中國儲能網(wǎng)訊：作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈條上最上游的原材料環(huán)節(jié)，多晶硅在中國的發(fā)展經(jīng)歷了從依靠進(jìn)口到領(lǐng)先世界的自主發(fā)展之路。
我國硅材料的發(fā)展起步較早，在光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展起來之前一直進(jìn)展緩慢。1959年，我國成功拉制出硅單晶。中國硅材料產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了近半個世紀(jì)的發(fā)展歷程，到2005年全國多晶硅產(chǎn)量僅有60噸。
當(dāng)時，隨著國際光伏市場的爆發(fā)，光伏產(chǎn)業(yè)鏈電池與組件生產(chǎn)投資進(jìn)入了一個新的增長期，作為產(chǎn)業(yè)鏈上游最核心的多晶硅產(chǎn)品，由于當(dāng)時國內(nèi)不能滿足市場需求，我國硅料加工企業(yè)不得不從海外大量進(jìn)口。
全球多晶硅產(chǎn)能主要集中于海外，以德國Waker、美國Hemlock和韓國OCI為主要的多晶硅廠商，其年產(chǎn)量均在1萬噸以上。多晶硅產(chǎn)品作為光伏產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)技術(shù)和資金壁壘最高的環(huán)節(jié)之一，主要生產(chǎn)工藝技術(shù)在行業(yè)發(fā)軔早期被海外產(chǎn)業(yè)巨頭封鎖。
2005年，國際市場的多晶硅為每公斤40美元，從2006年開始，世界范圍內(nèi)太陽能級和半導(dǎo)體級的多晶硅料供需均出現(xiàn)缺口，其中以太陽能級產(chǎn)品的缺口最大，到2008年多晶硅價格上漲至每公斤500美元，三年時間內(nèi)翻了12倍。
為了扭轉(zhuǎn)受制于人的局面，國內(nèi)一些企業(yè)開始著手多晶硅核心工藝開發(fā)。
華陸工程科技有限公司，其前身是成立于1965年的化學(xué)工業(yè)部第六設(shè)計院，憑借自身在有機硅、三氯氫硅合成方面積累的豐富經(jīng)驗，充分發(fā)揮企業(yè)自主研發(fā)技術(shù)工程化優(yōu)勢，由技術(shù)專家陳維平牽頭組建多晶硅技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計團隊，不到1年時間，成功掌握冷氫化核心技術(shù)（冷氫化工藝反應(yīng)溫度在500°C左右，較熱氫化的1250°C有大幅的下降，同時在轉(zhuǎn)換率上也比后者有顯著的提升，達(dá)到20%左右），建立了更為節(jié)能完整的多晶硅生產(chǎn)工藝，填補了我國在多晶硅生產(chǎn)領(lǐng)域的多項技術(shù)空白，產(chǎn)品完全達(dá)到了太陽能級和高純度電子級的國際水平。
隨著國內(nèi)企業(yè)突破多晶硅技術(shù)瓶頸，從2006年開始，國內(nèi)光伏制造企業(yè)正式進(jìn)入原料多晶硅規(guī)?；a(chǎn)領(lǐng)域，價格的飆升更是吸引了企業(yè)進(jìn)軍多晶硅產(chǎn)業(yè)。
2006年，亞洲硅業(yè)和青海新能源集團共同出資，在西寧東川工業(yè)園開工建設(shè)年產(chǎn)能1000噸多晶硅產(chǎn)線，隨后，國家電投集團1250噸多晶硅項目、南玻集團5000噸多晶硅項目、江蘇大全6000噸項目、通威集團1萬噸項目、愛信硅科技1萬噸項目、亞洲硅業(yè)6000噸項目、大陸產(chǎn)業(yè)投資集團1萬8000噸項目等紛紛上馬。中國光伏多晶硅產(chǎn)業(yè)開始進(jìn)入快車道。
2006年9月12日，江蘇中能多晶硅項目開工動土打樁;同年12月30日精餾塔封頂；2007年6月22日，氯氫化車間開始打樁;9月19日，一年時間，第一爐12對棒多晶硅產(chǎn)品成功出爐，而同時期國際上建設(shè)這樣規(guī)模的多晶硅廠通常需要20至24個月，協(xié)鑫開局即領(lǐng)先世界水平。
