中國(guó)粉體網(wǎng)訊
國(guó)內(nèi)硅料產(chǎn)能稀缺，行業(yè)長(zhǎng)單鎖定硅料
據(jù)每日經(jīng)濟(jì)新聞報(bào)道，近日光伏硅片巨頭隆基股份披露了兩份重大采購(gòu)公告，分別是采購(gòu)光伏玻璃和多晶硅料。其中，采購(gòu)多晶硅料的合同金額預(yù)估為63.6億元，隆基股份及其9家子公司與OCIM Sdn.Bhd.簽訂了三年期多晶硅料采購(gòu)合同。根據(jù)協(xié)議，買方2021年3月至2024年2月期間向賣方采購(gòu)多晶硅料約7.77萬(wàn)噸。按照中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)2月3日公布的單晶致密料成交均價(jià)為9.25萬(wàn)元/噸。
媒體分析認(rèn)為，隆基股份這則公告意味著國(guó)內(nèi)光伏巨頭的上游原料采購(gòu)從國(guó)內(nèi)到了國(guó)外，再次反映了國(guó)內(nèi)硅料產(chǎn)能的稀缺程度。中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)硅業(yè)分會(huì)表示，大多硅料企業(yè)訂單目前均已簽至2月底，部分訂單甚至將執(zhí)行到3月中旬，且硅片企業(yè)并未有任何庫(kù)存積壓。本輪硅料需求大增的主要刺激因素，是下游需求支撐的硅片產(chǎn)能擴(kuò)張實(shí)際釋放量所刺激的多晶硅料實(shí)際需求增量。據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯觀察，實(shí)際上早在去年9月就已經(jīng)有媒體陸續(xù)報(bào)道，指出行業(yè)長(zhǎng)單鎖定硅料的現(xiàn)象。
去年8月，隆基股份與亞洲硅業(yè)簽訂預(yù)估94.98億元多晶硅料采購(gòu)大單，約定2020年9月1日至2025年8月31日合計(jì)采購(gòu)多晶硅料12.48萬(wàn)噸。
去年9月，上機(jī)數(shù)控公告稱，公司擬在2020~2021年向保利協(xié)鑫采購(gòu)原材料多晶硅料1.67萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)采購(gòu)金額約為15.70億元。
今年2月，隆基股份與江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司簽訂多晶硅料采購(gòu)協(xié)議。根據(jù)協(xié)議，雙方2021年3月至2023年12月期間多晶硅料合作量不少于9.14萬(wàn)噸，預(yù)估合同金額達(dá)73.28億元。
另一光伏巨頭中環(huán)股份與保利協(xié)鑫簽訂《多晶硅購(gòu)銷合作長(zhǎng)單框架協(xié)議》，將在2022年1月至2026年12月期間向保利協(xié)鑫采購(gòu)包括顆粒硅在內(nèi)的多晶硅料合計(jì)共35萬(wàn)噸。
國(guó)內(nèi)外多晶硅工業(yè)的發(fā)展概況
多晶硅是拉制單晶硅的原料。根據(jù)純度分類，多晶硅可以分為冶金級(jí)硅、太陽(yáng)能級(jí)多晶硅和電子級(jí)多晶硅三類。其中，太陽(yáng)能級(jí)多晶硅純度介于冶金級(jí)硅與電子級(jí)多晶硅之間，一般認(rèn)為硅含量在99.99%~99.9999%（4~6個(gè)9），太陽(yáng)能級(jí)多晶硅主要用于生產(chǎn)太陽(yáng)能光伏電池。太陽(yáng)能光伏是今后極有發(fā)展前景的清潔能源，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國(guó)將有著極好的前景，對(duì)我國(guó)半導(dǎo)體硅材料，尤其是對(duì)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的研制生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)空間。
但是據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯的了解，相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，美、日、德等國(guó)際大公司一直壟斷著半導(dǎo)體多晶硅硅材料的技術(shù)、市場(chǎng)和價(jià)格，并對(duì)我國(guó)進(jìn)行技術(shù)封鎖，嚴(yán)重地制約著我國(guó)多晶硅現(xiàn)代化的進(jìn)程。全世界多晶硅產(chǎn)品長(zhǎng)期被七大集團(tuán)壟斷：美國(guó)的Hemlock和MEMC，挪威的REC（廠址也在美國(guó)），日本的德山、住友鈦和三菱以及德國(guó)的瓦克。2008年以來(lái)，韓國(guó)OCI公司多晶硅投產(chǎn)，隨后其規(guī)模也不斷擴(kuò)大。
