1. Chuỗi công nghiệp polysilicon: Quy trình sản xuất phức tạp, và khâu hạ nguồn tập trung vào chất bán dẫn quang điện.
Polysilicon chủ yếu được sản xuất từ silicon công nghiệp, clo và hydro, và nằm ở thượng nguồn của chuỗi công nghiệp quang điện và bán dẫn. Theo dữ liệu của CPIA, phương pháp sản xuất polysilicon phổ biến hiện nay trên thế giới là phương pháp Siemens cải tiến, ngoại trừ Trung Quốc, hơn 95% polysilicon được sản xuất bằng phương pháp Siemens cải tiến. Trong quá trình điều chế polysilicon bằng phương pháp Siemens cải tiến, trước tiên, khí clo được kết hợp với khí hydro để tạo ra hydro clorua, sau đó phản ứng với bột silicon sau khi nghiền và xay silicon công nghiệp để tạo ra trichlorosilane, chất này tiếp tục được khử bằng khí hydro để tạo ra polysilicon. Silicon đa tinh thể có thể được nung chảy và làm nguội để tạo ra các thỏi silicon đa tinh thể, và silicon đơn tinh thể cũng có thể được sản xuất bằng phương pháp Czochralski hoặc nung chảy vùng. So với silicon đa tinh thể, silicon đơn tinh thể được cấu tạo từ các hạt tinh thể có cùng hướng tinh thể, do đó nó có độ dẫn điện và hiệu suất chuyển đổi tốt hơn. Cả phôi silicon đa tinh thể và thanh silicon đơn tinh thể đều có thể được cắt và gia công thêm thành các tấm silicon và tế bào silicon, từ đó trở thành các bộ phận quan trọng của mô-đun quang điện và được sử dụng trong lĩnh vực quang điện. Ngoài ra, các tấm silicon đơn tinh thể cũng có thể được tạo thành các tấm silicon bằng cách mài, đánh bóng, lắng đọng màng mỏng, làm sạch và các quy trình khác lặp đi lặp lại, có thể được sử dụng làm vật liệu nền cho các thiết bị điện tử bán dẫn.
Hàm lượng tạp chất trong polysilicon được kiểm soát rất nghiêm ngặt, và ngành công nghiệp này có đặc điểm là vốn đầu tư cao và rào cản kỹ thuật cao. Vì độ tinh khiết của polysilicon sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình kéo sợi silicon đơn tinh thể, nên yêu cầu về độ tinh khiết cực kỳ khắt khe. Độ tinh khiết tối thiểu của polysilicon là 99,9999%, và cao nhất là gần 100%. Ngoài ra, tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc đưa ra các yêu cầu rõ ràng về hàm lượng tạp chất, và dựa trên đó, polysilicon được chia thành các cấp I, II và III, trong đó hàm lượng boron, phốt pho, oxy và carbon là một chỉ số tham khảo quan trọng. "Điều kiện gia nhập ngành công nghiệp polysilicon" quy định rằng các doanh nghiệp phải có hệ thống kiểm tra và quản lý chất lượng hiệu quả, và tiêu chuẩn sản phẩm phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn quốc gia; Ngoài ra, các điều kiện tiếp cận cũng yêu cầu quy mô và mức tiêu thụ năng lượng của các doanh nghiệp sản xuất polysilicon, chẳng hạn như polysilicon cấp năng lượng mặt trời và cấp điện tử. Quy mô dự án phải lớn hơn 3000 tấn/năm và 1000 tấn/năm tương ứng, và tỷ lệ vốn tối thiểu trong đầu tư xây dựng mới, tái cấu trúc và mở rộng không được thấp hơn 30%, do đó polysilicon là một ngành công nghiệp thâm dụng vốn. Theo thống kê của CPIA, chi phí đầu tư thiết bị dây chuyền sản xuất polysilicon 10.000 tấn đưa vào vận hành năm 2021 đã tăng nhẹ lên 103 triệu nhân dân tệ/kg. Nguyên nhân là do giá nguyên liệu kim loại tăng cao. Dự kiến chi phí đầu tư trong tương lai sẽ tăng lên cùng với sự tiến bộ của công nghệ thiết bị sản xuất và sự giảm lượng monome khi quy mô tăng lên. Theo quy định, mức tiêu thụ điện năng của polysilicon cấp năng lượng mặt trời và cấp điện tử phải nhỏ hơn 60 kWh/kg và 100 kWh/kg tương ứng, và các yêu cầu đối với các chỉ tiêu tiêu thụ năng lượng tương đối nghiêm ngặt. Sản xuất polysilicon thường thuộc ngành công nghiệp hóa chất. Quy trình sản xuất tương đối phức tạp, và ngưỡng kỹ thuật, lựa chọn thiết bị, vận hành thử và vận hành chính khá cao. Quá trình sản xuất bao gồm nhiều phản ứng hóa học phức tạp, với số lượng các nút điều khiển lên đến hơn 1.000. Điều này khiến người mới tham gia khó có thể nhanh chóng nắm vững kỹ thuật đã được trau dồi. Do đó, ngành sản xuất polysilicon có rào cản vốn và kỹ thuật cao, điều này cũng thúc đẩy các nhà sản xuất polysilicon thực hiện tối ưu hóa kỹ thuật nghiêm ngặt đối với quy trình sản xuất, đóng gói và vận chuyển.
