۱. زنجیره صنعت پلیسیلیکون: فرآیند تولید پیچیده است و بخش پاییندستی بر نیمهرساناهای فتوولتائیک تمرکز دارد
پلیسیلیکون عمدتاً از سیلیکون صنعتی، کلر و هیدروژن تولید میشود و در بالادست زنجیرههای صنعت فتوولتائیک و نیمههادی قرار دارد. طبق دادههای CPIA، روش اصلی فعلی تولید پلیسیلیکون در جهان روش اصلاحشده زیمنس است، به جز چین، بیش از ۹۵٪ پلیسیلیکون با روش اصلاحشده زیمنس تولید میشود. در فرآیند تهیه پلیسیلیکون با روش بهبودیافته زیمنس، ابتدا گاز کلر با گاز هیدروژن ترکیب میشود تا کلرید هیدروژن تولید شود و سپس پس از خرد کردن و آسیاب کردن سیلیکون صنعتی، با پودر سیلیکون واکنش میدهد تا تریکلروسیلان تولید شود که با گاز هیدروژن بیشتر احیا میشود تا پلیسیلیکون تولید شود. سیلیکون پلیسیلیکون را میتوان ذوب و سرد کرد تا شمشهای سیلیکون پلیسیلیکون ساخته شود و سیلیکون تکسیلیکون را نیز میتوان با روش چکرالسکی یا ذوب منطقهای تولید کرد. در مقایسه با سیلیکون پلیسیلیکون، سیلیکون تکسیلیکون از دانههای کریستالی با جهتگیری کریستالی یکسان تشکیل شده است، بنابراین رسانایی الکتریکی و راندمان تبدیل بهتری دارد. شمشهای سیلیکونی پلیکریستالی و میلههای سیلیکونی تککریستالی را میتوان بیشتر برش داد و به ویفرها و سلولهای سیلیکونی تبدیل کرد که به نوبه خود به بخشهای کلیدی ماژولهای فتوولتائیک تبدیل میشوند و در حوزه فتوولتائیک مورد استفاده قرار میگیرند. علاوه بر این، ویفرهای سیلیکونی تککریستالی را میتوان با سنگزنی مکرر، صیقلکاری، اپیتاکسی، تمیز کردن و سایر فرآیندها به ویفرهای سیلیکونی تبدیل کرد که میتوانند به عنوان مواد زیرلایه برای دستگاههای الکترونیکی نیمهرسانا استفاده شوند.
میزان ناخالصی پلیسیلیکون به شدت مورد نیاز است و این صنعت دارای ویژگیهای سرمایهگذاری بالا و موانع فنی بالا است. از آنجایی که خلوص پلیسیلیکون به طور جدی بر فرآیند کشش سیلیکون تک کریستالی تأثیر میگذارد، الزامات خلوص بسیار سختگیرانه است. حداقل خلوص پلیسیلیکون ۹۹.۹۹۹۹٪ و بالاترین آن بینهایت نزدیک به ۱۰۰٪ است. علاوه بر این، استانداردهای ملی چین الزامات روشنی را برای میزان ناخالصی ارائه میدهند و بر این اساس، پلیسیلیکون به درجههای I، II و III تقسیم میشود که محتوای بور، فسفر، اکسیژن و کربن یک شاخص مرجع مهم است. "شرایط دسترسی به صنعت پلیسیلیکون" تصریح میکند که شرکتها باید یک سیستم بازرسی و مدیریت کیفیت قوی داشته باشند و استانداردهای محصول کاملاً با استانداردهای ملی مطابقت داشته باشند. علاوه بر این، شرایط دسترسی نیز مستلزم مقیاس و مصرف انرژی شرکتهای تولید پلیسیلیکون، مانند پلیسیلیکون درجه خورشیدی و درجه الکترونیکی است. مقیاس پروژه به ترتیب بیش از 3000 تن در سال و 1000 تن در سال است و حداقل نسبت سرمایه در سرمایهگذاری پروژههای ساخت و ساز جدید و بازسازی و توسعه نباید کمتر از 30٪ باشد، بنابراین پلیسیلیکون یک صنعت سرمایهبر است. طبق آمار CPIA، هزینه سرمایهگذاری تجهیزات خط تولید پلیسیلیکون 10000 تنی که در سال 2021 به بهرهبرداری رسیده است، اندکی افزایش یافته و به 103 میلیون یوان در هر کیلوتن رسیده است. دلیل آن افزایش قیمت مواد فلزی فله است. انتظار میرود که هزینه سرمایهگذاری در آینده با پیشرفت فناوری تجهیزات تولید افزایش یابد و با افزایش اندازه، مونومر کاهش یابد. طبق مقررات، مصرف برق پلیسیلیکون برای کاهش Czochralski درجه خورشیدی و الکترونیکی باید به ترتیب کمتر از 60 کیلووات ساعت بر کیلوگرم و 100 کیلووات ساعت بر کیلوگرم باشد و الزامات مربوط به شاخصهای مصرف انرژی نسبتاً سختگیرانه است. تولید پلیسیلیکون معمولاً به صنایع شیمیایی تعلق دارد. فرآیند تولید نسبتاً پیچیده است و آستانه مسیرهای فنی، انتخاب تجهیزات، راهاندازی و بهرهبرداری بالا است. فرآیند تولید شامل واکنشهای شیمیایی پیچیده زیادی است و تعداد گرههای کنترلی بیش از 1000 است. برای تازهواردان دشوار است که به سرعت بر مهارتهای پیشرفته تسلط یابند. بنابراین، موانع سرمایهای و فنی بالایی در صنعت تولید پلیسیلیکون وجود دارد که تولیدکنندگان پلیسیلیکون را نیز به انجام بهینهسازی فنی دقیق جریان فرآیند، بستهبندی و فرآیند حمل و نقل ترغیب میکند.
