1. Polikristalinio silicio pramonės grandinė: gamybos procesas yra sudėtingas, o pasroviui daugiausia dėmesio skiriama fotovoltiniams puslaidininkiams
Polikristalinis silicis daugiausia gaminamas iš pramoninio silicio, chloro ir vandenilio, ir yra prieš fotovoltinių ir puslaidininkių pramonės grandines. Remiantis CPIA duomenimis, šiuo metu pasaulyje pagrindinis polikristalinio silicio gamybos metodas yra modifikuotas „Siemens“ metodas, išskyrus Kiniją, kur daugiau nei 95 % polikristalinio silicio pagaminama modifikuotu „Siemens“ metodu. Gaminant polikristalinį silicį patobulintu „Siemens“ metodu, pirmiausia chloro dujos sujungiamos su vandenilio dujomis, kad susidarytų vandenilio chloridas, o tada, susmulkinus ir sumalus pramoninį silicį, jos reaguoja su silicio milteliais, kad susidarytų trichlorosilanas, kuris toliau redukuojamas vandenilio dujomis, kad susidarytų polikristalinis silicis. Polikristalinį silicį galima lydyti ir ataušinti, kad būtų pagaminti polikristaliniai silicio luitai, o monokristalinį silicį taip pat galima gaminti Čochralskio arba zoninio lydymo būdu. Palyginti su polikristaliniu siliciu, monokristalinį silicį sudaro tos pačios kristalų orientacijos kristalų grūdeliai, todėl jis pasižymi geresniu elektriniu laidumu ir konversijos efektyvumu. Tiek polikristalinio silicio luitai, tiek monokristaliniai silicio strypai gali būti toliau pjaustomi ir perdirbami į silicio plokšteles ir elementus, kurie savo ruožtu tampa pagrindinėmis fotovoltinių modulių dalimis ir naudojami fotovoltinių elementų srityje. Be to, monokristalinės silicio plokštelės taip pat gali būti formuojamos į silicio plokšteles pakartotiniu šlifavimu, poliravimu, epitaksija, valymu ir kitais procesais, kurie gali būti naudojami kaip puslaidininkinių elektroninių prietaisų substrato medžiagos.
Griežtai reikalaujama nustatyti polikristalinio silicio priemaišų kiekį, o pramonei būdingos didelės kapitalo investicijos ir aukšti techniniai barjerai. Kadangi polikristalinio silicio grynumas smarkiai paveiks monokristalinio silicio tempimo procesą, grynumo reikalavimai yra itin griežti. Minimalus polikristalinio silicio grynumas yra 99,9999 %, o didžiausias – beveik 100 %. Be to, Kinijos nacionaliniai standartai nustato aiškius priemaišų kiekio reikalavimus, ir remiantis tuo, polikristalinis silicis skirstomas į I, II ir III rūšis, kuriose svarbus atskaitos rodiklis yra boro, fosforo, deguonies ir anglies kiekis. „Polikristalinio silicio pramonės prieigos sąlygos“ numato, kad įmonės turi turėti patikimą kokybės kontrolės ir valdymo sistemą, o produktų standartai griežtai atitinka nacionalinius standartus; Be to, prieigos sąlygos taip pat reikalauja polikristalinio silicio gamybos įmonių, tokių kaip saulės energijos ir elektronikos įrangos polikristalinio silicio gamyba, masto ir energijos suvartojimo. Projekto mastas yra atitinkamai didesnis nei 3000 tonų per metus ir 1000 tonų per metus, o minimalus kapitalo santykis investuojant į naujus statybos, rekonstrukcijos ir plėtros projektus neturi būti mažesnis nei 30%, todėl polikristalinis silicis yra kapitalui imli pramonės šaka. Remiantis CPIA statistika, 2021 m. pradėtos eksploatuoti 10 000 tonų polikristalinio silicio gamybos linijos įrangos investicinė kaina šiek tiek padidėjo iki 103 mln. juanių/kt. Priežastis – birių metalinių medžiagų kainų kilimas. Tikimasi, kad ateityje investicinė kaina didės kartu su gamybos įrangos technologijų pažanga, o monomero kiekis mažės didėjant dydžiui. Pagal reglamentus, saulės energijos ir elektronikos įrangos polikristalinio silicio energijos suvartojimas pagal Czochralski metodą turėtų būti atitinkamai mažesnis nei 60 kWh/kg ir 100 kWh/kg, o energijos suvartojimo rodiklių reikalavimai yra gana griežti. Polikristalinio silicio gamyba dažniausiai priklauso chemijos pramonei. Gamybos procesas yra gana sudėtingas, o techninių maršrutų, įrangos parinkimo, paleidimo ir eksploatavimo slenkstis yra aukštas. Gamybos procese vyksta daug sudėtingų cheminių reakcijų, o valdymo mazgų skaičius viršija 1000. Naujiems rinkos dalyviams sunku greitai įvaldyti brandų meistriškumą. Todėl polikristalinio silicio gamybos pramonėje yra didelės kapitalo ir techninės kliūtys, kurios taip pat skatina polikristalinio silicio gamintojus vykdyti griežtą techninį proceso srauto, pakavimo ir transportavimo proceso optimizavimą.
