淺析多晶硅發(fā)展

1、淺析多晶硅發(fā)展之路張椿一、多晶硅的生產(chǎn)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移1、電子級(jí)多晶硅的需求量增長緩慢。多晶硅產(chǎn)業(yè)過去一直是以生產(chǎn)電子級(jí)多晶硅為主，由于微電子的技術(shù)進(jìn)步迅速，集成度越來越高，線寬由20nm向10nm發(fā)展，硅片直徑不斷增大，目前直徑300mm硅片占65%,200mm35%,150mm10%以下。每平方英寸的價(jià)格也有逐漸下降的趨勢。因此電子級(jí)多晶硅需求量增長緩慢，2001年一2011年平均增長率在5.32%，預(yù)計(jì)今后5年變化也不大。表12001年-2011年世界硅片的增長情況硅片年20012002200320042005200620072008200920102011百萬in239404681514962

2、626645799686618137670793709042增長率%2918.81021.66.1220.338.326.05-17.6403.5Us/in21.321.171.141.171.231.291.401.401.001.04EG硅估量噸1300015600仃000佃800205002150025900244002040028100250002、光伏產(chǎn)業(yè)激發(fā)了多晶硅迅速增產(chǎn)自從光伏產(chǎn)業(yè)井噴式發(fā)展，多晶硅企業(yè)的生產(chǎn)重點(diǎn)逐年向生產(chǎn)太陽能級(jí)多晶硅轉(zhuǎn)移，世界多晶硅的產(chǎn)量急速增長，目前太陽能級(jí)多晶硅的消耗量已占總產(chǎn)量的85%左右，從2001年至2011年平均增長率為33.5%，近5年的平均增

3、長率達(dá)到61.5%。預(yù)測2015年多晶硅的需要量24萬噸，半導(dǎo)體用4萬噸，生產(chǎn)能力達(dá)35萬噸，有過剩之慮。同時(shí)要求太陽能級(jí)多晶硅的純度也不斷提高，今后5年要求單晶太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率18%，多晶硅的純度達(dá)11（9）表2世界多晶硅產(chǎn)能的增長情況項(xiàng)目年20012002200320042005200620072008200920102011硅產(chǎn)量2511026700267002880030000304004880077850104200154800235000增長率%7.76.407.864.161.3360.559.533.848.6.1053、目前國際上多晶硅的生產(chǎn)工藝仍以西門子法為主美國是世界

4、上第一個(gè)用杜邦法（四氯化硅鋅還原法）生產(chǎn)多晶硅的國家，由于鋅不易提純，產(chǎn)出的針狀多晶硅的純度不高。因此美、日和西歐各國約有16個(gè)單位，美國4家（道康寧、孟山都、德克薩斯、聯(lián)合碳化物公司）、日本6家（信越、東洋硅、小松電子、日本電子金屬、大阪鈦、高純硅）、西歐6家（德國、比利時(shí)、丹麥、英、法等國），都在研發(fā)生產(chǎn)高純度多晶硅的工藝方法。自從佃59年西門子和WACKERS司合作研發(fā)成功西門子法后，其他生產(chǎn)工藝和研發(fā)單位多被淘汰，保留至今的生產(chǎn)單位只有一兩家。生產(chǎn)方法基本上都是西門子法和硅烷法。但是西門子法在多年的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷的改進(jìn)和提高，故又稱改良西門子法。淺析一下國肉外七大多晶硅生產(chǎn)巨頭的發(fā)展概

5、況，可能對(duì)我們有所啟迪。表3七大多晶硅生產(chǎn)巨頭增產(chǎn)的預(yù)測（噸）公司產(chǎn)能20062011年2012年2013年2014年2015年成立年生產(chǎn)方法條件WACKER65004200052000:6700067000670001959西門子化工廠HEMLOCK1000040000515006300063000900001961西門子化工廠二菱2800430043004300430043001967西門子REC5970佃000190001900019000佃0001985硅烷法MEMC2700900090009000900090001986硅烷法磷肥廠OCI4200062000:860008600086