۲. طبقهبندی پلیسیلیکون: خلوص، کاربرد را تعیین میکند و درجه خورشیدی، جریان اصلی را اشغال میکند
سیلیکون پلی کریستالی، نوعی سیلیکون عنصری، از دانههای کریستالی با جهتگیریهای کریستالی مختلف تشکیل شده است و عمدتاً توسط فرآوری صنعتی سیلیکون خالصسازی میشود. ظاهر پلی سیلیکون، براق فلزی خاکستری است و نقطه ذوب آن حدود 1410 درجه سانتیگراد است. در دمای اتاق غیرفعال و در حالت مذاب فعالتر است. پلی سیلیکون دارای خواص نیمههادی است و یک ماده نیمههادی بسیار مهم و عالی است، اما مقدار کمی ناخالصی میتواند رسانایی آن را تا حد زیادی تحت تأثیر قرار دهد. روشهای طبقهبندی زیادی برای پلی سیلیکون وجود دارد. علاوه بر طبقهبندی فوق طبق استانداردهای ملی چین، سه روش طبقهبندی مهم دیگر در اینجا معرفی شده است. بر اساس الزامات و کاربردهای مختلف خلوص، پلی سیلیکون را میتوان به پلی سیلیکون درجه خورشیدی و پلی سیلیکون درجه الکترونیکی تقسیم کرد. پلی سیلیکون درجه خورشیدی عمدتاً در تولید سلولهای فتوولتائیک استفاده میشود، در حالی که پلی سیلیکون درجه الکترونیکی به طور گسترده در صنعت مدارهای مجتمع به عنوان ماده اولیه برای تراشهها و سایر تولیدات استفاده میشود. خلوص پلی سیلیکون گرید خورشیدی ۶ تا ۸ نیوتن است، یعنی کل ناخالصی مورد نیاز باید کمتر از ۱۰-۶ باشد و خلوص پلی سیلیکون باید به ۹۹.۹۹۹۹٪ یا بیشتر برسد. الزامات خلوص پلی سیلیکون گرید الکترونیکی سختگیرانهتر است، با حداقل ۹ نیوتن و حداکثر جریان ۱۲ نیوتن. تولید پلی سیلیکون گرید الکترونیکی نسبتاً دشوار است. تعداد کمی از شرکتهای چینی وجود دارند که به فناوری تولید پلی سیلیکون گرید الکترونیکی تسلط یافتهاند و هنوز هم نسبتاً به واردات وابسته هستند. در حال حاضر، خروجی پلی سیلیکون گرید خورشیدی بسیار بیشتر از پلی سیلیکون گرید الکترونیکی است و اولی حدود ۱۳.۸ برابر دومی است.
با توجه به تفاوت ناخالصیهای آلایش و نوع رسانایی مواد سیلیکونی، میتوان آن را به نوع P و نوع N تقسیم کرد. هنگامی که سیلیکون با عناصر ناخالصی پذیرنده مانند بور، آلومینیوم، گالیم و غیره آلایش میشود، رسانایی حفرهای غالب است و نوع P است. هنگامی که سیلیکون با عناصر ناخالصی دهنده مانند فسفر، آرسنیک، آنتیموان و غیره آلایش میشود، رسانایی الکترونی غالب است و نوع N است. باتریهای نوع P عمدتاً شامل باتریهای BSF و باتریهای PERC هستند. در سال 2021، باتریهای PERC بیش از 91 درصد از بازار جهانی را به خود اختصاص خواهند داد و باتریهای BSF از بازار حذف خواهند شد. در طول دورهای که PERC جایگزین BSF میشود، راندمان تبدیل سلولهای نوع P از کمتر از 20٪ به بیش از 23٪ افزایش یافته است که تقریباً به حد بالای نظری 24.5٪ نزدیک میشود، در حالی که حد بالای نظری سلولهای نوع N 28.7٪ است و سلولهای نوع N راندمان تبدیل بالایی دارند. با توجه به مزایای نسبت دو وجهی بالا و ضریب دمای پایین، شرکتها شروع به استقرار خطوط تولید انبوه برای باتریهای نوع N کردهاند. طبق پیشبینی CPIA، نسبت باتریهای نوع N در سال 2022 از 3٪ به 13.4٪ به طور قابل توجهی افزایش خواهد یافت. انتظار میرود که در پنج سال آینده، تکرار باتری نوع N به باتری نوع P آغاز شود. با توجه به کیفیت سطح مختلف، میتوان آن را به مواد متراکم، مواد گل کلمی و مواد مرجانی تقسیم کرد. سطح مواد متراکم کمترین درجه تقعر، کمتر از 5 میلیمتر، بدون ناهنجاری رنگی، بدون لایه بین اکسیداسیون و بالاترین قیمت را دارد. سطح ماده گل کلمی دارای تقعر متوسطی، 5-20 میلیمتر، سطح مقطع متوسط و قیمت متوسط است. در حالی که سطح ماده مرجانی تقعر جدیتری دارد، عمق آن بیشتر از 20 میلیمتر، سطح مقطع آن سست و قیمت آن پایینترین است. ماده متراکم عمدتاً برای استخراج سیلیکون تکبلوری استفاده میشود، در حالی که ماده گل کلمی و ماده مرجانی عمدتاً برای ساخت ویفرهای سیلیکونی چندبلوری استفاده میشوند. در تولید روزانه شرکتها، میتوان ماده متراکم را با حداقل 30٪ ماده گل کلمی آلایش داد تا سیلیکون تکبلوری تولید شود. هزینه مواد اولیه قابل صرفهجویی است، اما استفاده از ماده گل کلمی تا حدی راندمان کشش کریستال را کاهش میدهد. شرکتها باید پس از توزین این دو، نسبت آلایش مناسب را انتخاب کنند. اخیراً، اختلاف قیمت بین ماده متراکم و ماده گل کلمی اساساً در 3 یوان بر کیلوگرم تثبیت شده است. اگر اختلاف قیمت بیشتر شود، شرکتها ممکن است آلایش بیشتر ماده گل کلمی را در کشش سیلیکون تکبلوری در نظر بگیرند.
