El análisis de la situación actual de la cadena industrial, la producción y el suministro de la industria del polisilicio en China

2. polisilicio Clasificación: la pureza determina el uso y el grado solar ocupa la corriente principal.

El silicio policristalino, una forma de silicio elemental, está compuesto de granos de cristal con diferentes orientaciones cristalinas y se purifica principalmente mediante procesamiento industrial de silicio. La apariencia del polisilicio es un brillo metálico gris y el punto de fusión es de aproximadamente 1410 ℃. Es inactivo a temperatura ambiente y más activo en estado fundido. El polisilicio tiene propiedades semiconductoras y es un material semiconductor excelente y extremadamente importante, pero una pequeña cantidad de impurezas puede afectar en gran medida su conductividad. Existen muchos métodos de clasificación del polisilicio. Además de la clasificación mencionada anteriormente según los estándares nacionales de China, aquí se presentan tres métodos de clasificación más importantes. Según los diferentes requisitos de pureza y usos, el polisilicio se puede dividir en polisilicio de grado solar y polisilicio de grado electrónico. El polisilicio de grado solar se utiliza principalmente en la producción de células fotovoltaicas, mientras que el polisilicio de grado electrónico se utiliza ampliamente en la industria de circuitos integrados como materia prima para chips y otras producciones. La pureza del polisilicio de grado solar es de 6~8N, es decir, se requiere que el contenido total de impurezas sea inferior a 10 -6 y la pureza del polisilicio debe alcanzar el 99,9999% o más. Los requisitos de pureza del polisilicio de grado electrónico son más estrictos, con un mínimo de 9N y un máximo actual de 12N. La producción de polisilicio de calidad electrónica es relativamente difícil. Son pocas las empresas chinas que dominan la tecnología de producción de polisilicio de grado electrónico y todavía dependen relativamente de las importaciones. En la actualidad, la producción de polisilicio de grado solar es mucho mayor que la del polisilicio de grado electrónico, y el primero es aproximadamente 13,8 veces mayor que el del segundo.

Según la diferencia de impurezas dopantes y el tipo de conductividad del material de silicio, se puede dividir en tipo P y tipo N. Cuando el silicio está dopado con elementos de impureza aceptora, como boro, aluminio, galio, etc., está dominado por la conducción por huecos y es de tipo P. Cuando el silicio está dopado con impurezas donantes, como fósforo, arsénico, antimonio, etc., está dominado por la conducción de electrones y es de tipo N. Las baterías tipo P incluyen principalmente baterías BSF y baterías PERC. En 2021, las baterías PERC representarán más del 91% del mercado mundial y las baterías BSF serán eliminadas. Durante el período en que PERC reemplaza a BSF, la eficiencia de conversión de las celdas tipo P aumentó de menos del 20% a más del 23%, lo que está a punto de acercarse al límite superior teórico del 24,5%, mientras que el límite superior teórico de N- Las celdas tipo N son del 28,7% y las celdas tipo N tienen una alta eficiencia de conversión. Debido a las ventajas de una alta relación bifacial y un bajo coeficiente de temperatura, las empresas han comenzado a implementar líneas de producción en masa para baterías tipo N. Según el pronóstico de la CPIA, la proporción de baterías de tipo N aumentará significativamente del 3% al 13,4% en 2022. Se espera que en los próximos cinco años, se marque el comienzo de la iteración de las baterías de tipo N a las de tipo P. Según las diferentes calidades de la superficie, se puede dividir en material denso, material de coliflor y material de coral. La superficie del material denso tiene el grado más bajo de concavidad, menos de 5 mm, sin anomalías de color, sin capa intermedia de oxidación y el precio más alto; la superficie del material de coliflor tiene un grado moderado de concavidad, de 5 a 20 mm, la sección es moderada y el precio es medio; mientras que la superficie del material de coral tiene una concavidad más grave, la profundidad es superior a 20 mm, la sección está suelta y el precio es el más bajo. El material denso se utiliza principalmente para extraer silicio monocristalino, mientras que el material de coliflor y el material de coral se utilizan principalmente para fabricar obleas de silicio policristalino. En la producción diaria de las empresas, el material denso se puede dopar con no menos del 30% de material de coliflor para producir silicio monocristalino. Se puede ahorrar el costo de las materias primas, pero el uso de material de coliflor reducirá la eficiencia de extracción de cristales hasta cierto punto. Las empresas deben elegir la proporción de dopaje adecuada después de sopesar ambas. Recientemente, la diferencia de precio entre el material denso y el material de coliflor se ha estabilizado básicamente en 3 RMB/kg. Si la diferencia de precios se amplía aún más, las empresas podrían considerar dopar más material de coliflor con silicio monocristalino.

