1. Łańcuch przemysłowy polikrzemu: Proces produkcji jest złożony, a downstream koncentruje się na półprzewodnikach fotowoltaicznych
Polikrzem jest produkowany głównie z krzemu przemysłowego, chloru i wodoru i znajduje się w górnym biegu łańcucha produkcyjnego przemysłu fotowoltaicznego i półprzewodnikowego. Według danych CPIA, obecnie dominującą metodą produkcji polikrzemu na świecie jest zmodyfikowana metoda Siemensa. Z wyjątkiem Chin, ponad 95% polikrzemu jest produkowane zmodyfikowaną metodą Siemensa. W procesie wytwarzania polikrzemu ulepszoną metodą Siemensa, najpierw chlor gazowy jest łączony z wodorem w celu wytworzenia chlorowodoru, a następnie, po rozdrobnieniu i zmieleniu krzemu przemysłowego, reaguje z proszkiem krzemowym, tworząc trichlorosilan, który jest następnie redukowany wodorem w celu wytworzenia polikrzemu. Krzem polikrystaliczny można topić i schłodzić, aby uzyskać wlewki krzemu polikrystalicznego, a krzem monokrystaliczny można również wytwarzać metodą Czochralskiego lub topienia strefowego. W porównaniu z krzemem polikrystalicznym, krzem monokrystaliczny składa się z ziaren kryształów o tej samej orientacji, dzięki czemu charakteryzuje się lepszą przewodnością elektryczną i wydajnością konwersji. Zarówno polikrystaliczne wlewki krzemowe, jak i monokrystaliczne pręty krzemowe mogą być dalej cięte i przetwarzane na płytki i ogniwa krzemowe, które z kolei stają się kluczowymi elementami modułów fotowoltaicznych i są wykorzystywane w branży fotowoltaicznej. Ponadto, monokrystaliczne płytki krzemowe można również formować w płytki krzemowe poprzez wielokrotne szlifowanie, polerowanie, epitaksję, czyszczenie i inne procesy, które mogą być wykorzystywane jako materiały podłoża do półprzewodnikowych urządzeń elektronicznych.
Zawartość zanieczyszczeń w polikrzemie jest ściśle wymagana, a przemysł ten charakteryzuje się wysokimi nakładami inwestycyjnymi i wysokimi barierami technicznymi. Ponieważ czystość polikrzemu ma istotny wpływ na proces ciągnienia monokrystalicznego krzemu, wymagania dotyczące czystości są niezwykle surowe. Minimalna czystość polikrzemu wynosi 99,9999%, a najwyższa jest nieskończenie bliska 100%. Ponadto chińskie normy krajowe jasno określają wymagania dotyczące zawartości zanieczyszczeń, a na ich podstawie polikrzem dzieli się na klasy I, II i III, z których zawartość boru, fosforu, tlenu i węgla stanowi ważny wskaźnik odniesienia. „Warunki dostępu do przemysłu polikrzemowego” stanowią, że przedsiębiorstwa muszą posiadać solidny system kontroli i zarządzania jakością, a normy produktowe są ściśle zgodne z normami krajowymi. Ponadto warunki dostępu wymagają również skali i zużycia energii przez przedsiębiorstwa produkujące polikrzem, takie jak polikrzem klasy solarnej i elektronicznej. Skala projektu jest większa niż 3000 ton/rok i 1000 ton/rok odpowiednio, a minimalny współczynnik kapitału w inwestycjach w nowe projekty budowlane oraz przebudowy i rozbudowy nie może być niższy niż 30%, więc polikrzem jest kapitałochłonnym przemysłem. Według statystyk CPIA, koszt inwestycji w linię produkcyjną polikrzemu o wydajności 10 000 ton oddaną do użytku w 2021 r. nieznacznie wzrósł do 103 milionów juanów/kt. Powodem jest wzrost cen materiałów metalowych masowych. Oczekuje się, że koszt inwestycji w przyszłości wzrośnie wraz z postępem technologii urządzeń produkcyjnych, a monomer zmniejszy się wraz ze wzrostem rozmiaru. Zgodnie z przepisami, zużycie energii przez polikrzem do redukcji Czochralskiego klasy solarnej i elektronicznej powinno być mniejsze niż odpowiednio 60 kWh/kg i 100 kWh/kg, a wymagania dotyczące wskaźników zużycia energii są stosunkowo surowe. Produkcja polikrzemu zazwyczaj należy do przemysłu chemicznego. Proces produkcji jest stosunkowo złożony, a próg dla ścieżek technicznych, doboru sprzętu, uruchomienia i eksploatacji jest wysoki. Proces produkcji obejmuje wiele złożonych reakcji chemicznych, a liczba węzłów sterujących przekracza 1000. Trudno jest nowym podmiotom szybko opanować dojrzałe rzemiosło. Dlatego w branży produkcji polikrzemu występują wysokie bariery kapitałowe i techniczne, co również zachęca producentów polikrzemu do przeprowadzania ścisłej optymalizacji technicznej przepływu procesu, pakowania i procesu transportu.
