多晶硅料:降本和提纯提升厂商规模优势

作者: | 发布日期: 2021 年 03 月 19 日 9:42 | 分类: 产业资讯

2020 年,我国多晶硅产量达 39.2 万吨,同比增长 14.6%。其中,排名前五企业产量 占国内多晶硅总产量 87.5%,其中 4 家企业产量超过 5 万吨。多晶硅料位于光伏产业 链的上游,更多具有化工行业属性。光伏级多晶硅纯度要在 99.9999%以上(电子级要 求更高),只有具备技术积累经验的企业,才能生产出满足质量要求的多晶硅产品。

多晶硅料的生产技术:三氯氢硅西门子法为主流,未来硅烷流化床法占比将提升

当前多晶硅的生产技术主要有三氯氢硅西门子法和硅烷流化床法,生产出来的产品形态分别为棒状和颗粒状。

三氯氢硅西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成 HCL(或外购无水 HCL),HCL 和 工业硅粉在一定的温度下合成 SiHCL3,之后对 SiHCL3 进行分离精馏提纯,提纯后的 SiHCL3 在氢还原炉内进行化学气相沉积反应得到高纯多晶硅。

三氯氢硅西门子法主要 包括五个环节:SiHCL3 合成、SiHCL3 精馏提纯、SiHCL3 的氢还原、尾气回收和 SiCL4 的氢化分解。其中尾气回收和 SiCL4 的使得原辅材料能循环利用,降低了材料消耗。

硅烷流化床法技术是先在沸腾床内生成 SiHCL3,后通过歧化反应制得硅烷,硅烷经纯 化后,采用流化床反应炉工艺分解成毫米级的颗粒状多晶硅。相比于三氯氢硅西门子法, 硅烷流化床法由于工艺是闭环,且基本不产生副产品和废弃物,因此有助于降低建厂投 资成本和生产能耗。

但硅烷流化床法受制于其稳定性等问题(如因壁面沉积发生尾气管 道堵塞以及不易控制产品纯度等),因此当前市场主流的技术还是三氯氢硅西门子法。在 2020 年采用三氯氢硅西门子法生产出来的棒状硅约占全国总产量的 97.2%,而采用 硅烷流化床法生产的颗粒硅仅占 2.8%。

但 N 型电池的发展将扩大颗粒硅的市场需求,一旦颗粒硅解决了生产稳定性、一致性、 规模化以及产品质量的问题,颗粒硅市场份额可能会出现快速增长。据 CPIA 预测,自 2020 年开始,采用硅烷流化床法所生产出来的多晶硅占全国多晶硅总产量的比重将会 上升,到 2025 年比重预计将达到 7%。

多晶硅料生产成本的构成:降本之路重在降能耗

多晶硅的生产成本主要有能耗成本(电力、水、蒸汽)、原材料成本(工业硅、氯气)以及折旧(设备投资)等,其中能耗成本占比最大,因此降低生产成本主要在于降低能耗成本的支出。例如,可以在电价较低的地区建厂,如新疆和内蒙古;或可以通过降低单位产出的电耗来降低成本,如提升还原炉的性能,提高单炉产量等。

2020 年,多晶硅综合能耗平均值为 11.5kgce/kg-Si,同比下降 8%。其中综合电耗为 66.5kWh/kg-Si,同比下降 5%,目前硅烷流化床法颗粒硅综合电耗较三氯氢硅西门子法 棒状硅低 40%-50%。

预计到 2030 年,综合能耗可降至 9.6kgce/kg-Si,而综合电耗则 降至 66.5kWh/kg-Si。2020 年,行业硅单耗在 1.1kg/kg-Si 水平,基本与 2019 年持平, 预计到 2030 年将降低到 1.07kg/kg-Si。

当前,随着生产装备技术的进步、单位规模和工 艺水平的提升,三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本正逐年下降。2020 年投 产的万吨级多晶硅生产线设备投资成本已降至 1.02 亿元/千吨,而人均产出量随着多晶 硅工艺的不断提高也有所增加,2020 年多晶硅生产线人均产出量为 36 吨/年/人,较 2019 年提升了 1 吨/年/人。

随着 2022-2023 年多晶硅新投产线单线规模增大以及自动 化程度提升,人均产出量将会有较大幅度的增长,提高到 45 吨/年/人,而到 2030 年则 将提高到 47.5 吨/年/人。

未来,随着 N 型单晶电池的扩产,对硅料的要求将从当前的纯度提升到电子级的纯度, 并且随着海外及国内高成本多晶硅厂商的逐步退出,国内具备成本和规模优势的低成本产能将可能获取更多的市场份额。

来源:未来智库

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