多晶硅产业情况分析.docx

多晶硅产业情况一多晶硅简介及用途1、多晶硅简介多晶硅：晶体硅的一种，当熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。单晶硅：晶体硅的一种，具有基本完整的点阵结构的晶体，不同的方向具有不同的性质，是一种良好的半导材料。纯度要求达到99.9999，甚至达到99.9999999以上。用于制造半导体器件、太阳能电池等。用高纯度的多晶硅在单晶炉内拉制而成。多晶硅与单晶硅的差别：当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。2、多晶硅的分类多晶硅按纯度分类可以分为冶金级（工业硅）、太阳能级、电子级。2.1冶金级硅(MG)：是硅的氧化物在电弧炉中被碳还原而成。一般含Si为90-95%以上，高达99.8%以上。2.2太阳级硅(SG) ：纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，至今未有明确界定。一般认为含Si在99.99%99.9999%（46个9）。2.3电子级硅(EG):一般要求含Si>99.9999%以上，超高纯达到99.9999999%99.999999999%（911个9)。多晶硅锭多晶硅料 3.多晶硅的主要用途3.1 制作单晶硅，一般需要用高纯度的电子级硅（EG）。单晶硅是制造半导体硅器件的原料，用于制大功率整流器、大功率晶体管、二极管、开关器件等。 单晶硅棒半导体芯片3.2 制作太阳能电池，一般使用太阳能级硅（SG）光伏发电站太阳能电池板 二多晶硅生产工艺多晶硅的生产技术主要有：改良西门子法、硅烷法和流化床法。正在研发的还有冶金法、气液沉积法、重掺硅废料法等制造低成本多晶硅的新工艺。世界上85的多晶硅是采用改良西门子法生产的，国内上市生产企业100%采用此法，其余方法生产的多晶硅仅占15。1、改良西门子法该法是以HCl（或Cl2、H2）和冶金级工业硅为原料，将粗硅（工业硅）粉与HCl在高温下合成为SiHCl3，然后对SiHCl3进行化学精制提纯，接着对SiHCL3进行多级精馏，使其纯度达到9个9以上，其中金属杂质总含量应降到0.1ppba以下，最后在还原炉中在1050的硅芯上用超高纯的氢气对SiHCL3进行还原而长成高纯多晶硅棒。其工艺流程如下：冶金硅+HClSiHCl3+SiH4+SiH2Cl12SiHCl3(精馏) SiHCl3+H2(1000气相沉淀) U型硅棒挤压粉碎用HF和HNO3浸蚀多晶硅块（1）石英砂在电弧炉中冶炼提纯到98%并生成工业硅，其化学反应SiO2+CSi+CO2 （2）为了满足高纯度的需要，必须进一步提纯。把工业硅粉碎并用无水氯化氢(HCl)与之反应在一个流化床反应器中，生成拟溶解的三氯氢硅(SiHCl3)。 其化学反应Si+HClSiHCl3+H2，反应温度为300度，该反应是放热的。同时形成气态混合物(H2,HCl,SiHCl3,SiCl4,Si)。 （3）第二步骤中产生的气态混合物还需要进一步提纯，需要分解:过滤硅粉，冷凝SiHCl3,SiC14, 而气态H2, HCl返回到反应中或排放到大气中。然后分解冷凝物SiHCl 3,SiCl4，净化三氯氢硅（多级精馏）。 （4）净化后的三氯氢硅采用高温还原工艺，以高纯的SiHCl3在H2气氛中还原沉积而生成多晶硅。其化学反应为：SiHCl3+H2Si+HCl。