2. Polikristalinio silicio klasifikacija: grynumas lemia naudojimą, o saulės energija varoma medžiaga užima pagrindinę vietą
Polikristalinis silicis, elementinio silicio forma, sudaryta iš skirtingos kristalinės orientacijos kristalinių grūdelių ir daugiausia išgryninama pramoniniu būdu apdorojant silicį. Polikristalinis silicis atrodo pilkai metališkai blizgantis, o lydymosi temperatūra yra apie 1410 ℃. Kambario temperatūroje jis neaktyvus, o išlydytoje būsenoje aktyvesnis. Polikristalinis silicis pasižymi puslaidininkinėmis savybėmis ir yra itin svarbi bei puiki puslaidininkinė medžiaga, tačiau nedidelis priemaišų kiekis gali labai paveikti jo laidumą. Yra daug polikristalinio silicio klasifikavimo metodų. Be minėtos klasifikacijos pagal Kinijos nacionalinius standartus, čia pateikiami dar trys svarbūs klasifikavimo metodai. Pagal skirtingus grynumo reikalavimus ir panaudojimą polikristalinį silicį galima suskirstyti į saulės energijai skirtą polikristalinį silicį ir elektronikos įrangai skirtą polikristalinį silicį. Saulės energijai skirtas polikristalinis silicis daugiausia naudojamas fotovoltinių elementų gamyboje, o elektronikos įranga – plačiai naudojamas integrinių grandynų pramonėje kaip žaliava lustams ir kitai gamybai. Saulės energijai skirto polikristalinio silicio grynumas yra 6–8 N, tai yra, bendras priemaišų kiekis turi būti mažesnis nei 10⁻⁶, o polikristalinio silicio grynumas turi siekti 99,9999 % ar daugiau. Elektronikos energijai skirto polikristalinio silicio grynumo reikalavimai yra griežtesni – mažiausiai 9 N, o šiuo metu daugiausia – 12 N. Elektronikos energijai skirto polikristalinio silicio gamyba yra gana sudėtinga. Nedaug Kinijos įmonių yra įvaldžiusios elektronikos energijai skirto polikristalinio silicio gamybos technologiją ir vis dar yra gana priklausomos nuo importo. Šiuo metu saulės energijai skirto polikristalinio silicio gamyba yra daug didesnė nei elektronikos energijai skirto polikristalinio silicio gamyba, o pirmoji yra apie 13,8 karto didesnė nei antroji.
Pagal legiruojančių priemaišų ir silicio medžiagos laidumo tipą, jį galima suskirstyti į P tipo ir N tipo. Kai silicis legiruojamas akceptorinėmis priemaišomis, tokiomis kaip boras, aliuminis, galis ir kt., jame vyrauja skylinis laidumas ir jis yra P tipo. Kai silicis legiruojamas donorinėmis priemaišomis, tokiomis kaip fosforas, arsenas, stibis ir kt., jame vyrauja elektronų laidumas ir jis yra N tipo. P tipo baterijos daugiausia apima BSF baterijas ir PERC baterijas. 2021 m. PERC baterijos sudarys daugiau nei 91 % pasaulinės rinkos, o BSF baterijos bus pašalintos. Per laikotarpį, kai PERC pakeitė BSF, P tipo elementų konversijos efektyvumas padidėjo nuo mažiau nei 20 % iki daugiau nei 23 %, o tai netrukus artėja prie teorinės viršutinės 24,5 % ribos, o N tipo elementų teorinė viršutinė riba yra 28,7 %, o N tipo elementai pasižymi dideliu konversijos efektyvumu. Dėl didelio dvifazinio santykio ir žemo temperatūros koeficiento privalumų įmonės pradėjo diegti masines N tipo baterijų gamybos linijas. Remiantis CPIA prognoze, N tipo baterijų dalis 2022 m. gerokai padidės nuo 3 % iki 13,4 %. Tikimasi, kad per ateinančius penkerius metus prasidės N tipo baterijų perėjimas prie P tipo baterijų. Pagal skirtingą paviršiaus kokybę, ją galima suskirstyti į tankią medžiagą, žiedinių kopūstų medžiagą ir koralų medžiagą. Tankios medžiagos paviršius turi mažiausią įgaubtumo laipsnį, mažesnį nei 5 mm, be spalvos anomalijų, be oksidacinio tarpinio sluoksnio ir aukščiausią kainą; Žiedinių kopūstų medžiagos paviršius yra vidutiniškai įgaubtas, 5–20 mm, pjūvis vidutinis, o kaina vidutinė; tuo tarpu koralų medžiagos paviršius yra labiau įgaubtas, gylis didesnis nei 20 mm, pjūvis laisvas, o kaina mažiausia. Tanki medžiaga daugiausia naudojama monokristalinio silicio traukimui, o žiedinių kopūstų ir koralų medžiagos daugiausia naudojamos polikristalinių silicio plokštelių gamybai. Įmonių kasdienėje gamyboje tanki medžiaga gali būti legiruojama ne mažiau kaip 30 % žiedinių kopūstų medžiagos, kad būtų pagamintas monokristalinis silicis. Žaliavų kaina gali būti sutaupyta, tačiau žiedinių kopūstų medžiagos naudojimas tam tikru mastu sumažins kristalų traukimo efektyvumą. Įmonės, įvertinusios abu aspektus, turi pasirinkti tinkamą legiravimo santykį. Neseniai kainų skirtumas tarp tankios medžiagos ir žiedinių kopūstų medžiagos iš esmės stabilizavosi ties 3 RMB/kg. Jei kainų skirtumas dar labiau padidės, įmonės gali apsvarstyti galimybę legiruoti daugiau žiedinių kopūstų medžiagos monokristalinio silicio traukimui.
