多晶硅产业发展浅析

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多晶硅产业发展浅析
中国电子材料行业协会经济技术管理部鲁瑾祝大同李清岩
1．世界多晶硅生产及市场发展
  C: e- }# v$ S2 C% B1．1 太阳能电池对多晶硅材料需求量迅速增长
近年来，受到硅太阳能电池发展所驱动，多晶硅市场得以迅猛增长；未来的世界多晶硅生产与技术的发展同样也对硅太阳能电池产业的发展会带来深深的影响。
* {. b% X9 q' u, G* m# O2 e9 U6 H- Q; s目前世界太阳能发电的装置累积量最大的国家是德国。到2004 年，它所累积建设的太阳能发电装置发电量已达到363MW；2005 年迅速增加到了1429MW 。欧洲市场中，除德国继续维持高速的增长势态外，西班牙、意大利、葡萄牙、挪威的市场已经兴起。全世界处于第二位的是日本（发电量在1422MW）。在亚洲，除日本外，2006 年韩国的安装量也有较大幅度的增长；在北美地区，美国加利福尼亚洲于2006 年8 月通过“百万太阳能屋顶计划”立法，该计划总耗资33.5 亿美元，将完成3,000MWp 的太阳能系统建设。2006 年前三季度美国市场已经安装86.7MWp ，预计2006 年全年安装容量在120~-130MWp，2007 年将达到170MWp 。新兴的光伏产业，具有广阔的发展前景，据日本太阳光发电协会预测，世界太阳能电池产值今后多年将以年增长率为40~50% 的高速发展。到2020 年世界的太阳能电池发电能力将达到20GW 左右，到2030 年会突破77GW 。
2005 年世界的太阳能电池生产量达到1.8GWp，Photo International 预计2006 年太阳能电池的产量将达到2.6GWp 。据日本《金属时评》报导，2005 年世界上目前主要大型太阳能电池生产厂及其市场占有率排序如下：日本夏普（占24.8%）；德国的Q Cells（占9.3 %）；日本京瓷（占8.2 %）；三洋电机（占7.2 %）；日本三菱电机（占5.8%）；德国的Schott Solar（占
; l) }+ `2 V( d0 {' ]/ h1 n5.5 %）；美国BP Solar （占5.2 % ）等。2006 年国际电池片产量市场占有率大致上会维持05年的格局，全球最大的十大厂家基本上还是会占据接近90%左右的市场份额，主要原因在于这些厂家由于多年在该领域的运作，与原料供应商有比较良好的合作关系与基础，相对来说，原料的供应具有较好的稳定性。
目前世界最大的太阳能电池的生产国是日本，但随着世界其它国家、地区在太阳能电池方面的快速发展，它在太阳能电池的市场占有率上已开始由2004 年的52% 下降到48%。
2 F" Q- ]$ ?0 Z3 p" k今后太阳能发电产业面临着重要课题，就是使太阳能电池的成本有大幅度的下降。现在的太阳能电池每小时发电1kW，需要40 日元（合0.375 美元）的费用。预测2010 年其费用可降到0.20 美元，2020 年下降到0.13 美元，2030 年下降到0.06 美元。在降低太阳能电池制造成本的工作中，大幅度的降低它所用材料的成本，是十分重要的途径。包括硅材料在内的各种太阳能电池所用的材料，如果它没有高的光电转化率，如果它没有可下降制造成本空间的优势，那么它就无法在太阳能电池应用市场上获得竞争优势，无法长期在市场中生存下去。
表1 给出了当前在太阳能电池上，采用各种材料所占的市场比例。其中整个硅材料占太阳能电池应用市场的85% ，多晶硅占56 % 。
表1 太阳能电池用各种材料所占比例
多晶硅 单晶硅 无定形硅（α-Si）  α-Si/ 单晶硅 带硅 化合物半导体（CdTe 和CIGS）  
$ o3 T$ l9 ~3 a* H/ ~/ O所占市场比例 56%  29%  5%  5%  3%  1%  
3 k; J) i0 m& d/ N4 d' p. F