2. Phân loại polysilicon: độ tinh khiết quyết định công dụng, và loại dùng cho năng lượng mặt trời chiếm phần lớn.
Silic đa tinh thể, một dạng của silic nguyên tố, được cấu tạo từ các hạt tinh thể có định hướng tinh thể khác nhau, và chủ yếu được tinh chế bằng quy trình chế biến silic công nghiệp. Silic đa tinh thể có màu xám ánh kim, điểm nóng chảy khoảng 1410℃. Nó không hoạt động ở nhiệt độ phòng và hoạt động mạnh hơn ở trạng thái nóng chảy. Silic đa tinh thể có tính chất bán dẫn và là một vật liệu bán dẫn cực kỳ quan trọng và tuyệt vời, nhưng một lượng nhỏ tạp chất có thể ảnh hưởng lớn đến độ dẫn điện của nó. Có nhiều phương pháp phân loại silic đa tinh thể. Ngoài các phương pháp phân loại theo tiêu chuẩn quốc gia của Trung Quốc đã đề cập ở trên, ba phương pháp phân loại quan trọng khác được giới thiệu ở đây. Theo các yêu cầu về độ tinh khiết và mục đích sử dụng khác nhau, silic đa tinh thể có thể được chia thành silic đa tinh thể cấp năng lượng mặt trời và silic đa tinh thể cấp điện tử. Silic đa tinh thể cấp năng lượng mặt trời chủ yếu được sử dụng trong sản xuất pin quang điện, trong khi silic đa tinh thể cấp điện tử được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp mạch tích hợp làm nguyên liệu thô cho chip và các sản phẩm khác. Độ tinh khiết của polysilicon cấp năng lượng mặt trời là 6~8N, nghĩa là tổng hàm lượng tạp chất phải thấp hơn 10⁻⁶, và độ tinh khiết của polysilicon phải đạt 99,9999% trở lên. Yêu cầu về độ tinh khiết của polysilicon cấp điện tử nghiêm ngặt hơn, với mức tối thiểu là 9N và mức tối đa hiện tại là 12N. Việc sản xuất polysilicon cấp điện tử tương đối khó khăn. Hiện nay, có rất ít doanh nghiệp Trung Quốc nắm vững công nghệ sản xuất polysilicon cấp điện tử, và họ vẫn còn phụ thuộc khá nhiều vào nhập khẩu. Hiện tại, sản lượng polysilicon cấp năng lượng mặt trời lớn hơn nhiều so với polysilicon cấp điện tử, gấp khoảng 13,8 lần.
Dựa trên sự khác biệt về tạp chất pha trộn và loại dẫn điện của vật liệu silicon, người ta có thể chia nó thành loại P và loại N. Khi silicon được pha trộn với các nguyên tố tạp chất nhận electron, chẳng hạn như boron, nhôm, gali, v.v., nó chủ yếu dẫn điện bằng lỗ trống và thuộc loại P. Khi silicon được pha trộn với các nguyên tố tạp chất cho electron, chẳng hạn như phốt pho, asen, antimon, v.v., nó chủ yếu dẫn điện bằng electron và thuộc loại N. Pin loại P chủ yếu bao gồm pin BSF và pin PERC. Năm 2021, pin PERC sẽ chiếm hơn 91% thị trường toàn cầu, và pin BSF sẽ bị loại bỏ. Trong giai đoạn PERC thay thế BSF, hiệu suất chuyển đổi của pin loại P đã tăng từ dưới 20% lên hơn 23%, gần đạt giới hạn lý thuyết trên là 24,5%, trong khi giới hạn lý thuyết trên của pin loại N là 28,7%. Pin loại N có hiệu suất chuyển đổi cao nhờ tỷ lệ hai mặt cao và hệ số nhiệt độ thấp, do đó các công ty đã bắt đầu triển khai dây chuyền sản xuất hàng loạt pin loại N. Theo dự báo của CPIA, tỷ lệ pin loại N sẽ tăng đáng kể từ 3% lên 13,4% vào năm 2022. Dự kiến trong 5 năm tới, sẽ chứng kiến sự chuyển đổi từ pin loại N sang pin loại P. Dựa trên chất lượng bề mặt khác nhau, có thể chia thành vật liệu đặc, vật liệu dạng súp lơ và vật liệu dạng san hô. Bề mặt của vật liệu đặc có độ lõm thấp nhất, dưới 5mm, không có bất thường về màu sắc, không có lớp trung gian bị oxy hóa và có giá thành cao nhất; Bề mặt vật liệu dạng súp lơ có độ lõm vừa phải, từ 5-20mm, tiết diện vừa phải, giá tầm trung; trong khi đó, bề mặt vật liệu dạng san hô có độ lõm nghiêm trọng hơn, độ sâu lớn hơn 20mm, tiết diện lỏng lẻo, giá thấp nhất. Vật liệu đặc chủ yếu được sử dụng để kéo silicon đơn tinh thể, trong khi vật liệu dạng súp lơ và vật liệu dạng san hô chủ yếu được sử dụng để sản xuất tấm silicon đa tinh thể. Trong sản xuất hàng ngày của các doanh nghiệp, vật liệu đặc có thể được pha trộn với không dưới 30% vật liệu dạng súp lơ để sản xuất silicon đơn tinh thể. Chi phí nguyên vật liệu có thể được tiết kiệm, nhưng việc sử dụng vật liệu dạng súp lơ sẽ làm giảm hiệu suất kéo tinh thể đến một mức độ nhất định. Các doanh nghiệp cần lựa chọn tỷ lệ pha trộn thích hợp sau khi cân nhắc cả hai loại vật liệu. Gần đây, chênh lệch giá giữa vật liệu đặc và vật liệu dạng súp lơ về cơ bản đã ổn định ở mức 3 RMB/kg. Nếu chênh lệch giá tiếp tục gia tăng, các công ty có thể xem xét việc pha trộn nhiều vật liệu dạng súp lơ hơn trong quá trình kéo silicon đơn tinh thể.