۳. فرآیند: روش زیمنس جریان اصلی را اشغال میکند و مصرف برق به کلید تغییر فناوری تبدیل میشود
فرآیند تولید پلی سیلیکون تقریباً به دو مرحله تقسیم میشود. در مرحله اول، پودر سیلیکون صنعتی با کلرید هیدروژن بیآب واکنش داده میشود تا تریکلروسیلان و هیدروژن به دست آید. پس از تقطیر و خالصسازی مکرر، تریکلروسیلان گازی، دیکلرودیهیدروسیلیکون و سیلان به دست میآید. مرحله دوم، کاهش گاز با خلوص بالا به سیلیکون بلوری است و مرحله کاهش در روش اصلاحشده زیمنس و روش بستر سیال سیلان متفاوت است. روش بهبودیافته زیمنس دارای فناوری تولید بالغ و کیفیت بالای محصول است و در حال حاضر پرکاربردترین فناوری تولید است. روش سنتی تولید زیمنس استفاده از کلر و هیدروژن برای سنتز کلرید هیدروژن بیآب، کلرید هیدروژن و سیلیکون صنعتی پودری برای سنتز تریکلروسیلان در دمای خاص و سپس جداسازی، اصلاح و خالصسازی تریکلروسیلان است. سیلیکون در یک کوره کاهش هیدروژن تحت یک واکنش کاهش حرارتی قرار میگیرد تا سیلیکون عنصری رسوبشده روی هسته سیلیکونی به دست آید. بر این اساس، فرآیند بهبود یافته زیمنس همچنین به یک فرآیند پشتیبانی برای بازیافت مقدار زیادی از محصولات جانبی مانند هیدروژن، کلرید هیدروژن و تتراکلرید سیلیکون تولید شده در فرآیند تولید مجهز شده است، که عمدتاً شامل بازیابی گاز انتهایی احیا و فناوری استفاده مجدد از تتراکلرید سیلیکون است. هیدروژن، کلرید هیدروژن، تری کلروسیلان و تتراکلرید سیلیکون در گاز خروجی با بازیابی خشک جدا میشوند. هیدروژن و کلرید هیدروژن را میتوان برای سنتز و خالصسازی با تری کلروسیلان دوباره استفاده کرد و تری کلروسیلان مستقیماً در احیای حرارتی بازیافت میشود. خالصسازی در کوره انجام میشود و تتراکلرید سیلیکون برای تولید تری کلروسیلان هیدروژنه میشود که میتواند برای خالصسازی استفاده شود. این مرحله همچنین عملیات هیدروژناسیون سرد نامیده میشود. با تحقق تولید مدار بسته، شرکتها میتوانند مصرف مواد اولیه و برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهند و در نتیجه به طور موثر در هزینههای تولید صرفهجویی کنند.
هزینه تولید پلی سیلیکون با استفاده از روش بهبود یافته زیمنس در چین شامل مواد اولیه، مصرف انرژی، استهلاک، هزینههای فرآوری و غیره است. پیشرفت تکنولوژی در صنعت به طور قابل توجهی هزینه را کاهش داده است. مواد اولیه عمدتاً به سیلیکون صنعتی و تری کلروسیلان اشاره دارند، مصرف انرژی شامل برق و بخار است و هزینههای فرآوری به هزینههای بازرسی و تعمیر تجهیزات تولید اشاره دارد. طبق آمار Baichuan Yingfu در مورد هزینههای تولید پلی سیلیکون در اوایل ژوئن 2022، مواد اولیه با 41٪ از کل هزینه، بالاترین هزینه را دارند که سیلیکون صنعتی منبع اصلی سیلیکون است. مصرف واحد سیلیکون که معمولاً در صنعت استفاده میشود، نشان دهنده میزان سیلیکون مصرف شده به ازای هر واحد از محصولات سیلیکون با خلوص بالا است. روش محاسبه این است که تمام مواد حاوی سیلیکون مانند پودر سیلیکون صنعتی برون سپاری شده و تری کلروسیلان را به سیلیکون خالص تبدیل کنید و سپس کلروسیلان برون سپاری شده را بر اساس مقدار سیلیکون خالص تبدیل شده از نسبت محتوای سیلیکون کسر کنید. طبق دادههای CPIA، سطح مصرف سیلیکون در سال ۲۰۲۱ با ۰.۰۱ کیلوگرم بر کیلوگرم Si به ۱.۰۹ کیلوگرم بر کیلوگرم Si کاهش خواهد یافت. انتظار میرود با بهبود عملیات هیدروژناسیون سرد و بازیافت محصولات جانبی، این میزان تا سال ۲۰۳۰ به ۱.۰۷ کیلوگرم بر کیلوگرم Si کاهش یابد. طبق آمار ناقص، مصرف سیلیکون پنج شرکت برتر چینی در صنعت پلیسیلیکون کمتر از میانگین صنعت است. مشخص است که دو شرکت از آنها به ترتیب ۱.۰۸ کیلوگرم بر کیلوگرم Si و ۱.۰۵ کیلوگرم بر کیلوگرم Si در سال ۲۰۲۱ مصرف خواهند کرد. دومین نسبت بالا، مصرف انرژی است که در مجموع ۳۲٪ را تشکیل میدهد و از این میزان، برق ۳۰٪ از کل هزینه را تشکیل میدهد که نشان میدهد قیمت برق و راندمان هنوز عوامل مهمی برای تولید پلیسیلیکون هستند. دو شاخص اصلی برای اندازهگیری راندمان توان، مصرف جامع برق و مصرف برق کاهشی است. مصرف برق کاهشی به فرآیند کاهش تریکلروسیلان و هیدروژن برای تولید مواد سیلیکونی با خلوص بالا اشاره دارد. مصرف برق شامل پیشگرمایش و رسوبگذاری هسته سیلیکونی، حفظ حرارت، تهویه نهایی و سایر فرآیندهای مصرفی برق است. در سال 2021، با پیشرفت تکنولوژی و استفاده جامع از انرژی، میانگین مصرف برق جامع تولید پلیسیلیکون 5.3 درصد نسبت به سال قبل کاهش یافته و به 63 کیلووات ساعت بر کیلوگرم سیلیکون خواهد رسید و میانگین مصرف برق کاهشی نیز 6.1 درصد نسبت به سال قبل کاهش یافته و به 46 کیلووات ساعت بر کیلوگرم سیلیکون خواهد رسید که انتظار میرود در آینده بیشتر کاهش یابد. علاوه بر این، استهلاک نیز یک مورد مهم در هزینه است که 17 درصد را تشکیل میدهد. شایان ذکر است که طبق دادههای Baichuan Yingfu، کل هزینه تولید پلیسیلیکون در اوایل ژوئن 2022 حدود 55816 یوان بر تن، میانگین قیمت پلیسیلیکون در بازار حدود 260000 یوان بر تن و حاشیه سود ناخالص تا 70 درصد یا بیشتر بوده است، بنابراین تعداد زیادی از شرکتها را به خود جذب کرده است تا در ساخت ظرفیت تولید پلیسیلیکون سرمایهگذاری کنند.