! P0 x- I5 ~( i, Z0 h多晶硅市场的紧缺，价格的不断提升，致使太阳能电池组件的价格在过去30 个月里一直保持着上升趋势。直到2006 年底，根据Solarbuzz 公布的数据，欧洲和美国太阳能电池组件市场的价格才逐渐平稳并出现了下降的苗头（如图1）。

图1 欧洲以及美国太阳能电池组件零售价格走势
& Y% e# |5 h& [7 E" }% `+ c: J世界上以减少硅材料用量、降低成本为主要目标的非晶硅太阳能电池的研发制备工作近期也出现不少的新成果，有些非晶硅材料的太阳能电池已开始实现了工业化生产。这里举例典型的三种新型薄膜太阳能电池的发展实况。
日本京瓷公司公布了将直径1mm 以下的球状硅敷在太阳能电池基板上的试验方案。这一制作太阳能电池工艺，可将Si 的使用量减少1/5 。
( r6 J# q+ ~8 o, ^& F" J0 n夏普公司开发出用纳米级Si 微粒子与α-Si 共同组合成一体的Si 基板。它的厚度为2μm， 只有Si 结晶基板的1/100 。夏普还在Si 基板表面附上薄薄的硅溶液，使得电池的光电转换效率提高到了15.2% （单晶硅型）和15.8% （多晶硅型）。
" N! `* q# K: X- t# t; a% y7 Fフジプレアム公司开发出集光型球状硅制作太阳能电池。它的Si 的使用量可比一般硅太阳能电池减少1/5~1/7 。
* X( g: n2 j! y" z+ U4 w近期在日本《金属时评》（第1992 期，2006 年7 月出版）编辑部撰写的“晶硅材料在太阳能电池应用的地位”一文中，对多晶硅在太阳能电池领域的未来市场情况，作了如下几点的预测：
（1）尽管如上述的非晶硅薄膜太阳电池研发、转向工业化的工作正在积极的开展，但在2010 年以前，多晶硅仍是占据太阳能电池用材料的主流地位。其它可应用于太阳能电池上的非晶硅材料，在今后几年仍没有“能力”与多晶硅材料在太阳能电池材料市场上相抗衡。
8 @& b# b; x* e（2）预测到2010 年世界太阳能电池将发展到4 千兆瓦至10 千兆瓦的市场规模。如果设定1GW 的太阳能电池需要消费8000—10000 吨多晶硅，将2010 年太阳能发电量建成规模预测为7GW，那么在制造7GW 的太阳能电池中，需要消费63000 吨多晶硅（以9000 吨/GW 的消费量计）。太阳能电池用需要量的这一推算值，《金属时评》考虑到了其它变化因素确定的对世界未来太阳能电池用多晶硅需求的预测值（见表1）。
（3）多晶硅的价格已经不断攀升了有两年时间。目前，半导体用多晶硅的市场售价已涨到65—70 美元/kg，原半导体用多晶硅为50—55 美元/kg。预测在2007 年还将涨价20%， 其中太阳能电池用多晶硅的市场价格会达到60—80 美元/kg 。硅材料如此高的价格，使得硅太阳能电池发展受阻。同时也更加刺激了各类非晶硅薄膜太阳电池研制的积极开展。
6 F/ G9 r+ Y% J5 J, U4 L: d6 l
（4）随着未来几年世界多晶硅生产厂家的扩产和“新军”的加入，持续几年的世界多晶硅供应紧张的局面会在2009 年~2010 年趋于缓解。太阳能级多晶硅的价格也随之有所回落到50~60 美元/kg 的水准。但采用改良西门子法生产的多晶硅价格，不会跌落到50 美元/kg 台阶以下。而采用VLD 工艺法的多晶硅，可能在2009 年间有较大量的出现在市场后，它的价格会定在40 美元/kg 左右。但在做各种不同工艺法的市场价格预测时，特别应该注意的是还应考虑来自社会、市场等其它因素对此价格的影响。


1.2 对未来世界多晶硅生产能力和市场需求的预测
日本《金属时评》近期对世界多晶硅的生产能力和市场需求作了统计、预测（见表2）。
表2 世界未来多晶硅生产能力和市场需求的统计、预测单位：吨
0 @8 L) B+ i% Y: K/ o2005  2006  2007  2008  2009  2010  