2. Klasyfikacja polikrzemu: czystość decyduje o zastosowaniu, a klasa solarna zajmuje główne miejsce
Krzem polikrystaliczny, forma krzemu pierwiastkowego, składa się z ziaren krystalicznych o różnej orientacji i jest oczyszczany głównie poprzez przemysłową obróbkę krzemu. Polikrzem ma szary, metaliczny połysk, a jego temperatura topnienia wynosi około 1410°C. Jest nieaktywny w temperaturze pokojowej i bardziej aktywny w stanie stopionym. Polikrzem ma właściwości półprzewodnikowe i jest niezwykle ważnym i doskonałym materiałem półprzewodnikowym, ale niewielka ilość zanieczyszczeń może znacząco wpłynąć na jego przewodność. Istnieje wiele metod klasyfikacji polikrzemu. Oprócz wspomnianej klasyfikacji zgodnie z chińskimi normami krajowymi, przedstawiono tutaj trzy kolejne ważne metody klasyfikacji. Ze względu na różne wymagania dotyczące czystości i zastosowania, polikrzem można podzielić na polikrzem solarny i polikrzem elektroniczny. Polikrzem solarny jest wykorzystywany głównie w produkcji ogniw fotowoltaicznych, natomiast polikrzem elektroniczny jest szeroko stosowany w przemyśle układów scalonych jako surowiec do produkcji chipów i innych produktów. Czystość polikrzemu solarnego wynosi 6–8N, co oznacza, że całkowita zawartość zanieczyszczeń musi być niższa niż 10-6, a czystość polikrzemu musi wynosić 99,9999% lub więcej. Wymagania dotyczące czystości polikrzemu elektronicznego są bardziej rygorystyczne i wynoszą minimum 9N, a obecnie maksimum 12N. Produkcja polikrzemu elektronicznego jest stosunkowo trudna. Niewiele chińskich przedsiębiorstw opanowało technologię produkcji polikrzemu elektronicznego i nadal są one stosunkowo uzależnione od importu. Obecnie produkcja polikrzemu solarnego jest znacznie większa niż polikrzemu elektronicznego, a ten pierwszy jest około 13,8 razy większy niż ten drugi.
Ze względu na różnicę w domieszkach i typie przewodnictwa krzem dzieli się na typ P i typ N. Domieszkowanie krzemu pierwiastkami akceptorowymi, takimi jak bor, glin, gal itp., powoduje dominację przewodnictwa dziurowego i jest typu P. Domieszkowanie krzemu pierwiastkami donorowymi, takimi jak fosfor, arsen, antymon itp., powoduje dominację przewodnictwa elektronowego i jest typu N. Baterie typu P obejmują głównie baterie BSF i baterie PERC. W 2021 roku baterie PERC będą stanowić ponad 91% światowego rynku, a baterie BSF zostaną wyeliminowane. W okresie, gdy PERC zastępuje BSF, wydajność konwersji ogniw typu P wzrosła z mniej niż 20% do ponad 23%, co zbliża się do teoretycznego górnego limitu 24,5%, podczas gdy teoretyczny górny limit ogniw typu N wynosi 28,7%, a ogniwa typu N mają wysoką wydajność konwersji. Ze względu na zalety wysokiego współczynnika bifacjalnego i niskiego współczynnika temperaturowego firmy zaczęły wdrażać linie produkcyjne masowe dla baterii typu N. Zgodnie z prognozą CPIA, udział baterii typu N znacznie wzrośnie z 3% do 13,4% w 2022 roku. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych pięciu lat nastąpi iteracja baterii typu N do baterii typu P. Zgodnie z różną jakością powierzchni można je podzielić na materiał gęsty, materiał kalafiorowy i materiał koralowy. Powierzchnia gęstego materiału ma najniższy stopień wklęsłości, mniejszy niż 5 mm, brak nieprawidłowości koloru, brak międzywarstwy utleniania i najwyższą cenę; Powierzchnia materiału kalafiorowego ma umiarkowany stopień wklęsłości, 5-20 mm, przekrój jest umiarkowany, a cena jest średnia; powierzchnia materiału koralowego ma większą wklęsłość, głębokość przekracza 20 mm, przekrój jest luźny, a cena jest najniższa. Gęsty materiał jest używany głównie do ciągnienia krzemu monokrystalicznego, podczas gdy materiał kalafiorowy i koralowy są używane głównie do produkcji polikrystalicznych płytek krzemowych. W codziennej produkcji przedsiębiorstw gęsty materiał może być domieszkowany nie mniej niż 30% materiału kalafiorowego, aby uzyskać krzem monokrystaliczny. Koszt surowców można obniżyć, ale użycie materiału kalafiorowego w pewnym stopniu obniży wydajność wyciągania kryształów. Przedsiębiorstwa muszą wybrać odpowiedni stosunek domieszki po zważeniu obu materiałów. Ostatnio różnica w cenie między materiałem gęstym a materiałem kalafiorowym ustabilizowała się zasadniczo na poziomie 3 RMB/kg. Jeśli różnica w cenie będzie się dalej powiększać, firmy mogą rozważyć dodanie większej ilości materiału z kalafiora do monokrystalicznego krzemu.
