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工业硅系列报告之多晶硅
发布时间:2022-06-18浏览次数:50

  个缔约方共同签署的气候变化协定《巴黎协议》生效2016 年 11 月 4 日由全世界178。可再生资源日益枯竭的大背景下在全球变暖、环境污染以及不,对气候变化采取行动的急迫性该协议生效凸显了国际社会,生能源已成为世界共识也证明了大力发展可再。能源发展规划》(下称《规划》)6月1日正式公布国家发展改革委等9部门印发的《“十四五”可再生。》明确《规划,hth华体会25年到20,到10亿吨标准煤左右可再生能源消费总量达,费的18%左右占一次能源消;到3.3万亿千瓦时左右可再生能源年发电量达,量实现翻倍风电和发电;责任权重分别达到33%和18%左右全国可再生能源电力总量和非水电消纳,在合理水平利用率保持;利用规模达到6000万吨标准煤以上供暖、生物质供热、生物质燃料等非电。上述目标为了达到,能源势在必行发展可再生。

  再生能源中在众多可,储量丰富等优势迅速发展以免费无害、清洁安全、。好太阳能开发利用,生态环境、实现可持续发展具有全球性战略意义对于调整能源消费结构、保障能源安全、保护。估算根据,的为 17.8 亿千瓦太阳每年辐射到地球上,0-1000亿度可开发利用 50。20年世界能源展望》报告中确认国际能源署(IEA)在其《20,历史上最便宜的电力发电计划现在提供了,2050年并预测到,电量将持续增长可再生能源发,电量将猛增太阳能发,主要电力来源并成为世界。换的关键材料作为光电转。料资源丰富多晶硅原,属性优良物理化学,性强可塑,现产业化易于实。发展和需求加速增长随着光伏产业快速,场景不断扩大多晶硅应用,在中国尤其是,发展尤为迅多晶硅行业速

  高速发展下对多晶硅的展望四个方面对多晶硅进行介绍本文试从多晶硅概述、多晶硅产业链、主要企业及光伏。

  硅的一种形态多晶硅是单质。过冷条件下凝固时熔融的单质硅在,形态排列成许多晶核硅原子以金刚石晶格,同的晶粒结合起来这些晶面取向不,了多晶硅就形成。灰色金属光泽多晶硅呈现,/cm3.熔点1410℃密度2.32~2.34g。355℃沸点2。

  制单晶硅的原料多晶硅可作拉,主要表现在物理性质方面多晶硅与单晶硅的差异。如例,热学性质的各向异性方面在力学性质、光学性质和,晶硅明显远不如单;性质方面在电学,也远不如单晶硅显著多晶硅晶体的导电性,没有导电性甚至于几乎。活性方面在化学,差异极小两者的。从外观上加以区别多晶硅和单晶硅可,的晶面方向、导电类型和电阻率等但真正的鉴别须通过分析测定晶体。晶硅的直接原料多晶硅是生产单,光电转换等半导体器件的电子信息基础材料是当代人工智能、自动控制、信息处理、。

  判指标是纯度硅的主要评,能级多晶硅(SG-Si)和电子级多晶硅(EG-Si)按纯度高低排序将分为冶金级多晶硅(MG-Si)、太阳。

  5074-2017)国家标准分类规定根据《太阳能级多晶硅》(GB/T 2,外形分为块状和棒状太阳能级多晶硅根据;分为N型和P型根据导电类型。中其,杂质(V 族元素当硅中掺杂以施主,锑等)为主时如磷、砷、,导电为主以电子,多晶硅为N型;主杂质(Ⅲ族元素当硅中掺杂以受,镓等)为主时如硼、铝、,导电为主以空穴,多晶硅为P型。别分为分4级根据技术差,类如下参考分:

  范围内全球,路线都是多种并存多晶硅的生产工艺,封锁和垄断的局面产业化技术相互。前目,、硅烷法、流化床法、无氯技术、VLD、新硅烷法工业上制备多晶硅的化学方法主要有改良西门子法;物理方法另外还有,金法、区域熔化提纯法包括铝热还原法、冶,热线法以及。

  有硅烷流化床法和改良西门子法当前主流多晶硅生产技术主要,硅生产企业中全球主要多晶,EC集团外除挪威R,用改良西门子法均完全或主要采。场发展、产业验证后者历经几十年市,超过95%全球采用率。行业协会的数据根据中国光伏,良西门子法生产的占比高达97.8%2019年全球多晶硅产量中采用改;也类似我国,的多晶硅约占全国总产量的97.2%2020年国内采用改良西门子法生产。

