1. Polikristāliskā silīcija rūpniecības ķēde: ražošanas process ir sarežģīts, un lejupējā posmā galvenā uzmanība tiek pievērsta fotoelektriskajiem pusvadītājiem
Polikristālisko silīciju galvenokārt ražo no rūpnieciskā silīcija, hlora un ūdeņraža, un tā atrodas fotoelektrisko un pusvadītāju rūpniecības ķēžu augšpus. Saskaņā ar CPIA datiem, pašreizējā galvenā polikristāliskā silīcija ražošanas metode pasaulē ir modificētā Siemens metode, izņemot Ķīnu, kur vairāk nekā 95% polikristāliskā silīcija tiek ražoti ar modificēto Siemens metodi. Polikristāliskā silīcija ražošanas procesā, izmantojot uzlaboto Siemens metodi, vispirms hlora gāze tiek apvienota ar ūdeņraža gāzi, lai iegūtu ūdeņraža hlorīdu, un pēc tam tā reaģē ar silīcija pulveri pēc rūpnieciskā silīcija sasmalcināšanas un malšanas, lai iegūtu trihlorsilānu, ko tālāk reducē ar ūdeņraža gāzi, lai iegūtu polikristālisko silīciju. Polikristālisko silīciju var izkausēt un atdzesēt, lai iegūtu polikristāliska silīcija stieņus, un monokristālisko silīciju var ražot arī ar Čochraļski vai zonas kausēšanu. Salīdzinot ar polikristālisko silīciju, monokristāliskais silīcijs sastāv no kristālu graudiem ar vienādu kristāla orientāciju, tāpēc tam ir labāka elektrovadītspēja un konversijas efektivitāte. Gan polikristāliskā silīcija stieņus, gan monokristāliskā silīcija stieņus var tālāk sagriezt un pārstrādāt silīcija plāksnēs un elementos, kas savukārt kļūst par fotoelektrisko moduļu galvenajām sastāvdaļām un tiek izmantoti fotoelektriskajā jomā. Turklāt monokristāla silīcija plāksnes var veidot arī silīcija plāksnēs, izmantojot atkārtotu slīpēšanu, pulēšanu, epitaksiju, tīrīšanu un citus procesus, ko var izmantot kā substrāta materiālus pusvadītāju elektroniskām ierīcēm.
Polikristāliskā silīcija piemaisījumu saturs ir stingri noteikts, un nozarei ir raksturīgi lieli kapitālieguldījumi un augsti tehniski šķēršļi. Tā kā polikristāliskā silīcija tīrība nopietni ietekmēs monokristāla silīcija zīmēšanas procesu, tīrības prasības ir ārkārtīgi stingras. Polikristāliskā silīcija minimālā tīrība ir 99,9999%, bet augstākā ir bezgalīgi tuvu 100%. Turklāt Ķīnas nacionālie standarti izvirza skaidras prasības attiecībā uz piemaisījumu saturu, un, pamatojoties uz to, polikristāliskais silīcijs tiek iedalīts I, II un III pakāpē, no kurām bora, fosfora, skābekļa un oglekļa saturs ir svarīgs atsauces rādītājs. "Polikristāliskā silīcija rūpniecības piekļuves nosacījumi" nosaka, ka uzņēmumiem jābūt pareizai kvalitātes pārbaudes un vadības sistēmai, un produktu standartiem stingri jāatbilst valsts standartiem; Turklāt piekļuves nosacījumi paredz arī polisilīcija ražošanas uzņēmumu, piemēram, saules enerģijas un elektroniskās kvalitātes polisilīcija, apjomu un enerģijas patēriņu. Projektu apjoms ir attiecīgi lielāks par 3000 tonnām gadā un 1000 tonnām gadā, un minimālā kapitāla attiecība jaunu būvniecības, rekonstrukcijas un paplašināšanas projektu investīcijās nedrīkst būt zemāka par 30%, tāpēc polisilīcija ir kapitālietilpīga nozare. Saskaņā ar CPIA statistiku, 2021. gadā ekspluatācijā nodoto 10 000 tonnu polisilīcija ražošanas līnijas iekārtu investīciju izmaksas ir nedaudz palielinājušās līdz 103 miljoniem juaņu/kt. Iemesls ir beramkravu metāla materiālu cenu pieaugums. Paredzams, ka nākotnē investīciju izmaksas palielināsies līdz ar ražošanas iekārtu tehnoloģiju attīstību un monomēra samazināsies, palielinoties izmēram. Saskaņā ar noteikumiem polisilīcija enerģijas patēriņam saules enerģijas un elektroniskās kvalitātes Czochralski redukcijai jābūt attiecīgi mazākam par 60 kWh/kg un 100 kWh/kg, un enerģijas patēriņa rādītāju prasības ir samērā stingras. Polikristāliskā silīcija ražošana parasti pieder ķīmiskajai rūpniecībai. Ražošanas process ir samērā sarežģīts, un tehnisko maršrutu, iekārtu izvēles, nodošanas ekspluatācijā un ekspluatācijas slieksnis ir augsts. Ražošanas process ietver daudzas sarežģītas ķīmiskas reakcijas, un vadības mezglu skaits pārsniedz 1000. Jaunajiem dalībniekiem ir grūti ātri apgūt nobriedušu meistarību. Tāpēc polikristāliskā silīcija ražošanas nozarē ir lieli kapitāla un tehniskie šķēršļi, kas arī mudina polikristāliskā silīcija ražotājus veikt stingru procesa plūsmas, iepakošanas un transportēšanas procesa tehnisko optimizāciju.