3. Quy trình: Phương pháp của Siemens chiếm ưu thế, và mức tiêu thụ điện năng trở thành yếu tố then chốt trong sự thay đổi công nghệ.
Quy trình sản xuất polysilicon được chia thành hai bước chính. Bước đầu tiên, bột silicon công nghiệp được phản ứng với hydro clorua khan để thu được trichlorosilane và hydro. Sau nhiều lần chưng cất và tinh chế, thu được trichlorosilane, dichlorodihydrosilicon và silane dạng khí; bước thứ hai là khử khí có độ tinh khiết cao nói trên thành silicon tinh thể, và bước khử này khác nhau giữa phương pháp Siemens cải tiến và phương pháp tầng sôi silane. Phương pháp Siemens cải tiến có công nghệ sản xuất hoàn thiện và chất lượng sản phẩm cao, hiện là công nghệ sản xuất được sử dụng rộng rãi nhất. Phương pháp sản xuất Siemens truyền thống là sử dụng clo và hydro để tổng hợp hydro clorua khan, hydro clorua và silicon công nghiệp dạng bột để tổng hợp trichlorosilane ở nhiệt độ nhất định, sau đó tách, tinh chế và làm sạch trichlorosilane. Silicon trải qua phản ứng khử nhiệt trong lò khử hydro để thu được silicon nguyên tố lắng đọng trên lõi silicon. Trên cơ sở đó, quy trình cải tiến của Siemens cũng được trang bị quy trình hỗ trợ tái chế một lượng lớn sản phẩm phụ như hydro, hydro clorua và silicon tetrachloride được tạo ra trong quá trình sản xuất, chủ yếu bao gồm công nghệ thu hồi khí thải khử và tái sử dụng silicon tetrachloride. Hydro, hydro clorua, trichlorosilane và silicon tetrachloride trong khí thải được tách bằng phương pháp thu hồi khô. Hydro và hydro clorua có thể được tái sử dụng để tổng hợp và tinh chế với trichlorosilane, và trichlorosilane được tái chế trực tiếp vào quá trình khử nhiệt. Quá trình tinh chế được thực hiện trong lò, và silicon tetrachloride được hydro hóa để tạo ra trichlorosilane, có thể được sử dụng để tinh chế. Bước này cũng được gọi là xử lý hydro hóa lạnh. Bằng cách thực hiện sản xuất khép kín, các doanh nghiệp có thể giảm đáng kể lượng tiêu thụ nguyên vật liệu và điện năng, từ đó tiết kiệm chi phí sản xuất một cách hiệu quả.
Chi phí sản xuất polysilicon bằng phương pháp Siemens cải tiến tại Trung Quốc bao gồm nguyên vật liệu, tiêu thụ năng lượng, khấu hao, chi phí gia công, v.v. Sự tiến bộ công nghệ trong ngành đã làm giảm đáng kể chi phí. Nguyên vật liệu chủ yếu là silicon công nghiệp và trichlorosilane, tiêu thụ năng lượng bao gồm điện và hơi nước, và chi phí gia công bao gồm chi phí kiểm tra và sửa chữa thiết bị sản xuất. Theo thống kê chi phí sản xuất polysilicon của Baichuan Yingfu vào đầu tháng 6 năm 2022, nguyên vật liệu là hạng mục chi phí cao nhất, chiếm 41% tổng chi phí, trong đó silicon công nghiệp là nguồn silicon chính. Lượng silicon tiêu thụ trên mỗi đơn vị thường được sử dụng trong ngành thể hiện lượng silicon tiêu thụ trên mỗi đơn vị sản phẩm silicon có độ tinh khiết cao. Phương pháp tính toán là chuyển đổi tất cả các vật liệu chứa silicon như bột silicon công nghiệp nhập khẩu và trichlorosilane thành silicon tinh khiết, sau đó trừ đi lượng trichlorosilane nhập khẩu theo tỷ lệ hàm lượng silicon tinh khiết được chuyển đổi. Theo dữ liệu của CPIA, mức tiêu thụ silicon sẽ giảm 0,01 kg/kg-Si xuống còn 1,09 kg/kg-Si vào năm 2021. Dự kiến với sự cải tiến của phương pháp xử lý hydro hóa lạnh và tái chế phụ phẩm, mức tiêu thụ sẽ giảm xuống còn 1,07 kg/kg-Si vào năm 2030. Theo thống kê chưa đầy đủ, mức tiêu thụ silicon của 5 công ty hàng đầu Trung Quốc trong ngành công nghiệp polysilicon thấp hơn mức trung bình của ngành. Được biết, hai trong số đó sẽ tiêu thụ lần lượt 1,08 kg/kg-Si và 1,05 kg/kg-Si vào năm 2021. Tỷ lệ cao thứ hai là tiêu thụ năng lượng, chiếm 32% tổng chi phí, trong đó điện chiếm 30% tổng chi phí, cho thấy giá điện và hiệu suất sử dụng điện vẫn là những yếu tố quan trọng đối với sản xuất polysilicon. Hai chỉ số chính để đo lường hiệu suất năng lượng là tiêu thụ điện năng tổng hợp và tiêu thụ điện năng khử. Tiêu thụ điện năng khử đề cập đến quá trình khử trichlorosilane và hydro để tạo ra vật liệu silicon có độ tinh khiết cao. Mức tiêu thụ điện năng bao gồm việc làm nóng sơ bộ và lắng đọng lõi silicon, giữ nhiệt, thông gió cuối và các mức tiêu thụ điện năng khác trong quá trình sản xuất. Năm 2021, với sự tiến bộ công nghệ và việc sử dụng năng lượng toàn diện, mức tiêu thụ điện năng toàn diện trung bình của sản xuất polysilicon sẽ giảm 5,3% so với năm trước xuống còn 63 kWh/kg-Si, và mức tiêu thụ điện năng khử trung bình sẽ giảm 6,1% so với năm trước xuống còn 46 kWh/kg-Si, dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong tương lai. Ngoài ra, khấu hao cũng là một khoản mục chi phí quan trọng, chiếm 17%. Điều đáng chú ý là, theo dữ liệu của Baichuan Yingfu, tổng chi phí sản xuất polysilicon vào đầu tháng 6 năm 2022 là khoảng 55.816 nhân dân tệ/tấn, giá trung bình của polysilicon trên thị trường là khoảng 260.000 nhân dân tệ/tấn, và tỷ suất lợi nhuận gộp cao tới 70% hoặc hơn, do đó đã thu hút một lượng lớn doanh nghiệp đầu tư vào việc xây dựng năng lực sản xuất polysilicon.
