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國內硅料產(chǎn)能稀缺，行業(yè)長單鎖定硅料
據(jù)每日經(jīng)濟新聞報道，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)會硅業(yè)分會2月3日公布的單晶致密料成交均價為9.25萬元/噸。
媒體分析認為，隆基股份這則公告意味著國內光伏巨頭的上游原料采購從國內到了國外，再次反映了國內硅料產(chǎn)能的稀缺程度。中國有色金屬工業(yè)協(xié)會硅業(yè)分會表示，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)能擴張實際釋放量所刺激的多晶硅料實際需求增量。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯觀察，實際上早在去年9月就已經(jīng)有媒體陸續(xù)報道，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日合計采購多晶硅料12.48萬噸。
去年9月，上機數(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，預計采購金額約為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，預估合同金額達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的多晶硅料合計共35萬噸。
國內外多晶硅工業(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，一般認為硅含量在99.99%~99.9999%（4~6個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，相當長一段時間，美、日、德等國際大公司一直壟斷著半導體多晶硅硅材料的技術、市場和價格，并對我國進行技術封鎖，嚴重地制約著我國多晶硅現(xiàn)代化的進程。全世界多晶硅產(chǎn)品長期被七大集團壟斷：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，四川峨眉半導體材料廠開始小規(guī)模試生產(chǎn)多晶硅，標志著我國多晶硅產(chǎn)業(yè)的起步。在20世紀60~70年代，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展十分緩慢。到20世紀80年代，國家進行改革開放，大力發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)，但由于缺乏半導體的戰(zhàn)略性基礎材料—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，短時期內迅速發(fā)展起來了幾十家半導體級多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。但由于國外對我國實行技術封鎖，我國企業(yè)缺乏關鍵技術，多晶硅工廠普遍規(guī)模小、技術水平低下，導致多晶硅生產(chǎn)成本很高。在20世紀90年代的國外多晶硅低價傾銷沖擊下，我國多晶硅企業(yè)幾乎全軍覆沒，只有少數(shù)幾家企業(yè)勉強維持生產(chǎn)。
21世紀初，隨著世界光伏市場在發(fā)達國家光伏補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)量已達約8.2萬噸。但在這5年的時間內，全世界多晶硅產(chǎn)量也迅速擴大，2011年全世界多晶硅產(chǎn)量達約24萬噸，而且世界多晶硅大廠也在陸續(xù)不斷擴建，導致多晶硅產(chǎn)能出現(xiàn)嚴重過剩。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、外經(jīng)濟逐步向好，以及光伏電池價格下降引發(fā)其應用市場需求力度的逐步加大，硅材料及硅光伏產(chǎn)業(yè)進入穩(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)品質量的競爭尤為激烈。
多晶硅料技術概述
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)編輯的學習了解，多晶硅是經(jīng)由“硅石一金屬硅一多晶硅”等步驟制備的，其實質是一個化學提純Si單質的過程。我國具有豐富的硅石資源。金屬硅是由硅石與碳質還原劑為原料生產(chǎn)的，其純度可達到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。這四種技術中，改良西門子法技術最成熟，已獲大規(guī)模應用。
改良西門子法
西門子法，即使用高純氫氣還原高純三氯氫硅生產(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年左右實現(xiàn)了工業(yè)化，從而實現(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，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、氫氣和氯化氫等達到充分回收利用，實現(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。
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，所使用的原料危險性比硅烷法小，氫還原反應沉積速率和有效沉積比也較好，多晶硅產(chǎn)品純度高且質量穩(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新技術，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域的競爭力。其缺點是工藝流程較長，生產(chǎn)過程控制點多，各工序需要相互配合聯(lián)動管理。
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)技術是硅烷在氫氣的環(huán)境中于850℃左右的條件下會受熱分解生成多晶硅。制備硅烷的技術目前主要有兩種，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，生長出棒狀多晶硅；另一類是硅烷流化床技術，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，硅烷的灌裝和運輸安全隱患大，國外的硅烷工廠曾發(fā)生過嚴重的爆炸事故。據(jù)中國粉體網(wǎng)編輯的了解，目前國內硅烷法大多處于試驗階段，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，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，目前國內外均有科研機構對新型高效的冶金法進行研究。冶金法的主要缺點是，提純的多晶硅產(chǎn)品中金屬雜質含量較高，而且存在晶界密度高、錯位等結構缺陷問題，導致制成的光伏電池的光電轉換率低、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》國家標準）
參考來源：
光伏巨頭隆基股份到國外買硅料，光伏最上游擴產(chǎn)潮來了；每日經(jīng)濟新聞2021.2
張學強：改良西門子法多晶硅質量影響因素研究；天津大學化工學院2016.10
王敬蕊，等：太陽能用多晶硅料技術概述及技術進展；國電光伏(江蘇)有限公司2012.11
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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