2. Polikristāliskā silīcija klasifikācija: tīrība nosaka lietojumu, un saules kvalitāte ieņem galveno vietu
Polikristāliskais silīcijs, elementārā silīcija veids, sastāv no kristāla graudiem ar dažādu kristāla orientāciju un galvenokārt tiek attīrīts, rūpnieciski apstrādājot silīciju. Polikristāliskajam silīcijam ir pelēks metālisks spīdums, un tā kušanas temperatūra ir aptuveni 1410 ℃. Istabas temperatūrā tas ir neaktīvs un izkausētā stāvoklī aktīvāks. Polikristāliskajam silīcijam piemīt pusvadītāju īpašības, un tas ir ārkārtīgi svarīgs un lielisks pusvadītāju materiāls, taču neliels piemaisījumu daudzums var ievērojami ietekmēt tā vadītspēju. Polikristāliskajam silīcijam ir daudz klasifikācijas metožu. Papildus iepriekš minētajai klasifikācijai saskaņā ar Ķīnas nacionālajiem standartiem šeit tiek ieviestas vēl trīs svarīgas klasifikācijas metodes. Atbilstoši dažādām tīrības prasībām un pielietojumam polikristālisko silīciju var iedalīt saules enerģijas polikristāliskā silīcijā un elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcijā. Saules enerģijas polikristālisko silīciju galvenokārt izmanto fotoelektrisko elementu ražošanā, savukārt elektroniskās kvalitātes polikristālisko silīciju plaši izmanto integrēto shēmu rūpniecībā kā izejvielu mikroshēmām un citai ražošanai. Saules kvalitātes polisilīcija tīrība ir 6–8 N, tas ir, kopējam piemaisījumu saturam jābūt zemākam par 10⁻⁶, un polisilīcija tīrībai jāsasniedz 99,9999 % vai vairāk. Elektroniskās kvalitātes polisilīcija tīrības prasības ir stingrākas – minimālais piemaisījumu daudzums ir 9 N, bet pašreizējais maksimālais – 12 N. Elektroniskās kvalitātes polisilīcija ražošana ir samērā sarežģīta. Tikai daži Ķīnas uzņēmumi ir apguvuši elektroniskās kvalitātes polisilīcija ražošanas tehnoloģiju, un tie joprojām ir samērā atkarīgi no importa. Pašlaik saules kvalitātes polisilīcija ražošana ir daudz lielāka nekā elektroniskās kvalitātes polisilīcija ražošana, un pirmā ir aptuveni 13,8 reizes lielāka nekā otrā.
Atkarībā no dopinga piemaisījumu atšķirībām un silīcija materiāla vadītspējas veida to var iedalīt P tipa un N tipa. Kad silīcijs ir dopēts ar akceptora piemaisījumu elementiem, piemēram, boru, alumīniju, galliju utt., tam dominē caurumu vadītspēja un tas ir P tipa. Kad silīcijs ir dopēts ar donora piemaisījumu elementiem, piemēram, fosforu, arsēnu, antimonu utt., tam dominē elektronu vadītspēja un tas ir N tipa. P tipa baterijas galvenokārt ietver BSF baterijas un PERC baterijas. 2021. gadā PERC baterijas veidos vairāk nekā 91% no pasaules tirgus, un BSF baterijas tiks izslēgtas. Laikā, kad PERC aizstāj BSF, P tipa šūnu konversijas efektivitāte ir palielinājusies no mazāk nekā 20% līdz vairāk nekā 23%, kas drīz tuvos teorētiskajai augšējai robežai 24,5%, savukārt N tipa šūnu teorētiskā augšējā robeža ir 28,7%, un N tipa šūnām ir augsta konversijas efektivitāte. Pateicoties augstajai bifaciālajai attiecībai un zemajam temperatūras koeficientam, uzņēmumi ir sākuši izvietot N tipa akumulatoru masveida ražošanas līnijas. Saskaņā ar CPIA prognozi, N tipa akumulatoru īpatsvars 2022. gadā ievērojami palielināsies no 3% līdz 13,4%. Paredzams, ka nākamo piecu gadu laikā tiks ieviesta N tipa akumulatoru iterācija uz P tipa akumulatoriem. Atkarībā no atšķirīgās virsmas kvalitātes to var iedalīt blīvā materiālā, ziedkāpostu materiālā un koraļļu materiālā. Blīvā materiāla virsmai ir viszemākā ieliekuma pakāpe, mazāka par 5 mm, nav krāsas anomāliju, nav oksidācijas starpslāņa un visaugstākā cena; Ziedkāpostu materiāla virsmai ir mērena ieliekuma pakāpe, 5–20 mm, šķērsgriezums ir mērens, un cena ir vidēja; savukārt koraļļu materiāla virsmai ir nopietnāka ieliekuma pakāpe, dziļums ir lielāks par 20 mm, šķērsgriezums ir irdens, un cena ir viszemākā. Blīvu materiālu galvenokārt izmanto monokristāliskā silīcija vilkšanai, savukārt ziedkāpostu materiālu un koraļļu materiālu galvenokārt izmanto polikristāliskā silīcija plākšņu ražošanai. Uzņēmumu ikdienas ražošanā blīvo materiālu var leģēt ar ne mazāk kā 30% ziedkāpostu materiāla, lai iegūtu monokristālisko silīciju. Izejvielu izmaksas var ietaupīt, taču ziedkāpostu materiāla izmantošana zināmā mērā samazinās kristālu vilkšanas efektivitāti. Uzņēmumiem, izvērtējot abus, jāizvēlas atbilstoša leģēšanas attiecība. Nesen cenu atšķirība starp blīvo materiālu un ziedkāpostu materiālu ir praktiski stabilizējusies pie 3 RMB/kg. Ja cenu atšķirība vēl vairāk palielināsies, uzņēmumi var apsvērt iespēju leģēt vairāk ziedkāpostu materiāla monokristāliskā silīcija vilkšanā.
