Анализ современной ситуации в производственной цепочке, производстве и поставках поликремниевой промышленности в Китае

2. Поликремний Классификация: чистота определяет использование, а класс солнечной энергии занимает основное место

Поликристаллический кремний, форма элементарного кремния, состоит из кристаллических зерен с различной ориентацией кристаллов и в основном очищается путем промышленной обработки кремния. Поликремний имеет серый металлический блеск, температура плавления составляет около 1410 ℃. Он неактивен при комнатной температуре и более активен в расплавленном состоянии. Поликремний обладает полупроводниковыми свойствами и является чрезвычайно важным и превосходным полупроводниковым материалом, однако небольшое количество примесей может сильно повлиять на его проводимость. Существует множество методов классификации поликремния. Помимо вышеупомянутой классификации по национальным стандартам Китая, здесь представлены еще три важных метода классификации. В соответствии с различными требованиями к чистоте и использованию поликремний можно разделить на поликремний солнечного качества и поликремний электронного качества. Поликремний солнечного качества в основном используется в производстве фотоэлектрических элементов, а поликремний электронного качества широко используется в промышленности интегральных схем в качестве сырья для чипов и другой продукции. Чистота поликремния солнечного качества составляет 6 ~ 8N, то есть общее содержание примесей должно быть ниже 10 -6, а чистота поликремния должна достигать 99,9999% или более. Требования к чистоте поликремния электронного класса более строгие: минимум 9N и текущий максимум 12N. Производство поликремния электронного качества относительно сложно. Лишь немногие китайские предприятия освоили технологию производства поликремния электронного качества, и они все еще относительно зависимы от импорта. В настоящее время объем производства поликремния солнечного качества намного превышает объем производства поликремния электронного качества, причем первый примерно в 13,8 раза превышает объем производства второго.

В зависимости от разницы легирующих примесей и типа проводимости кремниевого материала его можно разделить на P-тип и N-тип. Когда кремний легирован акцепторными примесными элементами, такими как бор, алюминий, галлий и т. д., в нем преобладает дырочная проводимость и он является P-типом. При легировании кремния донорными примесными элементами, такими как фосфор, мышьяк, сурьма и др., в нем преобладает электронная проводимость, и он является N-типом. К батареям типа P в основном относятся батареи BSF и батареи PERC. В 2021 году батареи PERC будут занимать более 91% мирового рынка, а батареи BSF будут вытеснены. За период, когда PERC заменит BSF, эффективность преобразования ячеек P-типа увеличилась с менее чем 20% до более чем 23%, что вот-вот приблизится к теоретическому верхнему пределу в 24,5%, в то время как теоретический верхний предел N- Тип элементов составляет 28,7%, а элементы N-типа имеют высокую эффективность преобразования. Благодаря преимуществам высокого двустороннего коэффициента и низкого температурного коэффициента компании начали развертывать линии массового производства батарей N-типа. По прогнозу CPIA, доля батарей N-типа значительно увеличится с 3% до 13,4% в 2022 году. Ожидается, что в ближайшие пять лет начнется переход от батарей N-типа к батареям P-типа. В зависимости от качества поверхности его можно разделить на плотный материал, материал цветной капусты и материал коралла. Поверхность плотного материала имеет наименьшую степень вогнутости, менее 5 мм, отсутствие аномалий цвета, отсутствие прослойки окисления и самую высокую цену; поверхность материала цветной капусты имеет умеренную степень вогнутости, 5-20 мм, сечение умеренное, цена средняя; в то время как поверхность кораллового материала имеет более серьезную вогнутость, глубина превышает 20 мм, секция рыхлая, а цена самая низкая. Плотный материал в основном используется для вытяжки монокристаллического кремния, а материал цветной капусты и коралловый материал в основном используются для изготовления пластин поликристаллического кремния. В повседневном производстве предприятий плотный материал может быть легирован не менее чем 30% материалом цветной капусты для получения монокристаллического кремния. Затраты на сырье можно сэкономить, но использование материала цветной капусты в определенной степени снизит эффективность вытягивания кристаллов. Предприятиям необходимо выбрать подходящее соотношение допинга после их взвешивания. В последнее время разница в цене между плотным материалом и материалом из цветной капусты в основном стабилизировалась на уровне 3 юаней/кг. Если разница в ценах еще больше увеличится, компании могут рассмотреть возможность добавления большего количества материала из цветной капусты в процесс вытягивания монокристаллического кремния.