دو راه برای تولیدکنندگان پلیسیلیکون برای کاهش هزینهها وجود دارد، یکی کاهش هزینههای مواد اولیه و دیگری کاهش مصرف برق. در مورد مواد اولیه، تولیدکنندگان میتوانند با امضای توافقنامههای همکاری بلندمدت با تولیدکنندگان سیلیکون صنعتی یا ایجاد ظرفیت تولید یکپارچه بالادستی و پاییندستی، هزینه مواد اولیه را کاهش دهند. به عنوان مثال، کارخانههای تولید پلیسیلیکون اساساً به تأمین سیلیکون صنعتی خود متکی هستند. در مورد مصرف برق، تولیدکنندگان میتوانند با استفاده از قیمتهای پایین برق و بهبود جامع مصرف انرژی، هزینههای برق را کاهش دهند. حدود 70 درصد از مصرف جامع برق، کاهش مصرف برق است و کاهش نیز یک حلقه کلیدی در تولید سیلیکون کریستالی با خلوص بالا است. بنابراین، بیشتر ظرفیت تولید پلیسیلیکون در چین در مناطقی با قیمت برق پایین مانند سین کیانگ، مغولستان داخلی، سیچوان و یوننان متمرکز شده است. با این حال، با پیشرفت سیاست دو کربنی، دستیابی به مقدار زیادی از منابع برق کمهزینه دشوار است. بنابراین، کاهش مصرف برق برای کاهش، امروزه یک راه عملیتر برای کاهش هزینه است. در حال حاضر، راه مؤثر برای کاهش مصرف برق کاهنده، افزایش تعداد هستههای سیلیکونی در کوره کاهنده و در نتیجه افزایش خروجی یک واحد است. در حال حاضر، انواع کورههای کاهنده رایج در چین ۳۶ جفت میله، ۴۰ جفت میله و ۴۸ جفت میله هستند. نوع کوره به ۶۰ جفت میله و ۷۲ جفت میله ارتقا یافته است، اما در عین حال، الزامات بالاتری را برای سطح فناوری تولید شرکتها نیز مطرح میکند.
در مقایسه با روش بهبود یافته زیمنس، روش بستر سیال سیلان سه مزیت دارد، یکی مصرف برق کم، دیگری خروجی بالای کشش کریستال و سوم اینکه ترکیب آن با فناوری پیشرفتهتر CCZ Continuous Czochralski مطلوبتر است. طبق دادههای شعبه صنعت سیلیکون، مصرف برق جامع روش بستر سیال سیلان ۳۳.۳۳٪ از روش بهبود یافته زیمنس و مصرف برق کاهشی ۱۰٪ از روش بهبود یافته زیمنس است. روش بستر سیال سیلان مزایای قابل توجهی در مصرف انرژی دارد. از نظر کشش کریستال، خواص فیزیکی سیلیکون دانهای میتواند پر کردن کامل بوته کوارتز در اتصال میله کشش سیلیکون تک کریستالی را آسانتر کند. سیلیکون پلی کریستالی و سیلیکون دانهای میتوانند ظرفیت شارژ بوته تک کوره را ۲۹٪ افزایش دهند، در حالی که زمان شارژ را ۴۱٪ کاهش میدهند و به طور قابل توجهی راندمان کشش سیلیکون تک کریستالی را بهبود میبخشند. علاوه بر این، سیلیکون دانهای قطر کمی دارد و سیالیت خوبی دارد که برای روش CCZ Continuous Czochralski مناسبتر است. در حال حاضر، فناوری اصلی کشش تک کریستال در قسمتهای میانی و پایینی، روش ریختهگری مجدد تک کریستال RCZ است که پس از کشیدن میله سیلیکونی تک کریستالی، کریستال را دوباره تغذیه و کشش میدهد. کشش همزمان انجام میشود که باعث صرفهجویی در زمان خنک شدن میله سیلیکونی تک کریستالی میشود، بنابراین راندمان تولید بالاتر است. توسعه سریع روش پیوسته چکرالسکی CCZ نیز تقاضا برای سیلیکون دانهای را افزایش میدهد. اگرچه سیلیکون دانهای دارای معایبی مانند پودر سیلیکون بیشتر تولید شده توسط اصطکاک، مساحت سطح بزرگ و جذب آسان آلایندهها و هیدروژن ترکیب شده به هیدروژن در حین ذوب است که به راحتی باعث پرش میشود، اما طبق آخرین اطلاعیههای شرکتهای سیلیکون دانهای مربوطه، این مشکلات در حال بهبود هستند و پیشرفتهایی حاصل شده است.