從第二期項目建設(shè)開始（2007年8月11日項目打樁，2008年5月26日二期年產(chǎn)1500噸電子級多晶硅項目投產(chǎn)，歷時10個月左右），江蘇中能的部分設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，以尾氣分離裝置為例，除了壓縮機仍然需要進(jìn)口之外，其他部件全部由國內(nèi)廠家生產(chǎn);第三期項目設(shè)備國產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到80%。
第三期工程的產(chǎn)能是第一期的10倍，但其總投資卻不到第一期工程的7倍，通過設(shè)備國產(chǎn)化，江蘇中能的建設(shè)費用節(jié)省了30%，建設(shè)成本在國內(nèi)多晶硅企業(yè)中處于較低的水平。由華陸公司負(fù)責(zé)技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計的江蘇中能15000噸/年多晶硅項目成功投產(chǎn)，正式結(jié)束了國內(nèi)多晶硅單體千噸級以上無法量產(chǎn)的歷史。
在電子級多晶硅制造領(lǐng)域，國家電投集團經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)、消化吸收，創(chuàng)新突破，目前已形成3300噸/年電子級多晶硅產(chǎn)能，掌握了高純多晶硅生產(chǎn)關(guān)鍵核心技術(shù)，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，主要指標(biāo)已超過國標(biāo)(GB/T12963-2014)電子1級品要求，與三菱、REC、OCI等進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，可完全替代進(jìn)口產(chǎn)品，占國內(nèi)集成電路市場份額約20%左右。
產(chǎn)能逐漸釋放令供需趨于平衡，2008年金融危機之后，光伏市場需求疲軟，2009年多晶硅價格出現(xiàn)大幅跳水，價格下降至50美元/公斤左右。到了2011年，光伏市場需求超預(yù)期而硅料產(chǎn)能不足，導(dǎo)致多晶硅出現(xiàn)短暫供不應(yīng)求，其價格在2011年中回升至75美元/公斤左右。
到2012年，全球多晶硅產(chǎn)能達(dá)到40萬噸，產(chǎn)量達(dá)到23.4萬噸，其中我國以7.1萬噸的產(chǎn)量位居全球首位，美國以5.9萬噸位居第二，韓國、德國和日本產(chǎn)量分別為4.1、4和3.1萬噸。其中，德國Wacker公司以3.8萬噸的產(chǎn)量位居全球首位，我國江蘇中能公司以3.7萬噸的產(chǎn)量位居次席，韓國OCI、美國Hemlock和美國REC公司分別以3.3萬噸、3.1萬噸和2.1萬噸位居三到五位。
此時，多晶硅環(huán)節(jié)“兩頭在外”的格局已被打破，長期被海外巨頭作技術(shù)封鎖的上游原材料環(huán)節(jié)已不再是中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)的規(guī)模優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，江蘇中能、賽維LDK、洛陽中硅、重慶大全產(chǎn)能已達(dá)到萬噸級，總產(chǎn)能達(dá)到10萬噸。
受供需關(guān)系所影響，多晶硅價格持續(xù)下滑，全球多晶硅價格在一年內(nèi)降幅達(dá)到30%以上，至2012年底，多晶硅現(xiàn)貨價格僅約為16美元每千克，低于行業(yè)多晶硅企業(yè)的平均生產(chǎn)成本。在隨后的大約5年時間里，國產(chǎn)多晶硅產(chǎn)能進(jìn)一步釋放，國內(nèi)光伏市場需求快速增長，多晶硅供需在整體上維持基本的平衡，價格圍繞25美元/公斤上下波動。