Стоимость производства поликремния по усовершенствованному методу Сименса в Китае включает в себя сырье, потребление энергии, амортизацию, затраты на обработку и т. д. Технологический прогресс в отрасли значительно снизил стоимость. Сырье в основном относится к промышленному кремнию и трихлорсилану, потребление энергии включает электричество и пар, а затраты на обработку относятся к затратам на проверку и ремонт производственного оборудования. Согласно статистике себестоимости производства поликремния компании Baichuan Yingfu на начало июня 2022 года, самой высокой статьей затрат является сырье, составляющее 41% от общей стоимости, из которых основным источником кремния является промышленный кремний. Удельный расход кремния, обычно используемый в промышленности, представляет собой количество кремния, потребляемого на единицу кремниевых продуктов высокой чистоты. Метод расчета состоит в том, чтобы преобразовать все кремнийсодержащие материалы, такие как полученный на стороне промышленный кремниевый порошок и трихлорсилан, в чистый кремний, а затем вычесть полученный на стороне хлорсилан в соответствии с количеством чистого кремния, преобразованного из соотношения содержания кремния. По данным CPIA, в 2021 году уровень потребления кремния снизится на 0,01 кг/кг-Si до 1,09 кг/кг-Si в 2021 году. Ожидается, что с усовершенствованием обработки холодным гидрированием и переработкой побочных продуктов ожидается к 2030 г. снизится до 1,07 кг/кг. кг-Si. По неполным статистическим данным, потребление кремния пятью ведущими китайскими компаниями поликремниевой промышленности ниже, чем в среднем по отрасли. Известно, что два из них в 2021 году будут потреблять 1,08 кг/кг-Si и 1,05 кг/кг-Si соответственно. На втором месте по величине доля потребления энергии, составляющая в общей сложности 32%, из которых 30% приходится на электроэнергию. общая стоимость, что указывает на то, что цена на электроэнергию и эффективность по-прежнему являются важными факторами для производства поликремния. Двумя основными показателями для измерения энергоэффективности являются комплексное энергопотребление и снижение энергопотребления. Снижение энергопотребления относится к процессу восстановления трихлорсилана и водорода для получения кремниевого материала высокой чистоты. Потребляемая мощность включает в себя предварительный нагрев и осаждение кремниевого сердечника. , сохранение тепла, конечная вентиляция и другие затраты технологической энергии. В 2021 году, благодаря технологическому прогрессу и комплексному использованию энергии, среднее комплексное энергопотребление производства поликремния снизится на 5,3% в годовом исчислении до 63кВтч/кг-Si, а среднее энергопотребление при уменьшении снизится на 6,1% в год. в годовом исчислении до 46 кВтч/кг кремния, и ожидается, что в будущем эта цифра снизится. . Кроме того, важной статьей затрат также является амортизация, составляющая 17%. Стоит отметить, что, согласно данным Baichuan Yingfu, общая себестоимость поликремния в начале июня 2022 года составила около 55 816 юаней/тонну, средняя цена поликремния на рынке составила около 260 000 юаней/тонну, а валовая прибыль составила достигает 70% и более, что привлекает большое количество предприятий, инвестирующих в строительство мощностей по производству поликремния.

У производителей поликремния есть два способа снизить затраты: один — снизить затраты на сырье, а другой — снизить энергопотребление. Что касается сырья, производители могут снизить стоимость сырья, подписав долгосрочные соглашения о сотрудничестве с производителями промышленного кремния или создав интегрированные производственные мощности по добыче и переработке. Например, заводы по производству поликремния в основном полагаются на собственные поставки промышленного кремния. Что касается потребления электроэнергии, производители могут снизить затраты на электроэнергию за счет низких цен на электроэнергию и комплексного улучшения энергопотребления. Около 70% общего потребления электроэнергии приходится на сокращение потребления электроэнергии, а сокращение также является ключевым звеном в производстве кристаллического кремния высокой чистоты. Таким образом, большая часть мощностей по производству поликремния в Китае сосредоточена в регионах с низкими ценами на электроэнергию, таких как Синьцзян, Внутренняя Монголия, Сычуань и Юньнань. Однако с развитием политики двух выбросов углерода становится трудно получить большое количество недорогих энергетических ресурсов. Поэтому снижение энергопотребления в целях сокращения сегодня является более осуществимым снижением затрат. Способ. В настоящее время эффективным способом снижения энергопотребления восстановления является увеличение количества кремниевых сердечников в восстановительной печи, тем самым увеличивая производительность одного агрегата. В настоящее время основными типами восстановительных печей в Китае являются 36 пар стержней, 40 пар стержней и 48 пар стержней. Тип печи модернизирован до 60 пар прутков и 72 пар прутков, но в то же время выдвигает и более высокие требования к технологическому уровню предприятий.