فرآیند بستر سیال سیلان در اروپا و ایالات متحده به بلوغ رسیده است و پس از معرفی شرکتهای چینی، در مراحل ابتدایی خود قرار دارد. در اوایل دهه 1980، سیلیکون دانهای خارجی به نمایندگی REC و MEMC شروع به بررسی تولید سیلیکون دانهای کردند و به تولید در مقیاس بزرگ دست یافتند. در میان آنها، ظرفیت کل تولید سیلیکون دانهای REC در سال 2010 به 10500 تن در سال رسید و در مقایسه با همتایان زیمنس خود در همان دوره، حداقل 2-3 دلار آمریکا در هر کیلوگرم مزیت هزینه داشت. به دلیل نیاز به کشش تک کریستال، تولید سیلیکون دانهای این شرکت راکد شد و در نهایت تولید را متوقف کرد و به یک سرمایهگذاری مشترک با چین روی آورد تا یک شرکت تولیدی برای تولید سیلیکون دانهای تأسیس کند.
۴. مواد اولیه: سیلیکون صنعتی ماده اولیه اصلی است و عرضه آن میتواند نیازهای انبساط پلیسیلیکون را برآورده کند.
سیلیکون صنعتی ماده اولیه اصلی برای تولید پلی سیلیکون است. انتظار میرود که تولید سیلیکون صنعتی چین از سال 2022 تا 2025 به طور پیوسته رشد کند. از سال 2010 تا 2021، تولید سیلیکون صنعتی چین در مرحله توسعه قرار دارد و میانگین نرخ رشد سالانه ظرفیت تولید و خروجی به ترتیب به 7.4٪ و 8.6٪ میرسد. طبق دادههای SMM، نرخ تازه افزایش یافتهظرفیت تولید سیلیکون صنعتیدر چین، این رقم در سالهای ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ به ترتیب ۸۹۰،۰۰۰ تن و ۱.۰۶۵ میلیون تن خواهد بود. با فرض اینکه شرکتهای سیلیکون صنعتی همچنان نرخ استفاده از ظرفیت و نرخ عملیاتی حدود ۶۰ درصد را در آینده حفظ کنند، ...ظرفیت تولید در سالهای ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ به ترتیب ۳۲۰،۰۰۰ تن و ۳۸۳،۰۰۰ تن افزایش تولید را به همراه خواهد داشت. طبق برآوردهای GFCI،ظرفیت تولید سیلیکون صنعتی چین در تاریخهای ۲۲/۲۳/۲۴/۲۵ حدود ۵.۹۰/۶۹۷/۶.۷۱/۶.۵ میلیون تن است که معادل ۳.۵۵/۳۹۱/۴.۱۸/۴.۳۸ میلیون تن میباشد.
نرخ رشد دو حوزه پاییندستی باقیمانده سیلیکون صنعتی روی هم رفته نسبتاً کند است و تولید سیلیکون صنعتی چین اساساً میتواند تولید پلیسیلیکون را تأمین کند. در سال 2021، ظرفیت تولید سیلیکون صنعتی چین 5.385 میلیون تن خواهد بود که معادل 3.213 میلیون تن خروجی است که از این میزان، پلیسیلیکون، سیلیکون آلی و آلیاژهای آلومینیوم به ترتیب 623000 تن، 898000 تن و 649000 تن مصرف خواهند داشت. علاوه بر این، نزدیک به 780000 تن از خروجی برای صادرات استفاده میشود. در سال 2021، مصرف پلیسیلیکون، سیلیکون آلی و آلیاژهای آلومینیوم به ترتیب 19٪، 28٪ و 20٪ از سیلیکون صنعتی را تشکیل خواهند داد. از سال 2022 تا 2025، انتظار میرود نرخ رشد تولید سیلیکون آلی در حدود 10٪ باقی بماند و نرخ رشد تولید آلیاژ آلومینیوم کمتر از 5٪ باشد. بنابراین، ما معتقدیم که میزان سیلیکون صنعتی که میتواند در سالهای 2022-2025 برای پلیسیلیکون استفاده شود، نسبتاً کافی است و میتواند نیازهای تولید پلیسیلیکون را به طور کامل برآورده کند.
۵. تامین پلیسیلیکون:چینموقعیت غالب را اشغال میکند و تولید به تدریج به شرکتهای پیشرو محدود میشود.