3. Proces: Metoda Siemensa staje się coraz bardziej powszechna, a zużycie energii staje się kluczem do zmian technologicznych
Proces produkcji polikrzemu dzieli się na dwa etapy. W pierwszym etapie przemysłowy proszek krzemowy poddaje się reakcji z bezwodnym chlorowodorem w celu uzyskania trichlorosilanu i wodoru. Po wielokrotnej destylacji i oczyszczaniu powstaje gazowy trichlorosilan, dichlorodihydrosilikon i silan; drugim etapem jest redukcja wspomnianego gazu o wysokiej czystości do krystalicznego krzemu. Etap redukcji różni się w zmodyfikowanej metodzie Siemensa i metodzie fluidyzacyjnej silanu. Ulepszona metoda Siemensa charakteryzuje się dojrzałą technologią produkcji i wysoką jakością produktu, a obecnie jest najpowszechniej stosowaną technologią produkcji. Tradycyjna metoda produkcji Siemensa polega na użyciu chloru i wodoru do syntezy bezwodnego chlorowodoru, chlorowodoru i sproszkowanego krzemu przemysłowego w celu syntezy trichlorosilanu w określonej temperaturze, a następnie na oddzieleniu, rektyfikacji i oczyszczeniu trichlorosilanu. Krzem poddawany jest reakcji redukcji termicznej w piecu do redukcji wodoru w celu uzyskania krzemu pierwiastkowego osadzonego na rdzeniu krzemowym. Na tej podstawie ulepszony proces Siemensa został również wyposażony w proces wspomagający recykling dużej ilości produktów ubocznych, takich jak wodór, chlorowodór i czterochlorek krzemu, powstających w procesie produkcyjnym, obejmujący głównie odzysk gazu resztkowego z redukcji i technologię ponownego wykorzystania czterochlorku krzemu. Wodór, chlorowodór, trichlorosilan i czterochlorek krzemu w spalinach są oddzielane metodą suchego odzysku. Wodór i chlorowodór mogą być ponownie wykorzystane do syntezy i oczyszczania za pomocą trichlorosilanu, a trichlorosilan jest bezpośrednio zawracany do redukcji termicznej. Oczyszczanie odbywa się w piecu, a czterochlorek krzemu jest uwodorniany w celu uzyskania trichlorosilanu, który może być wykorzystany do oczyszczania. Ten etap jest również nazywany zimnym uwodornieniem. Dzięki realizacji produkcji w obiegu zamkniętym przedsiębiorstwa mogą znacznie zmniejszyć zużycie surowców i energii elektrycznej, a tym samym skutecznie obniżyć koszty produkcji.
Koszt produkcji polikrzemu przy użyciu ulepszonej metody Siemensa w Chinach obejmuje surowce, zużycie energii, amortyzację, koszty przetwarzania itp. Postęp technologiczny w branży znacznie obniżył koszty. Surowce odnoszą się głównie do krzemu przemysłowego i trichlorosilanu, zużycie energii obejmuje energię elektryczną i parę, a koszty przetwarzania odnoszą się do kosztów kontroli i naprawy sprzętu produkcyjnego. Według statystyk Baichuan Yingfu dotyczących kosztów produkcji polikrzemu na początku czerwca 2022 r. surowce stanowią najwyższą pozycję kosztową, stanowiąc 41% całkowitych kosztów, z czego głównym źródłem krzemu jest krzem przemysłowy. Jednostkowe zużycie krzemu powszechnie stosowane w branży reprezentuje ilość krzemu zużytego na jednostkę produktów krzemowych o wysokiej czystości. Metoda obliczeniowa polega na przeliczeniu wszystkich materiałów zawierających krzem, takich jak outsourcingowy przemysłowy proszek krzemowy i trichlorosilan, na czysty krzem, a następnie odjęciu outsourcingowego chlorosilanu zgodnie ze stosunkiem zawartości krzemu do ilości czystego krzemu przekonwertowanego. Według danych CPIA, poziom zużycia krzemu spadnie o 0,01 kg/kg-Si do 1,09 kg/kg-Si w 2021 r. Oczekuje się, że wraz z udoskonaleniem obróbki zimnego uwodornienia i recyklingu produktów ubocznych, oczekuje się, że zmniejszy się on do 1,07 kg/kg do 2030 r. kg-Si. Według niepełnych statystyk, zużycie krzemu przez pięć największych chińskich firm w branży polikrzemu jest niższe niż średnia branżowa. Wiadomo, że dwie z nich będą zużywać odpowiednio 1,08 kg/kg-Si i 1,05 kg/kg-Si w 2021 r. Drugim najwyższym udziałem jest zużycie energii, stanowiące 32% całości, z czego energia elektryczna stanowi 30% całkowitych kosztów, co wskazuje, że cena energii elektrycznej i wydajność są nadal ważnymi czynnikami dla produkcji polikrzemu. Dwoma głównymi wskaźnikami do pomiaru efektywności energetycznej są kompleksowe zużycie energii i redukcja zużycia energii. Zużycie energii w procesie redukcji odnosi się do procesu redukcji trichlorosilanu i wodoru w celu wytworzenia krzemu o wysokiej czystości. Zużycie energii obejmuje wstępne podgrzewanie i osadzanie rdzenia krzemowego, utrwalanie cieplne, wentylację końcową i inne procesy. W 2021 roku, dzięki postępowi technologicznemu i kompleksowemu wykorzystaniu energii, średnie całkowite zużycie energii w produkcji polikrzemu zmniejszy się o 5,3% rok do roku do 63 kWh/kg-Si, a średnie zużycie energii w procesie redukcji zmniejszy się o 6,1% rok do roku do 46 kWh/kg-Si, przy czym oczekuje się dalszego spadku tego poziomu w przyszłości. Ponadto, amortyzacja stanowi również istotną pozycję kosztów, stanowiąc 17%. Warto zauważyć, że według danych Baichuan Yingfu całkowity koszt produkcji polikrzemu na początku czerwca 2022 r. wynosił około 55 816 juanów/tonę, średnia cena polikrzemu na rynku wynosiła około 260 000 juanów/tonę, a marża zysku brutto wynosiła 70% lub więcej, co przyciągnęło dużą liczbę przedsiębiorstw inwestujących w budowę zdolności produkcyjnych polikrzemu.