6、0002007西門子化工廠GCL35000650002007西門子七大公司成立最早是WACKER（1959年）。其次是HEMLOCK（.1961年是Dow-Corning1984年和日本三菱和信越合資改稱HEMLOCK，三菱（1967年）。其余都是80年代以后建廠。七大公司共有的顯著特點(diǎn)：都?xì)v屬于集團(tuán)公司或大化工企業(yè)或兼而有之，故能持續(xù)和快速發(fā)展。主要原因是：1）、西門子法基本是用化學(xué)法提純硅材料，因此目前多晶硅的生產(chǎn)巨頭多和化工廠相結(jié)合，化工廠的生產(chǎn)規(guī)模一般比多晶硅的規(guī)模大得多，已有的水、電、氣、汽、冷媒和三廢處理的規(guī)模和條件很容易滿足多晶硅的生產(chǎn)要求。特別是氯氣和氫氣無需長途運(yùn)輸、儲(chǔ)存，既

7、經(jīng)濟(jì)又安全。另外如WACKER和HEMLOCK公司是有名的有機(jī)硅生產(chǎn)廠，產(chǎn)品有7000多種、OCI和德山公司也有許多化工產(chǎn)品，如燒堿、白碳黑、人造石英和化學(xué)試劑等。多晶硅生產(chǎn)過程中的中間產(chǎn)品或副產(chǎn)品，均可采用經(jīng)濟(jì)合理的方案分別處理，即降低了單耗又大大減少了三廢的處理量。這些得天獨(dú)厚的優(yōu)勢是單獨(dú)建多晶硅廠無法比擬的。2）、多晶硅既然是屬于化學(xué)提純工藝，化工廠對(duì)原料的提純、安全生產(chǎn)、質(zhì)量管理、工藝條件的控制和三廢處理都有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢。如三氯氫硅提純排放的高、低沸點(diǎn)的硅化物，都可做有機(jī)硅的原料。3）、在化工廠生產(chǎn)多晶硅，除上述優(yōu)越性外，更重要的是經(jīng)濟(jì)上有一個(gè)強(qiáng)大的后盾。如WACKERHEMLOCK

8、和徳山公司硅材料的銷售額，只占公司總產(chǎn)值20%左右，硅材料生產(chǎn)有很強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力。4）、研發(fā)經(jīng)費(fèi)和技術(shù)力量較強(qiáng)，研發(fā)經(jīng)費(fèi)一般是銷售額的5%以上，在此基礎(chǔ)上和多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，有利于技術(shù)創(chuàng)新和新技術(shù)的研發(fā)。使生產(chǎn)設(shè)備和工藝條件不斷改進(jìn)和提高。5）、目前這些老廠除產(chǎn)量大、成本低，更主要的是多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，生產(chǎn)工藝穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量好，如WACKER太陽能級(jí)多晶硅的質(zhì)量相當(dāng)于我國電子級(jí)的水平。WACKERPLC-LE4太陽能級(jí)多晶硅的指標(biāo)多晶硅純度（P、As、Sb）Max300ppta（B、AL）Max100ppta碳含量C250ppba體金屬的總含量（FeCuNi、Cr、Zn、Na）Max.2

9、ppbw6）三菱公司雖然是大集團(tuán)公司，經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)大，但是它的多晶硅企業(yè)和德古薩公司是體外結(jié)合，受德古薩公司生產(chǎn)能力以及地區(qū)的條件的限制，日、美兩個(gè)廠的產(chǎn)量到2015年仍維持在4300噸。我國的GCL中能）和韓國OCI公司基本都在2007年成立的，目前的產(chǎn)能均已超過6萬噸。已躍居世界頂級(jí)企業(yè)，它們?yōu)槭裁茨苋绱私】档目焖侔l(fā)展，主要是穩(wěn)步、快速、分步擴(kuò)建。不斷吸收新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，不斷壯大。同時(shí)也說明一個(gè)行業(yè)的興衰完全取決于不斷的技術(shù)進(jìn)步。4、硅烷法的獨(dú)特優(yōu)勢。用小松法生產(chǎn)多晶硅基本被淘汰，REC用UCC法生產(chǎn)棒狀硅和粒狀硅。MEMC是用磷肥廠的副產(chǎn)物，氟化硅做原料，制取硅烷生產(chǎn)粒狀硅。硅烷法