در سالهای اخیر، تولید جهانی پلیسیلیکون سال به سال افزایش یافته و به تدریج در چین متمرکز شده است. از سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱، تولید سالانه جهانی پلیسیلیکون از ۴۳۲۰۰۰ تن به ۶۳۱۰۰۰ تن افزایش یافته است که سریعترین رشد در سال ۲۰۲۱ با نرخ رشد ۲۱.۱۱٪ بوده است. در این دوره، تولید جهانی پلیسیلیکون به تدریج در چین متمرکز شده و نسبت تولید پلیسیلیکون چین از ۵۶.۰۲٪ در سال ۲۰۱۷ به ۸۰.۰۳٪ در سال ۲۰۲۱ افزایش یافته است. با مقایسه ده شرکت برتر در ظرفیت تولید جهانی پلیسیلیکون در سالهای ۲۰۱۰ و ۲۰۲۱، میتوان دریافت که تعداد شرکتهای چینی از ۴ به ۸ افزایش یافته و نسبت ظرفیت تولید برخی از شرکتهای آمریکایی و کرهای به طور قابل توجهی کاهش یافته و از ده تیم برتر مانند HEMOLOCK، OCI، REC و MEMC خارج شدهاند. تمرکز صنعت به طور قابل توجهی افزایش یافته است و کل ظرفیت تولید ده شرکت برتر این صنعت از 57.7٪ به 90.3٪ افزایش یافته است. در سال 2021، پنج شرکت چینی وجود دارند که بیش از 10٪ از ظرفیت تولید را تشکیل میدهند و در مجموع 65.7٪ را تشکیل میدهند. سه دلیل اصلی برای انتقال تدریجی صنعت پلی سیلیکون به چین وجود دارد. اول، تولیدکنندگان پلی سیلیکون چینی از نظر مواد اولیه، برق و هزینههای نیروی کار مزایای قابل توجهی دارند. دستمزد کارگران کمتر از کشورهای خارجی است، بنابراین هزینه کلی تولید در چین بسیار کمتر از کشورهای خارجی است و با پیشرفت فناوری همچنان کاهش خواهد یافت. دوم، کیفیت محصولات پلی سیلیکون چینی به طور مداوم در حال بهبود است که اکثر آنها در سطح درجه یک خورشیدی هستند و شرکتهای پیشرفته انفرادی در شرایط خلوص مورد نیاز قرار دارند. پیشرفتهایی در فناوری تولید پلیسیلیکون با گرید الکترونیکی بالاتر حاصل شده است که به تدریج جایگزینی پلیسیلیکون با گرید الکترونیکی داخلی را به جای واردات آغاز میکند و شرکتهای پیشرو چینی به طور فعال در حال ترویج ساخت پروژههای پلیسیلیکون با گرید الکترونیکی هستند. میزان تولید ویفرهای سیلیکونی در چین بیش از 95 درصد از کل تولید جهانی است که به تدریج نرخ خودکفایی پلیسیلیکون را برای چین افزایش داده است، که بازار شرکتهای پلیسیلیکون خارجی را تا حدی تحت فشار قرار داده است.
از سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱، تولید سالانه پلیسیلیکون در چین به طور پیوسته افزایش خواهد یافت، عمدتاً در مناطقی که از نظر منابع انرژی غنی هستند مانند سین کیانگ، مغولستان داخلی و سیچوان. در سال ۲۰۲۱، تولید پلیسیلیکون چین از ۳۹۲۰۰۰ تن به ۵۰۵۰۰۰ تن افزایش خواهد یافت که افزایشی ۲۸.۸۳ درصدی را نشان میدهد. از نظر ظرفیت تولید، ظرفیت تولید پلیسیلیکون چین عموماً روند صعودی داشته است، اما در سال ۲۰۲۰ به دلیل تعطیلی برخی از تولیدکنندگان کاهش یافته است. علاوه بر این، نرخ استفاده از ظرفیت شرکتهای پلیسیلیکون چینی از سال ۲۰۱۸ به طور مداوم در حال افزایش بوده است و نرخ استفاده از ظرفیت در سال ۲۰۲۱ به ۹۷.۱۲ درصد خواهد رسید. از نظر استانها، تولید پلیسیلیکون چین در سال ۲۰۲۱ عمدتاً در مناطقی با قیمت برق پایین مانند سین کیانگ، مغولستان داخلی و سیچوان متمرکز است. میزان تولید سین کیانگ ۲۷۰،۴۰۰ تن است که بیش از نیمی از کل تولید در چین را تشکیل میدهد.
صنعت پلیسیلیکون چین با درجه بالایی از تمرکز، با مقدار CR6 معادل ۷۷٪، مشخص میشود و در آینده روند صعودی بیشتری نیز خواهد داشت. تولید پلیسیلیکون صنعتی با سرمایه بالا و موانع فنی زیاد است. چرخه ساخت و تولید پروژه معمولاً دو سال یا بیشتر است. ورود تولیدکنندگان جدید به این صنعت دشوار است. با توجه به توسعه برنامهریزیشده و پروژههای جدید در سه سال آینده، تولیدکنندگان انحصاری در این صنعت به دلیل مزایای فناوری و مقیاس خود، به گسترش ظرفیت تولید خود ادامه خواهند داد و موقعیت انحصاری آنها همچنان افزایش خواهد یافت.
تخمین زده میشود که عرضه پلیسیلیکون چین از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵ رشد چشمگیری را به همراه خواهد داشت و تولید پلیسیلیکون در سال ۲۰۲۵ به ۱.۱۹۴ میلیون تن خواهد رسید که این امر باعث گسترش مقیاس تولید جهانی پلیسیلیکون میشود. در سال ۲۰۲۱، با افزایش شدید قیمت پلیسیلیکون در چین، تولیدکنندگان بزرگ در ساخت خطوط تولید جدید سرمایهگذاری کردهاند و همزمان تولیدکنندگان جدیدی را برای پیوستن به این صنعت جذب کردهاند. از آنجایی که پروژههای پلیسیلیکون حداقل یک و نیم تا دو سال از ساخت تا تولید طول میکشد، ساخت و سازهای جدید در سال ۲۰۲۱ تکمیل خواهد شد. ظرفیت تولید معمولاً در نیمه دوم سالهای ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ به بهره برداری میرسد. این با برنامههای پروژه جدید اعلام شده توسط تولیدکنندگان بزرگ در حال حاضر بسیار سازگار است. ظرفیت تولید جدید در سالهای ۲۰۲۲-۲۰۲۵ عمدتاً در سالهای ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ متمرکز شده است. پس از آن، با تثبیت تدریجی عرضه و تقاضای پلیسیلیکون و قیمت آن، کل ظرفیت تولید در صنعت به تدریج تثبیت خواهد شد. کاهش، یعنی نرخ رشد ظرفیت تولید به تدریج کاهش مییابد. علاوه بر این، نرخ استفاده از ظرفیت شرکتهای پلیسیلیکون در دو سال گذشته در سطح بالایی باقی مانده است، اما افزایش ظرفیت تولید پروژههای جدید زمانبر خواهد بود و برای تازهواردان فرآیندی لازم است تا بر فناوری آمادهسازی مربوطه تسلط یابند. بنابراین، نرخ استفاده از ظرفیت پروژههای جدید پلیسیلیکون در چند سال آینده پایین خواهد بود. از این رو، میتوان تولید پلیسیلیکون در سالهای ۲۰۲۲-۲۰۲۵ را پیشبینی کرد و انتظار میرود تولید پلیسیلیکون در سال ۲۰۲۵ حدود ۱.۱۹۴ میلیون تن باشد.