Có hai cách để các nhà sản xuất polysilicon giảm chi phí, một là giảm chi phí nguyên liệu thô, và hai là giảm tiêu thụ điện năng. Về nguyên liệu thô, các nhà sản xuất có thể giảm chi phí bằng cách ký kết các thỏa thuận hợp tác dài hạn với các nhà sản xuất silicon công nghiệp, hoặc xây dựng năng lực sản xuất tích hợp thượng nguồn và hạ nguồn. Ví dụ, các nhà máy sản xuất polysilicon về cơ bản dựa vào nguồn cung silicon công nghiệp của riêng họ. Về tiêu thụ điện năng, các nhà sản xuất có thể giảm chi phí điện bằng cách tận dụng giá điện thấp và cải thiện tổng thể việc sử dụng năng lượng. Khoảng 70% tổng lượng điện năng tiêu thụ là điện năng được tạo ra từ việc giảm tiêu thụ, và giảm tiêu thụ cũng là một khâu quan trọng trong sản xuất silicon tinh thể có độ tinh khiết cao. Do đó, hầu hết năng lực sản xuất polysilicon ở Trung Quốc tập trung ở các khu vực có giá điện thấp như Tân Cương, Nội Mông, Tứ Xuyên và Vân Nam. Tuy nhiên, với sự phát triển của chính sách hai carbon, việc có được một lượng lớn nguồn điện giá rẻ trở nên khó khăn. Vì vậy, giảm tiêu thụ điện năng là một cách giảm chi phí khả thi hơn hiện nay. Hiện nay, phương pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ điện năng trong quá trình khử là tăng số lượng lõi silicon trong lò khử, từ đó mở rộng sản lượng của mỗi đơn vị. Hiện tại, các loại lò khử phổ biến ở Trung Quốc là loại 36 cặp thanh, 40 cặp thanh và 48 cặp thanh. Việc nâng cấp lên loại lò 60 cặp thanh và 72 cặp thanh đồng thời cũng đặt ra yêu cầu cao hơn về trình độ công nghệ sản xuất của các doanh nghiệp.
So với phương pháp Siemens cải tiến, phương pháp tầng sôi silane có ba ưu điểm: thứ nhất là tiêu thụ điện năng thấp, thứ hai là sản lượng kéo tinh thể cao, và thứ ba là thuận lợi hơn khi kết hợp với công nghệ Czochralski liên tục CCZ tiên tiến hơn. Theo dữ liệu của Ngành Công nghiệp Silicon, tổng mức tiêu thụ điện năng của phương pháp tầng sôi silane chỉ bằng 33,33% so với phương pháp Siemens cải tiến, và mức tiêu thụ điện năng giảm còn 10% so với phương pháp Siemens cải tiến. Phương pháp tầng sôi silane có ưu điểm vượt trội về tiết kiệm năng lượng. Về khả năng kéo tinh thể, tính chất vật lý của silicon dạng hạt giúp dễ dàng lấp đầy hoàn toàn nồi nấu thạch anh trong chuỗi thanh kéo silicon đơn tinh thể. Silicon đa tinh thể và silicon dạng hạt có thể tăng dung lượng nạp của nồi nấu đơn lên 29%, đồng thời giảm thời gian nạp 41%, cải thiện đáng kể hiệu quả kéo silicon đơn tinh thể. Ngoài ra, silicon dạng hạt có đường kính nhỏ và độ lưu động tốt, phù hợp hơn với phương pháp Czochralski liên tục CCZ. Hiện nay, công nghệ chính để kéo tinh thể đơn ở khu vực trung và hạ lưu là phương pháp tái đúc tinh thể đơn RCZ, tức là cấp liệu lại và kéo tinh thể sau khi thanh silicon tinh thể đơn được kéo xong. Quá trình kéo được thực hiện đồng thời, giúp tiết kiệm thời gian làm nguội thanh silicon tinh thể đơn, do đó hiệu quả sản xuất cao hơn. Sự phát triển nhanh chóng của phương pháp Czochralski liên tục CCZ cũng sẽ thúc đẩy nhu cầu về silicon dạng hạt. Mặc dù silicon dạng hạt có một số nhược điểm, chẳng hạn như tạo ra nhiều bột silicon do ma sát, diện tích bề mặt lớn và dễ hấp thụ chất gây ô nhiễm, và hydro kết hợp thành hydro trong quá trình nóng chảy, dễ gây ra hiện tượng bỏ sót, nhưng theo thông báo mới nhất của các doanh nghiệp sản xuất silicon dạng hạt liên quan, những vấn đề này đang được cải thiện và đã có một số tiến bộ.
