证监许可【2011】1292号
2024年12月23日星期一
摘要：
多晶硅生产的主流技术方式为氯化法，市场份额达到80%以上，硅烷流化床法近年发展得比较快，市场份额逼近20%，其余多晶硅生产技术方式还有冶金法、硅石碳热还原法、电解法、气液沉积法等。
多晶硅的生产成本主要由原材料成本、能源动力成本、人工成本以及折旧成本等构成。成本影响较大的可变成本主要为工业硅粉和电力成本。其中工业硅粉占成本比重约30%，电力成本占比约37%，折旧和摊销占比约13%。
氯化法与硅烷流化床法成本最大的差异在能耗方面，氯化法的电耗相对较高，单位电耗约为57kWh/kg，硅烷流化床法的电耗显著低于氯化法，单位电耗约为13.8kWh/kg。硅烷法的优点在于热解时温度要求较低（800℃左右），流化床法还有参与反应的硅料表面积大、生产效率高的优点，所以还原电耗低。
目前，多晶硅市场价格承压，产能大于需求，市场需要出清部分产能，从市场化的角度来说，高成本产能将是更容易被市场化出清的。成本曲线与需求曲线的交点决定了市场的均衡价格和数量，成本曲线右侧的高成本产能将逐步被淘汰。目前来看，若仅从成本和需求两个维度考虑，3-4家头部企业的产能产量即可满足市场需求，且主要产能集中在内蒙地区。
一、多晶硅生产技术
多晶硅是以工业硅为原料经一系列的物理化学反应提纯后达到一定纯度的非金属材料，其位于工业硅的下游，同时处于整条光伏及半导体产业链的上游。多晶硅生产的主流技术方式为氯化法，市场份额达到80%以上，硅烷流化床法近年发展得比较快，市场份额逼近20%，其余多晶硅生产技术方式还有冶金法、硅石碳热还原法、电解法、气液沉积法等。
1. 氯化法（改良西门子法）
氯化法，也即改良西门子法，是目前多晶硅生产的主要工艺。该生产方式的制备原理是利用工业硅粉（纯度要求在99%左右）与氯化氢（HCl）合成产生便于提纯的三氯氢硅气体（SiHCl3，简称TCS），然后将TCS精馏提纯，最后通过还原反应和化学气相沉积（CVD）将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。主要的工艺流程包括4步：：1、SiHCl3合成：将冶金级硅与氯化氢反应生成三氯氢硅（SiHCl3）；2、工业硅粉与氯化氢在合成流化床中合成 TCS（三氯氢硅）气体并分离回收尾气；3、对TCS 进行精馏/提纯；4、将 TCS 与高纯氢气送入还原炉并经化学气相沉积反应生产高纯多晶硅。
氯化法是目前生产多晶硅最为成熟、最容易扩建的工艺，全球80%以上的多晶硅企业采用此法。生产优势在于沉积速率较快，安全性能较好；缺点在于能耗高、副产品量较高、投资成本大等。
2. 硅烷流化床法
流化床法是上世纪70年代开发的新一代生产工艺，主要目的是降低多晶硅的生产能耗和成本。硅烷流化床法主要是硅烷和氢气的混合气从流化床炉的底部注入反应器。在反应器顶部加入平均粒径约为0.2～0.6mm的细小硅颗粒作为籽晶，堆积形成晶种颗粒硅床层。在反应器外壁加热器的作用下，同时伴随载气流速的不断增加，晶种颗粒硅床层会处于悬浮状态，即由固定床转变为流化床。悬浮的籽晶颗粒硅不断外延生长，达到足够重量时形成颗粒硅，并沉降到反应器底部排出。反应的副产物则从顶部管路排出。这种持续加入籽晶和通入硅烷气和载气的方法，可以达到不间断的连续生产。
硅烷流化床法工艺流程包括：冷氢化、歧化反应（硅烷制备）、流化床反应等3 个环节。硅烷流化床法与改良西门子法的前半段工艺相同，都通过
工业硅氢化得到三氯氢硅并分离尾气，但在后半段则通过歧化反应生成硅烷，并将其通入流化床反应炉内进行连续热分解，然后在流化床反应器内预制的硅籽晶上发生气相沉积反应，生产颗粒状多晶硅。
3. 冶金法
冶金法又称物理冶金法，是指应用冶金技术方法提纯冶金级硅的过程，主要是以工业硅为原料，采用湿法冶金、真空熔炼、氧化精炼、定向凝固、特种场熔炼等技术组合而制备多晶硅的方法。主要分为两个步骤：第一，需要采用真空蒸馏、定向凝固等方式对工业硅进行提纯，去除工业硅中的杂质，使其纯度达到要求。第二，通过等离子炉清除C、B等元素，得到更加纯净的硅元素。
冶金法的特点是在提纯过程中硅不参与任何化学反应，依靠硅与杂质物理性质的差异，通过冶金熔炼的方法将杂质去除，从而获得满足太阳能电池性能需求的多晶硅。但随着多晶硅价格的快速下跌，冶金法目前并没有太多竞争优势。
4. 其他
硅石碳热还原法，通过在等离子炉中C对SiO 2 还原，得到产物SiC，再将SiC投入到电弧炉中继续和SiO 2 反应，可以得到液态的硅。