تمرکز ظرفیت تولید در خارج از کشور نسبتاً زیاد است و نرخ و سرعت افزایش تولید در سه سال آینده به اندازه چین نخواهد بود. ظرفیت تولید پلی سیلیکون در خارج از کشور عمدتاً در چهار شرکت پیشرو متمرکز است و بقیه عمدتاً ظرفیت تولید کمی دارند. از نظر ظرفیت تولید، شرکت Wacker Chem نیمی از ظرفیت تولید پلی سیلیکون در خارج از کشور را به خود اختصاص داده است. کارخانههای آن در آلمان و ایالات متحده به ترتیب ظرفیت تولید ۶۰،۰۰۰ تن و ۲۰،۰۰۰ تن دارند. گسترش شدید ظرفیت تولید پلی سیلیکون جهانی در سال ۲۰۲۲ و پس از آن ممکن است منجر به موارد زیر شود: این شرکت با نگرانی در مورد عرضه بیش از حد، هنوز در حالت انتظار است و برنامهای برای اضافه کردن ظرفیت تولید جدید ندارد. شرکت OCI، غول پلیسیلیکون کره جنوبی، به تدریج خط تولید پلیسیلیکون گرید خورشیدی خود را به مالزی منتقل میکند و در عین حال خط تولید پلیسیلیکون گرید الکترونیکی اصلی خود در چین را حفظ میکند. این خط تولید قرار است در سال ۲۰۲۲ به ۵۰۰۰ تن برسد. ظرفیت تولید OCI در مالزی در سالهای ۲۰۲۰ و ۲۰۲۱ به ترتیب به ۲۷۰۰۰ تن و ۳۰۰۰۰ تن خواهد رسید که به این ترتیب به هزینههای مصرف انرژی پایین و اجتناب از تعرفههای بالای چین بر پلیسیلیکون در ایالات متحده و کره جنوبی دست خواهد یافت. این شرکت قصد دارد ۹۵۰۰۰ تن تولید کند، اما تاریخ شروع آن مشخص نیست. انتظار میرود این میزان در چهار سال آینده به ۵۰۰۰ تن در سال افزایش یابد. شرکت نروژی REC دارای دو پایگاه تولیدی در ایالت واشنگتن و مونتانا، ایالات متحده آمریکا است که ظرفیت تولید سالانه آنها ۱۸۰۰۰ تن پلیسیلیکون گرید خورشیدی و ۲۰۰۰ تن پلیسیلیکون گرید الکترونیکی است. شرکت REC که در تنگنای مالی شدیدی قرار داشت، تصمیم به تعلیق تولید گرفت و سپس با افزایش شدید قیمت پلیسیلیکون در سال ۲۰۲۱، این شرکت تصمیم گرفت تا پایان سال ۲۰۲۳ تولید ۱۸۰۰۰ تن پروژه در ایالت واشنگتن و ۲۰۰۰ تن در مونتانا را از سر بگیرد و بتواند افزایش ظرفیت تولید را در سال ۲۰۲۴ تکمیل کند. شرکت Hemlock بزرگترین تولیدکننده پلیسیلیکون در ایالات متحده است که در پلیسیلیکون با خلوص بالا و گرید الکترونیکی تخصص دارد. موانع پیشرفته تولید، جایگزینی محصولات این شرکت را در بازار دشوار میکند. با توجه به این واقعیت که این شرکت قصد ندارد ظرف چند سال آینده پروژههای جدیدی بسازد، انتظار میرود ظرفیت تولید این شرکت بین سالهای ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵ باشد. تولید سالانه ۱۸۰۰۰ تن باقی میماند. علاوه بر این، در سال ۲۰۲۱، ظرفیت تولید جدید شرکتهایی غیر از چهار شرکت فوق ۵۰۰۰ تن خواهد بود. با توجه به عدم درک برنامههای تولیدی همه شرکتها، در اینجا فرض بر این است که ظرفیت تولید جدید از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵، ۵۰۰۰ تن در سال خواهد بود.
