版權(quán)及免責聲明】凡本網(wǎng)所屬版權(quán)作品，轉(zhuǎn)載時須獲得授權(quán)并注明來源“中國產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟信息網(wǎng)”，違者本網(wǎng)將保留追究其相關(guān)法律責任的權(quán)力。凡轉(zhuǎn)載文章及企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個人觀點，不代表本網(wǎng)觀點和立場。版權(quán)事宜請聯(lián)系：010-65363056。

延伸閱讀