  55年19,发利用氢气还原三氯硅烷德国西门子公司成功开。沉积硅的工艺技术在硅芯发热体上,开始了工业规模的生产并于 1957 年,门子法俗称西。晶硅存在转化率较低由于西门子法生产多,污染等问题副产品排放,法被有针对性地推出升级版的改良西门子。:(1)工业级硅料的冶炼与提纯改良西门子法主要包括以下步骤;硅的生成与精馏(2)三氯氢;晶硅的还原制备(3)光伏级多;分离与再利用(4)尾气的;气及硅粉反应重新生成三氯氢硅返回循环(5)冷氢化:将副产物四氯化硅与氢。

  收和四氯化硅再利用技术改良西门子法尾气干法回,路的循环生产实现了完全闭,出高品质的同时从而在保证产,料及能源的消耗明显降低原辅材,产成本降低生。量的继续扩大随着规模产,能力将会进一步强化改良西门子法的竞争,位进一步稳固主流工艺地。

  世纪70年代流化床法是上,二十多年后开发的新一代生产工艺在改良西门子法工业化生产多晶硅,硅的生产能耗和成本主要目的是降低多晶。、可连续生产、副产物污染小主要优势为转化率高、能耗低,、产品纯度控制等问题尚未实现大规模应用但由于安全性较差、炉壁沉积、流态化控制。

  物公司研发的多晶硅制备工艺技术硅烷流化床法是美国联合碳化合。H2、氯化氢HCl和工业硅为原料该工艺以四氯化硅SiCl4、氢气,化床内在流,氯氢硅SiHCl3通过高温高压生成三,氢硅加氢反应然后将三氯,二氢硅SiH2Cl2进一步歧化生产二氯,硅烷气得到,晶种作为流化颗粒的流化床中最后将硅烷气通入以多晶硅,在晶种上沉积是硅烷裂解并,粒状多晶硅从而得到颗。

  门子法对比与改良西,更具有成本削减潜力烷流化床法在原理上。先首,学反应转化率高硅烷流化床法化,用充分物料利,数、削减生产成本有利于减少循环次。次其,个连续的生产过程硅烷流化床法是一,是间歇式生产过程而改良西门子法,够降低能耗连续生产能。后最,产的是颗粒硅硅烷流化床生,生产的是棒状硅改良西门子法。铸锭环节颗粒硅在,0%的坩埚填料量大约可增加约3,环节的现金成本故可降低铸锭。是但,度高、产出的颗粒硅过于致密反而容易挤碎坩埚等缺点硅烷流化床法存在安全隐患大、技术不成熟、控制难。运用中在实际,的市场占有率较低目前硅烷流化床法,大产能计划投产但近两年部分,率有望提高市场占有。

  环节为原材料和设备多晶硅产业链的上游,锭设备、线切割设备等主要用到工业硅、铸;多晶硅的制备中游环节为,硅为原材料主要以工业,法将工业硅进一步提纯通过物理方法或化学方,锭、单晶棒制备成多晶;晶硅的应用领域下游环节为多,、集成电路产业主要为光伏产业。

  产业发展之前在太阳能光伏,电子工业的基石多晶硅被认为是,路都是由硅材料 (含单晶硅及多晶硅)制造的全球95%以上的器件和99%以上的集成电。上游硅料的强劲需求而随着光伏行业对,长速度远高于多晶硅的发展市场需求太阳能电池芯片对多晶硅需求量的增,导”向“光伏产业主导”的转变多晶硅经历了由“半导体产业主。前目,用量最大的行业领域光伏行业是多晶硅使。信部数据根据工,21年20,万吨、227GW、198GW、182GW多晶硅、硅片、、组件产量分别达到50.5,.6%、46.9%、46.1%分别同比增长27.5%、40。创新高效率再,池效率达23.1%量产P型PERC电,实验效率突破25.4%N型TOPCon电池,量产速度加快HJT电池。应对气候变化随着全球加快,求持续增加光伏市场需,出口超过284亿美元2021年光伏产品。

  产能与产量的第一大国目前中国是全球多晶硅,均呈继续上升趋势而且产能产量占比。

  协会硅业分会数据显示据中国有色金属工业,硅产量为48.7万吨2021年我国多晶,量77.7%占全球总产;55.65万吨/年国内多晶硅产能为,77.3%全球占比。

  方面产量,需求旺盛由于下游,国内多晶硅产量为48.7万吨多晶硅产量逐年上涨2021年,2万吨实现3.7倍的产量翻倍相较于2014年产量13.。方面产能,因为疫情特殊情况除了2020年,有一定回落国内产能,4年开始从201,持上升趋势产能也是维。22年3月截止20,有74.55万吨我国多晶硅产能,为67.1万吨其中有效产能,.01%占比90。会硅业分会估计根据中国工业协,产能将超过120万吨2022年国内多晶硅。