Producenci polikrzemu mogą obniżyć koszty na dwa sposoby: poprzez redukcję kosztów surowców i redukcję zużycia energii. Jeśli chodzi o surowce, producenci mogą obniżyć ich koszt, podpisując długoterminowe umowy o współpracy z producentami krzemu przemysłowego lub budując zintegrowane moce produkcyjne w procesie upstream i downstream. Na przykład, zakłady produkujące polikrzem zasadniczo polegają na własnych dostawach krzemu przemysłowego. Jeśli chodzi o zużycie energii elektrycznej, producenci mogą obniżyć koszty energii elektrycznej poprzez niskie ceny energii elektrycznej i kompleksową poprawę zużycia energii. Około 70% całkowitego zużycia energii elektrycznej przypada na redukcję zużycia energii elektrycznej, która jest również kluczowym ogniwem w produkcji krzemu krystalicznego o wysokiej czystości. Dlatego większość mocy produkcyjnych polikrzemu w Chinach jest skoncentrowana w regionach o niskich cenach energii elektrycznej, takich jak Xinjiang, Mongolia Wewnętrzna, Syczuan i Junnan. Jednak wraz z rozwojem polityki dwuwęglowej, trudno jest uzyskać dużą ilość tanich źródeł energii. Dlatego zmniejszenie zużycia energii w celu redukcji kosztów jest obecnie bardziej realną metodą. Obecnie skutecznym sposobem na zmniejszenie zużycia energii w procesie redukcji jest zwiększenie liczby rdzeni krzemowych w piecu redukcyjnym, co pozwala na zwiększenie wydajności pojedynczego urządzenia. Obecnie najpopularniejsze typy pieców redukcyjnych w Chinach to 36 par prętów, 40 par prętów i 48 par prętów. Zmodernizowano typ pieca do 60 par prętów i 72 par prętów, ale jednocześnie stawia on wyższe wymagania dotyczące poziomu technologii produkcji w przedsiębiorstwach.
W porównaniu z ulepszoną metodą Siemensa, metoda fluidyzacji silanowej ma trzy zalety: niskie zużycie energii, wysoką wydajność wyciągania kryształów, a trzecią jest korzystniejsze połączenie z bardziej zaawansowaną technologią ciągłego wyciągania kryształów (CCZ) w procesie CCZ. Według danych Silicon Industry Branch, całkowite zużycie energii w metodzie fluidyzacji silanowej wynosi 33,33% w porównaniu z ulepszoną metodą Siemensa, a redukcja zużycia energii wynosi 10% w porównaniu z ulepszoną metodą Siemensa. Metoda fluidyzacji silanowej ma znaczące zalety w zakresie zużycia energii. W zakresie wyciągania kryształów, właściwości fizyczne granulowanego krzemu ułatwiają pełne wypełnienie kwarcowego tygla w monokrystalicznym ogniwie pręta ciągnącego z krzemu. Polikrystaliczny i granulowany krzem mogą zwiększyć pojemność ładowania pojedynczego tygla pieca o 29%, jednocześnie skracając czas ładowania o 41%, co znacznie poprawia wydajność wyciągania monokrystalicznego krzemu. Ponadto granulowany krzem charakteryzuje się małą średnicą i dobrą płynnością, co jest bardziej odpowiednie dla ciągłej metody Czochralskiego (CCZ). Obecnie główną technologią wyciągania monokryształów w środkowym i dolnym odcinku jest metoda odlewania monokryształów RCZ, która polega na ponownym podaniu i wyciągnięciu kryształu po wyciągnięciu monokrystalicznego pręta krzemowego. Ciągnienie odbywa się w tym samym czasie, co skraca czas chłodzenia monokrystalicznego pręta krzemowego, a tym samym zwiększa wydajność produkcji. Szybki rozwój ciągłej metody Czochralskiego CCZ zwiększy również popyt na granulowany krzem. Chociaż granulowany krzem ma pewne wady, takie jak większa ilość proszku krzemowego wytwarzana przez tarcie, duża powierzchnia i łatwa adsorpcja zanieczyszczeń oraz wodór łączony w wodór podczas topienia, co łatwo powoduje przeskakiwanie, to zgodnie z najnowszymi doniesieniami odpowiednich przedsiębiorstw zajmujących się granulowanym krzemem, problemy te są rozwiązywane i poczyniono pewne postępy.