2 n! ?/ U$ {+ i! S- e' P  Q. `* y供 生产总量 28750  32950  332000  42850  56350  64250  
给 半导体用 20250  19250  19250  22400  23000  23900  
量 太阳能电池用  8500  13700  13700  20450  33350  40350  
需 需求总量 34000  38900  44590  51200  58900  67900  
求 半导体用 19000  20900  22900  25300  27800  30600  
8 W- ~6 z" Z2 R1 q: ]- X量 太阳能电池用 15000  18000  21600  25900  31100  37300  
缺 半导体应用领域 +1250  —1650  —3490  —2900  —4800  —6700  
口 太阳能电池应用领域 —6500  —4300  —7900  —5450  +2250  + 3050  

. _) r: |" `+ e3 i0 x; j资料来源：《金属时评》NO1992.2006 年7 月25 日出版
根据表2 的统计的资料，2005 年世界多晶硅总生产量达到28750 吨。世界对多晶硅的需求是34000 吨。预测在2006 年世界多晶硅的产量会提高到32950 吨，但仍有5950 吨的缺口，供需关系仍持续着不平衡的态势。
预测到2010 年世界多晶硅的年生产量将实现64250 吨，而需求量仍高于生产量，对太阳能电池市场的供应量，已可在2009 年间得到满足，而半导体领域对多晶硅的需求量在2010 年内仍然有缺口（短缺量为6700 吨）。多晶硅市场总体仍表现出供不应求的局面。
《金属时评》对未来几年的多晶硅需求量的估计, 是以半导体需要量年增长率为10%, 太阳能电池需要量年增长率20% 为依据。尽管世界太阳能电池产值在未来几年以40—50%的年增长率在扩大，但由于它所需硅材料的紧缺，实际太阳能电池的生产量远远小于其产能，因此将其对多晶硅的需求量估计在以每年有20% 的增长率。
预测2006 年间在实际多晶硅生产的32950 吨中，有19250 吨的多晶硅产品供半导体产业所用，太阳能电池领域用多晶硅为13700 吨。世界多晶硅生产量的两大应用领域的比例为
58：42。预计到2010 年它的比例变化为37（半导体）：63（太阳能电池）。2010 年用于半导体的多晶硅年产量，预测达到23900 吨，比2005 年增加了18.0%。太阳能电池用多晶硅年产量预测要比2005 年增加374. 7 % ，达到40350 吨。这一数据表明，未来几年中多晶硅产业在产品结构、市场上将都有很大的变化。
' ~# Q+ M: V9 Y8 q" D" B2．世界主要多晶硅生产厂家的发展动向
2．1概述
5 m$ x- p" b  j* X6 A% s; g表3 统计、预测了世界多晶硅主要生产厂家未来几年中的产能与产品结构的发展变化。
表3 对未来几年世界主要多晶硅厂家在产能与产品结构方面的预测
- v, v- I5 {) c企业所在地、名称 2006 年  2008 年  2009 年  2010 年
3 K: m9 W( X2 s7 U0 D1 `半导 太阳能 半导 太阳能 半导 太阳能 半导 太阳能
: e1 W" S& q) ?/ R+ o2 o; G3 d$ X+ X体用 电池用 体用 电池用 体用 电池用 体用 电池用
日本 Tokuyama  4200  1000  4200  1100  4200  2000  4200  2000  
Mitsubishi  1450  200  1450  200  1450  200  1450  200  
% o9 K! |5 L6 J4 W0 uSumitomo  800  0  1300  —  1300  —  1300  —  