我國(guó)多晶硅工業(yè)的發(fā)展充滿了曲折。1964年，四川峨眉半導(dǎo)體材料廠開(kāi)始小規(guī)模試生產(chǎn)多晶硅，標(biāo)志著我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)的起步。在20世紀(jì)60~70年代，我國(guó)多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分緩慢。到20世紀(jì)80年代，國(guó)家進(jìn)行改革開(kāi)放，大力發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)，但由于缺乏半導(dǎo)體的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)材料—電子級(jí)多晶硅，使我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到限制。為此，我國(guó)開(kāi)始大力支持發(fā)展硅材料，短時(shí)期內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)了幾十家半導(dǎo)體級(jí)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。但由于國(guó)外對(duì)我國(guó)實(shí)行技術(shù)封鎖，我國(guó)企業(yè)缺乏關(guān)鍵技術(shù)，多晶硅工廠普遍規(guī)模小、技術(shù)水平低下，導(dǎo)致多晶硅生產(chǎn)成本很高。在20世紀(jì)90年代的國(guó)外多晶硅低價(jià)傾銷沖擊下，我國(guó)多晶硅企業(yè)幾乎全軍覆沒(méi)，只有少數(shù)幾家企業(yè)勉強(qiáng)維持生產(chǎn)。
21世紀(jì)初，隨著世界光伏市場(chǎng)在發(fā)達(dá)國(guó)家光伏補(bǔ)貼政策的影響下快速發(fā)展，我國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)也隨之迅速發(fā)展起來(lái)。從2006年起，我國(guó)多晶硅行業(yè)迎來(lái)了第二次發(fā)展高潮。到2011年，多晶硅產(chǎn)量已達(dá)約8.2萬(wàn)噸。但在這5年的時(shí)間內(nèi)，全世界多晶硅產(chǎn)量也迅速擴(kuò)大，2011年全世界多晶硅產(chǎn)量達(dá)約24萬(wàn)噸，而且世界多晶硅大廠也在陸續(xù)不斷擴(kuò)建，導(dǎo)致多晶硅產(chǎn)能出現(xiàn)嚴(yán)重過(guò)剩。從2011年10月開(kāi)始，全球多晶硅供過(guò)于求，加上美歐相繼發(fā)起“光伏雙反”，多晶硅的價(jià)格持續(xù)下跌，2012年迫使我國(guó)的大部分中小多晶硅企業(yè)停產(chǎn)。
2013年以來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)、外經(jīng)濟(jì)逐步向好，以及光伏電池價(jià)格下降引發(fā)其應(yīng)用市場(chǎng)需求力度的逐步加大，硅材料及硅光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展階段，全球多晶硅的市場(chǎng)需求也逐步提升，我國(guó)多晶硅產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長(zhǎng)。目前，據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯了解，多晶硅企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)已不僅是產(chǎn)能之爭(zhēng)，而且生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈。
多晶硅料技術(shù)概述
太陽(yáng)能用多晶硅的原料來(lái)自于提純后的金屬硅。多晶硅硅料是硅材料產(chǎn)業(yè)中最主要的前端產(chǎn)業(yè)鏈，也是光伏行業(yè)最主要的原材料。據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯的學(xué)習(xí)了解，多晶硅是經(jīng)由“硅石一金屬硅一多晶硅”等步驟制備的，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)化學(xué)提純Si單質(zhì)的過(guò)程。我國(guó)具有豐富的硅石資源。金屬硅是由硅石與碳質(zhì)還原劑為原料生產(chǎn)的，其純度可達(dá)到99.99％。從金屬硅制備多晶硅材料目前采用的主要有4種工藝，分別是：改良西門子法、硅烷法、循環(huán)流化床法、冶金法。這四種技術(shù)中，改良西門子法技術(shù)最成熟，已獲大規(guī)模應(yīng)用。
改良西門子法
西門子法，即使用高純氫氣還原高純?nèi)葰涔枭a(chǎn)高純多晶硅的方法，由德國(guó)Siemens公司首先發(fā)明，在1954年申請(qǐng)了專利，1965年左右實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，從而實(shí)現(xiàn)了超純多晶硅制備的第二次大變革。