10、生產(chǎn)的棒狀硅，純度高、結(jié)晶致密，用區(qū)熔法生產(chǎn)硅單晶可一次成晶。是生產(chǎn)區(qū)熔單晶最佳的原料。粒狀硅是生產(chǎn)廉價(jià)太陽能級(jí)多晶硅，最有潛力的生產(chǎn)工藝之一。(1)生產(chǎn)能耗低，目前REC的FBR反應(yīng)爐的能耗只有4.1kwh/kgsi。約為西門子法CVD爐的1/11。(2)目前粒狀硅產(chǎn)品的純度和工藝穩(wěn)定性有待提高，REC目前粒狀硅純度如下:ConcentrationAcceptor(Boron)Donor(Phosphorus)CorbonTotalMetalsMaximum203010ppbappbappmappbwAverageSilicon-FBRUSDKg喇Fcoiahon0Cast)producec

11、osiQ42011COStS；Poweroylagenegativelyaffectingproductioncos!2012costreductionsdrivenby;MorestableoperateandhaeasedthroughputReducedcostofmaterialReducedSG4Aandotherfixedcosts（3）REC的成本正在不斷下降，今年第二季度的生產(chǎn)成本已降到21.5us/kg.（其中，現(xiàn)金成本11.5美元，折舊弗7美元，經(jīng)營管理弗3美元）】、我國多晶硅產(chǎn)業(yè)跌宕起伏的發(fā)展之路1）、50年代我國科研單位和高等院校，開始研究和探索各種半導(dǎo)體級(jí)多晶硅的生產(chǎn)

12、方法。2)、60年代已有5、6個(gè)單位采用西門子法和貝爾法小規(guī)模生產(chǎn)多晶硅，自主研發(fā)成的不銹鋼鐘罩式還原爐、硅芯做發(fā)熱體、高壓啟動(dòng)、基座法拉硅芯、濕法回收尾氣等有創(chuàng)造性的工藝，應(yīng)該說工藝思路是相當(dāng)先進(jìn)的。但是由于許多客觀條件的限制無法逐步完善。69年陳伯達(dá)號(hào)召全國大搞電子工業(yè)，破除迷信，打破洋框框，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)受到?jīng)_擊，一時(shí)我國究竟有多少半導(dǎo)體廠，誰也說不清。80年代半導(dǎo)體材料企業(yè)逐步走向正規(guī)，我國約有18家硅材料廠，多晶硅的最高產(chǎn)量100噸左右。產(chǎn)品質(zhì)量基本在電子級(jí)水平，可以滿足我國電子工業(yè)的要求。90年代改革開放后，可以自由進(jìn)口多晶硅，國外公司不同質(zhì)量免洗多晶硅的報(bào)價(jià)是2245美元/公

13、斤。價(jià)格和質(zhì)量都優(yōu)于國內(nèi)產(chǎn)品，更主要的是用戶無須自己破碎清洗，頗受歡迎。當(dāng)時(shí)我國多晶硅的生產(chǎn)規(guī)模，最大的只有30噸左右，大部分在10噸左右，只有幾個(gè)單位有濕法尾氣回收系統(tǒng)。單耗和能耗高，綜合能耗在500-700kwh/kgsi左右，生產(chǎn)成本高，競爭乏力。有些單位自產(chǎn)自用勉強(qiáng)維持，因此不到10年時(shí)間，幾乎將我國的多晶硅企業(yè)全部沖垮。20世紀(jì)光伏產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展，多晶硅奇缺，一克難求，故有：擁硅者為王和暴利勝過販毒之說。在利益驅(qū)動(dòng)和各地政府的支持下，多晶硅產(chǎn)業(yè)如雨后春筍般的在中國大地遍地開花。掀起我國第二次大搞多晶硅的高潮，目前我國晶硅廠恐怕不少于60家。產(chǎn)量從2002年的50噸到2011年的8276

