2020年,我國多晶硅產(chǎn)量達(dá)39.2萬噸,同比增長(zhǎng)14.6%。其中,排名前五企業(yè)產(chǎn)量占國內(nèi)多晶硅總產(chǎn)量87.5%,其中4家企業(yè)產(chǎn)量超過5萬噸。多晶硅料位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈的上游,更多具有化工行業(yè)屬性。光伏級(jí)多晶硅純度要在99.9999%以上(電子級(jí)要求更高),只有具備技術(shù)積累經(jīng)驗(yàn)的企業(yè),才能生產(chǎn)出滿足質(zhì)量要求的多晶硅產(chǎn)品。
多晶硅料的生產(chǎn)技術(shù):三氯氫硅西門子法為主流,未來硅烷流化床法占比將提升
當(dāng)前多晶硅的生產(chǎn)技術(shù)主要有三氯氫硅西門子法和硅烷流化床法,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品形態(tài)分別為棒狀和顆粒狀。
三氯氫硅西門子法的生產(chǎn)流程是利用氯氣和氫氣合成HCL(或外購無水HCL),HCL和工業(yè)硅粉在一定的溫度下合成SiHCL3,之后對(duì)SiHCL3進(jìn)行分離精餾提純,提純后的SiHCL3在氫還原爐內(nèi)進(jìn)行化學(xué)氣相沉積反應(yīng)得到高純多晶硅。
三氯氫硅西門子法主要包括五個(gè)環(huán)節(jié):SiHCL3合成、SiHCL3精餾提純、SiHCL3的氫還原、尾氣回收和SiCL4的氫化分解。其中尾氣回收和SiCL4的使得原輔材料能循環(huán)利用,降低了材料消耗。
硅烷流化床法技術(shù)是先在沸騰床內(nèi)生成SiHCL3,后通過歧化反應(yīng)制得硅烷,硅烷經(jīng)純化后,采用流化床反應(yīng)爐工藝分解成毫米級(jí)的顆粒狀多晶硅。相比于三氯氫硅西門子法,硅烷流化床法由于工藝是閉環(huán),且基本不產(chǎn)生副產(chǎn)品和廢棄物,因此有助于降低建廠投資成本和生產(chǎn)能耗。
但硅烷流化床法受制于其穩(wěn)定性等問題(如因壁面沉積發(fā)生尾氣管道堵塞以及不易控制產(chǎn)品純度等),因此當(dāng)前市場(chǎng)主流的技術(shù)還是三氯氫硅西門子法。在2020年采用三氯氫硅西門子法生產(chǎn)出來的棒狀硅約占全國總產(chǎn)量的97.2%,而采用硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒硅僅占2.8%。
但N型電池的發(fā)展將擴(kuò)大顆粒硅的市場(chǎng)需求,一旦顆粒硅解決了生產(chǎn)穩(wěn)定性、一致性、規(guī)模化以及產(chǎn)品質(zhì)量的問題,顆粒硅市場(chǎng)份額可能會(huì)出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。據(jù)CPIA預(yù)測(cè),自2020年開始,采用硅烷流化床法所生產(chǎn)出來的多晶硅占全國多晶硅總產(chǎn)量的比重將會(huì)上升,到2025年比重預(yù)計(jì)將達(dá)到7%。
多晶硅料生產(chǎn)成本的構(gòu)成:降本之路重在降能耗
多晶硅的生產(chǎn)成本主要有能耗成本(電力、水、蒸汽)、原材料成本(工業(yè)硅、氯氣)以及折舊(設(shè)備投資)等,其中能耗成本占比最大,因此降低生產(chǎn)成本主要在于降低能耗成本的支出。例如,可以在電價(jià)較低的地區(qū)建廠,如新疆和內(nèi)蒙古;或可以通過降低單位產(chǎn)出的電耗來降低成本,如提升還原爐的性能,提高單爐產(chǎn)量等。
2020年,多晶硅綜合能耗平均值為11.5kgce/kg-Si,同比下降8%。其中綜合電耗為66.5kWh/kg-Si,同比下降5%,目前硅烷流化床法顆粒硅綜合電耗較三氯氫硅西門子法棒狀硅低40%-50%。
預(yù)計(jì)到2030年,綜合能耗可降至9.6kgce/kg-Si,而綜合電耗則降至66.5kWh/kg-Si。2020年,行業(yè)硅單耗在1.1kg/kg-Si水平,基本與2019年持平,預(yù)計(jì)到2030年將降低到1.07kg/kg-Si。
當(dāng)前,隨著生產(chǎn)裝備技術(shù)的進(jìn)步、單位規(guī)模和工藝水平的提升,三氯氫硅西門子法多晶硅生產(chǎn)線設(shè)備投資成本正逐年下降。2020年投產(chǎn)的萬噸級(jí)多晶硅生產(chǎn)線設(shè)備投資成本已降至1.02億元/千噸,而人均產(chǎn)出量隨著多晶硅工藝的不斷提高也有所增加,2020年多晶硅生產(chǎn)線人均產(chǎn)出量為36噸/年/人,較2019年提升了1噸/年/人。
隨著2022-2023年多晶硅新投產(chǎn)線單線規(guī)模增大以及自動(dòng)化程度提升,人均產(chǎn)出量將會(huì)有較大幅度的增長(zhǎng),提高到45噸/年/人,而到2030年則將提高到47.5噸/年/人。
未來,隨著N型單晶電池的擴(kuò)產(chǎn),對(duì)硅料的要求將從當(dāng)前的純度提升到電子級(jí)的純度,并且隨著海外及國內(nèi)高成本多晶硅廠商的逐步退出,國內(nèi)具備成本和規(guī)模優(yōu)勢(shì)的低成本產(chǎn)能將可能獲取更多的市場(chǎng)份額。