多晶硅市场分析

多晶硅市场分析

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状排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，那么这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。

单晶硅：晶体硅的一种，具有差不多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，假如这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，那么形成单晶硅。假如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，那么形成多晶硅。

2、多晶硅的分类

多晶硅按纯度分类能够分为冶金级〔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。一样含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。一样认为含Si在99.99%–99.9999%〔4～6个9〕。

2.3电子级硅(EG):一样要求含Si>99.9999%以上，超高纯达到99.9999999%～99.999999999%〔9～11个9)。

多晶硅料 多晶硅锭 3.多晶硅的要紧用途

3.1 制作单晶硅，一样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。

3.2 制作太阳能电池，一样使用太阳能级硅〔SG〕

二．多晶硅生产工艺

多晶硅的生产技术要紧有：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％的多晶硅是采纳改良西门子法生产的，国内上市生产企业100%采纳此法，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+HCl→SiHCl3+SiH4+SiH2Cl12…→SiHCl3(精馏) →SiHCl3+H2(1000℃气相沉淀) 单晶硅棒 半导体芯片

太阳能电池板 光伏发电站 → 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+C→Si+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+HCl→SiHCl3+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纳高温还原工艺，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+H2→Si+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。如此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、四氯化硅通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，操纵外表，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:

⑴ 用氢化铝钠与四氟化硅气体反应合成硅烷气体:

NaAlH4+SiF4→NaAlF4+SiH4

⑵ 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。工艺流程专门简练，要紧反应为:

Si + Mg → Mg2Si

Mg2Si + NH4Cl → SiH4 + MgCl2 +6NH3

⑶ 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 + 3SiC14→4SiHCl3

6SiHCl3→3SiH2Cl2 + 3SiC14

4SiH2Cl2→2SiH3Cl + 2SiHCl3

3SiH3Cl→SiH2Cl2 + SiH4

2.2 因硅烷气是易燃易爆的气体，因此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 物理法是采纳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，因此俗称物理法，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截了当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集合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集合的部分和外表部分，经粗粉碎与清洗后，在电子束融解炉中去除磷和碳杂质，直截了当生成太阳能级多晶硅。

⑴ 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。

⑵ 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，关于分离系数k0<1的杂质将富集到上端。

⑶ 等离子弧精炼 研究发觉，利用等离子弧氧化精炼能够专门好地除去硅中的硼和碳，假如进展大功率的等离子弧装置，能够实现大容量生产，具有专门好的工业应用前景。

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〔2000吨/年，另在建2000吨生产线〕及河南迅天宇硅品〔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 产能情形

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，在以后的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要紧原材料。

随着信息技术和太阳能产业的飞速进展，全球对多晶硅的需求增长迅猛。专门是以清洁、可连续重复利用的光伏发电产业的迅速进展，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进展太阳能发电产业，并打算在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进展，光伏产业的进展空间庞大。

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%的年均增长率快速进展，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。

专门是自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2020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， 2020年中国多晶硅产量达2万吨以上，在建产能近5万吨。尽管如此，但国内市场对口缺货量仍高达3-5万吨，仅2020年中国进口太阳能级多晶硅就超过2万吨。截至2020年11月份，本年度我国进口太阳能级多晶硅差不多超过了3.5万吨。而我国今年光伏产能将超过20 GW，2020年国内晶体硅电池产量将达到16 GW。按照产量核算，2020年中国至少需要16万吨的硅料。但依照推测，2020年多晶硅产量至多在6万吨左右，因此2020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

2020年，在金融危机阻碍下，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。2020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公布投产消息。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。2020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 国内要紧多晶硅生产企业

化学法：

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