美国 Hemlock  5000  3000  5000  7100  5000  9500  5000  14000  
ASiMi  1500  1500  2000  3000  2000  3000  2000  3000  
SGS  —  2000  —  8500  —  8500  —  8500  
MEMC  1200  1100  1300  1400  1500  1500  2000  3000  
Mitsubishi  1100  100  1350  150  1350  150  1350  150  
欧洲 Wacker ( 德)  3200  2800  5000  5500  5000  8500  5000  9500  
, v) w/ `  j$ D; A( GMEMC (美)  800  —  800  —  1200  —  1600  —  
  j7 ^1 m; S3 C, f1 w; E, z合计  19250  13700  22400  20450  23000  33350  23900  49350  

从表3 中可看出，到2010 年多晶硅主要厂家按产能的排序为：美国的Hemlock 为19000 吨、德国的Wacker 为14500 吨、美国的先进硅材料公司（ASiMi）为13500 吨、美国的MEMC （工厂设在德国）为6600 吨。这四家多晶硅厂家在2006 年的共计产能占世界总产能的73% 。

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2．2 国外多晶硅生产厂产能增加的动态
) ?! K- e; O  [1 }! W7 h世界主要原多晶硅生产的扩产及新厂的筹建情况见表4 所示。除以上的表3 所述的国外几家多晶硅大公司有扩产计划以外，还在德国、日本、西班牙、韩国等国家的大公司也在近期宣布涉足多晶硅生产，它们将成为世界多晶硅产业的“新军”。
+ ^* v4 c9 Z" G% E: m2 p% b: F表4 世界主要原多晶硅生产的扩产及新厂的筹建情况
厂家 多晶硅扩产或筹建情况
2 {0 w: M4 @( A$ X6 @! b1 \6 V1 r2 g5 c7 oHemlock Semi 公司 计划在2008 年和2009 年中，将分别再扩大4500 吨，到2010 年达到1.9 万吨的规模。在实施这一系列的扩产计划中，将继续采用原有的改良西门子工艺方法，以每台机组生产700 吨多晶硅为一生产单元的设计方针。同时从2006 年起扩大1. 1 万吨的新增多晶硅部分，主要是增加用于太阳能电池的多晶硅品种。
Wacker 公司  2007 年将博格豪森生产基地由原有5500 吨/年的多晶硅能力，增强到10000 吨，2008 年继续再开始扩产建设，至2010 年达到1.45 万吨的规模。在今后几年的多晶硅产能增加部分中，太阳能级多晶硅的产能约占80% 。
* ]* Q" `) Z% L. ~1 Q- g" b德山公司 2006 年中， 它的半导体级多晶硅生产能力（5300 吨/年），仅低于Hemlock Semi  

（Tokuyam a）  公司居世界诸家多晶硅生产厂家半导体级多晶硅产量排名的第二位。经多年研发的VLD（熔融析出法）新工艺的验证设备，在2006 年内已确立成为规模化生产的工艺路线。
) v( a! K, E1 D( b7 W先进硅材料公司（ASiMi）  多年来一直采用独有的ASiMi 工艺法生产多晶硅。该公司以前是以生产半导体级多晶硅为主，现在它的SGS 公司现已转为专业化生产太阳能级多晶硅的工厂，同时该公司也制定了在自己的母厂（ASiMi）发展太阳能级多晶硅生产的长远计划。SGS 公司现在有2000 吨的年产太阳能级多晶硅的能力，到2009 年它将发展到年产8500 吨太阳能级多晶硅的规模。
