多晶硅专题：多晶硅及期货合约解读

多晶硅专题：多晶硅及期货合约解读 有色产业服务中心 核心观点 公司资质 多晶硅期货合约自2024年12月26日（星期四）起上市交易。本报告介绍了多晶硅及其产业链、生产工艺、生产成本、分类、产业现状和期货合约等六部分内容。 长江期货股份有限公司投资咨询 业 务 资 格 ： 鄂 证 监 期 货 字[2014]1号 研究员 汪国栋咨询电话：027-65777106从业证号：F03101701投资咨询编号：Z0021167 目录 一、多晶硅及产业链..............................................................................................................................................3 二、多晶硅的生产工艺..........................................................................................................................................4 （一）改良西门子法（三氯氢硅法）..................................................................................................................4（二）硅烷流化床法..................................................................................................................................................5 四、多晶硅的分类...........................................................................................................................6 （一）多晶硅的分类——按生产工艺分.............................................................................................................6（二）多晶硅的分类——按品质和下游使用方向分......................................................................................7（三）多晶硅的分类——按纯度及用途划分....................................................................................................7（四）多晶硅的国家标准........................................................................................................................................8 五、多晶硅产业现状.......................................................................................................................8 （一）全球多晶硅格局.............................................................................................................................................8（二）我国多晶硅格局.............................................................................................................................................9（三）下游硅片格局...............................................................................................................................................12 六、多晶硅期货合约.....................................................................................................................13 一、多晶硅及产业链 多晶硅是单质硅的一种形态，又名高纯多晶硅料、硅料，是指以纯度达99%左右的工业硅（硅粉）为原料，经过物理或化学方法提纯后，硅纯度达到99.9999%（6N）以上的高纯硅材料。其中，硅粉通常由工业硅块经颚破破碎、磨机研磨后再经筛分取得。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 多晶硅具有灰色金属光泽，密度2.32~2.34g/cm3，熔点1410℃，沸点2355℃。常温下质脆（莫氏硬度37级），硬度介于锗和石英之间，无延展性，切割时易碎裂，韧性随温度升高而逐渐增加，加热至800℃以上即有一定的热塑性及延展性，1300℃时显出明显变形。在常温下化学性质稳定，不溶于水、硝酸和盐酸，溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，在高温熔融状态下具有较高的化学活泼性，几乎能与任何材料发生化学反应。