电解法，电解硅酸盐的方式得到纯度较高的硅，以碳作为阳极，反应温度控制在1000℃，硅单质将会在阴极上附着。
气液沉积法， SiHCl 3 与H 2 的反应温度在1500℃左右。反应物由石墨管的上部注入，生成的Si以液态的形式聚集在石墨管底部。
二、多晶硅生产成本分析
多晶硅的生产成本主要由原材料成本、能源动力成本、人工成本以及折旧成本等构成。成本影响较大的可变成本主要为工业硅粉和电力成本。其中工业硅粉占成本比重约30%，电力成本占比约37%，折旧和摊销占比约13%。
1. 原材料
原材料主要为工业硅粉及其他辅料。工业硅粉多晶硅生产的主要原材料，占总成本的较大比例，占比约30%，随着价格的波动变化。生产1吨多晶硅大约需要1.08吨左右的工业硅，不同企业的需求量会有些许不同，随着技术进步，单耗有望下降至1.07吨。
其他辅料包括三氯氢硅、氯化硅等含硅物料，以及氩气、氮气、氢气等工业气体，石墨件、陶瓷件、包装物等物料以及硝酸、生石灰等化学品。这些辅料的成本虽然占比较小，但同样对生产成本有一定影响。
2. 能源动力成本
电力是多晶硅生产中的重要成本项，包括合成、电解制氢、精馏、还原、尾气回收和氢化等环节的电力消耗，占比约为35%左右。电力成本的高低取决于电价和电耗水平，而电耗水平又受到技术和生产规模的影响。
蒸汽也是多晶硅生产过程中也需要消耗能量，蒸汽费用同样会构成生产成本的一部分。随着蒸汽的一体化利用，也可节省部分成本费用，降低生产成本。
3.人工成本
多晶硅生产过程中的人工成本包括员工的薪酬、福利等费用。虽然相对于其他成本项占比较低，但仍然是生产成本的重要组成部分。
4.折旧成本
折旧成本是由生产设备长期使用产生的磨损费用。由于多晶硅生产投资额较高，需要投入大量的设备，因此折旧成本也是不可忽视的一部分，占比可达13%
三、氯化法与硅烷流化床法成本对比
氯化法与硅烷流化床法是目前多晶硅生产的主流方法。氯化法是目前生产多晶硅最为成熟、最容易扩建的工艺，全球80%以上的多晶硅企业采用此法。硅烷流化床法是一种新兴的多晶硅生产技术，具有低能耗、连续生产等优点，目前市场份额也达到20%。据硅业分会，2024年6月份之后颗粒硅占比快速提升，10月份以来占比提升至20%以上，全年颗粒硅占比达到16%。
氯化法生产出来的棒状硅目前在市场中主导份额，随着硅烷流化床法生产的颗粒硅技术的成熟和市场推广，棒状硅的市场份额可能会逐渐被颗粒硅挤占。因此，以下将两种生产方法的成本进行对比分析。
氯化法与硅烷流化床法成本最大的差异在能耗方面，氯化法的电耗相对较高，单位电耗约为57kWh/kg，硅烷流化床法的电耗显著低于氯化法，单位电耗约为13.8kWh/kg。硅烷法的优点在于热解时温度要求较低（800℃左右），流化床法还有参与反应的硅料表面积大、生产效率高的优点，所以还原电耗低。
其余成本细项详见下表：
四、多晶硅成本曲线
多晶硅市场的成本曲线对供需关系有重要影响。当市场需求旺盛时，多晶硅价格上升，企业利润空间增大，有利于企业加大投入并优化成本结构；而当市场供过于求时，多晶硅价格下降，企业利润空间受到挤压，甚至可能出现亏损情况。此时，企业需要采取一系列措施来降低成本以保持竞争力。
目前，多晶硅市场价格承压，产能大于需求，市场需要出清部分产能，从市场化的角度来说，高成本产能将是更容易被市场化出清的。成本曲线与需求曲线的交点决定了市场的均衡价格和数量，成本曲线右侧的高成本产能将逐步被淘汰。这些企业由于生产成本高于市场价格，无法维持正常运营，最终会选择减产或退出市场，从而优化市场供给结构。
综合考虑各生产基地的产能以及成本，多晶硅的成本曲线在前端相对平缓，头部大型企业的成本优势明显，除了此前提到的能源成本和原材料成本优势外，一方面来源于技术及工艺管理能力较高，另一方面来源于规模效应。此外，工艺经验和良品率也是重要影响，因此目前具有成本优势的主要为传统的大型多晶硅生产企业。新进入企业一般有更先进的技术和工艺设备，这有助于降低生产成本。但与头部企业相比，新进入企业的技术尚未达到完全成熟和稳定的状态。这可能导致生产过程中的能耗、原材料消耗以及废品率等指标较高，从而增加生产成本。新进入企业在市场上的认可度较低，需要花费更多的时间和资金来建立品牌知名度和客户信任度，将增加营销和销售成本。此外，由于多晶硅的投资额较高，新进入者的折旧和资金成本较高，也将导致完全成本较高。目前来看，若仅从成本和需求两个维度考虑，3-4家头部企业的产能产量即可满足市场需求，且主要产能集中在内蒙地区。
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