3. Procesas: „Siemens“ metodas užima pagrindinę sritį, o energijos suvartojimas tampa technologinių pokyčių raktu.
Polisilicio gamybos procesas yra grubiai suskirstytas į du etapus. Pirmajame etape pramoniniai silicio milteliai reaguoja su bevandeniu vandenilio chloridu, kad gautųsi trichlorosilanas ir vandenilis. Po pakartotinės distiliacijos ir gryninimo susidaro dujinis trichlorosilanas, dichlordihidrosilicis ir silanas; antrajame etape minėtos labai grynos dujos redukuojamos iki kristalinio silicio, o redukcijos etapas skiriasi modifikuotame „Siemens“ metode ir silano fluidizuoto sluoksnio metode. Patobulintas „Siemens“ metodas turi brandžią gamybos technologiją ir aukštą produkto kokybę, todėl šiuo metu yra plačiausiai naudojama gamybos technologija. Tradicinis „Siemens“ gamybos metodas yra chloro ir vandenilio naudojimas bevandenio vandenilio chlorido, vandenilio chlorido ir miltelių pavidalo pramoninio silicio sintezei, siekiant sintezuoti trichlorosilaną tam tikroje temperatūroje, o tada trichlorosilanas atskiriamas, rektifikuojamas ir išgryninamas. Silicis termiškai redukuojamas vandenilio redukcijos krosnyje, kad būtų gautas ant silicio šerdies nusodintas elementinis silicis. Remiantis tuo, patobulintas „Siemens“ procesas taip pat aprūpintas pagalbiniu procesu, skirtu dideliam kiekiui gamybos procese susidarančių šalutinių produktų, tokių kaip vandenilis, vandenilio chloridas ir silicio tetrachloridas, perdirbti, daugiausia įskaitant redukcinių liekamųjų dujų regeneravimą ir silicio tetrachlorido pakartotinio panaudojimo technologiją. Išmetamosiose dujose esantis vandenilis, vandenilio chloridas, trichlorosilanas ir silicio tetrachloridas atskiriami sausuoju regeneravimu. Vandenilis ir vandenilio chloridas gali būti pakartotinai panaudoti sintezei ir valymui su trichlorosilanu, o trichlorosilanas tiesiogiai perdirbamas į terminę redukciją. Valymas atliekamas krosnyje, o silicio tetrachloridas hidrinamas, kad būtų gautas trichlorosilanas, kuris gali būti naudojamas valymui. Šis etapas dar vadinamas šaltuoju hidrinimu. Įgyvendindamos uždaros grandinės gamybą, įmonės gali žymiai sumažinti žaliavų ir elektros energijos suvartojimą, taip efektyviai taupydamos gamybos sąnaudas.
Polikristalinio silicio gamybos sąnaudos, naudojant patobulintą „Siemens“ metodą Kinijoje, apima žaliavas, energijos suvartojimą, nusidėvėjimą, perdirbimo sąnaudas ir kt. Technologinė pažanga pramonėje gerokai sumažino sąnaudas. Žaliavos daugiausia yra pramoninis silicis ir trichlorosilanas, energijos suvartojimas apima elektrą ir garą, o perdirbimo sąnaudos – gamybos įrangos patikros ir remonto sąnaudas. Remiantis „Baichuan Yingfu“ 2022 m. birželio pradžios polikristalinio silicio gamybos sąnaudų statistika, žaliavos yra didžiausia sąnaudų dalis, sudaranti 41 % visų sąnaudų, o pramoninis silicis yra pagrindinis silicio šaltinis. Pramonėje dažniausiai naudojamas silicio vieneto suvartojimas rodo silicio kiekį, sunaudotą vienam didelio grynumo silicio gaminių vienetui. Skaičiavimo metodas yra visas silicio turinčias medžiagas, tokias kaip išoriniai pramoniniai silicio milteliai ir trichlorosilanas, paversti grynu siliciu, o tada iš silicio kiekio santykio atimti išorinį chlorosilaną pagal gryno silicio kiekį, paverstą paverstu. Remiantis CPIA duomenimis, 2021 m. silicio suvartojimo lygis sumažės 0,01 kg/kg-Si iki 1,09 kg/kg-Si. Tikimasi, kad patobulinus šaltojo hidrinimo apdorojimą ir šalutinių produktų perdirbimą, iki 2030 m. jis sumažės iki 1,07 kg/kg. kg-Si. Remiantis nepilna statistika, penkių didžiausių Kinijos polikristalinio silicio pramonės įmonių silicio suvartojimas yra mažesnis už pramonės vidurkį. Yra žinoma, kad dvi iš jų 2021 m. suvartos atitinkamai 1,08 kg/kg-Si ir 1,05 kg/kg-Si. Antra pagal dydį dalis yra energijos suvartojimas, iš viso sudarantis 32 %, iš kurių elektra sudaro 30 % visų sąnaudų, o tai rodo, kad elektros kaina ir efektyvumas vis dar yra svarbūs polikristalinio silicio gamybos veiksniai. Du pagrindiniai energijos vartojimo efektyvumo matavimo rodikliai yra išsamus energijos suvartojimas ir energijos suvartojimo sumažinimas. Energijos suvartojimo sumažinimas reiškia trichlorosilano ir vandenilio redukcijos procesą, siekiant gauti labai gryną silicio medžiagą. Į energijos suvartojimą įeina silicio šerdies išankstinis pašildymas ir nusodinimas, šilumos išsaugojimas, galinis vėdinimas ir kitos procesų energijos sąnaudos. 