3. Process: Siemens metode ieņem galveno virzienu, un enerģijas patēriņš kļūst par tehnoloģisko pārmaiņu atslēgu
Polihlorsilīcija ražošanas process ir aptuveni sadalīts divos posmos. Pirmajā posmā rūpnieciskais silīcija pulveris reaģē ar bezūdens ūdeņraža hlorīdu, iegūstot trihlorsilānu un ūdeņradi. Pēc atkārtotas destilācijas un attīrīšanas iegūst gāzveida trihlorsilānu, dihlordihidrosilīciju un silānu; otrajā posmā iepriekšminēto augstas tīrības gāzi reducē līdz kristāliskam silīcijam, un reducēšanas posms atšķiras modificētajā Siemens metodē un silāna fluidizētās gultas metodē. Uzlabotajai Siemens metodei ir nobriedusi ražošanas tehnoloģija un augsta produktu kvalitāte, un tā pašlaik ir visplašāk izmantotā ražošanas tehnoloģija. Tradicionālā Siemens ražošanas metode ir izmantot hloru un ūdeņradi, lai sintezētu bezūdens ūdeņraža hlorīdu, ūdeņraža hlorīdu un pulverveida rūpniecisko silīciju, lai sintezētu trihlorsilānu noteiktā temperatūrā, un pēc tam atdalītu, rektificētu un attīrītu trihlorsilānu. Silīcijs tiek pakļauts termiskās reducēšanas reakcijai ūdeņraža reducēšanas krāsnī, lai iegūtu elementāru silīciju, kas nogulsnēts uz silīcija kodola. Pamatojoties uz to, uzlabotais Siemens process ir aprīkots arī ar atbalsta procesu liela daudzuma ražošanas procesā radušos blakusproduktu, piemēram, ūdeņraža, ūdeņraža hlorīda un silīcija tetrahlorīda, pārstrādei, galvenokārt ietverot reducēšanas atlikumu gāzes atgūšanu un silīcija tetrahlorīda atkārtotas izmantošanas tehnoloģiju. Izplūdes gāzēs esošais ūdeņradis, ūdeņraža hlorīds, trihlorsilāns un silīcija tetrahlorīds tiek atdalīti ar sauso atgūšanu. Ūdeņradi un ūdeņraža hlorīdu var atkārtoti izmantot sintēzei un attīrīšanai ar trihlorsilānu, un trihlorsilāns tiek tieši pārstrādāts termiskajā reducēšanā. Attīrīšana tiek veikta krāsnī, un silīcija tetrahlorīds tiek hidrogenēts, lai iegūtu trihlorsilānu, ko var izmantot attīrīšanai. Šo soli sauc arī par aukstās hidrogenēšanas apstrādi. Realizējot slēgtas ķēdes ražošanu, uzņēmumi var ievērojami samazināt izejvielu un elektroenerģijas patēriņu, tādējādi efektīvi ietaupot ražošanas izmaksas.
Polikristāliskā silīcija ražošanas izmaksas, izmantojot uzlaboto Siemens metodi Ķīnā, ietver izejvielas, enerģijas patēriņu, nolietojumu, apstrādes izmaksas utt. Tehnoloģiju attīstība nozarē ir ievērojami samazinājusi izmaksas. Izejvielas galvenokārt ir rūpnieciskais silīcijs un trihlorsilāns, enerģijas patēriņš ietver elektrību un tvaiku, bet apstrādes izmaksas ir ražošanas iekārtu pārbaudes un remonta izmaksas. Saskaņā ar Baichuan Yingfu statistiku par polikristāliskā silīcija ražošanas izmaksām 2022. gada jūnija sākumā, izejvielas ir visaugstākā izmaksu pozīcija, veidojot 41% no kopējām izmaksām, no kurām rūpnieciskais silīcijs ir galvenais silīcija avots. Rūpniecībā parasti izmantotais silīcija vienības patēriņš ir silīcija daudzums, kas patērēts uz vienu augstas tīrības pakāpes silīcija izstrādājumu vienību. Aprēķina metode ir pārvērst visus silīciju saturošos materiālus, piemēram, ārpakalpojumā iegūto rūpniecisko silīcija pulveri un trihlorsilānu, tīrā silīcijā un pēc tam no silīcija satura attiecības atskaitīt ārpakalpojumā iegūto hlorsilānu atbilstoši tīrā silīcija daudzumam, kas iegūts no pārveidotā silīcija. Saskaņā ar CPIA datiem, silīcija patēriņa līmenis 2021. gadā samazināsies par 0,01 kg/kg-Si līdz 1,09 kg/kg-Si. Paredzams, ka, uzlabojot aukstās hidrogenēšanas apstrādi un blakusproduktu pārstrādi, tas līdz 2030. gadam samazināsies līdz 1,07 kg/kg. kg-Si. Saskaņā ar nepilnīgu statistiku, piecu lielāko Ķīnas uzņēmumu silīcija patēriņš polikristāliskā silīcija nozarē ir zemāks par nozares vidējo rādītāju. Ir zināms, ka divi no tiem 2021. gadā patērēs attiecīgi 1,08 kg/kg-Si un 1,05 kg/kg-Si. Otra lielākā proporcija ir enerģijas patēriņš, kas kopā veido 32%, no kuriem elektroenerģija veido 30% no kopējām izmaksām, norādot, ka elektroenerģijas cena un efektivitāte joprojām ir svarīgi faktori polikristāliskā silīcija ražošanā. Divi galvenie rādītāji energoefektivitātes mērīšanai ir visaptverošs enerģijas patēriņš un enerģijas patēriņa samazināšana. Enerģijas patēriņa samazināšana attiecas uz trihlorsilāna un ūdeņraža reducēšanas procesu, lai iegūtu augstas tīrības pakāpes silīcija materiālu. Enerģijas patēriņš ietver silīcija kodola uzsildīšanu un nogulsnēšanu, siltuma saglabāšanu, gala ventilāciju un citu procesu enerģijas patēriņu. 