多晶硅的反应容器为密封的，用电加热硅池硅棒（直径5-10毫米，长度1.5-2米，数量80根），在1050-1100度在棒上生长多晶硅，直径可达到150-200毫米。这样大约三分之一的三氯氢硅发生反应，并生成多晶硅。剩余部分同H2, HCl,SiHCl 3,SiCl4从反应容器中分离。这些混合物进行低温分离，或再利用，或返回到整个反应中。气态混合物的分离是复杂的、耗能量大的，从某种程度上决定了多晶硅的成本和该工艺的竞争力。改良西门子法生产多晶硅的副产品：多晶硅生产过程中将有大量的废水、废液排出，如：生产1000吨多晶硅将有三氯氢硅3500吨、四氯化硅4500吨废液产生，未经处理回收的三氯氢硅和四氯化硅是一种有毒有害液体。对多晶硅副产物三氯氢硅、四氯化硅经过多级精馏提纯等化学处理，可生成白炭黑、氯化钙以及用于光纤预制棒的高纯（6N）四氯化硅。改良西门子法所用设备：氯化氢合成炉，三氯氢硅沸腾床加压合成炉，三氯氢硅水解凝胶处理系统，三氯氢硅粗馏、精馏塔提纯系统，硅芯炉，节电还原炉，磷检炉，硅棒切断机，腐蚀、清洗、干燥、包装系统装置，还原尾气干法回收装置；其他包括分析、检测仪器，控制仪表，热能转换站，压缩空气站，循环水站，变配电站，净化厂房等。2、硅烷法2.1 硅烷气体的制备硅烷法多晶硅的生产离不开硅烷气体。硅烷气体的制备大致上有三种方法: 用氢化铝钠与四氟化硅气体反应合成硅烷气体:NaAlH4+SiF4NaAlF4+SiH4 硅镁合金法工艺硅镁合金制备硅烷气体工艺也称小松法工艺。工艺流程非常简练，主要反应为:Si + Mg Mg2SiMg2Si + NH4Cl SiH4 + MgCl2 +6NH3 氯硅烷歧化反应法，此法利用如下氯硅烷的合成和歧化反应来获得硅烷:Si + 2H2 + 3SiC144SiHCl36SiHCl33SiH2Cl2 + 3SiC144SiH2Cl22SiH3Cl + 2SiHCl33SiH3ClSiH2Cl2 + SiH42.2 因硅烷气是易燃易爆的气体，所以整个吸附系统以及分解室都要有高度严密性，必须隔绝空气，这对设备的要求较高。3、物理法（冶金法）3.1 物理法是采用对冶金级的硅进行造渣、精炼、酸洗（湿法冶金）、定向凝固等方式，将杂质去除，由于硅是不参加化学反应的，所以俗称物理法，也称作冶金法。冶金法的投资比化学法要小，大约每千吨产能投资只需要4亿元左右，而每吨的成本为15-25万元人民币左右。目前冶金法对硅的提纯极限为6-7N，无法用于半导体行业，而只能用于太阳能产业。3.2 冶金法制备多晶硅可直接由工业硅制得太阳能用的高纯多晶硅锭，具有环境污染小，不需要重熔设备且生产成本相对较低。该法工艺路线为：选择纯度较好的工业硅（即冶金硅）进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分后，进行粗粉碎与清洗，在等离子体融解炉中去除硼杂质，再进行第二次水平区熔单向凝固成硅锭，去除第二次区熔硅锭中金属杂质聚集的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直接生成太阳能级多晶硅。 电子束真空熔炼 硅在1700K时蒸气压为0.0689Pa，在此温度下，蒸气压高于此值的杂质（如磷和铝等）能挥发出去。 区域悬浮熔炼 利用感应圈（电子束或离子束）使硅棒加热熔化一段并从下端逐步向上端移动，凝固的过程也随之顺序进行，当熔化区走完一遍后，对于分离系数k0<1的杂质将富集到上端。 