2021 m., tobulėjant technologijoms ir visapusiškai panaudojant energiją, vidutinės bendros polikristalinio silicio gamybos energijos sąnaudos sumažės 5,3 %, palyginti su praėjusiais metais, iki 63 kWh/kg-Si, o vidutinės sumažėjusios energijos sąnaudos sumažės 6,1 %, palyginti su praėjusiais metais, iki 46 kWh/kg-Si, ir tikimasi, kad ateityje jos dar labiau mažės. Be to, nusidėvėjimas taip pat yra svarbus sąnaudų elementas, sudarantis 17 %. Verta paminėti, kad, remiantis „Baichuan Yingfu“ duomenimis, bendros polikristalinio silicio gamybos sąnaudos 2022 m. birželio pradžioje buvo apie 55 816 juanių/t, vidutinė polikristalinio silicio kaina rinkoje buvo apie 260 000 juanių/t, o bendrojo pelno marža siekė net 70 % ar daugiau, todėl tai pritraukė daug įmonių, investuojančių į polikristalinio silicio gamybos pajėgumų statybą.
Polikristalinio silicio gamintojai gali sumažinti sąnaudas dviem būdais: sumažinti žaliavų sąnaudas ir energijos suvartojimą. Kalbant apie žaliavas, gamintojai gali sumažinti jų kainą pasirašydami ilgalaikes bendradarbiavimo sutartis su pramoninio silicio gamintojais arba kurdami integruotus gamybos pajėgumus tiekėjų ir vartotojų grandyje. Pavyzdžiui, polikristalinio silicio gamybos įmonės iš esmės priklauso nuo savo pramoninio silicio tiekimo. Kalbant apie elektros energijos suvartojimą, gamintojai gali sumažinti elektros energijos sąnaudas mažindami elektros energijos kainas ir visapusiškai didindami energijos suvartojimą. Apie 70 % viso elektros energijos suvartojimo sudaro elektros energijos suvartojimo mažinimas, o mažinimas taip pat yra pagrindinė grandis gaminant labai gryną kristalinį silicį. Todėl dauguma polikristalinio silicio gamybos pajėgumų Kinijoje yra sutelkti regionuose, kuriuose elektros energijos kainos yra mažos, pavyzdžiui, Sindziangas, Vidinė Mongolija, Sičuanas ir Junanas. Tačiau, tobulėjant dviejų anglies dioksido junginių politikai, sunku gauti daug pigių energijos išteklių. Todėl energijos suvartojimo mažinimas šiandien yra labiau įgyvendinamas sąnaudų mažinimo būdas. Šiuo metu efektyvus būdas sumažinti redukcinės energijos suvartojimą yra padidinti silicio branduolių skaičių redukcinėje krosnyje, taip padidinant vieno įrenginio našumą. Šiuo metu Kinijoje pagrindinės redukcinės krosnys turi 36, 40 ir 48 strypų poras. Krosnių tipas atnaujinamas iki 60 ir 72 strypų porų, tačiau tuo pačiu metu keliami aukštesni reikalavimai įmonių gamybos technologijų lygiui.
Palyginti su patobulintu „Siemens“ metodu, silano fluidizuoto sluoksnio metodas turi tris privalumus: mažas energijos suvartojimas, didelė kristalų traukimo galia ir, trečia, jį lengviau derinti su pažangesne CCZ nuolatinio Czochralski technologija. Remiantis Silicio pramonės skyriaus duomenimis, bendros silano fluidizuoto sluoksnio metodo energijos sąnaudos sudaro 33,33 % patobulinto „Siemens“ metodo, o energijos sąnaudų sumažėjimas – 10 % patobulinto „Siemens“ metodo. Silano fluidizuoto sluoksnio metodas turi didelių energijos suvartojimo pranašumų. Kalbant apie kristalų traukimą, granuliuoto silicio fizikinės savybės gali palengvinti kvarcinio tiglio užpildymą monokristalinio silicio traukimo strypo jungtyje. Polikristalinis silicis ir granuliuotas silicis gali padidinti vienos krosnies tiglio įkrovimo talpą 29 %, tuo pačiu sutrumpinant įkrovimo laiką 41 %, o tai žymiai pagerina monokristalinio silicio traukimo efektyvumą. Be to, granuliuotas silicis turi mažą skersmenį ir gerą takumą, todėl labiau tinka CCZ nuolatinio Czochralski metodui. Šiuo metu pagrindinė monokristalų traukimo technologija vidurinėje ir apatinėje grandyje yra RCZ monokristalų perliejimo metodas, kai kristalas vėl tiekiamas ir traukiamas po to, kai ištraukiamas monokristalinis silicio strypas. Traukimas atliekamas tuo pačiu metu, todėl sutaupomas monokristalinio silicio strypo aušinimo laikas, todėl gamybos efektyvumas yra didesnis. Sparčiai tobulėjantis CCZ nepertraukiamo Czochralski metodui, taip pat didės granuliuoto silicio paklausa. Nors granuliuotas silicis turi tam tikrų trūkumų, pavyzdžiui, dėl trinties susidaro daugiau silicio miltelių, didelis paviršiaus plotas ir lengva teršalų adsorbcija, lydymosi metu vandenilis susijungia į vandenilį, todėl lengva praleidinėti, tačiau, remiantis naujausiais atitinkamų granuliuoto silicio įmonių pranešimais, šios problemos yra sprendžiamos ir padaryta tam tikra pažanga.