經(jīng)過(guò)幾十年的應(yīng)用和發(fā)展，西門子法不斷完善，先后出現(xiàn)了第一代、第二代和第三代技術(shù)，而第三代西門子多晶硅生產(chǎn)工藝就是目前常說(shuō)的“改良西門子法”，它在第二代的基礎(chǔ)上增加了還原尾氣干法回收系統(tǒng)和四氯化硅氫化系統(tǒng)，使三氯氫硅、四氯化硅、氫氣和氯化氫等達(dá)到充分回收利用，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)完全閉路循環(huán)生產(chǎn)，是西門子法生產(chǎn)高純多晶硅的最新技術(shù)。
改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝流程圖
改良西門子法的優(yōu)點(diǎn)是，系統(tǒng)閉路循環(huán)生產(chǎn)，工藝產(chǎn)生的尾氣少且處理后對(duì)環(huán)境污染小，所使用的原料危險(xiǎn)性比硅烷法小，氫還原反應(yīng)沉積速率和有效沉積比也較好，多晶硅產(chǎn)品純度高且質(zhì)量穩(wěn)定，并可控制生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)和電子級(jí)多晶硅。隨著改良西門子法不斷引進(jìn)新技術(shù)，極大地降低了多晶硅的生產(chǎn)成本，提高了該工藝在多晶硅領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。其缺點(diǎn)是工藝流程較長(zhǎng)，生產(chǎn)過(guò)程控制點(diǎn)多，各工序需要相互配合聯(lián)動(dòng)管理。
改良西門子法的典型代表企業(yè)，國(guó)外有美國(guó)Hemlock、德國(guó)Wacker、韓國(guó)OCI等，國(guó)內(nèi)有江蘇中能、洛陽(yáng)中硅、新疆特變、大全新能源等。
硅烷法
硅烷（SiH4）法多晶硅生產(chǎn)技術(shù)是硅烷在氫氣的環(huán)境中于850℃左右的條件下會(huì)受熱分解生成多晶硅。制備硅烷的技術(shù)目前主要有兩種，一種是硅化鎂法，另一種是氯氫化法，這兩種硅烷制備方法都比較復(fù)雜。硅烷法制備多晶硅生產(chǎn)工藝，根據(jù)產(chǎn)品多晶硅的形態(tài)不同，可以分為兩類，一類是硅烷CVD沉積技術(shù)，生長(zhǎng)出棒狀多晶硅；另一類是硅烷流化床技術(shù)，生產(chǎn)顆粒狀多晶硅。
硅烷熱分解法與改良西門子法相比，主要優(yōu)點(diǎn)在于：硅烷含硅量較高，較易提純，分解溫度較低，分解速度快且分解率高，生成的多晶硅產(chǎn)品純度高。但是缺點(diǎn)也突出：硅烷不但制造成本較高，而且易燃、易爆、安全性差，硅烷的灌裝和運(yùn)輸安全隱患大，國(guó)外的硅烷工廠曾發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的爆炸事故。據(jù)中國(guó)粉體網(wǎng)編輯的了解，目前國(guó)內(nèi)硅烷法大多處于試驗(yàn)階段，國(guó)外的硅烷法工廠也僅有只有挪威REC公司、美國(guó)MEMC公司等少數(shù)幾家。
冶金法
冶金法是利用物理方法生產(chǎn)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅，其典型工藝是將純度高的冶金硅進(jìn)行水平區(qū)熔單向凝固成硅錠，去除硅錠的外表部分和金屬雜質(zhì)聚集的部分后，將硅錠粗粉碎并清洗，并在等離子體熔解爐中去除硼雜質(zhì)，然后二次區(qū)熔單向凝固成硅錠，再次除去外表部分和金屬雜質(zhì)聚集的部分然后粗粉碎和清洗，最后在電子束熔解爐中除去磷和碳雜質(zhì)直接生成太陽(yáng)能級(jí)多晶硅。目前，冶金法多晶硅的規(guī)�；潭炔皇呛芨�，還不能完全穩(wěn)定保持6N的純度。
冶金法的主要優(yōu)點(diǎn)是，其工藝要比改良西門子法簡(jiǎn)單、三廢排放較少、綜合電耗也低許多，目前國(guó)內(nèi)外均有科研機(jī)構(gòu)對(duì)新型高效的冶金法進(jìn)行研究。冶金法的主要缺點(diǎn)是，提純的多晶硅產(chǎn)品中金屬雜質(zhì)含量較高，而且存在晶界密度高、錯(cuò)位等結(jié)構(gòu)缺陷問(wèn)題，導(dǎo)致制成的光伏電池的光電轉(zhuǎn)換率低、易衰減。
挪威Elkem的情況顯示，冶金法多晶硅必須與電子級(jí)多晶硅摻雜后才能滿足太陽(yáng)能級(jí)多晶硅的基本條件，制成轉(zhuǎn)化率15%~16.5%的太陽(yáng)能光伏電池。
（來(lái)源：《太陽(yáng)能級(jí)多晶硅》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）
參考來(lái)源：
光伏巨頭隆基股份到國(guó)外買硅料，光伏最上游擴(kuò)產(chǎn)潮來(lái)了；每日經(jīng)濟(jì)新聞2021.2
張學(xué)強(qiáng)：改良西門子法多晶硅質(zhì)量影響因素研究；天津大學(xué)化工學(xué)院2016.10
王敬蕊，等：太陽(yáng)能用多晶硅料技術(shù)概述及技術(shù)進(jìn)展；國(guó)電光伏(江蘇)有限公司2012.11
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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