等离子弧精炼 研究发现，利用等离子弧氧化精炼可以很好地除去硅中的硼和碳，如果发展大功率的等离子弧装置，可以实现大容量生产，具有很好的工业应用前景。目前运用物理法工艺的国内生产厂家有约20家，其中以宁夏发电集团有限公司（2000吨/年，另在建2000吨生产线）及河南迅天宇硅品有限公司（400吨/年）为代表，但截至目前，市场上仍未有相关产品面世。三多晶硅的市场分析1、多晶硅市场现况1.1 产能情况高纯多晶硅是电子工业和太阳能光伏产业的基础原料，处于信息产业和可再生能源产业链的最前端，生产技术含量高，投资大，在未来的50年里，还不可能有其他材料能够替代硅材料而成为电子和光伏产业主要原材料。随着信息技术和太阳能产业的飞速发展，全球对多晶硅的需求增长迅猛。尤其是以清洁、可持续重复利用的光伏发电产业的迅速发展，极大的拉动了多晶硅行业的产业升级扩张。目前全球光伏发电量占整个电力市场的份额还不足1%，而以德国、捷克为代表的欧洲国家大力发展太阳能发电产业，并计划在2050年全面实现高新清洁能源替代传统化石能源，以美国、中国为代表的传统化石能源消耗大国也不断加大资金投入和政策支持，大力促进本国可再生能源的发展，光伏产业的发展空间巨大。近几年来，我国太阳能光伏产业也迅速成长起来，目前国内从事多晶硅生产企业超过了80家，光伏企业120余家，多晶硅产能占世界市场份额的18%，光伏产能占世界市场份额的40%，光伏原材料自给率达50%，太阳能电池产量以超过100%的年均增长率快速发展，连续3年位居世界第一，全球排名前十五位太阳能电池企业中，有9家是中国光伏企业。尤其是自2006年以来，受市场虚高价格与短期暴利诱惑，我国掀起了一波多晶硅项目的建设高潮，建设与投资堪称世界之最。我国多晶硅产量2005年时仅有60吨，但2008年狂飙到4000吨以上。目前，我国多晶硅的产能极限也只有5万吨左右， 2010年中国多晶硅产量达2万吨以上，在建产能近5万吨。虽然如此，但国内市场对口缺货量仍高达3-5万吨，仅2009年中国进口太阳能级多晶硅就超过2万吨。截至2010年11月份，本年度我国进口太阳能级多晶硅已经超过了3.5万吨。而我国今年光伏产能将超过20 GW，2011年国内晶体硅电池产量将达到16 GW。按照产量核算，2011年中国至少需要16万吨的硅料。但根据预测，2011年多晶硅产量至多在6万吨左右，因此2011年国内供求缺口高达10万吨。随着光伏行业的逐步推广应用，多晶硅的市场需求量会更大。1.2 市场价格2008年，在金融危机影响下，多晶硅价格暴跌，从最高时的四五百美元/公斤，跌至最低至每公斤五六十美元。2010年随着海外市场复苏，多晶硅进入新一轮投产热，乐电天威、鄂尔多斯子公司等多晶硅生产企业纷纷发布投产消息。多晶硅价格重拾回升态势。因为各厂家所生产太阳能级多晶硅纯度不同，报价有所不同。2010年11月份，国内太阳能5N级-6N级多晶硅价格为600-750元/kg，折合美元约为90-120美元/kg。据有关专家分析认为，整个多晶硅行业平均盈利水平已达到了每吨15万元20万元，最高达到每吨近50万元。