Silano fluidizuoto sluoksnio procesas Europoje ir Jungtinėse Valstijose yra brandus, o po Kinijos įmonių įkūrimo jis dar tik pradinėje stadijoje. Jau devintajame dešimtmetyje užsienio granuliuoto silicio, atstovaujamo REC ir MEMC, pradėjo tyrinėti granuliuoto silicio gamybą ir įgyvendino didelio masto gamybą. Tarp jų REC bendras granuliuoto silicio gamybos pajėgumas 2010 m. pasiekė 10 500 tonų per metus, ir, palyginti su „Siemens“ kolegomis tuo pačiu laikotarpiu, ji turėjo bent 2–3 JAV dolerių/kg sąnaudų pranašumą. Dėl monokristalų traukimo poreikio bendrovės granuliuoto silicio gamyba sustojo ir galiausiai nutraukė gamybą, todėl ji kreipėsi į bendrą įmonę su Kinija, kad įsteigtų gamybos įmonę, kuri užsiimtų granuliuoto silicio gamyba.
4. Žaliavos: Pramoninis silicis yra pagrindinė žaliava, o tiekimas gali patenkinti polikristalinio silicio plėtimosi poreikius
Pramoninis silicis yra pagrindinė polikristalinio silicio gamybos žaliava. Tikimasi, kad Kinijos pramoninio silicio gamyba nuolat augs nuo 2022 iki 2025 m. Nuo 2010 iki 2021 m. Kinijos pramoninio silicio gamyba yra plėtros etape, o vidutinis metinis gamybos pajėgumų ir produkcijos augimo tempas atitinkamai siekia 7,4 % ir 8,6 %. Remiantis SMM duomenimis, naujai padidėjęspramoninio silicio gamybos pajėgumaiKinijoje 2022 ir 2023 m. bus atitinkamai 890 000 ir 1,065 mln. tonų. Darant prielaidą, kad pramoninio silicio įmonės ateityje ir toliau išlaikys apie 60 % pajėgumų panaudojimo rodiklį ir veiklos rodiklį, Kinijos naujai padidintasgamybos pajėgumai 2022 ir 2023 m. padidins produkciją atitinkamai 320 000 tonų ir 383 000 tonų. Remiantis GFCI skaičiavimais,Kinijos pramoninio silicio gamybos pajėgumai 2022/23/24/25 m. yra apie 5,90/697/6,71/6,5 mln. tonų, tai atitinka 3,55/391/4,18/4,38 mln. tonų.
Likusių dviejų pramoninio silicio perdirbimo sričių augimo tempas yra gana lėtas, todėl Kinijos pramoninės silicio gamyba iš esmės gali patenkinti polikristalinio silicio gamybą. 2021 m. Kinijos pramoninio silicio gamybos pajėgumai sieks 5,385 mln. tonų, tai atitinka 3,213 mln. tonų produkciją, iš kurios polikristalinio silicio, organinio silicio ir aliuminio lydinių gamyba sudarys atitinkamai 623 000 tonų, 898 000 tonų ir 649 000 tonų. Be to, beveik 780 000 tonų produkcijos sunaudojama eksportui. 2021 m. polikristalinio silicio, organinio silicio ir aliuminio lydinių suvartojimas sudarys atitinkamai 19 %, 28 % ir 20 % pramoninio silicio. Tikimasi, kad nuo 2022 iki 2025 m. organinio silicio gamybos augimo tempas išliks apie 10 %, o aliuminio lydinių gamybos augimo tempas bus mažesnis nei 5 %. Todėl manome, kad pramoninio silicio kiekis, kuris gali būti panaudotas polikristalinio silicio gamybai 2022–2025 m., yra santykinai pakankamas, kad būtų galima visiškai patenkinti polikristalinio silicio gamybos poreikius.
