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国内硅料产能稀缺，行业长单锁定硅料
据每日经济新闻报道，近日光伏硅片巨头隆基股份披露了两份重大采购公告，分别是采购光伏玻璃和多晶硅料。其中，采购多晶硅料的合同金额预估为63.6亿元，隆基股份及其9家子公司与OCIM Sdn.Bhd.签订了三年期多晶硅料采购合同。根据协议，买方2021年3月至2024年2月期间向卖方采购多晶硅料约7.77万吨。按照中国有色金属工业协会硅业分会2月3日公布的单晶致密料成交均价为9.25万元/吨。
媒体分析认为，隆基股份这则公告意味着国内光伏巨头的上游原料采购从国内到了国外，再次反映了国内硅料产能的稀缺程度。中国有色金属工业协会硅业分会表示，大多硅料企业订单目前均已签至2月底，部分订单甚至将执行到3月中旬，且硅片企业并未有任何库存积压。本轮硅料需求大增的主要刺激因素，是下游需求支撑的硅片产能扩张实际释放量所刺激的多晶硅料实际需求增量。据中国粉体网编辑观察，实际上早在去年9月就已经有媒体陆续报道，指出行业长单锁定硅料的现象。
去年8月，隆基股份与亚洲硅业签订预估94.98亿元多晶硅料采购大单，约定2020年9月1日至2025年8月31日合计采购多晶硅料12.48万吨。
去年9月，上机数控公告称，公司拟在2020~2021年向保利协鑫采购原材料多晶硅料1.67万吨，预计采购金额约为15.70亿元。
今年2月，隆基股份与江苏中能硅业科技发展有限公司签订多晶硅料采购协议。根据协议，双方2021年3月至2023年12月期间多晶硅料合作量不少于9.14万吨，预估合同金额达73.28亿元。
另一光伏巨头中环股份与保利协鑫签订《多晶硅购销合作长单框架协议》，将在2022年1月至2026年12月期间向保利协鑫采购包括颗粒硅在内的多晶硅料合计共35万吨。
国内外多晶硅工业的发展概况
多晶硅是拉制单晶硅的原料。根据纯度分类，多晶硅可以分为冶金级硅、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅三类。其中，太阳能级多晶硅纯度介于冶金级硅与电子级多晶硅之间，一般认为硅含量在99.99%~99.9999%（4~6个9），太阳能级多晶硅主要用于生产太阳能光伏电池。太阳能光伏是今后极有发展前景的清洁能源，太阳能光伏发电产业的发展在我国将有着极好的前景，对我国半导体硅材料，尤其是对太阳能级多晶硅的研制生产带来了巨大的市场空间。
但是据中国粉体网编辑的了解，相当长一段时间，美、日、德等国际大公司一直垄断着半导体多晶硅硅材料的技术、市场和价格，并对我国进行技术封锁，严重地制约着我国多晶硅现代化的进程。全世界多晶硅产品长期被七大集团垄断：美国的Hemlock和MEMC，挪威的REC（厂址也在美国），日本的德山、住友钛和三菱以及德国的瓦克。2008年以来，韩国OCI公司多晶硅投产，随后其规模也不断扩大。
我国多晶硅工业的发展充满了曲折。1964年，四川峨眉半导体材料厂开始小规模试生产多晶硅，标志着我国多晶硅产业的起步。在20世纪60~70年代，我国多晶硅产业发展十分缓慢。到20世纪80年代，国家进行改革开放，大力发展电子信息产业，但由于缺乏半导体的战略性基础材料—电子级多晶硅，使我国电子信息产业的发展受到限制。为此，我国开始大力支持发展硅材料，短时期内迅速发展起来了几十家半导体级多晶硅生产企业。但由于国外对我国实行技术封锁，我国企业缺乏关键技术，多晶硅工厂普遍规模小、技术水平低下，导致多晶硅生产成本很高。在20世纪90年代的国外多晶硅低价倾销冲击下，我国多晶硅企业几乎全军覆没，只有少数几家企业勉强维持生产。
21世纪初，随着世界光伏市场在发达国家光伏补贴政策的影响下快速发展，我国的光伏产业也随之迅速发展起来。从2006年起，我国多晶硅行业迎来了第二次发展高潮。到2011年，多晶硅产量已达约8.2万吨。但在这5年的时间内，全世界多晶硅产量也迅速扩大，2011年全世界多晶硅产量达约24万吨，而且世界多晶硅大厂也在陆续不断扩建，导致多晶硅产能出现严重过剩。从2011年10月开始，全球多晶硅供过于求，加上美欧相继发起“光伏双反”，多晶硅的价格持续下跌，2012年迫使我国的大部分中小多晶硅企业停产。
