SMM·2024工业硅新疆考察团
【时间】2024年5月21-24日
【限额】25人
企业介绍、交流探讨、工厂参观、合影留念、大咖面对面……
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多晶硅定义与分类
多晶硅是单质的元素硅，有灰色金属光泽。沸点2355℃。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，几乎能与任何材料作用。具有良好的半导体特性，是半导体工业中最重要且应用最广泛的材料，也是太阳能光伏工业的基础材料。
多晶硅与工业硅、单晶硅的主要成分都是硅单质，但又有所区别，主要体现在纯度与晶粒的排列顺序上。生产环节中，工业硅是生产多晶硅的原料，而多晶硅又是单晶硅生产的直接原料。工业硅的硅元素含量在98%及以上，不同牌号的工业硅铁、铝、钙等杂质含量各不相同。多晶硅可看作工业硅提纯后的产物，按照太阳能级与电子级不同的应用领域区分，硅纯度要求分别为6N-9N和9N以上（N表示9的个数，如6N为99.9999%）。多晶硅与其下游单晶硅的区别则主要在于晶体结构不同。多晶硅由许多小晶体组成，这些小晶体在生长过程中方向各异，而单晶硅则具有单一且连续的晶体结构。
多晶硅行业当前现行的国家标准分为三种，分别为《太阳能级多晶硅 GB/T 25074-2017》、《电子级多晶硅GB/T 12963-2022》、《流化床法颗粒硅GB/T 35307-2023》，从不同维度对不同工艺、不同品级的多晶硅加以区分。太阳能级国标中，根据技术指标的差别从高到低分特级品、1级品、2级品、3级品，由于光伏行业近年来发展迅速，现行太阳能级多晶硅国标制定时间较早，其中标准较当前行业水平来说要求偏低，因此由七家行业龙头作为主要起草单位的新国标修订计划已于2023年12月1日下达，计划号20231109-T-469，预计项目周期16个月。此外，根据表面质量多晶硅可划分为致密料、菜花料、珊瑚料，三者品质依次降低。常见的还有复投料，复投料为致密料的一种，是拉晶产生的头尾、边皮料等，可作二次循环使用。单晶硅制备以复投料、致密料为主，少量参杂菜花料以节省成本。
根据导电类型，多晶硅又可分N型和P型。N 型多晶硅以电子导电，其中掺杂以施主杂质(V族元素，如磷、砷、锑等) 为主；P 型多晶硅以空穴导电为主，其中掺杂以受主杂质(III族元素，如硼、铝、镓等) 为主。N型多晶硅品质较P型更高，少子寿命比P型高出1-2 个数量级；外观上达到复投料、致密料等级，普通P型上使用的菜花料无法满足N型投料要求；从国家标准来看，技术指标需满足电子级多晶硅2级以上的要求，现行国标太阳能特级多晶硅仅达到P型硅料的要求。
根据外形，多晶硅还可分块状、棒状和颗粒状，棒状多晶硅经破碎后得到块状多晶硅，二者均由改良西门子法制成；颗粒硅则由流化床法制得，由于制备工艺以及产品差别较大，颗粒硅国家标准自成体系。新版颗粒硅国标在技术指标上对四个品级的要求略高于稍显落后的17版太阳能级多晶硅国标，低于电子级多晶硅国标，若对标N型硅料要求，基本须达到颗粒硅特级品以上才可满足。根据协鑫科技2023年中期报显示，金属杂质方面，目前N型产品的准入门槛为1ppbw，0.5ppbw可满足最苛刻的客户要求，协鑫颗粒硅的总金属杂质含量低于0.5ppbw的产品比重达70%，已批量用于N型产品生产，占国内供货商N型供应份额已超20%。
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多晶硅制备工艺对比
多晶硅生产工艺随着技术的迭代不断更新，当前常见的生产法分别为改良西门子法、硅烷流化床法、冶金法三种。三种工艺中，改良西门子法最为成熟，是当前国内外多晶硅主流生产工艺，据CPIA统计2023年由改良西门子法生产的棒状多晶硅在我国的市场占比在82.7%；硅烷流化床法凭借能耗、效率等优势逐渐占据一席之地，市场占比逐年提高；冶金法与其他方法最大的区别在于其为物理法，生产工艺也较为简单，但产品纯度低、转化率低等硬伤突出，因此较难进行工业化推广。
改良西门子法简单概括即先将纯度99%的硅粉（工业硅制）与氯化氢发生反应，生成三氯氢硅，再经粗馏、精馏提纯合格后，最后送入还原炉与氢气发生反应生产出多晶硅。生产过程中产生的有毒副产物四氯化硅，回收后使之氢化再度变成三氯氢硅。