Công nghệ tầng sôi silan đã phát triển mạnh ở châu Âu và Hoa Kỳ, nhưng vẫn còn non trẻ sau khi được các doanh nghiệp Trung Quốc giới thiệu. Ngay từ những năm 1980, các nhà sản xuất silicon dạng hạt nước ngoài như REC và MEMC đã bắt đầu nghiên cứu và thực hiện sản xuất quy mô lớn. Trong đó, tổng công suất sản xuất silicon dạng hạt của REC đạt 10.500 tấn/năm vào năm 2010, và so với các đối thủ Siemens cùng kỳ, công ty này có lợi thế về chi phí ít nhất từ 2-3 USD/kg. Do nhu cầu sản xuất silicon đơn tinh thể, sản lượng silicon dạng hạt của công ty bị đình trệ và cuối cùng phải ngừng sản xuất, chuyển sang liên doanh với Trung Quốc để thành lập một doanh nghiệp sản xuất silicon dạng hạt.
4. Nguyên liệu thô: Silicon công nghiệp là nguyên liệu thô cốt lõi, nguồn cung có thể đáp ứng nhu cầu mở rộng polysilicon.
Silicon công nghiệp là nguyên liệu thô cốt lõi cho sản xuất polysilicon. Dự kiến sản lượng silicon công nghiệp của Trung Quốc sẽ tăng trưởng ổn định từ năm 2022 đến năm 2025. Từ năm 2010 đến năm 2021, sản lượng silicon công nghiệp của Trung Quốc đang trong giai đoạn mở rộng, với tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm của năng lực sản xuất và sản lượng đạt lần lượt 7,4% và 8,6%. Theo dữ liệu của SMM, sự gia tăng gần đâynăng lực sản xuất silicon công nghiệpSản lượng silicon công nghiệp tại Trung Quốc sẽ đạt 890.000 tấn và 1,065 triệu tấn vào năm 2022 và 2023. Giả sử các công ty silicon công nghiệp vẫn duy trì tỷ lệ sử dụng công suất và tỷ lệ hoạt động khoảng 60% trong tương lai, thì sự gia tăng sản lượng silicon công nghiệp mới đây của Trung Quốc sẽ làm tăng nhu cầu.Năng lực sản xuất trong năm 2022 và 2023 sẽ dẫn đến sản lượng tăng thêm lần lượt là 320.000 tấn và 383.000 tấn. Theo ước tính của GFCI,Năng lực sản xuất silicon công nghiệp của Trung Quốc trong các năm 22/23/24/25 đạt khoảng 5,90/697/6,71/6,5 triệu tấn, tương ứng với 3,55/391/4,18/4,38 triệu tấn.
Tốc độ tăng trưởng của hai lĩnh vực hạ nguồn còn lại của silicon công nghiệp tương đối chậm, và sản lượng silicon công nghiệp của Trung Quốc về cơ bản có thể đáp ứng sản lượng polysilicon. Năm 2021, công suất sản xuất silicon công nghiệp của Trung Quốc đạt 5,385 triệu tấn, tương ứng với sản lượng 3,213 triệu tấn, trong đó polysilicon, silicon hữu cơ và hợp kim nhôm sẽ tiêu thụ lần lượt 623.000 tấn, 898.000 tấn và 649.000 tấn. Ngoài ra, gần 780.000 tấn sản lượng được sử dụng cho xuất khẩu. Năm 2021, tiêu thụ polysilicon, silicon hữu cơ và hợp kim nhôm sẽ chiếm lần lượt 19%, 28% và 20% tổng lượng silicon công nghiệp. Từ năm 2022 đến năm 2025, tốc độ tăng trưởng sản lượng silicon hữu cơ dự kiến sẽ duy trì ở mức khoảng 10%, và tốc độ tăng trưởng sản lượng hợp kim nhôm thấp hơn 5%. Do đó, chúng tôi tin rằng lượng silicon công nghiệp có thể được sử dụng để sản xuất polysilicon trong giai đoạn 2022-2025 là tương đối đủ, có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu sản xuất polysilicon.