具有良好的半导体性质，其导电率随着温度升高而不断提高，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 多晶硅被广泛用于半导体制造、光伏电池板等领域。硅业分会数据显示，2014-2023年，光伏领域的多晶硅消费量从28万吨增加到1534万吨，占比从90.3%增加到97.7%，而半导体领域消费量基本维持在3-4万吨，十年年均增长率只有2.05%。因此，多晶硅产业链实际上就是光伏产业链。 多晶硅光伏产业链是以硅材料的应用开发形成的光电转换产业链条，包括硅料（工业硅、多晶硅）、铸锭/拉棒、切片、电池片、组件、应用系统6个环节。上游为硅料、硅片环节；中游为电池片、电池组件环节；下游为应用系统环节。目前太阳能电池仍以晶硅电池为主，以硅片为原料制造的太阳能电池占据了绝大部分的市场份额。 二、多晶硅的生产工艺 多晶硅的生产工艺主要是改良西门子法（三氯氢硅法）和硅烷流化床法。棒状硅由改良西门子法生产（纯度可达6-11N），颗粒硅由硅烷流化床法生产（纯度可达6N）。 此外，还有冶金法生产多晶硅，国内主要是吉利集团在实际布局应用。冶金法是以工业硅为原料，应用冶金技术方法提纯，产品纯度在5N-6N（硅含量为99999-999999%）之间，主要应用于航空、特种材料、建筑、机械等领域，少量用于太阳能电池生产。 目前，全球主流的多晶硅生产工艺是改良西门子法，因此主流产品为棒状硅，但颗粒硅的体量高速扩张，已经占据了一定的市场份额。根据安泰科数据，2023底，棒状硅产能172.2万吨，同比增加71.3%，颗粒硅产能37.8万吨/年，同比增加139%；棒状硅产量125万吨，同比增长66.7%，颗粒硅产量22.1万吨，同比增长262%。 （一）改良西门子法（三氯氢硅法） 传统的西门子法是用氯气和氢气合成无水氯化氢，氯化氢和硅粉在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行热还原反应，从而得到沉积在硅芯上的单质硅。西门子法的缺点在于转化效率低，且会产生大量剧毒副产品四氯化硅。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 改良西门子法在此基础上，配备了回收利用大量氢气、氯化氢、四氯化硅等副产物的配套工艺，主要包括还原尾气回收与四氯化硅氢化工艺，实现了多晶硅生产的闭路循环。尾气中的氢气、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅通过干法回收得以分离出来，氢气和氯化氢可再用于与三氯氢硅的合成与提纯，三氯 氢硅直接回收进入热还原炉内进行提纯，四氯化硅经氢化后生成三氯氢硅再提纯。 （二）硅烷流化床法 硅烷 流化床 法是以 三氯氢 硅为原料 ，通过 两次二 次歧化 和低温 精馏提 纯得到 高纯度 的硅烷气（2SiHCl3→SiH2Cl2+SiCl4，SiH2Cl2→SiH4+SiHCl3）。生产过程中，副产品四氯化硅通过冷氢化技术转变为三氯氢硅，实现物料闭环。制得的硅烷气从流化床反应炉底部注入，进行连续热分解，然后在流化床反应炉内预先放置或从顶部注入的硅籽晶上发生气相沉积反应，生成颗粒硅（SiH4→Si+2H2）。长大到足够重量的颗粒硅将沉降到反应器底部，并从底部排出。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 硅烷流化床法是制备颗粒状多晶硅的方法。目前国内颗粒硅主要是协鑫科技和天宏瑞科两家生产。 三、多晶硅的生产成本 多晶硅生产工艺中，电力及硅粉为主要成本项。 数据来源：广期所、长江期货有色产业服务中心 按照2024年1月原料价格测算，改良西门子法（三氯氢硅法）和硅烷流化床法两种工艺成本差异约为1.5万元/吨，主要的差异在于电力成本。 硅烷流化床法相对于改良西门子法的优势：一是电耗低，二是拉晶产出高，三是更有利于与较为先进的CCZ连续直拉技术相结合。 国内企业在电力及能源成本、人工及设备折旧成本等生产成本端均比海外多晶硅企业更具竞争力。随着冷氢化等先进技术在国内的全面应用，国内企业与海外企业在技术方面的差距也在不断缩小。据PVInfoLink统计，2023年海外多晶硅企业生产成本普遍高于8美元/kg，而国内多晶硅生产成本可以做到低于7美元/kg。 四、多晶硅的分类 （一）多晶硅的分类——按生产工艺分 按生产工艺不同，多晶硅可以分为棒状硅和颗粒硅。棒状硅由改良西门子法生产（纯度可达6-11N），颗粒硅由硅烷流化床法生产（纯度可达6N）。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 棒状硅进一步加工破碎后成为块状硅，按表面质量分类，从高到低分别是致密料、菜花料和珊瑚料。高表面质量的块状硅，表面颗粒凹陷深度小，因此携带的金属杂质少，更有利于生产高品质的硅片。 （二）多晶硅的分类——按品质和下游使用方向分 按品质和下游使用方向的不同，可分为P型多晶硅、N型多晶硅。能够生产P型硅片的多晶硅称为P型多晶硅，能够生产N型硅片的多晶硅称为N型多晶硅。N型硅片对多晶硅的品质要求更高，因此N型多晶硅品质更高，基本都是外观质量最高的致密料。目前N型多晶硅市场占比逐渐提高。 数据来源：长江期货有色产业服务中心 （三）多晶硅的分类——按纯度及用途划分 纯度决定用途，按纯度及用途划分，多晶硅可以分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。 太阳能级多晶硅（SGS，SolarGradeSilicon），指纯度在6N-9N的多晶硅，根据技术指标的差别，可以分为特级品、1级品、2级品和3级品。电子级多晶硅（EGS，ElectronicGradeSilicon）指纯度在9N以上的多晶硅产品，根据技术指标的差别，可以分为特级品、电子1级、电子2级、电子3级。 需要注意的是，目前电子级多晶硅主要用来生产光伏的单晶硅片，而非只是用来生产半导体的电子级硅片。2015年开始，随着单晶技术实现突破，单晶硅片成本大幅降低，并且PERC和TOPCon电池技术的突破进一步推动了单晶硅片对多晶硅片的替代。据SMM调研，2023年多晶硅