也就是在此間，改良西門子法已經(jīng)成為我國多晶硅產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)。1955年，西門子公司成功開發(fā)了利用氫氣還原三氯硅烷在硅芯發(fā)熱體上沉積硅的工藝技術(shù)，于1957年開始了工業(yè)生產(chǎn)。西門子工藝的改進(jìn)主要集中在減少單位多晶硅產(chǎn)品的原料、輔料、電能消耗以及降低成本等方面。改良西門子法在西門子法工藝基礎(chǔ)上，增加了還原尾氣干法回收系統(tǒng)、四氯化硅氫化工藝，實現(xiàn)了全工藝流程閉路循環(huán)。
技術(shù)再創(chuàng)新
2018-2019年，隨著531光伏新政的出臺，國內(nèi)光伏市場增量需求下滑，多晶硅需求量受到一定的沖擊，其價格在2019年末降到10美元/公斤之下。2020年以來，在“雙碳”戰(zhàn)略大背景下，全球光伏市場需求出現(xiàn)大幅增長，而上游硅料企業(yè)新增產(chǎn)能釋放有限，多晶硅出現(xiàn)供需偏緊，導(dǎo)致其價格持續(xù)上漲。
改良西門子法實現(xiàn)無排放，生產(chǎn)安全性得到了大幅提升，稱為多晶硅生產(chǎn)中最為成熟、投資風(fēng)險最小、最容易擴建的工藝，此工藝下生產(chǎn)的硅料產(chǎn)品具有質(zhì)量好、致密度高等特點。
目前，改良西門子法生產(chǎn)線占全球光伏多晶硅生產(chǎn)的97%以上。國內(nèi)改良西門子法多晶硅生產(chǎn)工藝的主要成本由金屬硅、電力以及三氯氫硅三部分組成，其中能源電力成本占比較高。在實現(xiàn)原材料多晶硅生產(chǎn)工藝的綠色可持續(xù)方向上，降低電力能源的消耗是晶硅工藝技術(shù)創(chuàng)新的主方向。行業(yè)圍繞多晶硅生產(chǎn)技術(shù)的高產(chǎn)品質(zhì)量和低生產(chǎn)成本的創(chuàng)新研發(fā)一直在進(jìn)行。
在晶硅行業(yè)，關(guān)于技術(shù)的競爭從未停歇過。雖然改良西門子法一直占據(jù)行業(yè)主流市場，從去年以來，硅料供應(yīng)市場的持續(xù)緊張，讓顆粒硅企業(yè)找到了好時機。棒狀硅和顆粒硅多晶硅原材料里常見的類型。棒狀硅是采用目前主流的生產(chǎn)工藝改良西門子法生產(chǎn)，顆粒硅則是采用硅烷流化床工藝生產(chǎn)。
事實上，流化床法制備顆粒硅已經(jīng)擁有比較悠久的研發(fā)歷史，早在上世紀(jì)五十年代就有學(xué)者提出了通過化學(xué)氣相沉積的原理來制備多晶硅。隨后在此基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)，形成了目前的工藝。
國內(nèi)開展流化床工藝的廠商有協(xié)鑫、陜西天宏和亞洲硅業(yè)。協(xié)鑫科技自2010年開始布局硅烷流化床工藝，2012年成功產(chǎn)出合格的高純硅烷氣，其于2016年收購SunEdison有關(guān)硅烷流化床、CCZ連續(xù)直拉單晶的技術(shù)與資產(chǎn)，經(jīng)過近十年的研發(fā)之路，最終實現(xiàn)了顆粒硅的穩(wěn)定量產(chǎn)。2021年2月3日，協(xié)鑫科技的顆粒硅年有效產(chǎn)能由此前的6000噸提升至10000噸，正式邁入萬噸級產(chǎn)能規(guī)模。
相較于傳統(tǒng)西門子法，F(xiàn)BR顆粒硅生產(chǎn)工藝具有流程短、綜合能耗低、反應(yīng)單次轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)勢。然而，目前通威、協(xié)鑫、新特、大全、東方希望五家企業(yè)占據(jù)了國內(nèi)硅料產(chǎn)業(yè)85%的產(chǎn)能，除了協(xié)鑫外，其余四家均采用改良西門子工藝。據(jù)統(tǒng)計，顆粒硅2021年出貨大致在1.5萬噸，占全部總需求（55萬噸）不到3%。
顆粒硅產(chǎn)品在質(zhì)量上不斷進(jìn)步，雜質(zhì)不斷減少，其與傳統(tǒng)硅產(chǎn)品的差距正在縮小。從P型電池向N型電池過渡的情形下，已然對上游多晶硅提出了更高的要求，而這些要求主要集中體現(xiàn)在硅的純度上，顆粒硅尚能否顛覆多晶硅行業(yè)格局還需時間考驗。
