中國粉體網(wǎng)訊
國內(nèi)硅料產(chǎn)能稀缺，行業(yè)長單鎖定硅料
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公告，分別是采購光伏玻璃和多晶硅料。其中，采購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月期間向賣方采購多晶硅料約7.77萬噸。按照中國有色金屬工業(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9.25萬元/噸。
媒體分析認(rèn)為，隆基股份這則公告意味著國內(nèi)光伏巨頭的上游原料采購從國內(nèi)到了國外，再次反映了國內(nèi)硅料產(chǎn)能的稀缺程度。中國有色金屬工業(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大單，約定2020年9月1日至2025年8月31日合計(jì)采購多晶硅料12.48萬噸。
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)鑫采購原材料多晶硅料1.67萬噸，預(yù)計(jì)采購金額約為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《多晶硅購銷合作長單框架協(xié)議》，將在2022年1月至2026年12月期間向保利協(xié)鑫采購包括顆粒硅在內(nèi)的多晶硅料合計(jì)共35萬噸。
國內(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硅、太陽能級多晶硅和電子級多晶硅三類。其中，太陽能級多晶硅純度介于冶金級硅與電子級多晶硅之間，一般認(rèn)為硅含量在99.99%~99.9999%（4~6個(gè)9），太陽能級多晶硅主要用于生產(chǎn)太陽能光伏電池。太陽能光伏是今后極有發(fā)展前景的清潔能源，太陽能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國將有著極好的前景，對我國半導(dǎo)體硅材料，尤其是對太陽能級多晶硅的研制生產(chǎn)帶來了巨大的市場空間。
但是據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解，相當(dāng)長一段時(shí)間，美、日、德等國際大公司一直壟斷著半導(dǎo)體多晶硅硅材料的技術(shù)、市場和價(jià)格，并對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，嚴(yán)重地制約著我國多晶硅現(xiàn)代化的進(jìn)程。全世界多晶硅產(chǎn)品長期被七大集團(tuán)壟斷：美國的Hemlock和MEMC，挪威的REC（廠址也在美國），日本的德山、住友鈦和三菱以及德國的瓦克。2008年以來，韓國OCI公司多晶硅投產(chǎn)，隨后其規(guī)模也不斷擴(kuò)大。
我國多晶硅工業(yè)的發(fā)展充滿了曲折。1964年，四川峨眉半導(dǎo)體材料廠開始小規(guī)模試生產(chǎn)多晶硅，標(biāo)志著我國多晶硅產(chǎn)業(yè)的起步。在20世紀(jì)60~70年代，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分緩慢。到20世紀(jì)80年代，國家進(jìn)行改革開放，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—電子級多晶硅，使我國電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到限制。為此，我國開始大力支持發(fā)展硅材料，短時(shí)期內(nèi)迅速發(fā)展起來了幾十家半導(dǎo)體級多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。但由于國外對我國實(shí)行技術(shù)封鎖，我國企業(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年代的國外多晶硅低價(jià)傾銷沖擊下，我國多晶硅企業(yè)幾乎全軍覆沒，只有少數(shù)幾家企業(yè)勉強(qiáng)維持生產(chǎn)。
21世紀(jì)初，隨著世界光伏市場在發(fā)達(dá)國家光伏補(bǔ)貼政策的影響下快速發(fā)展，我國的光伏產(chǎn)業(yè)也隨之迅速發(fā)展起來。從2006年起，我國多晶硅行業(yè)迎來了第二次發(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)重過剩。從2011年10月開始，全球多晶硅供過于求，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年迫使我國的大部分中小多晶硅企業(yè)停產(chǎn)。
2013年以來，隨著國內(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，全球多晶硅的市場需求也逐步提升，我國多晶硅產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)穩(wěn)步增長。目前，據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯了解，多晶硅企業(yè)之間的競爭已不僅是產(chǎn)能之爭，而且生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量的競爭尤為激烈。
多晶硅料技術(shù)概述
太陽能用多晶硅的原料來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)的過程。我國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Siemens公司首先發(fā)明，在1954年申請了專利，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)太陽能級和電子級多晶硅。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)域的競爭力。其缺點(diǎn)是工藝流程較長，生產(chǎn)過程控制點(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)，國外有美國Hemlock、德國Wacker、韓國OCI等，國內(nèi)有江蘇中能、洛陽中硅、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，國外的硅烷工廠曾發(fā)生過嚴(yán)重的爆炸事故。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解，目前國內(nèi)硅烷法大多處于試驗(yàn)階段，國外的硅烷法工廠也僅有只有挪威REC公司、美國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)太陽能級多晶硅，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)直接生成太陽能級多晶硅。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單、三廢排放較少、綜合電耗也低許多，目前國內(nèi)外均有科研機(jī)構(gòu)對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多晶硅摻雜后才能滿足太陽能級多晶硅的基本條件，制成轉(zhuǎn)化率15%~16.5%的太陽能光伏電池。
（來源：《太陽能級多晶硅》國家標(biāo)準(zhǔn)）
參考來源：
光伏巨頭隆基股份到國外買硅料，光伏最上游擴(kuò)產(chǎn)潮來了；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：太陽能用多晶硅料技術(shù)概述及技術(shù)進(jìn)展；國電光伏(江蘇)有限公司2012.11
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除！