5. Polikristalinio silicio tiekimas:Kinijaužima dominuojančią padėtį, o gamyba pamažu telkiasi pirmaujančių įmonių rankose
Pastaraisiais metais pasaulinė polikristalinio silicio gamyba kasmet augo ir palaipsniui susitelkė Kinijoje. Nuo 2017 iki 2021 m. pasaulinė metinė polikristalinio silicio gamyba išaugo nuo 432 000 tonų iki 631 000 tonų, o sparčiausiai augo 2021 m., kai augimo tempas siekė 21,11 %. Per šį laikotarpį pasaulinė polikristalinio silicio gamyba palaipsniui koncentravosi Kinijoje, o Kinijos polikristalinio silicio gamybos dalis padidėjo nuo 56,02 % 2017 m. iki 80,03 % 2021 m. Lyginant dešimt didžiausių pasaulinės polikristalinio silicio gamybos pajėgumų bendrovių 2010 ir 2021 m., galima pastebėti, kad Kinijos bendrovių skaičius padidėjo nuo 4 iki 8, o kai kurių Amerikos ir Korėjos bendrovių gamybos pajėgumų dalis gerokai sumažėjo, iškritus iš dešimties geriausių komandų, tokių kaip HEMOLOCK, OCI, REC ir MEMC; Pramonės koncentracija gerokai išaugo, o dešimties didžiausių pramonės įmonių bendras gamybos pajėgumas išaugo nuo 57,7 % iki 90,3 %. 2021 m. penkios Kinijos įmonės sudarė daugiau nei 10 % gamybos pajėgumų, o tai sudaro iš viso 65,7 %. Yra trys pagrindinės priežastys, dėl kurių polikristalinio silicio pramonė laipsniškai perkeliama į Kiniją. Pirma, Kinijos polikristalinio silicio gamintojai turi didelių pranašumų žaliavų, elektros energijos ir darbo sąnaudų atžvilgiu. Darbuotojų atlyginimai yra mažesni nei užsienio šalyse, todėl bendros gamybos sąnaudos Kinijoje yra daug mažesnės nei užsienio šalyse ir toliau mažės dėl technologinės pažangos; antra, Kinijos polikristalinio silicio gaminių kokybė nuolat gerėja, dauguma jų yra pirmos klasės saulės energijos lygio, o atskiros pažangios įmonės atitinka grynumo reikalavimus. Aukštesnės elektroninės kokybės polikristalinio silicio gamybos technologijose padaryta pažanga, palaipsniui pradėjus vietinį elektroninės kokybės polikristalinį silicį keisti importu, o Kinijos pirmaujančios įmonės aktyviai skatina elektroninės kokybės polikristalinio silicio projektų statybą. Silicio plokštelių gamybos apimtis Kinijoje sudaro daugiau nei 95 % visos pasaulinės gamybos apimties, todėl palaipsniui didėjo polikristalinio silicio savarankiškumo lygis Kinijoje, o tai tam tikru mastu suspaudė užsienio polikristalinio silicio įmonių rinką.
Nuo 2017 iki 2021 m. metinė polikristalinio silicio gamyba Kinijoje nuolat didės, daugiausia tokiose energijos išteklių turtingose vietovėse kaip Sindziangas, Vidinė Mongolija ir Sičuanas. 2021 m. Kinijos polikristalinio silicio gamyba padidės nuo 392 000 tonų iki 505 000 tonų, t. y. padidėjo 28,83 %. Kalbant apie gamybos pajėgumus, Kinijos polikristalinio silicio gamybos pajėgumai paprastai augo, tačiau 2020 m. jie sumažėjo dėl kai kurių gamintojų veiklos nutraukimo. Be to, Kinijos polikristalinio silicio įmonių pajėgumų panaudojimo lygis nuolat didėjo nuo 2018 m., o 2021 m. pajėgumų panaudojimo lygis pasieks 97,12 %. Kalbant apie provincijas, Kinijos polikristalinio silicio gamyba 2021 m. daugiausia sutelkta vietovėse, kuriose elektros energijos kainos yra mažos, tokiose kaip Sindziangas, Vidinė Mongolija ir Sičuanas. Sindziango produkcija siekia 270 400 tonų, tai yra daugiau nei pusė visos Kinijos produkcijos.
Kinijos polikristalinio silicio pramonei būdingas didelis koncentracijos laipsnis, CR6 vertė siekia 77 %, ir ateityje ši tendencija toliau augs. Polikristalinio silicio gamyba yra pramonės šaka, turinti didelį kapitalą ir dideles technines kliūtis. Projekto statybos ir gamybos ciklas paprastai trunka dvejus metus ar ilgiau. Naujiems gamintojams sunku patekti į šią pramonės šaką. Sprendžiant iš žinomų planuojamų plėtros planų ir naujų projektų per ateinančius trejus metus, oligopoliniai pramonės gamintojai ir toliau plės savo gamybos pajėgumus, pasinaudodami savo technologijomis ir masto pranašumais, o jų monopolinė padėtis toliau stiprės.
Apskaičiuota, kad Kinijos polikristalinio silicio pasiūla nuo 2022 iki 2025 m. smarkiai išaugs, o polikristalinio silicio gamyba 2025 m. pasieks 1,194 mln. tonų, o tai skatins pasaulinės polikristalinio silicio gamybos masto plėtrą. 2021 m., smarkiai išaugus polikristalinio silicio kainai Kinijoje, didieji gamintojai investavo į naujų gamybos linijų statybą ir tuo pačiu pritraukė naujų gamintojų prisijungti prie pramonės. Kadangi polikristalinio silicio projektai nuo statybos iki gamybos užtruks mažiausiai pusantrų–dvejų metų, naujos statybos bus baigtos 2021 m. Gamybos pajėgumai paprastai pradedami gaminti 2022 ir 2023 m. antroje pusėje. Tai labai atitinka naujų projektų planus, kuriuos šiuo metu paskelbė didieji gamintojai. Nauji gamybos pajėgumai 2022–2025 m. daugiausia bus sutelkti 2022 ir 2023 m. Vėliau, palaipsniui stabilizuojantis polikristalinio silicio pasiūlai ir paklausai bei kainai, bendras pramonės gamybos pajėgumas palaipsniui stabilizuosis. Tai yra, gamybos pajėgumų augimo tempas palaipsniui mažėja. Be to, polikristalinio silicio įmonių pajėgumų panaudojimo lygis per pastaruosius dvejus metus išliko aukštas, tačiau naujų projektų gamybos pajėgumams padidėti prireiks laiko, o naujiems rinkos dalyviams reikės įvaldyti atitinkamą paruošimo technologiją. Todėl naujų polikristalinio silicio projektų pajėgumų panaudojimo lygis ateinančiais metais bus mažas. Remiantis tuo, galima prognozuoti polikristalinio silicio gamybą 2022–2025 m., o tikimasi, kad 2025 m. ji sieks apie 1,194 mln. tonų.