2021. gadā, attīstoties tehnoloģiskajam progresam un visaptverošai enerģijas izmantošanai, polikristāliskā silīcija ražošanas vidējais kopējais enerģijas patēriņš samazināsies par 5,3% salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu līdz 63 kWh/kg-Si, un vidējais samazinājuma enerģijas patēriņš samazināsies par 6,1% salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu līdz 46 kWh/kg-Si, un paredzams, ka nākotnē tas vēl vairāk samazināsies. Turklāt nolietojums ir arī svarīgs izmaksu postenis, kas veido 17%. Jāatzīmē, ka saskaņā ar Baichuan Yingfu datiem kopējās polikristāliskā silīcija ražošanas izmaksas 2022. gada jūnija sākumā bija aptuveni 55 816 juaņas/tonna, vidējā polikristāliskā silīcija cena tirgū bija aptuveni 260 000 juaņas/tonna, un bruto peļņas norma sasniedza pat 70% vai vairāk, tāpēc tas piesaistīja lielu skaitu uzņēmumu, kas investē polikristāliskā silīcija ražošanas jaudu būvniecībā.
Polikristāliskā silīcija ražotājiem ir divi veidi, kā samazināt izmaksas: viens ir samazināt izejvielu izmaksas, bet otrs ir samazināt enerģijas patēriņu. Izejvielu ziņā ražotāji var samazināt izejvielu izmaksas, parakstot ilgtermiņa sadarbības līgumus ar rūpnieciskā silīcija ražotājiem vai veidojot integrētas augšupējās un lejupējās ražošanas jaudas. Piemēram, polikristāliskā silīcija ražotnes būtībā paļaujas uz savu rūpnieciskā silīcija piegādi. Elektroenerģijas patēriņa ziņā ražotāji var samazināt elektroenerģijas izmaksas, izmantojot zemas elektroenerģijas cenas un visaptverošu enerģijas patēriņa uzlabojumu. Aptuveni 70% no kopējā elektroenerģijas patēriņa ir elektroenerģijas patēriņa samazināšana, un samazināšana ir arī galvenā saikne augstas tīrības pakāpes kristāliskā silīcija ražošanā. Tāpēc lielākā daļa polikristāliskā silīcija ražošanas jaudu Ķīnā ir koncentrēta reģionos ar zemām elektroenerģijas cenām, piemēram, Siņdzjanā, Iekšējā Mongolijā, Sičuaņā un Juņnaņā. Tomēr, attīstoties divu oglekļa emisiju politikai, ir grūti iegūt lielu daudzumu lētu enerģijas resursu. Tāpēc enerģijas patēriņa samazināšana samazināšanai mūsdienās ir reālāks izmaksu samazināšanas veids. Pašlaik efektīvs veids, kā samazināt reducēšanas enerģijas patēriņu, ir palielināt silīcija serdeņu skaitu reducēšanas krāsnī, tādējādi paplašinot vienas vienības jaudu. Pašlaik Ķīnā galvenie reducēšanas krāšņu veidi ir 36 stieņu pāri, 40 stieņu pāri un 48 stieņu pāri. Krāsns tips ir modernizēts līdz 60 stieņu pāriem un 72 stieņu pāriem, taču vienlaikus tas izvirza arī augstākas prasības uzņēmumu ražošanas tehnoloģiju līmenim.
Salīdzinot ar uzlaboto Siemens metodi, silāna fluidizētās kārtas metodei ir trīs priekšrocības: viena ir zems enerģijas patēriņš, otra ir augsta kristālu vilkšanas jauda, un trešā ir tā, ka to ir izdevīgāk kombinēt ar modernāko CCZ nepārtrauktās darbības Čochraļski tehnoloģiju. Saskaņā ar Silīcija rūpniecības nozares datiem, silāna fluidizētās kārtas metodes kopējais enerģijas patēriņš ir 33,33% no uzlabotās Siemens metodes, un enerģijas patēriņa samazinājums ir 10% no uzlabotās Siemens metodes. Silāna fluidizētās kārtas metodei ir ievērojamas enerģijas patēriņa priekšrocības. Runājot par kristālu vilkšanu, granulētā silīcija fizikālās īpašības var atvieglot kvarca tīģeļa pilnīgu piepildīšanu monokristāla silīcija vilkšanas stieņa savienojumā. Polikristālisks silīcijs un granulēts silīcijs var palielināt monokristāla silīcija tīģeļa uzlādes jaudu par 29%, vienlaikus samazinot uzlādes laiku par 41%, ievērojami uzlabojot monokristāla silīcija vilkšanas efektivitāti. Turklāt granulētajam silīcijam ir mazs diametrs un laba plūstamība, kas ir piemērotāks CCZ nepārtrauktās darbības Čochraļski metodei. Pašlaik galvenā monokristālu vilkšanas tehnoloģija vidējā un apakšējā posmā ir RCZ monokristālu pārliešanas metode, kas paredz kristāla atkārtotu padevi un vilkšanu pēc monokristāla silīcija stieņa vilkšanas. Vilkšana tiek veikta vienlaikus, kas ietaupa monokristāla silīcija stieņa atdzišanas laiku, tāpēc ražošanas efektivitāte ir augstāka. CCZ nepārtrauktās Čohraļska metodes straujā attīstība arī palielinās pieprasījumu pēc granulētā silīcija. Lai gan granulētajam silīcijam ir daži trūkumi, piemēram, berzes radīts lielāks silīcija pulvera daudzums, liela virsmas platība un viegla piesārņotāju adsorbcija, kā arī ūdeņraža saistīšanās ar ūdeņradi kušanas laikā, kas viegli izraisa izlaišanu, saskaņā ar attiecīgo granulētā silīcija uzņēmumu jaunākajiem paziņojumiem šīs problēmas tiek risinātas un ir panākts zināms progress.