Proces fluidyzacji krzemu w złożu silanowym jest dobrze rozwinięty w Europie i Stanach Zjednoczonych, ale znajduje się w fazie początkowej po wprowadzeniu chińskich przedsiębiorstw. Już w latach 80. XX wieku zagraniczni producenci krzemu granulowanego, reprezentowani przez REC i MEMC, rozpoczęli badania nad produkcją krzemu granulowanego i zrealizowali produkcję na dużą skalę. Łączna zdolność produkcyjna REC w zakresie krzemu granulowanego osiągnęła 10 500 ton rocznie w 2010 roku, a w porównaniu z odpowiednikami Siemensa w tym samym okresie, firma miała przewagę kosztową wynoszącą co najmniej 2-3 USD/kg. Ze względu na zapotrzebowanie na monokryształy, produkcja krzemu granulowanego w firmie uległa stagnacji, a ostatecznie została wstrzymana. Firma zwróciła się do spółki joint venture z Chinami, aby utworzyć przedsiębiorstwo produkcyjne zajmujące się produkcją krzemu granulowanego.
4. Surowce: Głównym surowcem jest krzem przemysłowy, którego podaż może zaspokoić potrzeby ekspansji polikrzemu
Krzem przemysłowy jest podstawowym surowcem do produkcji polikrzemu. Oczekuje się, że produkcja krzemu przemysłowego w Chinach będzie systematycznie rosła w latach 2022-2025. W latach 2010-2021 chińska produkcja krzemu przemysłowego znajdowała się w fazie ekspansji, a średnioroczne tempo wzrostu mocy produkcyjnych i produkcji osiągnęło odpowiednio 7,4% i 8,6%. Według danych SMM, nowo zwiększona produkcjazdolność produkcyjna krzemu przemysłowegow Chinach wyniesie 890 000 ton i 1,065 mln ton w latach 2022 i 2023. Zakładając, że firmy produkujące krzem przemysłowy nadal będą utrzymywać wskaźnik wykorzystania mocy produkcyjnych i wskaźnik operacyjny na poziomie około 60% w przyszłości, nowo zwiększona produkcja w ChinachZdolności produkcyjne w latach 2022 i 2023 przyniosą wzrost produkcji o 320 000 ton i 383 000 ton. Według szacunków GFCI,Chińskie zdolności produkcyjne w zakresie krzemu przemysłowego w latach 2022–2025 wyniosły około 5,90/697/6,71/6,5 miliona ton, co odpowiada 3,55/391/4,18/4,38 miliona ton.
Tempo wzrostu pozostałych dwóch obszarów downstream nałożonego krzemu przemysłowego jest stosunkowo powolne, a chińska produkcja krzemu przemysłowego może zasadniczo sprostać produkcji polikrzemu. W 2021 roku chińskie moce produkcyjne krzemu przemysłowego wyniosą 5,385 mln ton, co odpowiada produkcji 3,213 mln ton, z czego polikrzem, krzem organiczny i stopy aluminium pochłoną odpowiednio 623 000 ton, 898 000 ton i 649 000 ton. Ponadto prawie 780 000 ton produkcji jest przeznaczane na eksport. W 2021 roku zużycie polikrzemu, krzemu organicznego i stopów aluminium będzie stanowić odpowiednio 19%, 28% i 20% krzemu przemysłowego. Oczekuje się, że w latach 2022-2025 tempo wzrostu produkcji krzemu organicznego utrzyma się na poziomie około 10%, a tempo wzrostu produkcji stopów aluminium będzie niższe niż 5%. Dlatego uważamy, że ilość krzemu przemysłowego, którą można wykorzystać do produkcji polikrzemu w latach 2022–2025, będzie stosunkowo wystarczająca, co pozwoli w pełni zaspokoić zapotrzebowanie na produkcję polikrzemu.
