多晶硅白皮书系列：多晶硅生产技术及成本分析

研究院新能源&有色组 报告摘要 研究员 改良西门子法和硅烷流化床法是目前主流多晶硅生产技术，产品形态分别为棒状硅和颗粒硅，其中改良西门子法产能产量大，下游客户配套生产技术完善。而硅烷流化床法所生产但颗粒硅更具成本、能耗和碳排放优势，但作为新兴技术，有待进一步推广。 陈思捷021-60827968chensijie@htfc.com从业资格号：F3080232投资咨询号：Z0016047 本文作为多晶硅白皮书系列专题第三篇，将主要从多晶硅发展历史、主要生产技术和成本结构等方面对多晶硅进行介绍，帮助投资者们进一步了解多晶硅生产情况。 师橙021-60828513shicheng@htfc.com从业资格号：F3046665投资咨询号：Z0014806 穆浅若021-60827969muqianruo@htfc.com从业资格号：F03087416投资咨询号：Z0019517 联系人 王育武021-60827969wangyuwu@htfc.com从业资格号：F03114162 投资咨询业务资格：证监许可【2011】1289号 目录 报告摘要............................................................................................................................................................................................1全球多晶硅发展历史.........................................................................................................................................................................3中国多晶硅发展历史.........................................................................................................................................................................4多晶硅生产工艺................................................................................................................................................................................7多晶硅成本分析..............................................................................................................................................................................10 图表 图1:改良西门子工艺流程................................................................................................................................................................8图2:硅烷流化床法............................................................................................................................................................................9图3:多晶硅成本占比（硅烷流化床法）....................................................................................................................................12图4:多晶硅成本占比（改良西门子法）....................................................................................................................................12图5:多晶硅行业成本曲线............................................................................................................................................................13表1:1990-1996年中国多晶硅产量表..............................................................................................................................................5表2:1997-2005年中国多晶硅产量表..............................................................................................................................................5表3:2009年中国多晶硅企业分布情况...........................................................................................................................................6表4:多晶硅不同生产工艺比较........................................................................................................................................................7表5:生产技术区别..........................................................................................................................................................................10表5:硅烷流化床法成本构成..........................................................................................................................................................11表6:改良西门子法成本构成..........................................................................................................................................................12 全球多晶硅发展历史 多晶硅研发中试期 早在19世纪60年代，人们就开始尝试制备超纯硅。1822年，瑞典化学家Berzelius首先使用钾还原四氟化硅制备出单质硅，但直到1951年，美国杜邦公司才使用类似的方法建设了全球首家多晶硅提纯工厂，之后多家公司投入到了多晶硅的提纯研发中。其中西门子公司于1955年成功研发出用氢气还原三氯氢硅，在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术并于1957年建厂进行工业规模化生产，即为西门子法。 至20世纪50年代初，国外多达16家(美国4家、日本6家、欧洲6家)企业研究多晶硅的生产方法产生了如杜邦法、贝尔法、碘化法、皮齐尼法和硅烷法等制备多晶硅的方法。但由于半导体产业刚刚兴起，市场规模不大，且早期的企业顾虑到自有的工艺技术一旦被竞争对手获取，会导致自己在产品质量和生产成本竞争方面处于不利地位，因此很多技术都处于独立开发状态。 多晶硅工业化起步期 20世纪60年代早期，由于杜邦法和贝尔法提炼的多晶硅纯度不高，部分多晶硅企业开始放弃杜邦法或贝尔法，开始引入技术逐步成熟的西门子法，如日本信越化学公司、大阪钛、室素电子公司等都开始改用三氯氢硅氢还原法，西门子法逐步奠定了其在硅工业的地位。同时，日本窒素公司也开始将西门子技术输入到我国，在洛阳建立了年产能3吨的多晶硅生产线。 到20世纪60年代后期，随着硅材料的应用范围从最初的整流器、二极管扩大到可控硅、晶体硅、集成电路等市场需求量扩大，多晶硅产量也由20世纪50年代的百公斤量级提升至20世纪60年代的百吨量级。 低成本多晶硅发展期 20世纪70年代，随着彩电、无线电收发两用机、台式电子计算机、电子表等消费品走入市场，集成电路市场生产规模开始扩大，硅材料的市场需求也随之增加，更多的企业加入到硅材料生产领域。 但全球多晶硅市场曾在1971年和1974年出现过两次萎缩，同时，受石油危机的影响，能源价格暴涨，多晶硅企业生产成本大增，一些硅料厂亏损严重，部分企业此后又逐步放弃了硅料生产业务。也正是由于石油危机的发生，美国开始加大对地面光伏发电的支持力度，大力支持低成本的多晶硅生产技术开发，多晶硅产业的发展开始掀起一波高潮。 多晶硅整合期 到了20世纪80年代，在个人计算机和存储器发展的带动下，半导体市场又掀起新一轮高潮，对硅材料产业发展起到极大的促进作用。 在20世纪80年代后期，受美国对日本的半导体反倾销政策的影响，全球多晶硅市场 需求在1987年左右再次出现较大萎缩，一批多晶硅企业开始退出该领域，如美国德州仪器公司、美国通用电子公司等，行业整合也在加速，市场集中度进一步提高。 多晶硅腾飞期 2000年之后，随着德国EEG法案的出台，光伏市场快速发展，对多晶硅市场需求快速拉大，但当时的多晶硅工厂主要供应电子级多晶硅料，太阳能级多晶硅料供应来源主要是多晶硅工厂不能满足电子级硅料的产品。由于供求关系紧张，多晶硅原材料的价格持续上涨，推动资本开始源源不断投入到太阳能级多晶硅领域。 如今，在碳中和指引及能源转型发展下，全球光伏新增装机量连年提升，光伏产业已经成为多晶硅最重要的消费领域。 中国多晶硅发展历史 根据《当代多晶硅发展概论》一文中所记载的中国多晶硅产业发展历史，可以将国内多晶硅产业发展可以分为以下阶段： 萌芽期 我国的多晶硅工艺研究工作起源于20世纪50年代。北京有色金属研究总院于1955年起，在缺少技术和资料的背景下，就自行摸索了锌还原四氯化硅工艺（杜邦法）和氢还原四氯化硅工艺（贝尔法），后又于1958年开始研究西门子法，并在摸索过程中解决了还原炉的高压启动等工艺，成功生产出了高纯硅材料。但当时，多晶硅厂的生产规模整体较小、工艺技术落后、消耗大、成本高，生产主要还属于工艺研究阶段，并没有形成规模。 摸索期(1