Silāna fluidizētās kārtas process ir nobriedis Eiropā un Amerikas Savienotajās Valstīs, un pēc Ķīnas uzņēmumu ieviešanas tas ir tikai sākumstadijā. Jau 20. gs. astoņdesmitajos gados ārvalstu granulētais silīcijs, ko pārstāvēja REC un MEMC, sāka izpētīt granulētā silīcija ražošanu un realizēja liela mēroga ražošanu. Starp tiem REC kopējā granulētā silīcija ražošanas jauda 2010. gadā sasniedza 10 500 tonnas gadā, un, salīdzinot ar Siemens konkurentiem tajā pašā periodā, tam bija izmaksu priekšrocība vismaz 2–3 ASV dolāru/kg apmērā. Monokristālu vilkšanas vajadzību dēļ uzņēmuma granulētā silīcija ražošana stagnēja un galu galā pārtrauca ražošanu, un tas vērsās pie kopuzņēmuma ar Ķīnu, lai izveidotu ražošanas uzņēmumu granulētā silīcija ražošanai.
4. Izejvielas: Rūpnieciskais silīcijs ir galvenā izejviela, un piegāde var apmierināt polikristāliskā silīcija izplešanās vajadzības
Rūpnieciskais silīcijs ir galvenā izejviela polikristāliskā silīcija ražošanā. Paredzams, ka Ķīnas rūpnieciskā silīcija ražošana no 2022. līdz 2025. gadam stabili pieaugs. No 2010. līdz 2021. gadam Ķīnas rūpnieciskā silīcija ražošana ir paplašināšanās stadijā, un vidējais ražošanas jaudas un produkcijas gada pieauguma temps sasniedz attiecīgi 7,4% un 8,6%. Saskaņā ar SMM datiem, jaunizveidotaisrūpnieciskās silīcija ražošanas jaudaĶīnā 2022. un 2023. gadā būs attiecīgi 890 000 tonnu un 1,065 miljoni tonnu. Pieņemot, ka rūpnieciskā silīcija uzņēmumi nākotnē joprojām saglabās aptuveni 60 % jaudas izmantošanas līmeni un darbības rādītāju, Ķīnas nesen palielinātaisražošanas jauda 2022. un 2023. gadā palielinās izlaidi par 320 000 tonnu un 383 000 tonnu. Saskaņā ar GFCI aplēsēm,Ķīnas rūpnieciskā silīcija ražošanas jauda 2022./23./24./25. gadā ir aptuveni 5,90/697/6,71/6,5 miljoni tonnu, kas atbilst 3,55/391/4,18/4,38 miljoniem tonnu.
Atlikušo divu rūpnieciskā silīcija uzklāšanas lejupējo jomu izaugsmes temps ir relatīvi lēns, un Ķīnas rūpnieciskā silīcija ražošana būtībā var apmierināt polikristāliskā silīcija ražošanu. 2021. gadā Ķīnas rūpnieciskā silīcija ražošanas jauda būs 5,385 miljoni tonnu, kas atbilst 3,213 miljonu tonnu produkcijai, no kurām polikristāliskā silīcija, organiskā silīcija un alumīnija sakausējumu patēriņš būs attiecīgi 623 000 tonnas, 898 000 tonnas un 649 000 tonnas. Turklāt eksportam tiek izmantotas gandrīz 780 000 tonnas produkcijas. 2021. gadā polikristāliskā silīcija, organiskā silīcija un alumīnija sakausējumu patēriņš veidos attiecīgi 19%, 28% un 20% no rūpnieciskā silīcija. Paredzams, ka no 2022. līdz 2025. gadam organiskā silīcija ražošanas pieauguma temps saglabāsies aptuveni 10% apmērā, bet alumīnija sakausējumu ražošanas pieauguma temps ir mazāks par 5%. Tāpēc mēs uzskatām, ka rūpnieciskā silīcija daudzums, ko var izmantot polikristāliskā silīcija ražošanai 2022.–2025. gadā, ir relatīvi pietiekams, kas var pilnībā apmierināt polikristāliskā silīcija ražošanas vajadzības.