5. Nguồn cung polysilicon:Trung Quốcchiếm vị trí thống lĩnh, và sản xuất dần tập trung vào các doanh nghiệp hàng đầu.
Trong những năm gần đây, sản lượng polysilicon toàn cầu đã tăng lên hàng năm và dần tập trung tại Trung Quốc. Từ năm 2017 đến năm 2021, sản lượng polysilicon toàn cầu hàng năm đã tăng từ 432.000 tấn lên 631.000 tấn, với tốc độ tăng trưởng nhanh nhất vào năm 2021, đạt 21,11%. Trong giai đoạn này, sản lượng polysilicon toàn cầu dần tập trung tại Trung Quốc, và tỷ lệ sản lượng polysilicon của Trung Quốc đã tăng từ 56,02% năm 2017 lên 80,03% năm 2021. So sánh top 10 công ty có năng lực sản xuất polysilicon toàn cầu năm 2010 và 2021, có thể thấy số lượng công ty Trung Quốc đã tăng từ 4 lên 8, và tỷ lệ năng lực sản xuất của một số công ty Mỹ và Hàn Quốc đã giảm đáng kể, rơi khỏi top 10, chẳng hạn như HEMOLOCK, OCI, REC và MEMC; Ngành công nghiệp này có mức độ tập trung cao, tổng năng lực sản xuất của mười công ty hàng đầu đã tăng từ 57,7% lên 90,3%. Năm 2021, có năm công ty Trung Quốc chiếm hơn 10% tổng năng lực sản xuất, tương đương 65,7%. Có ba lý do chính dẫn đến sự dịch chuyển dần dần của ngành công nghiệp polysilicon sang Trung Quốc. Thứ nhất, các nhà sản xuất polysilicon của Trung Quốc có lợi thế đáng kể về nguyên liệu thô, điện năng và chi phí nhân công. Tiền lương của công nhân thấp hơn so với nước ngoài, do đó tổng chi phí sản xuất ở Trung Quốc thấp hơn nhiều so với nước ngoài và sẽ tiếp tục giảm cùng với sự tiến bộ của công nghệ; thứ hai, chất lượng sản phẩm polysilicon của Trung Quốc không ngừng được cải thiện, hầu hết đều đạt cấp độ một dùng cho năng lượng mặt trời, và một số doanh nghiệp tiên tiến đã đạt được những đột phá về yêu cầu độ tinh khiết trong công nghệ sản xuất polysilicon cấp điện tử cao hơn, dần dần mở ra xu hướng thay thế polysilicon cấp điện tử trong nước cho hàng nhập khẩu, và các doanh nghiệp hàng đầu của Trung Quốc đang tích cực thúc đẩy việc xây dựng các dự án polysilicon cấp điện tử. Sản lượng sản xuất tấm silicon ở Trung Quốc chiếm hơn 95% tổng sản lượng toàn cầu, điều này đã dần làm tăng tỷ lệ tự cung tự cấp polysilicon của Trung Quốc, đồng thời phần nào thu hẹp thị trường của các doanh nghiệp polysilicon nước ngoài.
Từ năm 2017 đến năm 2021, sản lượng polysilicon hàng năm của Trung Quốc sẽ tăng đều đặn, chủ yếu ở các khu vực giàu tài nguyên điện như Tân Cương, Nội Mông và Tứ Xuyên. Năm 2021, sản lượng polysilicon của Trung Quốc sẽ tăng từ 392.000 tấn lên 505.000 tấn, tăng 28,83%. Về năng lực sản xuất, năng lực sản xuất polysilicon của Trung Quốc nhìn chung có xu hướng tăng, nhưng đã giảm vào năm 2020 do một số nhà máy phải ngừng hoạt động. Ngoài ra, tỷ lệ sử dụng công suất của các doanh nghiệp polysilicon Trung Quốc đã liên tục tăng kể từ năm 2018, và tỷ lệ sử dụng công suất năm 2021 sẽ đạt 97,12%. Xét theo tỉnh, sản lượng polysilicon của Trung Quốc năm 2021 chủ yếu tập trung ở các khu vực có giá điện thấp như Tân Cương, Nội Mông và Tứ Xuyên. Sản lượng của Tân Cương đạt 270.400 tấn, chiếm hơn một nửa tổng sản lượng của Trung Quốc.
Ngành công nghiệp polysilicon của Trung Quốc có đặc điểm là mức độ tập trung cao, với giá trị CR6 là 77%, và sẽ tiếp tục có xu hướng tăng trong tương lai. Sản xuất polysilicon là một ngành công nghiệp có vốn đầu tư cao và rào cản kỹ thuật cao. Chu kỳ xây dựng dự án và sản xuất thường kéo dài hai năm trở lên. Việc các nhà sản xuất mới gia nhập ngành này rất khó khăn. Xét từ các kế hoạch mở rộng và các dự án mới đã biết trong ba năm tới, các nhà sản xuất độc quyền trong ngành sẽ tiếp tục mở rộng năng lực sản xuất nhờ lợi thế về công nghệ và quy mô, và vị thế độc quyền của họ sẽ tiếp tục được củng cố.
Ước tính nguồn cung polysilicon của Trung Quốc sẽ tăng trưởng mạnh từ năm 2022 đến năm 2025, và sản lượng polysilicon sẽ đạt 1,194 triệu tấn vào năm 2025, thúc đẩy sự mở rộng quy mô sản xuất polysilicon toàn cầu. Năm 2021, với sự tăng mạnh giá polysilicon tại Trung Quốc, các nhà sản xuất lớn đã đầu tư xây dựng các dây chuyền sản xuất mới, đồng thời thu hút thêm các nhà sản xuất mới tham gia ngành. Vì các dự án polysilicon sẽ mất ít nhất từ một năm rưỡi đến hai năm từ khi xây dựng đến khi đi vào sản xuất, nên việc xây dựng mới trong năm 2021 sẽ hoàn thành. Công suất sản xuất thường được đưa vào hoạt động trong nửa cuối năm 2022 và năm 2023. Điều này rất phù hợp với các kế hoạch dự án mới được các nhà sản xuất lớn công bố hiện nay. Công suất sản xuất mới trong giai đoạn 2022-2025 chủ yếu tập trung vào năm 2022 và 2023. Sau đó, khi cung cầu polysilicon và giá cả dần ổn định, tổng công suất sản xuất trong ngành sẽ dần ổn định. Nói cách khác, tốc độ tăng trưởng năng lực sản xuất đang giảm dần. Thêm vào đó, tỷ lệ sử dụng công suất của các doanh nghiệp sản xuất polysilicon đã duy trì ở mức cao trong hai năm qua, nhưng cần thời gian để năng lực sản xuất của các dự án mới được đẩy mạnh, và các doanh nghiệp mới tham gia cần thời gian để nắm vững công nghệ chuẩn bị liên quan. Do đó, tỷ lệ sử dụng công suất của các dự án polysilicon mới trong vài năm tới sẽ thấp. Từ đó, có thể dự đoán sản lượng polysilicon trong giai đoạn 2022-2025, và sản lượng polysilicon năm 2025 dự kiến đạt khoảng 1,194 triệu tấn.