Užsienio gamybos pajėgumų koncentracija yra gana didelė, o gamybos augimo tempas ir greitis per ateinančius trejus metus nebus tokie dideli kaip Kinijoje. Užsienio polikristalinio silicio gamybos pajėgumai daugiausia sutelkti keturiose pirmaujančiose įmonėse, o likusios daugiausia turi mažus gamybos pajėgumus. Kalbant apie gamybos pajėgumus, „Wacker Chem“ užima pusę užsienio polikristalinio silicio gamybos pajėgumų. Jos gamyklos Vokietijoje ir Jungtinėse Amerikos Valstijose turi atitinkamai 60 000 ir 20 000 tonų gamybos pajėgumus. Staigus pasaulinių polikristalinio silicio gamybos pajėgumų išplėtimas 2022 m. ir vėliau gali sukelti... Susirūpinusi dėl perteklinės pasiūlos, bendrovė vis dar laukia ir stebi situaciją ir neplanuoja didinti naujų gamybos pajėgumų. Pietų Korėjos polikristalinio silicio milžinė „OCI“ palaipsniui perkelia savo saulės energijai gaminti skirto polikristalinio silicio gamybos liniją į Malaiziją, išlaikydama originalią elektronikos įrangai skirto polikristalinio silicio gamybos liniją Kinijoje, kurios pajėgumai, kaip planuojama, 2022 m. pasieks 5 000 tonų. „OCI“ gamybos pajėgumai Malaizijoje 2020 ir 2021 m. pasieks atitinkamai 27 000 ir 30 000 tonų, taip pasiekdami mažas energijos suvartojimo sąnaudas ir išvengdami didelių Kinijos polikristalinio silicio tarifų Jungtinėse Valstijose ir Pietų Korėjoje. Bendrovė planuoja pagaminti 95 000 tonų, tačiau pradžios data neaiški. Tikimasi, kad per ateinančius ketverius metus gamyba padidės iki 5 000 tonų per metus. Norvegijos bendrovė „REC“ turi dvi gamybos bazes Vašingtono valstijoje ir Montanoje, JAV, kurių metinis gamybos pajėgumas siekia 18 000 tonų saulės energijai skirto polikristalinio silicio ir 2 000 tonų elektronikos įrangai skirto polikristalinio silicio. REC, kuri patyrė didelių finansinių sunkumų, nusprendė sustabdyti gamybą, o paskatinta polikristalinio silicio kainų bumo 2021 m., bendrovė nusprendė iki 2023 m. pabaigos atnaujinti 18 000 tonų projektų gamybą Vašingtono valstijoje ir 2 000 tonų Montanoje, o gamybos pajėgumų didinimą gali baigti 2024 m. „Hemlock“ yra didžiausia polikristalinio silicio gamintoja Jungtinėse Valstijose, specializuojasi didelio grynumo elektronikos klasės polikristalinio silicio gamyboje. Dėl aukštųjų technologijų gamybos kliūčių sunku pakeisti bendrovės produktus rinkoje. Kartu su tuo, kad bendrovė neplanuoja statyti naujų projektų per kelerius metus, tikimasi, kad bendrovės gamybos pajėgumai 2022–2025 m. bus 18 000 tonų. Be to, 2021 m. kitų bendrovių, išskyrus minėtas keturias bendroves, nauji gamybos pajėgumai bus 5 000 tonų. Kadangi nesuprantami visų įmonių gamybos planai, čia daroma prielaida, kad nauji gamybos pajėgumai nuo 2022 iki 2025 m. bus 5000 tonų per metus.