با توجه به ظرفیت تولید خارج از کشور، تخمین زده میشود که تولید پلیسیلیکون در خارج از کشور در سال ۲۰۲۵ حدود ۱۷۶۰۰۰ تن باشد، با فرض اینکه نرخ بهرهبرداری از ظرفیت تولید پلیسیلیکون در خارج از کشور بدون تغییر باقی بماند. پس از افزایش شدید قیمت پلیسیلیکون در سال ۲۰۲۱، شرکتهای چینی تولید را افزایش داده و گسترش دادهاند. در مقابل، شرکتهای خارجی در برنامههای خود برای پروژههای جدید محتاطتر هستند. دلیل این امر این است که تسلط صنعت پلیسیلیکون در حال حاضر در کنترل چین است و افزایش کورکورانه تولید ممکن است ضررهایی را به همراه داشته باشد. از نظر هزینه، مصرف انرژی بزرگترین جزء هزینه پلیسیلیکون است، بنابراین قیمت برق بسیار مهم است و سین کیانگ، مغولستان داخلی، سیچوان و سایر مناطق مزایای آشکاری دارند. از نظر تقاضا، به عنوان پاییندست مستقیم پلیسیلیکون، تولید ویفر سیلیکون چین بیش از ۹۹٪ از کل تولید جهان را تشکیل میدهد. صنعت پاییندست پلیسیلیکون عمدتاً در چین متمرکز است. قیمت پلی سیلیکون تولید شده پایین است، هزینه حمل و نقل کم است و تقاضا کاملاً تضمین شده است. ثانیاً، چین تعرفههای ضد دامپینگ نسبتاً بالایی را بر واردات پلی سیلیکون درجه خورشیدی از ایالات متحده و کره جنوبی اعمال کرده است که مصرف پلی سیلیکون از ایالات متحده و کره جنوبی را به شدت کاهش داده است. در ساخت پروژههای جدید محتاط باشید. علاوه بر این، در سالهای اخیر، شرکتهای پلی سیلیکون چینی در خارج از کشور به دلیل تأثیر تعرفهها، توسعه کندی داشتهاند و برخی از خطوط تولید کاهش یافته یا حتی تعطیل شدهاند و سهم آنها در تولید جهانی سال به سال در حال کاهش است، بنابراین با افزایش قیمت پلی سیلیکون در سال 2021 قابل مقایسه نخواهند بود، زیرا سود بالای شرکتهای چینی، شرایط مالی برای پشتیبانی از گسترش سریع و گسترده ظرفیت تولید آنها کافی نیست.
بر اساس پیشبینیهای مربوط به تولید پلیسیلیکون در چین و خارج از کشور از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵، میتوان ارزش پیشبینیشده تولید جهانی پلیسیلیکون را خلاصه کرد. تخمین زده میشود که تولید جهانی پلیسیلیکون در سال ۲۰۲۵ به ۱.۳۷۱ میلیون تن برسد. با توجه به ارزش پیشبینیشده تولید پلیسیلیکون، میتوان سهم چین از نسبت جهانی را تقریباً به دست آورد. انتظار میرود سهم چین از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵ به تدریج افزایش یابد و در سال ۲۰۲۵ از ۸۷ درصد فراتر رود.
۶، خلاصه و چشمانداز
پلیسیلیکون در پاییندست سیلیکون صنعتی و بالادست کل زنجیره صنعت فتوولتائیک و نیمهرسانا قرار دارد و وضعیت آن بسیار مهم است. زنجیره صنعت فتوولتائیک عموماً شامل پلیسیلیکون-ویفر سیلیکون-سلول-ماژول-ظرفیت نصبشده فتوولتائیک است و زنجیره صنعت نیمهرسانا عموماً شامل پلیسیلیکون-ویفر سیلیکون تکبلوری-ویفر سیلیکون-تراشه است. کاربردهای مختلف، الزامات متفاوتی در مورد خلوص پلیسیلیکون دارند. صنعت فتوولتائیک عمدتاً از پلیسیلیکون با گرید خورشیدی و صنعت نیمهرسانا از پلیسیلیکون با گرید الکترونیکی استفاده میکند. اولی دارای محدوده خلوص 6N-8N است، در حالی که دومی به خلوص 9N یا بیشتر نیاز دارد.
سالهاست که فرآیند اصلی تولید پلیسیلیکون در سراسر جهان، روش بهبود یافته زیمنس بوده است. در سالهای اخیر، برخی از شرکتها به طور فعال روش بستر سیال سیلان با هزینه کمتر را بررسی کردهاند که ممکن است بر الگوی تولید تأثیر بگذارد. پلیسیلیکون میلهای شکل تولید شده با روش اصلاح شده زیمنس دارای ویژگیهای مصرف انرژی بالا، هزینه بالا و خلوص بالا است، در حالی که سیلیکون دانهای تولید شده با روش بستر سیال سیلان دارای ویژگیهای مصرف انرژی پایین، هزینه پایین و خلوص نسبتاً پایین است. برخی از شرکتهای چینی به تولید انبوه سیلیکون دانهای و فناوری استفاده از سیلیکون دانهای برای کشیدن پلیسیلیکون دست یافتهاند، اما به طور گسترده تبلیغ نشده است. اینکه آیا سیلیکون دانهای میتواند در آینده جایگزین اولی شود، به این بستگی دارد که آیا مزیت هزینه میتواند معایب کیفیت، تأثیر کاربردهای پاییندستی و بهبود ایمنی سیلان را پوشش دهد یا خیر. در سالهای اخیر، تولید جهانی پلیسیلیکون سال به سال افزایش یافته و به تدریج در چین به هم نزدیک میشود. از سال ۲۰۱۷ تا ۲۰۲۱، تولید سالانه جهانی پلی سیلیکون از ۴۳۲۰۰۰ تن به ۶۳۱۰۰۰ تن افزایش خواهد یافت که سریعترین رشد در سال ۲۰۲۱ خواهد بود. در طول این دوره، تولید جهانی پلی سیلیکون به تدریج بیشتر و بیشتر در چین متمرکز شد و سهم چین از تولید پلی سیلیکون از ۵۶.۰۲ درصد در سال ۲۰۱۷ به ۸۰.۰۳ درصد در سال ۲۰۲۱ افزایش یافت. از سال ۲۰۲۲ تا ۲۰۲۵، عرضه پلی سیلیکون رشد چشمگیری را به همراه خواهد داشت. تخمین زده میشود که تولید پلی سیلیکون در سال ۲۰۲۵ در چین ۱.۱۹۴ میلیون تن و تولید خارج از کشور به ۱۷۶۰۰۰ تن برسد. بنابراین، تولید جهانی پلی سیلیکون در سال ۲۰۲۵ حدود ۱.۳۷ میلیون تن خواهد بود.
(این مقاله فقط برای اطلاع مشتریان UrbanMines است و هیچ گونه توصیه سرمایه گذاری ارائه نمی دهد.)