Mức độ tập trung năng lực sản xuất ở nước ngoài tương đối cao, và tốc độ tăng trưởng sản lượng trong ba năm tới sẽ không cao bằng Trung Quốc. Năng lực sản xuất polysilicon ở nước ngoài chủ yếu tập trung ở bốn công ty hàng đầu, phần còn lại chủ yếu là các công ty có năng lực sản xuất nhỏ. Về năng lực sản xuất, Wacker Chem chiếm một nửa năng lực sản xuất polysilicon ở nước ngoài. Các nhà máy của công ty tại Đức và Hoa Kỳ có công suất sản xuất lần lượt là 60.000 tấn và 20.000 tấn. Lo ngại về tình trạng dư cung, sự mở rộng mạnh mẽ năng lực sản xuất polysilicon toàn cầu từ năm 2022 trở đi có thể dẫn đến tình trạng này, do đó công ty vẫn đang trong tình trạng chờ đợi và quan sát, chưa có kế hoạch bổ sung thêm năng lực sản xuất mới. Tập đoàn sản xuất polysilicon khổng lồ OCI của Hàn Quốc đang dần chuyển dây chuyền sản xuất polysilicon cấp năng lượng mặt trời sang Malaysia, đồng thời vẫn duy trì dây chuyền sản xuất polysilicon cấp điện tử ban đầu ở Trung Quốc, dự kiến đạt công suất 5.000 tấn vào năm 2022. Công suất sản xuất của OCI tại Malaysia sẽ đạt 27.000 tấn và 30.000 tấn vào năm 2020 và 2021, giúp giảm chi phí tiêu thụ năng lượng và tránh được mức thuế cao của Trung Quốc đối với polysilicon tại Hoa Kỳ và Hàn Quốc. Công ty dự kiến sản xuất 95.000 tấn nhưng ngày bắt đầu chưa rõ. Dự kiến sản lượng sẽ tăng khoảng 5.000 tấn mỗi năm trong bốn năm tới. Công ty REC của Na Uy có hai cơ sở sản xuất tại bang Washington và Montana, Hoa Kỳ, với công suất sản xuất hàng năm là 18.000 tấn polysilicon cấp năng lượng mặt trời và 2.000 tấn polysilicon cấp điện tử. REC, vốn đang gặp khó khăn tài chính nghiêm trọng, đã chọn cách tạm ngừng sản xuất. Sau đó, được thúc đẩy bởi sự bùng nổ giá polysilicon vào năm 2021, công ty đã quyết định khởi động lại sản xuất các dự án với công suất 18.000 tấn tại bang Washington và 2.000 tấn tại Montana vào cuối năm 2023, và có thể hoàn thành việc tăng công suất sản xuất vào năm 2024. Hemlock là nhà sản xuất polysilicon lớn nhất tại Hoa Kỳ, chuyên sản xuất polysilicon tinh khiết cao dùng trong ngành điện tử. Rào cản công nghệ cao trong sản xuất khiến sản phẩm của công ty khó bị thay thế trên thị trường. Kết hợp với việc công ty không có kế hoạch xây dựng các dự án mới trong vài năm tới, dự kiến công suất sản xuất hàng năm của công ty từ năm 2022-2025 sẽ vẫn ở mức 18.000 tấn. Ngoài ra, vào năm 2021, công suất sản xuất mới của các công ty khác ngoài bốn công ty nêu trên sẽ là 5.000 tấn. Do chưa nắm rõ kế hoạch sản xuất của tất cả các công ty, nên ở đây giả định rằng công suất sản xuất mới sẽ là 5.000 tấn mỗi năm từ năm 2022 đến năm 2025.