Remiantis užsienio gamybos pajėgumais, apskaičiuota, kad 2025 m. užsienio polikristalinio silicio gamyba sieks apie 176 000 tonų, darant prielaidą, kad užsienio polikristalinio silicio gamybos pajėgumų panaudojimo lygis išliks nepakitęs. Po to, kai 2021 m. smarkiai išaugo polikristalinio silicio kaina, Kinijos įmonės padidino gamybą ir ją išplėtė. Priešingai, užsienio įmonės atsargiau planuoja naujus projektus. Taip yra todėl, kad Kinijos dominavimas polikristalinio silicio pramonėje jau yra kontroliuojamas, o aklas gamybos didinimas gali atnešti nuostolių. Kalbant apie sąnaudas, energijos suvartojimas yra didžiausia polikristalinio silicio kainos dalis, todėl elektros energijos kaina yra labai svarbi, o Sindziangas, Vidinė Mongolija, Sičuanas ir kiti regionai turi akivaizdžių pranašumų. Kalbant apie paklausą, kaip tiesioginė polikristalinio silicio vartojimo grandis, Kinijos silicio plokštelių gamyba sudaro daugiau nei 99 % visos pasaulinės gamybos. Polikristalinio silicio vartojimo grandis daugiausia sutelkta Kinijoje. Pagaminto polikristalinio silicio kaina yra maža, transportavimo išlaidos yra mažos, o paklausa yra visiškai garantuota. Antra, Kinija nustatė gana aukštus antidempingo tarifus saulės energijai gaminti skirto polikristalinio silicio importui iš Jungtinių Valstijų ir Pietų Korėjos, o tai labai sumažino polikristalinio silicio vartojimą iš Jungtinių Valstijų ir Pietų Korėjos. Būkite atsargūs statydami naujus projektus; be to, pastaraisiais metais Kinijos užsienio polikristalinio silicio įmonės dėl tarifų poveikio vystėsi lėtai, o kai kurios gamybos linijos buvo sumažintos arba net uždarytos, o jų dalis pasaulinėje gamyboje kasmet mažėjo, todėl jos nebus palyginamos su polikristalinio silicio kainų kilimu 2021 m., nes, nepaisant didelio Kinijos bendrovės pelno, finansinės sąlygos nėra pakankamos, kad būtų galima greitai ir didelio masto gamybos pajėgumų plėtrai paremti.
Remiantis atitinkamomis polikristalinio silicio gamybos Kinijoje ir užsienyje prognozėmis nuo 2022 iki 2025 m., galima apibendrinti prognozuojamą pasaulinės polikristalinio silicio gamybos vertę. Apskaičiuota, kad pasaulinė polikristalinio silicio gamyba 2025 m. pasieks 1,371 mln. tonų. Remiantis prognozuojama polikristalinio silicio gamybos verte, galima apytiksliai apskaičiuoti Kinijos dalį pasaulinėje proporcijoje. Tikimasi, kad Kinijos dalis palaipsniui didės nuo 2022 iki 2025 m. ir 2025 m. viršys 87 %.
6. Santrauka ir perspektyvos
Polikristalinis silicis yra pasroviui nuo pramoninio silicio ir priešais visą fotovoltinių ir puslaidininkių pramonės grandinę, todėl jo statusas yra labai svarbus. Fotovoltinių elementų pramonės grandinė paprastai yra polikristalinio silicio-silicio plokštelės-elemento-modulio-fotovoltinės įrengtos galios, o puslaidininkių pramonės grandinė paprastai yra polikristalinio silicio-monokristalinio silicio plokštelės-silicio plokštelės-lustas. Skirtingiems panaudojimo būdams taikomi skirtingi polikristalinio silicio grynumo reikalavimai. Fotovoltinių elementų pramonėje daugiausia naudojamas saulės energijos gamybos polikristalinis silicis, o puslaidininkių pramonėje – elektronikos kokybės polikristalinis silicis. Pirmojo grynumo diapazonas yra 6N–8N, o antrojo – 9N ar didesnis.
Jau daugelį metų pagrindinis polikristalinio silicio gamybos procesas visame pasaulyje yra patobulintas „Siemens“ metodas. Pastaraisiais metais kai kurios įmonės aktyviai tyrinėja pigesnį silano fluidizuoto sluoksnio metodą, kuris gali turėti įtakos gamybos modeliui. Modifikuotu „Siemens“ metodu pagamintas strypo formos polikristalinis silicis pasižymi didelėmis energijos sąnaudomis, didele kaina ir dideliu grynumu, o silano fluidizuoto sluoksnio metodu pagamintas granuliuotas silicis pasižymi mažomis energijos sąnaudomis, maža kaina ir santykinai mažu grynumu. Kai kurios Kinijos įmonės suprato masinę granuliuoto silicio gamybą ir granuliuoto silicio panaudojimo polikristaliniam siliciui išgauti technologiją, tačiau ji nebuvo plačiai reklamuojama. Ar granuliuotas silicis ateityje galės pakeisti buvusįjį, priklauso nuo to, ar kainos pranašumas padengs kokybės trūkumus, tolesnio taikymo poveikį ir silano saugos gerinimą. Pastaraisiais metais pasaulinė polikristalinio silicio gamyba kasmet didėjo ir palaipsniui susikaupė Kinijoje. Nuo 2017 iki 2021 m. pasaulinė metinė polikristalinio silicio gamyba padidės nuo 432 000 tonų iki 631 000 tonų, o sparčiausias augimas bus 2021 m. Per šį laikotarpį pasaulinė polikristalinio silicio gamyba palaipsniui vis labiau koncentravosi Kinijoje, o Kinijos dalis polikristalinio silicio gamyboje padidėjo nuo 56,02 % 2017 m. iki 80,03 % 2021 m. Nuo 2022 iki 2025 m. polikristalinio silicio pasiūla smarkiai augs. Apskaičiuota, kad 2025 m. polikristalinio silicio gamyba Kinijoje sieks 1,194 mln. tonų, o užsienio gamyba pasieks 176 000 tonų. Todėl pasaulinė polikristalinio silicio gamyba 2025 m. sieks apie 1,37 mln. tonų.
(Šis straipsnis skirtas tik „UrbanMines“ klientams ir nėra investavimo patarimas)