По сравнению с улучшенным методом Сименса метод силанового псевдоожиженного слоя имеет три преимущества: одно - низкое энергопотребление, другое - высокая производительность вытягивания кристаллов, а третье - то, что его более выгодно сочетать с более совершенной технологией CCZ непрерывного действия Чохральского. По данным Филиала «Кремниевая промышленность», совокупный расход электроэнергии по методу силанового псевдоожиженного слоя составляет 33,33% от улучшенного метода Сименса, а энергозатраты на приведение – 10% от улучшенного метода Сименса. Метод силанового псевдоожиженного слоя имеет значительные преимущества в энергопотреблении. Что касается вытягивания кристаллов, физические свойства гранулированного кремния могут облегчить полное заполнение кварцевого тигля в звене тягового стержня монокристаллического кремния. Поликристаллический кремний и гранулированный кремний могут увеличить емкость загрузки тигля одной печи на 29%, одновременно сокращая время загрузки на 41%, что значительно повышает эффективность вытягивания монокристаллического кремния. Кроме того, гранулированный кремний имеет небольшой диаметр и хорошую текучесть, что больше подходит для непрерывного метода Чохральского CCZ. В настоящее время основной технологией вытягивания монокристалла в среднем и нижнем течении является метод повторного литья монокристалла RCZ, который заключается в повторной подаче и вытягивании кристалла после вытягивания монокристаллического кремниевого стержня. Одновременно осуществляется волочение, что экономит время охлаждения стержня монокристаллического кремния, поэтому эффективность производства повышается. Быстрое развитие непрерывного метода Чохральского CCZ также приведет к увеличению спроса на гранулированный кремний. Хотя гранулированный кремний имеет некоторые недостатки, такие как большее количество кремниевого порошка, образующегося в результате трения, большая площадь поверхности и легкая адсорбция загрязняющих веществ, а также водород, превращающийся в водород во время плавления, что легко вызвать пропуск, но согласно последним объявлениям о соответствующем гранулированном кремнии предприятий, эти проблемы решаются и достигнут некоторый прогресс.

Процесс силанового псевдоожиженного слоя является зрелым в Европе и Соединенных Штатах, и он находится в зачаточном состоянии после появления китайских предприятий. Еще в 1980-х годах зарубежные гранулированные кремния в лице РЭЦ и МЭМК начали осваивать производство гранулированного кремния и реализовали крупномасштабное производство. Среди них общая мощность производства гранулированного кремния REC достигла 10 500 тонн в год в 2010 году, и по сравнению с аналогами Siemens за тот же период, она имела ценовое преимущество как минимум в 2-3 доллара США/кг. Из-за необходимости вытягивания монокристаллов производство гранулированного кремния в компании застопорилось и в конечном итоге остановилось, и компания обратилась к совместному предприятию с Китаем для создания производственного предприятия по производству гранулированного кремния.

4. Сырье: промышленный кремний является основным сырьем, и его поставки могут удовлетворить потребности расширения поликремния.

Промышленный кремний является основным сырьем для производства поликремния. Ожидается, что производство промышленного кремния в Китае будет стабильно расти с 2022 по 2025 год. С 2010 по 2021 год производство промышленного кремния в Китае находится на стадии расширения, при этом среднегодовые темпы роста производственных мощностей и выпуска достигнут 7,4% и 8,6% соответственно. . По данным СММ, новые увеличенные мощности по производству промышленного кремния в Китае составят 890 000 тонн и 1,065 миллиона тонн в 2022 и 2023 годах. Если предположить, что компании по производству промышленного кремния по-прежнему сохранят уровень загрузки мощностей и коэффициент эксплуатации на уровне около 60% в будущем, новое увеличение производственных мощностей Китая в 2022 и 2023 годах приведет к увеличению производства на 320 000 тонн и 383 000 тонн. По оценкам GFCI, мощности по производству промышленного кремния в Китае на 22/23/24/25 года составляют около 5,90/697/6,71/6,5 млн тонн, что соответствует 3,55/391/4,18/4,38 млн тонн.

Темпы роста оставшихся двух областей переработки промышленного кремния относительно медленные, и производство промышленного кремния в Китае может в основном соответствовать производству поликремния. В 2021 году мощности по производству промышленного кремния в Китае составят 5,385 млн тонн, что соответствует объему выпуска 3,213 млн тонн, из которых поликремний, органический кремний и алюминиевые сплавы будут потреблять 623 000 тонн, 898 000 тонн и 649 000 тонн соответственно. Кроме того, около 780 000 тонн продукции используется на экспорт. В 2021 году потребление поликремния, органического кремния и алюминиевых сплавов составит 19%, 28% и 20% промышленного кремния соответственно. Ожидается, что с 2022 по 2025 год темпы роста производства органического кремния останутся на уровне около 10%, а темпы роста производства алюминиевых сплавов будут ниже 5%. Поэтому мы считаем, что количество промышленного кремния, которое может быть использовано для поликремния в 2022-2025 годах, относительно достаточно, что может полностью удовлетворить потребности в поликремнии. производственные нужды.