El costo de producir polisilicio utilizando el método mejorado de Siemens en China incluye materias primas, consumo de energía, depreciación, costos de procesamiento, etc. El progreso tecnológico en la industria ha reducido significativamente el costo. Las materias primas se refieren principalmente al silicio industrial y al triclorosilano, el consumo de energía incluye electricidad y vapor, y los costos de procesamiento se refieren a los costos de inspección y reparación de los equipos de producción. Según las estadísticas de Baichuan Yingfu sobre los costos de producción de polisilicio a principios de junio de 2022, las materias primas son el elemento de mayor costo, representando el 41% del costo total, de los cuales el silicio industrial es la principal fuente de silicio. El consumo de unidades de silicio comúnmente utilizado en la industria representa la cantidad de silicio consumido por unidad de productos de silicio de alta pureza. El método de cálculo consiste en convertir todos los materiales que contienen silicio, como el polvo de silicio industrial subcontratado y el triclorosilano, en silicio puro, y luego deducir el clorosilano subcontratado según la cantidad de silicio puro convertido de la relación de contenido de silicio. Según datos de la CPIA, el nivel de consumo de silicio disminuirá de 0,01 kg/kg-Si a 1,09 kg/kg-Si en 2021. Se espera que con la mejora del tratamiento de hidrogenación en frío y el reciclaje de subproductos, se espera que disminuir a 1,07 kg/kg para 2030. kg-Si. Según estadísticas incompletas, el consumo de silicio de las cinco principales empresas chinas de la industria del polisilicio es inferior al promedio de la industria. Se sabe que dos de ellos consumirán 1,08 kg/kg-Si y 1,05 kg/kg-Si respectivamente en 2021. La segunda proporción más alta es el consumo de energía, que representa el 32% del total, de los cuales la electricidad representa el 30% del consumo. costo total, lo que indica que el precio de la electricidad y la eficiencia siguen siendo factores importantes para la producción de polisilicio. Los dos indicadores principales para medir la eficiencia energética son el consumo de energía integral y la reducción del consumo de energía. La reducción del consumo de energía se refiere al proceso de reducción de triclorosilano e hidrógeno para generar material de silicio de alta pureza. El consumo de energía incluye el precalentamiento y la deposición del núcleo de silicio. , preservación del calor, ventilación final y otros consumos de energía del proceso. En 2021, con el progreso tecnológico y la utilización integral de la energía, el consumo de energía promedio integral de la producción de polisilicio disminuirá un 5,3% interanual a 63 kWh/kg-Si, y el consumo de energía de reducción promedio disminuirá un 6,1% interanual. interanual hasta 46kWh/kg-Si, que se espera que disminuya aún más en el futuro. . Además, la depreciación también es una partida importante del costo y representa el 17%. Vale la pena señalar que, según datos de Baichuan Yingfu, el costo total de producción del polisilicio a principios de junio de 2022 era de aproximadamente 55.816 yuanes/tonelada, el precio promedio del polisilicio en el mercado era de aproximadamente 260.000 yuanes/tonelada y el margen de beneficio bruto era hasta el 70% o más, por lo que atrajo a un gran número de empresas a invertir en la construcción de capacidad de producción de polisilicio.

Los fabricantes de polisilicio tienen dos formas de reducir costos: una es reducir los costos de materia prima y la otra es reducir el consumo de energía. En términos de materias primas, los fabricantes pueden reducir el costo de las materias primas firmando acuerdos de cooperación a largo plazo con fabricantes de silicio industrial o creando capacidad de producción integrada ascendente y descendente. Por ejemplo, las plantas de producción de polisilicio dependen básicamente de su propio suministro industrial de silicio. En términos de consumo de electricidad, los fabricantes pueden reducir los costos de electricidad mediante precios bajos de la electricidad y una mejora integral del consumo de energía. Alrededor del 70% del consumo total de electricidad es la reducción del consumo de electricidad, y la reducción también es un eslabón clave en la producción de silicio cristalino de alta pureza. Por lo tanto, la mayor parte de la capacidad de producción de polisilicio en China se concentra en regiones con bajos precios de electricidad como Xinjiang, Mongolia Interior, Sichuan y Yunnan. Sin embargo, con el avance de la política de dos carbonos, es difícil obtener una gran cantidad de recursos energéticos de bajo costo. Por lo tanto, reducir el consumo de energía para reducirlo es una reducción de costos más factible en la actualidad. Forma. En la actualidad, la forma eficaz de reducir el consumo de energía de reducción es aumentar el número de núcleos de silicio en el horno de reducción, ampliando así la producción de una sola unidad. En la actualidad, los principales tipos de hornos de reducción en China son 36 pares de varillas, 40 pares de varillas y 48 pares de varillas. El tipo de horno se actualizó a 60 pares de varillas y 72 pares de varillas, pero al mismo tiempo, también plantea requisitos más altos para el nivel de tecnología de producción de las empresas.

