多晶硅,是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。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。具有半导体性质,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。
电子工业中广泛用于制造半导体收音机、录音机、电冰箱、彩电、录像机、电子计算机等的基础材料。由干燥硅粉与干燥氯化氢气体在一定条件下氯化,再经冷凝、精馏、还原而得。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料,多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如,在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面,远不如单晶硅明显;在电学性质方面,多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著,甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面,两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别,但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料,是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法。西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅,为了提高原料利用率和环境友好,在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法。该工艺将工业硅粉与HCl反应,加工成SiHCl3 ,再让SiHCl3在H2气氛的还原炉中还原沉积得到多晶硅。还原炉排出的尾气H2、SiHCl3、SiCl4、SiH2Cl2 和HCl经过分离后再循环利用。硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中,使硅烷裂解并在晶种上沉积,从而得到颗粒状多晶硅。改良西门子法和硅烷法主要生产电子级晶体硅,也可以生产太阳能级多晶硅。
在太阳能利用上,单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。要使太阳能发电具有较大的市场,被广大的消费者接受,就必须提高太阳电池的光电转换效率,降低生产成本。从国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料(包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜)。单晶硅和多晶硅的区别是,当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核,如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒,则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面,多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。
从上游原材料供给来看,受下游有机硅及光伏行业需求拉动,工业硅产量大幅上涨。2022年我国工业硅产量为349.51万吨,同比增长20%。其中,2022年上半年增速相对较快,下半年受多地限电政策影响,工业硅产量增速有所放缓。总体来说,工业硅供给充足。
根据中研普华产业研究院发布的《2024-2029年中国多晶硅行业市场深度调研及投资策略预测报告》显示:
2022年以来,工业硅及多晶硅企业开工率整体维持较高水平。分阶段看,2022年1-6月,受市场供求偏紧及利润上涨影响,企业加大生产力度,工业硅及多晶硅开工率整体呈上涨态势。7-9月,受高温干旱天气影响,工业硅及多晶硅主要生产地区,如四川等地发布限电政策,企业开工率整体下行。其中,8月受云南地区限电影响及四川新疆等地复工节奏缓慢,工业硅及多晶硅企业开工率分别为55.3%和70.4%,较5月分别减少3.13个百分点和26.66个百分点。10月,新疆地区生产逐步恢复,企业生产意愿较强,工业硅企业开工率提升至66.23%,较8月环比增加10.93个百分点;多晶硅企业开工率恢复至86.85%,较8月增加16.45个百分点。
进入12月,随着疫情防控政策放宽,新冠疫情加重,作业人员减少,叠加西南地区电价进一步上调,生产企业停炉增加,工业硅企业开工率继续下滑2.39个百分点,达到52.96%;多晶硅企业开工率下滑0.05个百分点,降至85.91%,行业开工率水平整体较高。
多晶硅是光伏行业重要材料,受益于光伏行业高景气发展,产品供需整体偏紧,仍需从海外进口以弥补国内市场生产需求。从供给端看,2022年以来,在光伏行业高景气发展状态下,多晶硅生产企业不断扩大产能,产品产量也进一步提高。2022年我国累计生产多晶硅81.1万吨,同比增长60.59%。从需求端看,在光伏装机量大幅增加下,多晶硅表观需求量提升至88.79万吨,同比增长45.83%。
从产能分布情况看,全球多晶硅产能主要集中在中国,2022年我国多晶硅产能占比高达88.52%。从国内分布看,我国多晶硅产能主要集中在新疆、内蒙古、四川等电力资源较为丰富地区。据中国有色金属工业协会硅业分会数据统计,截止到2022年底,我国多晶硅产能将达到120.3万吨。其中,新疆地区多晶硅产能约为47.5万吨,四川地区多晶硅产能约为16万吨,内蒙古地区建成产能15.4万吨,产能分布不均衡,呈“西多东少”分布格局。
2023年1-11月中国多晶硅进口数量为59739吨,相比2022年同期减少了23252吨,同比下降27.9%;进口金额为165214.1万美元,相比2022年同期减少了82827.6万美元,同比下降33.4%。2023年11月中国多晶硅进口数量为3202吨;进口金额为5541.1万美元。2023年1-11月中国多晶硅进口均价为2.77万美元/吨,2022年1-11月多晶硅进口均价为2.99万美元/吨。2023年11月中国多晶硅进口均价为1.73万美元/吨。2023年11月中国多晶硅进口数量为3202吨,相比2022年同期减少了6201吨,同比下降65.9%;进口金额为5541.1万美元,相比2022年同期减少了26045.8万美元,同比下降82.4%;进口均价为1.73万美元/吨。
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