5. Polikristāliskā silīcija padeve:Ķīnaieņem dominējošu stāvokli, un ražošana pakāpeniski saplūst ar vadošajiem uzņēmumiem
Pēdējos gados globālā polisilīcija ražošana ir pieaugusi gadu no gada, pakāpeniski koncentrējoties Ķīnā. No 2017. līdz 2021. gadam globālā polisilīcija gada ražošana ir pieaugusi no 432 000 tonnām līdz 631 000 tonnām, visstraujāk pieaugot 2021. gadā ar pieauguma tempu 21,11%. Šajā periodā globālā polisilīcija ražošana pakāpeniski koncentrējās Ķīnā, un Ķīnas polisilīcija ražošanas īpatsvars palielinājās no 56,02% 2017. gadā līdz 80,03% 2021. gadā. Salīdzinot desmit lielākos uzņēmumus globālās polisilīcija ražošanas jaudas ziņā 2010. un 2021. gadā, var konstatēt, ka Ķīnas uzņēmumu skaits ir palielinājies no 4 līdz 8, un dažu Amerikas un Korejas uzņēmumu ražošanas jaudas īpatsvars ir ievērojami samazinājies, izkrītot no desmit labāko komandu, piemēram, HEMOLOCK, OCI, REC un MEMC, vidū. Nozares koncentrācija ir ievērojami palielinājusies, un desmit lielāko nozares uzņēmumu kopējā ražošanas jauda ir palielinājusies no 57,7% līdz 90,3%. 2021. gadā pieci Ķīnas uzņēmumi veidoja vairāk nekā 10% no ražošanas jaudas, kopā veidojot 65,7%. Ir trīs galvenie iemesli pakāpeniskai polikristāliskā silīcija nozares pārcelšanai uz Ķīnu. Pirmkārt, Ķīnas polikristāliskā silīcija ražotājiem ir ievērojamas priekšrocības izejvielu, elektroenerģijas un darbaspēka izmaksu ziņā. Darbinieku algas ir zemākas nekā ārvalstīs, tāpēc kopējās ražošanas izmaksas Ķīnā ir daudz zemākas nekā ārvalstīs, un tās turpinās samazināties līdz ar tehnoloģiju attīstību; otrkārt, Ķīnas polikristāliskā silīcija produktu kvalitāte pastāvīgi uzlabojas, lielākā daļa no tiem ir saules enerģijas pirmās klases līmenī, un atsevišķi progresīvi uzņēmumi atbilst tīrības prasībām. Ir panākts izrāviens augstākas elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcija ražošanas tehnoloģijā, pakāpeniski ieviešot vietējā elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcija aizstāšanu ar importu, un Ķīnas vadošie uzņēmumi aktīvi veicina elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcija projektu būvniecību. Silīcija plākšņu ražošanas apjoms Ķīnā pārsniedz 95% no kopējā pasaules ražošanas apjoma, kas pakāpeniski ir palielinājis polikristāliskā silīcija pašpietiekamības līmeni Ķīnā, kas zināmā mērā ir samazinājis ārvalstu polikristāliskā silīcija uzņēmumu tirgu.
No 2017. līdz 2021. gadam Ķīnas polikristāliskā silīcija gada ražošanas apjoms nepārtraukti pieaugs, galvenokārt tādās enerģijas resursu ziņā bagātās teritorijās kā Siņdzjana, Iekšējā Mongolija un Sičuaņa. 2021. gadā Ķīnas polikristāliskā silīcija ražošana palielināsies no 392 000 tonnām līdz 505 000 tonnām, kas ir pieaugums par 28,83%. Runājot par ražošanas jaudu, Ķīnas polikristāliskā silīcija ražošanas jauda kopumā ir bijusi augšupejoša, bet 2020. gadā tā ir samazinājusies dažu ražotāju slēgšanas dēļ. Turklāt Ķīnas polikristāliskā silīcija uzņēmumu jaudas izmantošanas līmenis kopš 2018. gada nepārtraukti pieaug, un 2021. gadā tas sasniegs 97,12%. Runājot par provincēm, Ķīnas polikristāliskā silīcija ražošana 2021. gadā galvenokārt ir koncentrēta apgabalos ar zemām elektroenerģijas cenām, piemēram, Siņdzjana, Iekšējā Mongolija un Sičuaņa. Siņdzjanas produkcija ir 270 400 tonnas, kas ir vairāk nekā puse no kopējās produkcijas Ķīnā.
Ķīnas polikristāliskā silīcija rūpniecībai raksturīga augsta koncentrācijas pakāpe, CR6 vērtība sasniedzot 77%, un nākotnē būs vērojama turpmāka augšupejoša tendence. Polikristāliskā silīcija ražošana ir nozare ar lielu kapitālu un augstiem tehniskiem šķēršļiem. Projekta būvniecības un ražošanas cikls parasti ir divi gadi vai ilgāks. Jauniem ražotājiem ir grūti ienākt nozarē. Spriežot pēc zināmās plānotās paplašināšanās un jaunajiem projektiem nākamo trīs gadu laikā, oligopolistiskie ražotāji nozarē turpinās paplašināt savu ražošanas jaudu, pateicoties savām tehnoloģijām un mēroga priekšrocībām, un viņu monopola pozīcija turpinās pieaugt.