硅烷流化床法则是指将四氯化硅、氢气、工业硅和氯化氢为原料在流化床高温、高压下氢化生成三氯氢硅，三氯氢硅通过一系列歧化加氢反应后生成二氯氢硅，继而生成硅烷气。硅烷气再通入有小颗粒硅粉的流化床反应炉内连续热解为粒状多晶硅。
改良西门子法作为当前最主流的多晶硅制备技术，其工艺成熟稳定、适合规模化生产、操作安全的优势突出，目前通威、新特等国内多晶硅主流头部企业均以此法生产。不过硅烷流化床法以其低成本、低能耗、高转化率、可连续生产等优势在近几年获得市场的广泛关注。该技术目前量产企业较少，协鑫科技另辟蹊径专攻此赛道，2022年提出退出西门子棒状硅生产，2023年年底正式全面停产棒状硅，当前在颗粒硅领域已占据绝对主导及领先地位。此外，陕西有色通过与REC合资成立子公司天宏瑞科的方式获得技术转让，亦具备少量颗粒硅生产能力。根据相关企业公告，当前颗粒硅最为诟病的“氢跳”问题与纯度问题已基本解决，标志着流化床法的生产安全性和稳定性已得到显著提升，且完全可以满足N型时代需求。
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多晶硅全球供应格局
从全球范围看，海外多晶硅发展较早，多分布于欧美、日韩等发达国家，且核心技术掌握在几大寡头企业手中，集中度较高，我国多晶硅产业后来居上发展迅速，当前已占据全球主导地位。据SMM数据统计，截至2024年2月全球多晶硅产能约241.23万吨，其中海外产能14.4万吨，国内产能226.83万吨，占比达到94%。伴随着我国多晶硅整体产能的迅速增长，国内品牌在全球市场的地位和市场占有率大幅提升，2010年全球前十大多晶硅企业中我国仅有4家企业上榜，占全球产能的13.6%，且排名靠后，2021年全球前十大多晶硅企业中我国企业已达到8家，占全球产能的73.2%。
海外多晶硅生产萎缩的主要原因在于高成本、低售价带来的亏损压力，以及中国商务部自2014年起对产自美国、韩国的多晶硅实行的反倾销、反补贴制裁。不过随着2022年以来全球光伏需求爆发带动多晶硅价格摆脱低位，海外企业就中国产多晶硅面临涉疆问题做出应对，中国企业“走出去”向海外布局，海外多晶硅产能呈现缓慢增长趋势。
据不完全统计，Wacker在美国与德国两地的生产基地共有8万吨超纯多晶硅产能在产；OCI于2020年因亏损关停韩国本土两家太阳能级多晶硅工厂，目前仅余0.5万吨电子级多晶硅产能，计划于2026年完成产线升级增产0.25万吨，此外其在马来西亚产能约有3万吨太阳能级产线，计划到2027年增产至6.5万吨，同时计划与Tokuyama合作在马来西亚新建1万吨电子级多晶硅产线；Hemlock于2014年关停在美国田纳西州的多晶硅工厂，2022年10月投资7.5亿在密歇根州开工建设电子级多晶硅项目，当前在产产能约1.8万吨；REC在加拿大Butte工厂约有0.16万吨电子级多晶硅产能，位于Moses Lake的1.6万吨流化床产线（19年因中美贸易战关闭）目前正在复产，计划在2024年上半年恢复到50%。此外，协鑫科技表示计划在海外开设一家年产12万吨颗粒硅工厂，最早可能在2025年开始运营。
从贸易流向来看，全球多晶硅主要呈现由德、美等欧美国家向中、日、韩等亚洲国家净流入格局，马来西亚作为日韩巨头外设工厂地，亦形成向东亚国家出口的贸易流。于我国而言，当前仍需要进口多晶硅来对国内供应进行补充，不过进口体量已随着国内供应的迅速崛起而快速回落。据海关总署数据显示，2022年我国累计净进口多晶硅7.67万吨，同比下降26%，2023年累计净进口多晶硅5.45万吨，同比下降29%；2024年最新的月度净进口规模在1500吨附近，较2022年月均净进口6000余吨回落显著。从进口来源来看，我国多晶硅主要进口自德国与马来西亚，2023年我国从德国与马来西亚进口的多晶硅分别为3.54万吨和2.30万吨，分别占全年总进口量的56%和27%，基本是来自德国瓦克和OCI马来西亚的产品。
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多晶硅国内供应特征