1.3 国内主要多晶硅生产企业化学法：江苏中能硅业科技发展有限公司 江苏阳光晶源科技有限公司 四川新光硅业科技有限责任公司 四川永祥多晶硅有限公司 天威四川硅业有限责任公司 乐电天威硅业科技有限责任公司 中国南玻集团股份有限公司 洛阳中硅高科技有限公司 物理法：宁夏发电集团有限公司 河南迅天宇硅品有限公司 1.4 近期国内多晶硅项目建设情况2010年内蒙古巴彦淖尔3000吨多晶硅项目开工；2010年通威集团二期3000吨多晶硅项目启动；2010年物理法6N多晶硅项目落户福建莆田；2010年8月湖北随州1500吨多晶硅项目成功试产；2010年8月赛维LDK多晶硅项目二线成功投产；2010年内蒙古物理法多晶硅生产线成功投产；2010年江西萍乡年产350吨单晶硅项目顺利完工；2010年四川乐山两大多晶硅项目开工建设；2010年全流程物理法提纯多晶硅生产线在河南南阳建成投产；2009年河南煤化启动年产1500吨多晶硅项目。2、多晶硅行业发展预估2.1 低成本：企业竞争根本方向多晶硅行业在经历了最残酷的2008年国际金融危机洗礼，价格一度从400-500美元/公斤“理性回归”至40-50美元/公斤的合理区间并沉寂相当一段时间后，从今年月份开始，其市场现货价格再次进入逐渐上升的通道。8月下旬，多晶硅价格突破70美元/公斤关口；9月多晶硅现货报价一举突破了95美元/公斤；更有行业机构预测多晶硅价格将超过120美元/公斤，短短三个月，国内多晶硅现货价格已经猛涨60，且市场需求与上升动力仍然强劲。另外，在多晶硅供应方面，国际、国内大部分厂家近年扩张的产能尚未完全实现，市场上多晶硅的产量不足以满足市场的需求，也成为多晶硅市场现货价格被炒高的主要原因。在国内不断掀起的多晶硅投资热潮中，出现了比较明显的两极分化：大型多晶硅企业不断调整产能进行扩产，小型企业则面临亏损破产。究其原因，生产成本高成为击垮多晶硅小企业的主因。据了解，国内多晶硅小规模企业成本普遍在60-70美元/公斤之间，一些没有实现闭环式生产的企业成本更高达100美元/公斤。多晶硅现货价格在去年5月跌至50-70美元/公斤，并持续相当长一段时间，这意味着市场上多晶硅价格已接近中国企业的生产成本，小型多晶硅企业接连亏损。金融危机后的2009年，多晶硅价格一度下行至每公斤50美元，但占据80%以上供应的国际多晶硅七大公司并未因此受到冲击。经历两年时间的暴涨暴跌，从国际大厂的财务数据可以看到，其毛利率并未出现大幅波动，相反，其毛利率非常稳定。以德国瓦克公司（Wacker） 为例，2008年到2010年上半年，其毛利率维持在46%-51.5%之间，并未出现大幅波动。目前，七大国际多晶硅企业成本价格被控制在每公斤25美元左右。2.2 低价格：行业持续发展前提相对一时高企的多晶硅现货价格，光伏电站中标电价却屡创新低。从2009年6月国投电力以1.09元电价取得敦煌10兆瓦光伏并网发电示范项目开发权，到2010年8月中电投以0.7288元/千瓦时的价格成为青海共和30兆瓦项目的最终中标者，光伏电价正式迈入1元时代。使用成本偏高是阻碍光伏发电大范围应用和国内光伏市场启动的重要因素，而占据整个光伏发电成本40%左右的多晶硅价格下降，就成为光伏发电真正走向生活的必然要求。目前多晶硅价格上涨是没有市场支撑的，目前全球光伏发电终端市场的价格在下跌，7月份德国上网电价下降15%左右，明年还要降低10%，要想维护这个市场，太阳能发电的成本必须要持续下跌，整个产业链的成本要下跌，多晶硅价格上涨是不可持续的，这对企业来说，提升技术水平，降低生产成本，适应市场变化，才能立于不败之地。综上所述，不难发现，多晶硅是一个市场空间巨大的行业，在较长时期内可以保证有较高的投资回报率；但它也是一个高投入、高风险的行业，对资金、技术、管理的要求非常苛刻，因此，不可盲目介入该领域，投资前应充分评估自身的技术实力、资金实力，以及抵抗市场风险的能力。