2013年以来，随着国内、外经济逐步向好，以及光伏电池价格下降引发其应用市场需求力度的逐步加大，硅材料及硅光伏产业进入稳定发展阶段，全球多晶硅的市场需求也逐步提升，我国多晶硅产量实现稳步增长。目前，据中国粉体网编辑了解，多晶硅企业之间的竞争已不仅是产能之争，而且生产成本和产品质量的竞争尤为激烈。
多晶硅料技术概述
太阳能用多晶硅的原料来自于提纯后的金属硅。多晶硅硅料是硅材料产业中最主要的前端产业链，也是光伏行业最主要的原材料。据中国粉体网编辑的学习了解，多晶硅是经由“硅石一金属硅一多晶硅”等步骤制备的，其实质是一个化学提纯Si单质的过程。我国具有丰富的硅石资源。金属硅是由硅石与碳质还原剂为原料生产的，其纯度可达到99.99％。从金属硅制备多晶硅材料目前采用的主要有4种工艺，分别是：改良西门子法、硅烷法、循环流化床法、冶金法。这四种技术中，改良西门子法技术最成熟，已获大规模应用。
改良西门子法
西门子法，即使用高纯氢气还原高纯三氯氢硅生产高纯多晶硅的方法，由德国Siemens公司首先发明，在1954年申请了专利，1965年左右实现了工业化，从而实现了超纯多晶硅制备的第二次大变革。
经过几十年的应用和发展，西门子法不断完善，先后出现了第一代、第二代和第三代技术，而第三代西门子多晶硅生产工艺就是目前常说的“改良西门子法”，它在第二代的基础上增加了还原尾气干法回收系统和四氯化硅氢化系统，使三氯氢硅、四氯化硅、氢气和氯化氢等达到充分回收利用，实现了系统完全闭路循环生产，是西门子法生产高纯多晶硅的最新技术。
改良西门子法多晶硅生产工艺流程图
改良西门子法的优点是，系统闭路循环生产，工艺产生的尾气少且处理后对环境污染小，所使用的原料危险性比硅烷法小，氢还原反应沉积速率和有效沉积比也较好，多晶硅产品纯度高且质量稳定，并可控制生产太阳能级和电子级多晶硅。随着改良西门子法不断引进新技术，极大地降低了多晶硅的生产成本，提高了该工艺在多晶硅领域的竞争力。其缺点是工艺流程较长，生产过程控制点多，各工序需要相互配合联动管理。
改良西门子法的典型代表企业，国外有美国Hemlock、德国Wacker、韩国OCI等，国内有江苏中能、洛阳中硅、新疆特变、大全新能源等。
硅烷法
硅烷（SiH4）法多晶硅生产技术是硅烷在氢气的环境中于850℃左右的条件下会受热分解生成多晶硅。制备硅烷的技术目前主要有两种，一种是硅化镁法，另一种是氯氢化法，这两种硅烷制备方法都比较复杂。硅烷法制备多晶硅生产工艺，根据产品多晶硅的形态不同，可以分为两类，一类是硅烷CVD沉积技术，生长出棒状多晶硅；另一类是硅烷流化床技术，生产颗粒状多晶硅。
硅烷热分解法与改良西门子法相比，主要优点在于：硅烷含硅量较高，较易提纯，分解温度较低，分解速度快且分解率高，生成的多晶硅产品纯度高。但是缺点也突出：硅烷不但制造成本较高，而且易燃、易爆、安全性差，硅烷的灌装和运输安全隐患大，国外的硅烷工厂曾发生过严重的爆炸事故。据中国粉体网编辑的了解，目前国内硅烷法大多处于试验阶段，国外的硅烷法工厂也仅有只有挪威REC公司、美国MEMC公司等少数几家。
冶金法
冶金法是利用物理方法生产太阳能级多晶硅，其典型工艺是将纯度高的冶金硅进行水平区熔单向凝固成硅锭，去除硅锭的外表部分和金属杂质聚集的部分后，将硅锭粗粉碎并清洗，并在等离子体熔解炉中去除硼杂质，然后二次区熔单向凝固成硅锭，再次除去外表部分和金属杂质聚集的部分然后粗粉碎和清洗，最后在电子束熔解炉中除去磷和碳杂质直接生成太阳能级多晶硅。目前，冶金法多晶硅的规模化程度不是很高，还不能完全稳定保持6N的纯度。
冶金法的主要优点是，其工艺要比改良西门子法简单、三废排放较少、综合电耗也低许多，目前国内外均有科研机构对新型高效的冶金法进行研究。冶金法的主要缺点是，提纯的多晶硅产品中金属杂质含量较高，而且存在晶界密度高、错位等结构缺陷问题，导致制成的光伏电池的光电转换率低、易衰减。
挪威Elkem的情况显示，冶金法多晶硅必须与电子级多晶硅掺杂后才能满足太阳能级多晶硅的基本条件，制成转化率15%~16.5%的太阳能光伏电池。
（来源：《太阳能级多晶硅》国家标准）
参考来源：
光伏巨头隆基股份到国外买硅料，光伏最上游扩产潮来了；每日经济新闻2021.2
张学强：改良西门子法多晶硅质量影响因素研究；天津大学化工学院2016.10
王敬蕊，等：太阳能用多晶硅料技术概述及技术进展；国电光伏(江苏)有限公司2012.11
（中国粉体网编辑整理/平安）
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