国内多晶硅生产自2022年以来进入高速发展期，驱动来自于终端需求的爆发。2022年在俄乌冲突刺激下，化石能源价格大幅上涨，能源危机迅速凸显，光伏发电的经济效益与能源安全保障作用显著提升，全球光伏装机规模大幅增长。据CPIA统计，2022年全球新增光伏装机达230GW，同比增长35%，其中中国光伏新增装机87.41GW，同比增长59%。
终端需求的增长带动产业链各环节需求向上打开，多晶硅作为上游原料，亦是产能缺口最大的环节，价格增长显著。受到供需错配带来的巨大利润空间吸引，以及技术变迁、下游需求攀升等多重因素催化，行业外企业大量跨界布局，行业内企业扩产或产业链延伸提速，多晶硅市场规模迅速扩张。据SMM统计，2022年多晶硅产能达108.5万吨，同比增长65%，产量达81.7万吨，同比增长68%，与2021年22%的增速相比提升显著；2023年多晶硅产能达到220.83万吨，同比增长84%，增速进一步提高。
我国多晶硅产能主要分布在西北、华北、西南地区，从省份上来看，主要集中在新疆、内蒙古、四川、青海等地。据百川盈孚统计，当前新疆约有81.5万吨多晶硅产能，占总产能34%，是当前国多晶硅生产规模最大的省份；内蒙古紧随其后，约有67.5万吨多晶硅产能，占总产能28%。西北与华北地区多晶硅产能总和达到182.9万吨，占全国总产能近八成。
西北地区及内蒙主要优势在于原料供应的便利，以及与华东、西南地区相比更为稳定且低廉的电力价格。据SMM数据显示，2023年多晶硅原料——工业硅供应增量基本来自西北地区，从产量分布来看近半数工业硅产自新疆，新疆、内蒙、甘肃、青海四地供应占比达到60%以上。从主要产区的网电情况来看，西北地区平均电力销售价格基本可维持在0.4元/千瓦时以内，川滇两地面临枯水期干扰，江苏则完全不具备竞争优势（协鑫采用自备电）。预计随着风光大基地在西北地区逐步完成并网，未来西北电力资源优势将更加显著。
此外政府政策导向支持亦是支持硅产业链落地西北的重要影响因素。新疆“十四五”规划中提出发展壮大新能源产业，加速发展新材料产业，并将硅基材料列于新材料产业首位。新疆23年政府报告中提出要“抢抓政策和市场机遇，及时出台促进硅基新材料……等产业加快发展的政策措施”。内蒙古23年公布的《关于推动能源电子产业发展实施意见》提出目标，到2025年，内蒙古的光伏及新型储能产品供给能力大幅提升，晶硅材料生产规模占全国的40%以上，太阳能电池组件产能达到可以满足80%以上本地建设需求。包头市政府更是提出全面提升“世界绿色硅都”能级，加快构建完整产业链和产业生态，打造更高能级的“世界绿色硅都”。当前多晶硅行业前五企业均在新疆或内蒙拥有建成或在建生产基地，主要集中在新疆准东、甘泉堡、石河子等开发区以及内蒙古包头、乌海、巴彦淖尔、鄂尔多斯、呼和浩特等地。
多晶硅行业目前仍处在扩产周期，从企业公布的投产规划来看，2024年新增产能依旧主要集中在西北及内蒙地区，大西北地区作为多晶硅产业重镇的定位进一步明晰。据不完全统计，2024年约有150万吨新增产能投放规划，其中内蒙古约有38万吨，占比25%；新疆、青海分别约有35万吨，占比23%；云南约有26万吨，占比17%；陕西约有4.5万吨，占比3%。
从竞争格局看，多晶硅行业集中度较高，且存在进一步向头部集中的趋势。产能CR5从2019年的58%提升到2022年的68%，产量CR5从2019年61%提升到2022年的77%。2022年以来由于全球光伏需求爆发，行业外企业跨界入局，行业内玩家纵向延伸，同环节竞争者加速扩张，多晶硅产能集中度因此受到一定影响。但龙头凭借更强的扩产能力、更低的电价、规模化优势、工艺积累、更强的口碑和更高的产品质量逐步强化行业寡头垄断地位，产量和出货量的市占率依旧维持领先地位。当前国内5家左右的一线企业格局较为明确，根据公开信息以及公司公告，截至2023年年末，通威、协鑫、新特、大全、东方希望产能分别约为42万吨、34万吨、30万吨、20.5万吨和13万吨，其中仅通威一家的产能市占率就达到近20%的水平。未来合盛的大规模投产可能会对行业前五格局造成冲击，不过从长期来看基于行业高投资门槛、高技术门槛、长投产周期特征，以及行业正在面临的价格下行、技术迭代考验，未来多晶硅行业大概率将继续维持高集中度格局。
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