5. Dostawa polikrzemu:Chinyzajmuje dominującą pozycję, a produkcja stopniowo skupia się w wiodących przedsiębiorstwach
W ostatnich latach globalna produkcja polikrzemu rosła z roku na rok i stopniowo gromadziła się w Chinach. Od 2017 do 2021 r. globalna roczna produkcja polikrzemu wzrosła z 432 000 ton do 631 000 ton, przy najszybszym wzroście w 2021 r., ze stopą wzrostu 21,11%. W tym okresie globalna produkcja polikrzemu stopniowo koncentrowała się w Chinach, a udział chińskiej produkcji polikrzemu wzrósł z 56,02% w 2017 r. do 80,03% w 2021 r. Porównując dziesięć największych firm pod względem globalnych zdolności produkcyjnych polikrzemu w 2010 i 2021 r., można zauważyć, że liczba chińskich firm wzrosła z 4 do 8, a udział zdolności produkcyjnych niektórych amerykańskich i koreańskich firm znacznie spadł, wypadając z pierwszej dziesiątki zespołów, takich jak HEMOLOCK, OCI, REC i MEMC; Koncentracja przemysłu znacznie wzrosła, a całkowita zdolność produkcyjna dziesięciu największych firm w branży wzrosła z 57,7% do 90,3%. W 2021 r. pięć chińskich firm odpowiadało za ponad 10% zdolności produkcyjnych, co stanowiło łącznie 65,7%. Istnieją trzy główne powody stopniowego przenoszenia przemysłu polikrzemowego do Chin. Po pierwsze, chińscy producenci polikrzemu mają znaczną przewagę pod względem surowców, energii elektrycznej i kosztów pracy. Płace pracowników są niższe niż w krajach zagranicznych, więc całkowity koszt produkcji w Chinach jest znacznie niższy niż w krajach zagranicznych i będzie nadal spadał wraz z postępem technologicznym; po drugie, jakość chińskich produktów polikrzemowych stale się poprawia, większość z nich jest na poziomie pierwszej klasy jakości solarnej, a poszczególne zaawansowane przedsiębiorstwa spełniają wymagania czystości. Dokonano przełomu w technologii produkcji polikrzemu o wyższej jakości elektronicznej, stopniowo wprowadzając krajowy polikrzem o jakości elektronicznej zamiast importowanego, a wiodące chińskie przedsiębiorstwa aktywnie promują realizację projektów polikrzemu o jakości elektronicznej. Produkcja płytek krzemowych w Chinach stanowi ponad 95% całkowitej światowej produkcji, co stopniowo zwiększa wskaźnik samowystarczalności Chin w zakresie polikrzemu, co w pewnym stopniu ograniczyło rynek zagranicznych przedsiębiorstw polikrzemowych.
W latach 2017–2021 roczna produkcja polikrzemu w Chinach będzie systematycznie wzrastać, głównie w regionach bogatych w zasoby energetyczne, takich jak Xinjiang, Mongolia Wewnętrzna i Syczuan. W 2021 roku chińska produkcja polikrzemu wzrośnie z 392 000 ton do 505 000 ton, co stanowi wzrost o 28,83%. Pod względem zdolności produkcyjnych, chińskie moce produkcyjne polikrzemu generalnie rosły, ale w 2020 roku spadły z powodu zamknięcia niektórych zakładów produkcyjnych. Ponadto, wskaźnik wykorzystania mocy produkcyjnych chińskich przedsiębiorstw polikrzemu stale rośnie od 2018 roku, a w 2021 roku osiągnie 97,12%. Jeśli chodzi o prowincje, produkcja polikrzemu w Chinach w 2021 roku będzie skoncentrowana głównie na obszarach o niskich cenach energii elektrycznej, takich jak Xinjiang, Mongolia Wewnętrzna i Syczuan. Produkcja w Xinjiang wynosi 270 400 ton, co stanowi ponad połowę całkowitej produkcji w Chinach.
Chiński przemysł polikrzemu charakteryzuje się wysokim stopniem koncentracji, z wartością CR6 na poziomie 77%, i w przyszłości będzie nadal obserwowany trend wzrostowy. Produkcja polikrzemu to branża o wysokim kapitale i wysokich barierach technicznych. Cykl budowy i produkcji projektu trwa zazwyczaj dwa lata lub dłużej. Nowym producentom trudno jest wejść do branży. Sądząc po znanej planowanej ekspansji i nowych projektach w ciągu najbliższych trzech lat, oligopolistyczni producenci w branży będą nadal zwiększać swoje moce produkcyjne dzięki własnym przewagom technologicznym i skali, a ich pozycja monopolistyczna będzie się nadal umacniać.