$ y& y2 I8 c5 a# t# UMEMC 公司  MEMC 公司即是一直采用MEMC 工艺生产粒状多晶硅的厂家，又是世界上生产单晶硅的大型企业。因此在发展太阳能电池用多晶硅方面，它一直处于观望的态度，至今并没有该公司要生产太阳能级多晶硅的消息。近期，MEMC 公司有扩大多晶硅生产能力的意向，并将计划在2010 年时实现。
/ ]3 ?* J$ r! H& z三菱多晶硅（MPOLY ) 、住友钛（Sumitomo）  两家日本企业的多晶硅生产能力，分别占世界多晶硅总产能的5.17% 和2.59% 。两家所生产的多晶硅，全部提供给日本三菱住友公司所用。三菱多晶硅公司在美国工厂增加300 吨规模的建设已经在开始实施。住友材料公司计划到2008 年内将现有800 吨/年的半导体级多晶硅产能，增加至1300 吨，而在生产太阳能电池用多晶硅方面。
. W# D8 p% W% q) w5 l世界其它新 2006 年6 月，日本新日铁公司在八幡市开始投建月产太阳能级多晶硅40 吨的太阳能级多晶硅项目，并计划在2007 年下半年投产。项目的资本金为3 亿日元，采用以冶金工艺为基础的经过Pilot Plant 实验而独自开发的生产技术。
" o- f8 h* ~! V: E建多晶硅生产厂 日本JFE 制钢公司于2006 年开始建设年产100 吨的多晶硅试验工厂。他们以熔融工业硅为原料，采用等离子焰、电子束和定向凝固方法分别去除硼、磷和金属杂质，提高工业硅的纯度。规模为年产500 到1000 吨的生产厂正在积极筹建之中，预计在2007 年投产。
德国德固赛（Degussa） 在德国Rheinfelden 建一座硅烷工厂，再用硅烷生产出多晶硅。这座多晶硅生产厂预计于2008 年9 月投产，产能为800 吨/年。
  ~1 \8 V; m6 Y6 A0 y2006 年西班牙安达卢西亚宣布建造西班牙第一家多晶硅工厂。该项目投资2.5 亿欧元。预计建设周期30 个月，年产能预计为2500 吨。
韩国DC Chemical 宣布将投资2500 亿韩元（2.6 亿美元）建立工厂生产多晶硅，服务于半导体及太阳能电池行业。
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3．国内多晶硅产业发展动态
我国的多晶硅产业近几十年走过一段发展中的弯路。至2005 年国内多晶硅的实际产量仅有160 吨。到2006 年产能达到了400 吨。所需的多晶硅有95% 要依靠国外高价进口。在“多晶硅危机”、“太阳能电池大潮的涌动之下，在2005 年—2006 年的两年间，”国内轰轰烈烈、大上快上多晶硅项目（见图2）。

1 i; G% |9 ?. O9 {3 U( O5 C图2 我国在近两年来筹建、扩建、新建的多晶硅项目统计（资料来源于互联网、媒体报道）
( U; x' I$ Q, D: b( j' B“忽如一夜春风来”，根据上图的统计（截止到2007 年1 月）国内共有17 个省上马和筹建约35 个多晶硅项目。它们的产能（按照一期工程计）初步统计已达5.5 万多吨，预计投放的资金多达4 百亿元以上。
近几年国内多晶硅实际需求量在1 万吨左右，对已有基础条件的多晶硅生产企业，应加大产业化新技术的突破，同时新建2~3 家多晶硅生产线，形成中国的多晶硅产业是必要的。但同时应看到，当前我国多晶硅工程投资过热，国内上马和筹建项目产能初步统计已达5 万多吨，预计投放的资金量达400 亿元以上，国内多晶硅产能将面临严重过剩的局面，新建项目一定要慎重，建议国家有关部门需加强宏观引导。
多晶硅产品纯度高，工艺要求严格，行业技术进步快，研究费用投入大，生产中的副产物和三废处理投入较大，产业链和规模效应明显；国内多晶硅厂家将在人才、生产成本、产品质量和价格等方面面临严峻挑战； 建议国家有关部门研究出台对幼稚工业（多晶硅）的保护政策。
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