Theo ước tính, dựa trên năng lực sản xuất ở nước ngoài, sản lượng polysilicon ở nước ngoài năm 2025 sẽ đạt khoảng 176.000 tấn, với điều kiện tỷ lệ sử dụng năng lực sản xuất polysilicon ở nước ngoài không thay đổi. Sau khi giá polysilicon tăng mạnh vào năm 2021, các công ty Trung Quốc đã tăng cường sản xuất và mở rộng quy mô. Ngược lại, các công ty nước ngoài thận trọng hơn trong kế hoạch các dự án mới. Điều này là do Trung Quốc đã nắm giữ vị thế thống trị trong ngành công nghiệp polysilicon, và việc tăng sản lượng một cách mù quáng có thể dẫn đến thua lỗ. Về phía chi phí, tiêu thụ năng lượng là thành phần lớn nhất trong chi phí sản xuất polysilicon, do đó giá điện rất quan trọng, và các khu vực Tân Cương, Nội Mông, Tứ Xuyên có lợi thế rõ rệt. Về phía cầu, là khâu tiêu thụ trực tiếp cuối chuỗi cung ứng polysilicon, sản lượng wafer silicon của Trung Quốc chiếm hơn 99% tổng sản lượng toàn cầu. Ngành công nghiệp chế biến polysilicon chủ yếu tập trung ở Trung Quốc. Giá thành polysilicon thấp, chi phí vận chuyển thấp và nhu cầu được đảm bảo đầy đủ. Thứ hai, Trung Quốc đã áp đặt thuế chống bán phá giá tương đối cao đối với nhập khẩu polysilicon cấp năng lượng mặt trời từ Hoa Kỳ và Hàn Quốc, điều này đã kìm hãm đáng kể việc tiêu thụ polysilicon từ Hoa Kỳ và Hàn Quốc. Việc xây dựng các dự án mới cần thận trọng hơn; ngoài ra, trong những năm gần đây, các doanh nghiệp polysilicon ở nước ngoài của Trung Quốc đã phát triển chậm do tác động của thuế quan, một số dây chuyền sản xuất đã bị thu hẹp hoặc thậm chí đóng cửa, và tỷ trọng của họ trong sản lượng toàn cầu đang giảm dần hàng năm, do đó họ sẽ không thể bù đắp được sự tăng giá polysilicon vào năm 2021 như lợi nhuận cao của các công ty Trung Quốc, điều kiện tài chính không đủ để hỗ trợ việc mở rộng năng lực sản xuất nhanh chóng và quy mô lớn.
Dựa trên dự báo sản lượng polysilicon tại Trung Quốc và nước ngoài từ năm 2022 đến năm 2025, có thể tổng kết giá trị dự báo sản lượng polysilicon toàn cầu. Ước tính sản lượng polysilicon toàn cầu năm 2025 sẽ đạt 1,371 triệu tấn. Theo giá trị dự báo sản lượng polysilicon, có thể ước tính sơ bộ thị phần của Trung Quốc trong tổng sản lượng toàn cầu. Dự kiến thị phần của Trung Quốc sẽ tăng dần từ năm 2022 đến năm 2025 và sẽ vượt quá 87% vào năm 2025.
6. Tóm tắt và triển vọng
Polysilicon nằm ở phía hạ lưu của silicon công nghiệp và thượng lưu của toàn bộ chuỗi công nghiệp quang điện và bán dẫn, và vị trí của nó rất quan trọng. Chuỗi công nghiệp quang điện thường bao gồm polysilicon - tấm silicon - pin mặt trời - mô-đun - công suất lắp đặt quang điện, còn chuỗi công nghiệp bán dẫn thường bao gồm polysilicon - tấm silicon đơn tinh thể - tấm silicon - chip. Các ứng dụng khác nhau có yêu cầu khác nhau về độ tinh khiết của polysilicon. Ngành công nghiệp quang điện chủ yếu sử dụng polysilicon cấp năng lượng mặt trời, còn ngành công nghiệp bán dẫn sử dụng polysilicon cấp điện tử. Loại thứ nhất có độ tinh khiết trong khoảng 6N-8N, trong khi loại thứ hai yêu cầu độ tinh khiết từ 9N trở lên.
Trong nhiều năm, quy trình sản xuất polysilicon chủ đạo trên toàn thế giới vẫn là phương pháp Siemens cải tiến. Trong những năm gần đây, một số công ty đã tích cực nghiên cứu phương pháp tầng sôi silane có chi phí thấp hơn, điều này có thể tác động đến mô hình sản xuất. Polysilicon dạng thanh được sản xuất bằng phương pháp Siemens cải tiến có đặc điểm tiêu thụ năng lượng cao, chi phí cao và độ tinh khiết cao, trong khi silicon dạng hạt được sản xuất bằng phương pháp tầng sôi silane có đặc điểm tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí thấp và độ tinh khiết tương đối thấp. Một số công ty Trung Quốc đã thực hiện sản xuất hàng loạt silicon dạng hạt và công nghệ sử dụng silicon dạng hạt để kéo polysilicon, nhưng chưa được phổ biến rộng rãi. Liệu silicon dạng hạt có thể thay thế loại trước đó trong tương lai hay không phụ thuộc vào việc lợi thế về chi phí có bù đắp được nhược điểm về chất lượng, hiệu quả của các ứng dụng hạ nguồn và sự cải thiện về an toàn của silane. Trong những năm gần đây, sản lượng polysilicon toàn cầu đã tăng lên hàng năm và dần tập trung tại Trung Quốc. Từ năm 2017 đến năm 2021, sản lượng polysilicon toàn cầu hàng năm sẽ tăng từ 432.000 tấn lên 631.000 tấn, với tốc độ tăng trưởng nhanh nhất vào năm 2021. Trong giai đoạn này, sản lượng polysilicon toàn cầu dần tập trung nhiều hơn vào Trung Quốc, và tỷ trọng sản lượng polysilicon của Trung Quốc tăng từ 56,02% năm 2017 lên 80,03% năm 2021. Từ năm 2022 đến năm 2025, nguồn cung polysilicon sẽ tăng trưởng mạnh. Ước tính sản lượng polysilicon năm 2025 tại Trung Quốc sẽ đạt 1,194 triệu tấn, và sản lượng ở nước ngoài đạt 176.000 tấn. Do đó, sản lượng polysilicon toàn cầu năm 2025 sẽ đạt khoảng 1,37 triệu tấn.
(Bài viết này chỉ mang tính chất tham khảo cho khách hàng của UrbanMines và không phải là lời khuyên đầu tư)