Szacuje się, że podaż polikrzemu w Chinach wzrośnie na dużą skalę w latach 2022-2025, a jego produkcja osiągnie 1,194 mln ton w 2025 roku, co będzie napędzać ekspansję globalnej skali produkcji polikrzemu. W 2021 roku, wraz z gwałtownym wzrostem cen polikrzemu w Chinach, główni producenci zainwestowali w budowę nowych linii produkcyjnych, jednocześnie przyciągając nowych producentów do branży. Ponieważ projekty polikrzemowe będą trwały co najmniej półtora do dwóch lat od rozpoczęcia budowy do rozpoczęcia produkcji, nowe budowy zostaną ukończone w 2021 roku. Zdolności produkcyjne są zazwyczaj uruchamiane w drugiej połowie 2022 i 2023 roku. Jest to bardzo spójne z nowymi planami projektowymi ogłaszanymi obecnie przez głównych producentów. Nowe moce produkcyjne w latach 2022-2025 koncentrują się głównie w latach 2022 i 2023. Następnie, wraz ze stopniową stabilizacją podaży i popytu na polikrzem oraz cen, całkowite moce produkcyjne w branży będą stopniowo stabilizować się. W dół, czyli tempo wzrostu mocy produkcyjnych stopniowo spada. Ponadto, wskaźnik wykorzystania mocy produkcyjnych przedsiębiorstw polikrzemowych utrzymywał się na wysokim poziomie w ciągu ostatnich dwóch lat, ale zwiększenie mocy produkcyjnych nowych projektów zajmie trochę czasu, a nowi uczestnicy będą musieli przejść proces opanowywania odpowiedniej technologii przygotowania. Dlatego wskaźnik wykorzystania mocy produkcyjnych nowych projektów polikrzemowych w ciągu najbliższych kilku lat będzie niski. Na tej podstawie można przewidzieć produkcję polikrzemu w latach 2022-2025, a oczekuje się, że w 2025 r. wyniesie ona około 1,194 mln ton.
Koncentracja zagranicznych mocy produkcyjnych jest stosunkowo wysoka, a tempo i szybkość wzrostu produkcji w ciągu najbliższych trzech lat nie będą tak wysokie, jak w Chinach. Zagraniczne moce produkcyjne polikrzemu koncentrują się głównie w czterech wiodących firmach, a reszta to głównie małe moce produkcyjne. Pod względem mocy produkcyjnych, Wacker Chem zajmuje połowę zagranicznych mocy produkcyjnych polikrzemu. Jego fabryki w Niemczech i Stanach Zjednoczonych mają moce produkcyjne odpowiednio 60 000 ton i 20 000 ton. Gwałtowny wzrost globalnych mocy produkcyjnych polikrzemu w 2022 r. i później może spowodować Zaniepokojona nadpodażą firma nadal znajduje się w stanie wyczekiwania i nie planuje dodawać nowych mocy produkcyjnych. Południowokoreański gigant polikrzemu OCI stopniowo przenosi swoją linię produkcyjną polikrzemu klasy solarnej do Malezji, zachowując jednocześnie pierwotną linię produkcyjną polikrzemu klasy elektronicznej w Chinach, której produkcja ma osiągnąć 5000 ton w 2022 roku. Zdolność produkcyjna OCI w Malezji osiągnie 27 000 ton i 30 000 ton w 2020 i 2021 roku, co pozwoli na osiągnięcie niskich kosztów zużycia energii i uniknięcie wysokich chińskich ceł na polikrzem w Stanach Zjednoczonych i Korei Południowej. Firma planuje produkować 95 000 ton, ale data rozpoczęcia nie jest znana. Oczekuje się, że w ciągu najbliższych czterech lat produkcja wzrośnie o 5000 ton rocznie. Norweska firma REC posiada dwie bazy produkcyjne w stanie Waszyngton i Montanie w USA, o rocznej zdolności produkcyjnej 18 000 ton polikrzemu klasy solarnej i 2000 ton polikrzemu klasy elektronicznej. REC, który był w głębokiej trudnej sytuacji finansowej, zdecydował się zawiesić produkcję, a następnie stymulowany przez boom cen polikrzemu w 2021 roku, firma postanowiła wznowić produkcję 18 000 ton projektów w stanie Waszyngton i 2 000 ton w Montanie do końca 2023 roku i może zakończyć zwiększanie zdolności produkcyjnych w 2024 roku. Hemlock jest największym producentem polikrzemu w Stanach Zjednoczonych, specjalizującym się w polikrzemie o wysokiej czystości klasy elektronicznej. Zaawansowane technologicznie bariery w produkcji utrudniają zastąpienie produktów firmy na rynku. W połączeniu z faktem, że firma nie planuje budowy nowych projektów w ciągu kilku lat, oczekuje się, że zdolności produkcyjne firmy wyniosą 2022-2025. Roczna produkcja utrzymuje się na poziomie 18 000 ton. Ponadto w 2021 roku nowe zdolności produkcyjne firm innych niż cztery powyższe firmy wyniosą 5 000 ton. Ze względu na brak zrozumienia planów produkcyjnych wszystkich spółek przyjmuje się tutaj, że nowa zdolność produkcyjna wyniesie 5000 ton rocznie w latach 2022–2025.
