四氯化硅价格 2021年中国多晶硅产能达52万吨，同比增长23.7%

随着市场需求的旺盛，2021年将成为多晶硅极其火爆的一年。 数据显示，2021年我国多晶硅产能将达到52万吨，同比仅增长23.8%，产量49万吨，同比仅增长23.7%。 目前，市场多晶硅投资持续增加。 预计2022年全球多晶硅产能将快速增至100万吨至120万吨，每年净增35万吨至50万吨，而增量几乎全部来自中国。

硅以硅酸盐或二氧化硅的形式广泛存在于自然界的岩石和砾石中。 它是第二丰富的元素，占地壳总质量的26.4%，仅次于氧（49.4%）。 多晶硅是元素硅的一种形式。 它是一种银灰色金属色晶体。 它是以工业硅为原料，经过一系列物理、化学反应提纯，达到一定纯度的非金属材料。

硅材料资源丰富，具有优良的物理和化学性能。 它具有单向导电性、热敏性、光电性能和掺杂性能等优异性能。 具有优异的晶体力学性能，易于实现产业化。 它是世界上应用最广泛的半导体基础材料。

根据纯度要求和用途不同，多晶硅可分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。 半导体和光伏是多晶硅原材料生产制造的下游应用领域，具有一定的技术壁垒和垄断性。

图1 硅产业链简要示意图

1、光伏产业——太阳能级多晶硅

太阳能级多晶硅主要用于太阳能电池的生产和制造。 自太阳能电池问世以来，硅材料因其储量高、技术相对成熟、清洁无污染、转换效率高、性能稳定等优点，成为太阳能电池的主体。 材料。

目前，光伏产业是多晶硅的最大用户。 太阳能级多晶硅对杂质有着严格的要求。 多晶硅的纯度通常要求在99.9999%以上。 尤其是对硼、磷的要求尤为严格。 高纯多晶硅的制备是光伏产业链中技术含量较高的环节，处于光伏产业链的最上游。

专家预测，到2025年和2030年，全球光伏装机需求将达到400GW，多品硅需求将分别达到130万吨和300万吨，即从2021年底的52万吨/年产能增至200万吨/年。吨/年以上，必须有150万吨/年的增量产能才能实现新建或扩建。 行业有增长前景，但76万吨/年规划的过多投资将成为产能过剩。

从整个产业链来看，多晶硅环节依然是行业资金投入最大的环节，也是由巨大的沉没资金积累起来的。 经历此轮老产能涨价后，投资已基本收回。

图2 光伏硅产品示意图

根据硅片下游生产的不同，多晶硅材料可分为单晶（棒）材料产品和多晶（硅锭）材料产品。 单晶材料产品质量要求较高，对多晶硅生产厂家的技术和生产技术要求较高，市场价格相对较高。 随着主流单晶硅片厂商的不断技术突破，单晶硅片在经济性能和太阳能电池能量转换效率方面具有明显优势。 单晶硅片在光伏市场上已逐渐取代多晶硅片。 主流产品。

根据硅材料的杂质和导电类型的不同，可分为P型和N型。 当硅主要掺杂受主杂质元素，如硼、铝、镓等时，空穴传导占主导地位，为P型。 当硅主要掺杂施主杂质元素，如磷、砷、锑等时，电子导电性为主，为N型。

根据客户能否直接放入炉内使用，可分为免洗料和免洗料。 根据表面质量不同，可细分为致密料、菜花料、珊瑚料等。国家根据技术参数的差异，制定了太阳能级硅料等级标准。

表1 光伏硅产品分类

表2 我国太阳能级硅材料技术参数标准

目前，太阳能级多晶硅主要有两条技术路线：

(1)改进西门子法

改良西门子法生产光伏多晶硅是目前最成熟、应用最广泛、发展最快的生产技术。 其原理是用氯气和氢气合成氯化氢。 在一定温度（TCS）下合成氯化氢和工业硅粉。 然后分离、蒸馏和纯化三氯硅烷。 纯化后的三氯硅烷在氢气还原炉中进行处理。 反应，沉积在硅芯上，产生高纯度的多晶硅。

改进后的西门子工艺是在传统西门子工艺的基础上，具有节能降耗、回收利用过程中产生的大量H2、HCI、(DCS)、SiCI4(TET)等副产物的特点。生产过程中，还有大量的副产热能配套技术。

图3 改进西门子法多晶硅生产工艺流程图

改进的西门子法包括H2制备及纯化、HCl合成、合成、合成气干法分离、氯硅烷分离及纯化、氢气还原、还原尾气干法分离、SiCl4加氢、氢化气干法分离、硅芯制备及产品精加工、废料气体及残液处理等主要工艺。

表3 改进的西门子多晶硅生产工艺

多晶硅生产所用设备主要包括：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、三氯氢硅粗蒸馏精馏塔净化系统、硅芯炉、节能系统。 电还原炉、磷检测炉、硅棒切割机、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??、控制仪器、热能转换站、压缩空气站、循环水站、变配电站、净化厂等。

新增产能的扩张需要大量的固定资产和电力配套设施投资，建设周期长。 行业主要企业，包括通威股份、保利协鑫、新疆大全、新特能源、东方希望、亚洲硅业、鄂尔多斯、内蒙古东力等，均采用改进的西门子工艺生产多晶硅产品。 2020年将采用改进的西门子工艺生产的棒状产品。 多晶硅占多晶硅年产量的97.2%，是目前最成熟的主流技术路线。