  分布从东部到西部国内多晶硅产能,的重要考虑因素电价为产能布局。布来看地域分,中西北地区目前主要集,内蒙古、青海包括新疆、,到52%占比达;地区西南,是四川主要,16%占比;地区华东,能在江苏主要是产,12%占比,材料工业硅的生产地或集散地其主要原因为这些地区是原,一体化集群效应已经形成了产销。

  业的高速发展受益于光伏行,量强势上涨多晶硅需求。21年达到了59万吨中国多晶硅消费量20。范围内世界,处于起步阶段能源转型尚,峰”政策持续发力下在“碳中和”“碳达,需求规模”急速扩张全球新能源“潜在。20年世界能源展望》报告中确认国际能源署(IEA)在其《20,供了历史上最便宜的电力太阳能发电计划现在提。现爆发式增长光伏装机出。

  20年20,疫情影响尽管受到,增装机量仍创新高但是全球光伏新,1年全球光伏累计装机容量为920GW达到130GW和170GW.202,容量305.987GW我国光伏发电累计并网,GW.从需求端预测当年新增54.88,需求分别将达到400GW和1000GW到2025年和2030年全球光伏装机,达到151万吨和294万吨折算成多晶硅需求量将分别。量增长速度很快虽然光伏装机容,产产能体量巨大但目前多晶硅扩。新建企业规划产能统计根据各多晶硅在产和,025年底预计到2,超过400万吨/年我国多晶硅产能将,衡风险较大产能供需失。

  口数量为11.42万吨2021年中国多晶硅进,为1.04万吨多晶硅出口数量。多晶硅的巨大需求因为中国市场对,业高速发展要求下尤其是在光伏产,量远远大于出口数量中国多晶硅进口数。

  地区有德国、马来西亚、日本等地2021年我国多晶硅主要进口。21年20,数量为51316.04吨我国多晶硅从德国进口的,31.66万美元进口金额为976;数量为29726.58吨从马来西亚进口的多晶硅,75.18万美元进口金额为566;量为15411.14吨从日本进口的多晶硅数,61.34万美元进口金额为215。

  发展早期多晶硅,:美国的MEMC和Hemlock全球多晶硅生产长期被七大集团垄断,REC挪威的,和德山以及德国瓦克日本的三菱、住友钛。0个多晶硅工厂七大集团拥有1,本有3家、欧洲有2家其中美国有5家、日。硅生产历史较长七大集团的多晶,丰富经验,成熟技术,相对优越生产条件,成本低原材料。溯到20世纪60年代我国多晶硅技术可以追,多达20余家当时生产厂商,耗效率、环境污染等问题的制约受到生产技术、生产规模和能,业相继停产大部分企,峨嵋半导体材料所一家到2000年仅剩下。国首条年产100吨多晶硅工业试验示范线通过国家鉴定由峨嵋半导体材料厂承担的国家重点科技创新项目--我,生产实现规模化生产标志着我国多晶硅,占比不到全球 0.5%彼时我国多晶硅产量全球。

  10年至20,、德国 Wacker、韩国 OCI三家厂商全球多晶硅产能主要聚集在美Hemlock,2.8%占比3。吨/年多晶硅产业化示范线建成2005 年我国首条300,技术封锁打破海外,将多晶硅列为产能过剩行业但2009年国家发改委,压制、信贷紧缩加之国外倾销,业一度陷入困境我国多晶硅产。将多晶硅从产能过剩行业中排除直至 2013 年发改委等,才重启发展和扩张我国多晶硅行业。出台后多晶硅价格快速下跌2018年 531 政策,海外企业的多晶硅业务面临亏损OCI、 Wacker 等,及产业规模优势站稳脚跟国内企业凭借成本优势,国产替代逐步完成,领先的标杆成为全球。

  技术、资金壁垒最高的环节之一多晶硅行业作为光伏产业链里,代和资本大力投入经过技术更新换,迅猛发展下光伏行业,全球多晶硅产能前十排名占据8席我国多晶硅企业在2021年的,了行业红利期企业也迎来。

  21年20,前十的8个企业我国位于全球,产能73.1%总产能占全球。企业合计产能46.4万吨目前国内前十大多晶硅生产,能86.73%约占行业总产,中度较高市场集。