En comparación con el método Siemens mejorado, el método de lecho fluidizado de silano tiene tres ventajas: una es el bajo consumo de energía, la otra es la alta producción de extracción de cristales y la tercera es que es más favorable para combinar con la tecnología continua más avanzada de Czochralski CCZ. Según los datos de la Rama de la Industria del Silicio, el consumo total de energía del método de lecho fluidizado de silano es del 33,33% del método Siemens mejorado, y el consumo de energía reducido es del 10% del método Siemens mejorado. El método de lecho fluidizado con silano tiene importantes ventajas en el consumo de energía. En términos de extracción de cristales, las propiedades físicas del silicio granular pueden facilitar el llenado completo del crisol de cuarzo en el eslabón de la varilla de extracción de silicio monocristalino. El silicio policristalino y el silicio granular pueden aumentar la capacidad de carga del crisol de un solo horno en un 29 %, al tiempo que reducen el tiempo de carga en un 41 %, lo que mejora significativamente la eficiencia de extracción del silicio monocristalino. Además, el silicio granular tiene un diámetro pequeño y buena fluidez, lo que es más adecuado para el método CCZ continuo de Czochralski. En la actualidad, la principal tecnología de extracción de monocristal en los tramos medio e inferior es el método de refundición de monocristal RCZ, que consiste en realimentar y tirar del cristal después de tirar de una varilla de silicio de monocristal. El trefilado se realiza al mismo tiempo, lo que ahorra el tiempo de enfriamiento de la varilla de silicio monocristalino, por lo que la eficiencia de producción es mayor. El rápido desarrollo del método Czochralski continuo CCZ también aumentará la demanda de silicio granular. Aunque el silicio granular tiene algunas desventajas, como que se genera más polvo de silicio por fricción, una gran superficie y una fácil adsorción de contaminantes, y el hidrógeno combinado en hidrógeno durante la fusión, lo que es fácil de provocar saltos, pero según los últimos anuncios de silicio granular relevante empresas, estos problemas se están mejorando y se han logrado algunos avances.

El proceso de lecho fluidizado de silano está maduro en Europa y Estados Unidos, y está en su infancia después de la introducción de empresas chinas. Ya en la década de 1980, el silicio granular extranjero representado por REC y MEMC comenzó a explorar la producción de silicio granular y realizó una producción a gran escala. Entre ellos, la capacidad total de producción de silicio granular de REC alcanzó las 10.500 toneladas/año en 2010 y, en comparación con sus homólogos de Siemens en el mismo período, tenía una ventaja de costes de al menos 2-3 dólares EE.UU./kg. Debido a las necesidades de extracción de monocristal, la producción de silicio granular de la empresa se estancó y finalmente detuvo la producción, y recurrió a una empresa conjunta con China para establecer una empresa de producción para dedicarse a la producción de silicio granular.

4. Materias primas: el silicio industrial es la materia prima principal y el suministro puede satisfacer las necesidades de expansión del polisilicio.

El silicio industrial es la materia prima principal para la producción de polisilicio. Se espera que la producción de silicio industrial de China crezca de manera constante entre 2022 y 2025. De 2010 a 2021, la producción de silicio industrial de China se encuentra en la etapa de expansión, con una tasa de crecimiento anual promedio de la capacidad de producción y la producción que alcanza el 7,4% y el 8,6%, respectivamente. . Según datos de SMM, la capacidad de producción de silicio industrial recientemente aumentada en China será de 890.000 toneladas y 1,065 millones de toneladas en 2022 y 2023. Suponiendo que las empresas industriales de silicio sigan manteniendo una tasa de utilización de la capacidad y una tasa operativa de aproximadamente el 60% en el futuro, el nuevo aumento de la capacidad de producción de China en 2022 y 2023 generará un aumento de la producción de 320.000 toneladas y 383.000 toneladas. Según las estimaciones de GFCI, la capacidad de producción de silicio industrial de China en 22/23/24/25 es de aproximadamente 5,90/697/6,71/6,5 millones de toneladas, correspondientes a 3,55/391/4,18/4,38 millones de toneladas.

La tasa de crecimiento de las dos áreas posteriores restantes del silicio industrial superpuesto es relativamente lenta, y la producción de silicio industrial de China básicamente puede satisfacer la producción de polisilicio. En 2021, la capacidad de producción industrial de silicio de China será de 5,385 millones de toneladas, lo que corresponde a una producción de 3,213 millones de toneladas, de las cuales el polisilicio, el silicio orgánico y las aleaciones de aluminio consumirán 623.000 toneladas, 898.000 toneladas y 649.000 toneladas, respectivamente. Además, cerca de 780.000 toneladas de la producción se destinan a la exportación. En 2021, el consumo de polisilicio, silicio orgánico y aleaciones de aluminio representará el 19%, 28% y 20% del silicio industrial, respectivamente. De 2022 a 2025, se espera que la tasa de crecimiento de la producción de silicio orgánico se mantenga en torno al 10% y la tasa de crecimiento de la producción de aleaciones de aluminio sea inferior al 5%. Por lo tanto, creemos que la cantidad de silicio industrial que se puede utilizar para polisilicio en 2022-2025 es relativamente suficiente y puede satisfacer plenamente las necesidades del polisilicio. necesidades de producción.