14、8噸，增長了1400多倍，一躍成為世界多晶硅生產(chǎn)大國。在不到10年的時(shí)間，我國多晶硅產(chǎn)業(yè)在引進(jìn)、吸收、消化和自主創(chuàng)新的基礎(chǔ)上，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模已擴(kuò)大到萬噸級(jí)以上、綜合電耗多為150kwh/kgsi左右，個(gè)別單位采用冷氫化和大型還原爐等技術(shù)，綜合電耗己小于100kwh/kgsi。多晶硅產(chǎn)業(yè)從設(shè)計(jì)、設(shè)備制造和生產(chǎn)工藝都取得了巨大的進(jìn)步。特別但是我國多晶硅產(chǎn)業(yè)，在節(jié)能減排、降低成本、工藝的穩(wěn)定性，特別是產(chǎn)品質(zhì)量和國外仍有不少差距。因此可以說是多晶硅的生產(chǎn)大國，但不是強(qiáng)國。三、兩頭在外的憂患我國光伏產(chǎn)業(yè)的超速發(fā)展，多晶硅的需要量急劇增長，雖然我國多晶硅的產(chǎn)量幾乎逐年翻番，但是每年仍需大量外匯進(jìn)口多晶，我國

15、光伏企業(yè)的市場卻立足于國外，據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年96%的光伏產(chǎn)品出口，2011年88%的產(chǎn)品出口。隨著美國對(duì)中國光伏組件產(chǎn)品實(shí)施“雙反”和歐債危機(jī)的不斷延續(xù)，歐洲對(duì)光伏市場的補(bǔ)貼大幅削減，市場需求出現(xiàn)大幅萎縮，使得中國光伏企業(yè)的生存雪上加霜。國內(nèi)光伏企業(yè)上半年業(yè)績可謂一片狼藉。在光伏產(chǎn)業(yè)激發(fā)起來的多晶硅產(chǎn)業(yè)亦深受其害。加之國外公司在多晶硅過剩的情況下，實(shí)行低價(jià)傾銷，有的甚至零價(jià)格銷售，用戶只付運(yùn)費(fèi)，顯然欲將我國多晶硅產(chǎn)業(yè)置于死地。目前已投產(chǎn)的43家多晶硅企業(yè)僅剩8家企業(yè)勉強(qiáng)生產(chǎn)，80%企業(yè)已經(jīng)停產(chǎn)。但是我國光伏企業(yè)為了產(chǎn)業(yè)的利益，今年17月進(jìn)口多晶硅已達(dá)4.8萬噸，創(chuàng)歷史同期之最。我國從2005年

16、到2011年共進(jìn)口多晶硅159600噸，同期國內(nèi)生產(chǎn)153905噸，進(jìn)口量比國產(chǎn)量尚多5695噸，進(jìn)口比例雖有下降，但絕對(duì)量逐年增加。初步估算我國多付外商超額利潤至少20億美元。有力地支援外商產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前我國多晶硅產(chǎn)業(yè)正在發(fā)展壯大之際，外企就采取不正當(dāng)?shù)氖侄纹髨D扼殺我國多晶硅產(chǎn)業(yè)于襁褓之中。如不逐步改變兩頭在外的局面，有朝一日，光伏產(chǎn)業(yè)峰回路轉(zhuǎn)，外企還會(huì)再以高價(jià)傾銷，永遠(yuǎn)受制于人。表42004年-2011年我國多晶硅產(chǎn)量和進(jìn)口量的增長情況(單位：噸)四、如何科學(xué)發(fā)展我國多晶硅產(chǎn)業(yè)年代200420052006200720082009201020112012中國產(chǎn)量57.75802861093430020357450218276838000（1-6月）年增長率%38.93257.5282.2293.4373.4121.283.8進(jìn)口多晶硅2000400080001500021000450006460040946（1-6月）進(jìn)口硅的%9895907551504448000（1-7月）我國不能沒有多晶硅產(chǎn)業(yè)，國防軍工、半導(dǎo)體、光伏產(chǎn)業(yè)都離不開多晶硅產(chǎn)業(yè)，這是共識(shí)，但是我國大部分企業(yè)規(guī)模小、工藝水平參差不齊、地區(qū)分散、重復(fù)引進(jìn)、成本高、產(chǎn)品質(zhì)量和國外尚有一定差距。如何改變這種嚴(yán)峻局面，值得深思。我國從事多晶硅的研發(fā)和生產(chǎn)起步并不晚，但是總是大起大落，競爭乏力，是否要從產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)