(2)硅烷流化床法

硅烷流化床法一般是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料，在流化床（沸腾床）中高温高压生成三氯氢硅，并将三氯氢硅转化为进一步的硅烷流化床法。歧化加氢反应生成二氯硅烷，进而生成硅烷气体。 产生的硅烷气体通入带有小颗粒硅粉的流化床反应器中进行连续热分解，在流化床反应器中预先放置的硅晶种上发生气相沉积反应，生成粒状多晶硅产品。 随着生产的进行，生长的硅颗粒产品不断地从流化床底部排出，同时从顶部加入适量的纯硅晶种。

图4 硅烷流化床法生产多晶硅工艺流程图

与改良西门子法相比，流化床法生产粒状硅的能耗显着降低，其连续作业生产方式非常有利于提高生产效率。 另外，颗粒状产品方便下游使用。 目前，已成功实现多晶硅商业化生产的流化床装置均采用硅烷流化床，其原料为硅烷和氢气。

硅烷很容易与其他氯硅烷分离。 分解温度低，分解速率高，副反应少。 这赋予了硅烷流化床法巨大的优点：蒸馏和尾气处理工艺简单，能耗和单体投资低。 可以大大降低，反应转化率接近100%，流化床电耗仅为改进西门子法的10%～20%。

另外，由于反应完全，副反应很少，整个反应体系可以实现完全闭环。 但现阶段，硅烷流化床法尚未成为多晶硅生产的主流技术路线，几大技术难点尚未攻克。

难点一：墙体沉积。 由于流化本身的特点，床层与设备的接触面，如内壁面、喷嘴等关键部位，不可避免地会发生气相沉积，甚至可能发生排气管的堵塞。 硅在内壁沉积会严重降低流化床的传热效率，还可能诱发床壁破裂。 当沉积严重时四氯化硅价格，流化床装置运行短时间后需要停机清洗，降低了生产效率。

难点二：流态化控制。 随着反应的进行，硅颗粒的尺寸逐渐增大。 同时，作为原料气的硅烷和氢气密度较小，流态化时容易产生大气泡和节流。 运行稳定性不好。 同时，大的气泡不利于控制硅烷的均匀沉积，不利于增加气体与颗粒的接触面积，会降低硅烷的转化率，产生更多的硅粉。 一旦控制不好，很容易出现床层下落、节流等异常情况，从而影响设备和生产运行。

难点三：产品纯度控制。 产品纯度控制是流化床法的主要痛点，也是流化床法尽管具有如此大的成本优势却无法取代西门子法的主要原因。 由于床内颗粒的长期磨损，常用的金属材料会给反应系统带来大量的金属污染。 常见的解决方案是采用石墨、碳化硅等材料作为反应器内衬或金属壁上的涂层。 同时，还要防止高温气体腐蚀金属管道，带入金属杂质，影响多晶硅产品的纯度。

目前，国内市场上仅有保利协鑫能源旗下江苏中能硅业实现了硅烷流化床法多晶硅的工业化生产。 2017年，保利协鑫收购美国公司FBR技术团队和专有技术装备，最终实现颗粒硅生产工艺重大技术突破，产品质量得到数量级优化提升。

2020年底，硅烷流化床（FBR）颗粒硅有效年产能由6000吨增至10000吨。 目前，硅烷流化床法生产的粒状硅实际产量仅占多晶硅年总产量的2.8%。 随着不断的技术创新逐步攻克质量杂质控制难点，有潜力取代改进的西门子法，成为未来的主流技术路线。

从市场来看，国内光伏用多晶硅供应占据绝对优势。 通威、大全、保利协鑫、信泰、东方希望、亚洲硅等均处于世界前列。

2、半导体行业——电子级多晶硅

图5 半导体硅棒及硅筒硅片产品示意图

采用西门子法可以制备高纯多晶硅，然后以多晶硅为原料，采用直拉法或悬浮区熔法从熔体中生长棒状单晶硅。 单晶硅片按直径主要分为6英寸、8英寸、12英寸和18英寸。 将多晶硅拉制成单晶硅的工艺主要有两种：直拉法和区域熔炼法。 目前，90%以上的半导体单晶硅是采用直拉法生产的。

直拉单晶硅（CZ-Si）主要用于制造集成电路、晶体管、传感器和硅光伏等，区熔单晶硅（FZ-Si）主要用于制造电力电子器件（SR、SCR） 、GTO等）、射线探测器、高压大功率晶体管等

半导体级单晶硅材料是集成电路产业链中重要的基础材料。 根据其在集成电路生产中的应用，主要可分为芯片用单晶硅材料和刻蚀用单晶硅材料。 其中，蚀刻单晶硅材料 单晶硅材料是与设备一起使用的耐用消耗品。

刻蚀用单晶硅材料加工成刻蚀用单晶硅组件，主要是上下电极产品。 与刻蚀机配套，是晶圆制造中刻蚀工艺所需的核心耗材。 芯片用单晶硅材料是制造半导体器件的基础原材料，占半导体级单晶硅材料需求市场的90%以上。 芯片用单晶硅材料首先成型加工成硅抛光片，也可以通过特殊工艺加工成硅抛光片。 退火晶圆、外延晶圆、JIW、SOI。 与用于刻蚀的单晶硅材料相比，用于芯片的单晶硅材料对缺陷率参数有严格的要求。

表4 半导体级硅参数标准

芯片是在硅晶圆的基础上制造的，硅晶圆材料是集成电路等半导体产业的基础。 用于生产硅基半导体集成电路的单晶硅片，因其形状呈圆形而被称为硅片。 可以在硅片上加工各种电路元件结构，成为具有特定电功能的集成电路。 产品。

市场方面，半导体多晶硅原材料以进口为主，国产替代正处于快速发展的初级阶段。 国家政策和市场需求为国内多晶硅材料赶超欧美国家提供了绝佳的发展机遇。 除协鑫、黄河水电外，大全、新特、通威、东方希望均拥有新建电子级多晶硅生产线。