Tiek lēsts, ka Ķīnas polisilīcija piegāde no 2022. līdz 2025. gadam strauji pieaugs, un polisilīcija ražošana 2025. gadā sasniegs 1,194 miljonus tonnu, veicinot globālā polisilīcija ražošanas apjoma paplašināšanos. 2021. gadā, strauji pieaugot polisilīcija cenai Ķīnā, lielie ražotāji ir ieguldījuši jaunu ražošanas līniju būvniecībā, vienlaikus piesaistot nozarei jaunus ražotājus. Tā kā polisilīcija projektu būvniecības laiks no būvniecības līdz ražošanai ilgs vismaz pusotru līdz divus gadus, jaunu objektu būvniecība tiks pabeigta 2021. gadā. Ražošanas jauda parasti tiek nodota ražošanā 2022. un 2023. gada otrajā pusē. Tas ļoti atbilst lielo ražotāju pašlaik paziņotajiem jaunajiem projektu plāniem. Jaunās ražošanas jaudas 2022.–2025. gadā galvenokārt koncentrēsies 2022. un 2023. gadā. Pēc tam, pakāpeniski stabilizējoties polisilīcija pieprasījumam un piedāvājumam, kā arī cenai, pakāpeniski stabilizēsies arī kopējā ražošanas jauda nozarē. Tas nozīmē, ka ražošanas jaudu pieauguma temps pakāpeniski samazināsies. Turklāt polisilīcija uzņēmumu jaudas izmantošanas līmenis pēdējos divos gados ir saglabājies augstā līmenī, taču būs nepieciešams laiks, lai jauno projektu ražošanas jauda pieaugtu, un jaunajiem dalībniekiem būs nepieciešams process, lai apgūtu attiecīgo sagatavošanas tehnoloģiju. Tāpēc jauno polisilīcija projektu jaudas izmantošanas līmenis nākamajos gados būs zems. No tā var prognozēt polisilīcija ražošanu 2022.–2025. gadā, un paredzams, ka 2025. gadā polisilīcija ražošana būs aptuveni 1,194 miljoni tonnu.
Ārvalstu ražošanas jaudu koncentrācija ir relatīvi augsta, un ražošanas pieauguma temps un ātrums nākamajos trīs gados nebūs tik augsts kā Ķīnā. Ārvalstu polikristāliskā silīcija ražošanas jauda galvenokārt ir koncentrēta četros vadošajos uzņēmumos, bet pārējiem ir galvenokārt mazas ražošanas jaudas. Runājot par ražošanas jaudu, Wacker Chem aizņem pusi no ārvalstu polikristāliskā silīcija ražošanas jaudas. Tās rūpnīcām Vācijā un Amerikas Savienotajās Valstīs ražošanas jaudas ir attiecīgi 60 000 tonnu un 20 000 tonnu. Strauji pieaugošā globālā polikristāliskā silīcija ražošanas jauda 2022. gadā un turpmāk var radīt bažas par pārprodukciju, uzņēmums joprojām atrodas nogaidošā stāvoklī un nav plānojis pievienot jaunas ražošanas jaudas. Dienvidkorejas polikristāliskā silīcija gigants OCI pakāpeniski pārceļ savu saules enerģijas kvalitātes polikristāliskā silīcija ražošanas līniju uz Malaiziju, vienlaikus saglabājot sākotnējo elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcija ražošanas līniju Ķīnā, kuras jauda 2022. gadā plānota 5000 tonnu apmērā. OCI ražošanas jauda Malaizijā 2020. un 2021. gadā sasniegs attiecīgi 27 000 tonnu un 30 000 tonnu, tādējādi panākot zemas enerģijas patēriņa izmaksas un apejot Ķīnas augstos polikristāliskā silīcija tarifus Amerikas Savienotajās Valstīs un Dienvidkorejā. Uzņēmums plāno saražot 95 000 tonnu, taču sākuma datums nav skaidrs. Paredzams, ka nākamo četru gadu laikā tā palielināsies līdz 5000 tonnām gadā. Norvēģijas uzņēmumam REC ir divas ražošanas bāzes Vašingtonas štatā un Montānā, ASV, ar gada ražošanas jaudu 18 000 tonnu saules enerģijas kvalitātes polikristāliskā silīcija un 2000 tonnu elektroniskās kvalitātes polikristāliskā silīcija. REC, kas atradās dziļās finansiālās grūtībās, nolēma apturēt ražošanu, un pēc tam, iedvesmojoties no polikristāliskā silīcija cenu uzplaukuma 2021. gadā, uzņēmums nolēma līdz 2023. gada beigām atsākt 18 000 tonnu projektu ražošanu Vašingtonas štatā un 2000 tonnu Montānā, un ražošanas jaudas palielināšanu varētu pabeigt 2024. gadā. Hemlock ir lielākais polikristāliskā silīcija ražotājs Amerikas Savienotajās Valstīs, kas specializējas augstas tīrības pakāpes elektronikas kvalitātes polikristāliskā silīcija ražošanā. Augsto tehnoloģiju ražošanas šķēršļi apgrūtina uzņēmuma produktu aizstāšanu tirgū. Apvienojumā ar to, ka uzņēmums neplāno būvēt jaunus projektus dažu gadu laikā, paredzams, ka uzņēmuma ražošanas jauda 2022.–2025. gadā būs 18 000 tonnu. Turklāt 2021. gadā citu uzņēmumu, izņemot iepriekš minētos četrus uzņēmumus, jaunā ražošanas jauda būs 5000 tonnu. Tā kā trūkst izpratnes par visu uzņēmumu ražošanas plāniem, šeit tiek pieņemts, ka jaunā ražošanas jauda no 2022. līdz 2025. gadam būs 5000 tonnas gadā.