Według zagranicznych zdolności produkcyjnych szacuje się, że w 2025 r. produkcja polikrzemu za granicą wyniesie około 176 000 ton, zakładając, że stopień wykorzystania zagranicznych zdolności produkcyjnych polikrzemu pozostanie niezmieniony. Po gwałtownym wzroście cen polikrzemu w 2021 r. chińskie firmy zwiększyły produkcję i rozszerzyły ją. Z kolei firmy zagraniczne są ostrożniejsze w swoich planach dotyczących nowych projektów. Wynika to z faktu, że dominująca pozycja w przemyśle polikrzemu znajduje się już pod kontrolą Chin, a bezmyślne zwiększanie produkcji może przynieść straty. Od strony kosztów, zużycie energii jest największym składnikiem kosztu polikrzemu, więc cena energii elektrycznej jest bardzo ważna, a Xinjiang, Mongolia Wewnętrzna, Syczuan i inne regiony mają oczywiste przewagi. Od strony popytu, jako bezpośredni downstream polikrzemu, chińska produkcja płytek krzemowych stanowi ponad 99% całkowitej światowej produkcji. Przemysł downstream polikrzemu jest skoncentrowany głównie w Chinach. Cena produkowanego polikrzemu jest niska, koszty transportu są niskie, a popyt jest w pełni gwarantowany. Po drugie, Chiny nałożyły stosunkowo wysokie cła antydumpingowe na import polikrzemu klasy solarnej ze Stanów Zjednoczonych i Korei Południowej, co znacznie ograniczyło jego konsumpcję w Stanach Zjednoczonych i Korei Południowej. Należy zachować ostrożność przy budowaniu nowych projektów; ponadto w ostatnich latach chińskie przedsiębiorstwa zajmujące się polikrzemem za granicą rozwijały się powoli z powodu wpływu ceł, a niektóre linie produkcyjne zostały ograniczone lub nawet zamknięte, a ich udział w globalnej produkcji maleje z roku na rok. Dlatego nie będzie on porównywalny ze wzrostem cen polikrzemu w 2021 roku, ponieważ wysokie zyski chińskich firm i warunki finansowe nie są wystarczające, aby wesprzeć ich szybką i masową ekspansję mocy produkcyjnych.
Na podstawie prognoz produkcji polikrzemu w Chinach i za granicą w latach 2022-2025, można podsumować przewidywaną wartość globalnej produkcji polikrzemu. Szacuje się, że globalna produkcja polikrzemu w 2025 roku osiągnie 1,371 mln ton. Na podstawie prognozowanej wartości produkcji polikrzemu, udział Chin w globalnym rynku można w przybliżeniu określić. Oczekuje się, że udział Chin będzie stopniowo wzrastał w latach 2022-2025 i przekroczy 87% w 2025 roku.
6. Podsumowanie i perspektywy
Polikrzem znajduje się poniżej krzemu przemysłowego i powyżej całego łańcucha produkcyjnego fotowoltaiki i półprzewodników, a jego status jest bardzo ważny. Łańcuch produkcyjny fotowoltaiki to zazwyczaj polikrzem – płytka krzemowa – ogniwo – moduł – zainstalowana moc fotowoltaiczna, a łańcuch produkcyjny półprzewodników to zazwyczaj polikrzem – płytka krzemowa monokrystaliczna – płytka krzemowa – układ scalony. Różne zastosowania wiążą się z różnymi wymaganiami dotyczącymi czystości polikrzemu. Przemysł fotowoltaiczny wykorzystuje głównie polikrzem o jakości solarnej, a przemysł półprzewodników – polikrzem o jakości elektronicznej. Pierwszy z nich charakteryzuje się czystością w zakresie 6N–8N, podczas gdy drugi wymaga czystości 9N lub wyższej.
Przez lata głównym procesem produkcji polikrzemu na całym świecie była ulepszona metoda Siemensa. W ostatnich latach niektóre firmy aktywnie badały tańszą metodę fluidyzacji silanem, co może mieć wpływ na sposób produkcji. Prętowy polikrzem wytwarzany zmodyfikowaną metodą Siemensa charakteryzuje się wysokim zużyciem energii, wysokim kosztem i wysoką czystością, podczas gdy granulowany krzem wytwarzany metodą fluidyzacji silanem charakteryzuje się niskim zużyciem energii, niskim kosztem i stosunkowo niską czystością. Niektóre chińskie firmy zrealizowały masową produkcję granulowanego krzemu i technologię jego wykorzystania do pozyskiwania polikrzemu, ale nie została ona szeroko promowana. To, czy granulowany krzem może w przyszłości zastąpić ten pierwszy, zależy od tego, czy przewaga kosztowa zrekompensuje niedogodności związane z jakością, wpływ na dalsze zastosowania oraz poprawę bezpieczeństwa silanów. W ostatnich latach globalna produkcja polikrzemu rosła z roku na rok i stopniowo skupiała się w Chinach. W latach 2017–2021 globalna roczna produkcja polikrzemu wzrośnie z 432 000 ton do 631 000 ton, przy czym najszybszy wzrost nastąpi w 2021 r. W tym okresie globalna produkcja polikrzemu stopniowo koncentrowała się w Chinach, a ich udział w produkcji polikrzemu wzrósł z 56,02% w 2017 r. do 80,03% w 2021 r. W latach 2022–2025 nastąpi gwałtowny wzrost podaży polikrzemu. Szacuje się, że produkcja polikrzemu w Chinach w 2025 r. wyniesie 1,194 mln ton, a za granicą 176 000 ton. Oznacza to, że globalna produkcja polikrzemu w 2025 r. wyniesie około 1,37 mln ton.
(Niniejszy artykuł jest przeznaczony wyłącznie do użytku klientów UrbanMines i nie stanowi porady inwestycyjnej)