  持续景气光伏市场,产提速的背景下下游硅片企业扩,头企业持续发展国内多晶硅龙。

  能行业中多晶硅和硅片的制造和销售业务保利协鑫能源控股有限公司主要从事太阳,、建设、运营和管理业务并从事光伏电站的开发。个业务部门公司包括三。公司制造和销售多晶硅和硅片光伏材料部门主要为光伏行业。位于美国和中国的光伏电站光伏电站部门管理和运营。运营和管理光伏电站部门开发、建设、,刷线年下半年起并制造和销售印,维持较为紧缺的状态多晶硅供给市场整体,预期持续向好使得硅料价格。多晶硅生产制造模式和技术、人才、资金方面的优势得益于「高端产能+低成本+规模化」三线合一的,年上半年2021,晶硅2.33万吨保利协鑫共生产多,30.3%同比增长。

  输变电业务、业务及能源业务股份有限公司主营业务包括。配套工程、输变电成套工程、贸易、煤炭产品、电费等主要产品是变压器产品、电线电缆产品、新能源产业及。一直保持增长多晶硅产量,比增长75.7%2020年产量同,产量6.50万吨2020年多晶硅,63万吨销量6.,品积压情况不存在产。

  能电池等产品的研发、生产、销售等有限公司主要从事高纯晶硅、太阳。能电池、高纯晶硅等公司主要产品为太阳。国家重点龙头企业公司是农业产业化,业技术中心国家级企。据显示根据数,入逐年上涨光伏产业收,入年均复合增长率达39.64%2016-2020年光伏业务收,年上半年2021,入达163.54亿元通威股份光伏业务收。

  高纯多晶硅的研发、制造与销售新疆股份有限公司主营业务是,硅专业生产商之一是国内领先的多晶。产品为多晶硅公司的主要,片和电池组件等太阳能光伏产品主要用于加工硅锭、硅片、电池。硅产量达4.13万吨2021年上半年多晶。

  – 2060年间达到净零碳排的目标全球多数国家已经定下在2050 ,的热潮下能源转型,需求明显增长再生能源的。2022年据预估在,可以达到230GW以上全球的光伏装机需求预期,多项利好再生能源政策的中国主要的需求来源为去年下发了,源转型的欧美地区以及持续推进能。外另,地区摆脱俄罗斯的石化燃料依赖近期的乌俄冲突更是加速了欧洲,需求看来相当强劲欧洲再生能源的。

  情影响因疫,过剩的工业硅产量2021年中国,待消化正有;能出现供需缺口2022年是否,下游新增产能的投产进度也取决于国内工业硅上。看来目前,年的新增产能较少2022年上半,增产能大量投产有待丰水期新;中其,2022年的上半年释放需求量有机硅、多晶硅的新产能将在。

  0~20年展望未来1,新的大发展时期是我国硅产业。业分会的预测根据我国硅,25年到20,业硅需求量我国的工,25万吨将达到3,加130万吨以上可比2021年增;激增80万吨至140万吨其中多晶硅领域的消费量将。

  方面一,2035年期间在2030~,需求将到达高峰全球工业硅的。达到450~500万吨我国工业硅的消费量将会,内消费量的2.5倍约为2021年国;中其,将会超过240万吨多晶硅领域的消费量,内消费量的4倍是2021年国。

  端方面需求,扩产造成获利降低后扩产速度已经放缓虽然下游的电池片和组件在过去快速,新、以及对于出货目标的增量但随着头部企业的产能汰旧换,持续进行扩产仍,来到31、26%产能预估同比增长。2年仍持续进行大规模的产能扩张而获利相对佳的硅片环节在202,021年底的356GW成长到476GW2022年全球硅片环节产能预期将从2,长34%同比成,爬坡速度明显快过多晶硅且硅片环节的新扩产能,为摊提折旧积极提升开工率产能爬坡速度差异和新产能,节对于硅料的需求提升都导致了整体硅片环,在下半年提升加速纵使多晶硅新产能,硅片环节的需求仍是无法满足。

  来说总的,续有新多晶硅产能开出纵使2022全年陆,产能同样持续扩张的影响下但在新产能爬坡缓慢和下游,结构性短缺持续光伏供应链的,仍可能是瓶颈多晶硅环节,产能逐渐爬坡完成须等到下半年新,才会缓解短缺情况,较明显的下调的空间价格才有机会出现。业的持续发展随着光伏产,持续吸引市场的目光多晶硅利好也将会。

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