Saskaņā ar ārvalstu ražošanas jaudām tiek lēsts, ka ārvalstu polisilīcija ražošana 2025. gadā būs aptuveni 176 000 tonnu, pieņemot, ka ārvalstu polisilīcija ražošanas jaudu izmantošanas līmenis paliks nemainīgs. Pēc tam, kad 2021. gadā strauji pieauga polisilīcija cena, Ķīnas uzņēmumi ir palielinājuši ražošanu un paplašinājuši to. Turpretī ārvalstu uzņēmumi ir piesardzīgāki savos jauno projektu plānos. Tas ir tāpēc, ka polisilīcija nozares dominējošo stāvokli jau kontrolē Ķīna, un akla ražošanas palielināšana var radīt zaudējumus. No izmaksu puses enerģijas patēriņš ir lielākā polisilīcija izmaksu sastāvdaļa, tāpēc elektroenerģijas cena ir ļoti svarīga, un Siņdzjanai, Iekšējai Mongolijai, Sičuaņai un citiem reģioniem ir acīmredzamas priekšrocības. No pieprasījuma puses, kā tieša polisilīcija lejupējai nozarei, Ķīnas silīcija plākšņu ražošana veido vairāk nekā 99% no pasaules kopējā apjoma. Polisilīcija lejupējā nozare galvenokārt ir koncentrēta Ķīnā. Saražotā polisilīcija cena ir zema, transporta izmaksas ir zemas, un pieprasījums ir pilnībā garantēts. Otrkārt, Ķīna ir noteikusi relatīvi augstus antidempinga tarifus saules enerģijas kvalitātes polisilīcija importam no Amerikas Savienotajām Valstīm un Dienvidkorejas, kas ir ievērojami samazinājis polisilīcija patēriņu no šīm valstīm. Būvējot jaunus projektus, jābūt piesardzīgiem; turklāt pēdējos gados Ķīnas ārvalstu polisilīcija uzņēmumi tarifu ietekmes dēļ ir attīstījušies lēni, un dažas ražošanas līnijas ir samazinātas vai pat slēgtas, un to īpatsvars pasaules ražošanā gadu no gada samazinās, tāpēc tie nebūs salīdzināmi ar polisilīcija cenu pieaugumu 2021. gadā, jo Ķīnas uzņēmuma augstā peļņa un finansiālie apstākļi nav pietiekami, lai atbalstītu tā straujo un plaša mēroga ražošanas jaudu paplašināšanu.
Balstoties uz attiecīgajām polikristāliskā silīcija ražošanas prognozēm Ķīnā un ārvalstīs no 2022. līdz 2025. gadam, var apkopot paredzamo globālās polikristāliskā silīcija ražošanas vērtību. Tiek lēsts, ka globālā polikristāliskā silīcija ražošana 2025. gadā sasniegs 1,371 miljonu tonnu. Saskaņā ar prognozēto polikristāliskā silīcija ražošanas vērtību, var aptuveni noteikt Ķīnas daļu pasaulē. Paredzams, ka Ķīnas daļa pakāpeniski palielināsies no 2022. līdz 2025. gadam un 2025. gadā pārsniegs 87%.
6. Kopsavilkums un perspektīvas
Polisilīcijs atrodas lejpus rūpnieciskā silīcija un augšpus visas fotoelektriskās un pusvadītāju rūpniecības ķēdes, un tā statuss ir ļoti svarīgs. Fotoelektriskās rūpniecības ķēde parasti ir polisilīcijs-silīcija plāksne-šūna-modulis-fotoelektriskā uzstādītā jauda, un pusvadītāju rūpniecības ķēde parasti ir polisilīcijs-monokristāliskais silīcija plāksne-silīcija plāksne-mikroshēma. Dažādiem lietojumiem ir atšķirīgas prasības attiecībā uz polisilīcija tīrību. Fotoelektriskā rūpniecība galvenokārt izmanto saules kvalitātes polisilīciju, bet pusvadītāju rūpniecība izmanto elektroniskās kvalitātes polisilīciju. Pirmajam ir tīrības diapazons no 6N līdz 8N, bet otrajam ir nepieciešama 9N vai augstāka tīrība.
Jau gadiem ilgi polikristāliskā silīcija ražošanas galvenais process visā pasaulē ir bijusi uzlabotā Siemens metode. Pēdējos gados daži uzņēmumi ir aktīvi pētījuši lētāko silāna fluidizētās gultas metodi, kas var ietekmēt ražošanas modeli. Ar modificēto Siemens metodi ražotajam stieņa formas polikristāliskajam silīcijam ir augsts enerģijas patēriņš, augstas izmaksas un augsta tīrības pakāpe, savukārt granulētajam silīcijam, kas ražots ar silāna fluidizētās gultas metodi, ir zems enerģijas patēriņš, zemas izmaksas un relatīvi zema tīrības pakāpe. Daži Ķīnas uzņēmumi ir apzinājušies granulētā silīcija masveida ražošanu un granulētā silīcija izmantošanas tehnoloģiju polikristāliskā silīcija iegūšanai, taču tā nav plaši popularizēta. Tas, vai granulētais silīcijs nākotnē var aizstāt iepriekšējo, ir atkarīgs no tā, vai izmaksu priekšrocība var segt kvalitātes trūkumus, pakārtoto pielietojumu ietekmi un silāna drošības uzlabošanu. Pēdējos gados globālā polikristāliskā silīcija ražošana ir pieaugusi gadu no gada un pakāpeniski apvienojas Ķīnā. No 2017. līdz 2021. gadam globālā polisilīcija ražošana pieaugs no 432 000 tonnām līdz 631 000 tonnām, un visstraujākais pieaugums būs 2021. gadā. Šajā periodā globālā polisilīcija ražošana pakāpeniski arvien vairāk koncentrējās Ķīnā, un Ķīnas īpatsvars polisilīcija ražošanā palielinājās no 56,02 % 2017. gadā līdz 80,03 % 2021. gadā. No 2022. līdz 2025. gadam polisilīcija piegāde ievērojami palielināsies. Tiek lēsts, ka 2025. gadā polisilīcija ražošana Ķīnā sasniegs 1,194 miljonus tonnu, bet ārvalstu ražošana sasniegs 176 000 tonnu. Tādēļ globālā polisilīcija ražošana 2025. gadā būs aptuveni 1,37 miljoni tonnu.
(Šis raksts ir paredzēts tikai UrbanMines klientu uzziņai un nav uzskatāms par ieguldījumu padomu）