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在多晶硅料价格上涨之下,颗粒硅因成本优势,成为部分企业追捧的对象,并正计划投入巨资扩大产能。 市场上还一度传出,颗粒硅大有取代棒状硅的声音。

当下,在不少主流硅片厂商中,颗粒硅掺杂比例已大幅提高,甚至达到25%左右。此外,颗粒硅经过多年发展,也已有一定技术突破。

不过,也有技术专家认为,颗粒硅一般掺杂比例最多到20%,再多就很影响质量了。

那么,颗粒硅真的是“黑科技”吗,其价格优势能成为长期立足的“通行证”吗?

不是“高科技”,更不是“黑科技”

要想搞清楚颗粒硅为何受到热捧,还要先谈谈多晶硅。

多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时,硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核,如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒,则这些晶粒结合起来,就结晶成多晶硅。多晶硅具有半导体性质,是极为重要的优良半导体材料,广泛用于光伏、半导体等行业。

棒状硅和颗粒硅是多晶硅原材料里常见的类型。棒状硅是采用目前主流的生产工艺改良西门子法生产,而最近被热炒的颗粒硅则是采用硅烷流化床工艺生产的。

实际上,早在上世纪五六十年代,多晶硅生产的两大技术路线相继问世,其中西门子法通过多次技术迭代一直引领行业前行,成为世界的主流路线,而流化床法作为第二技术路线也在持续进步。

在多晶硅短缺之前,REC硅和MEMC电子材料公司就已经应用流化床反应器(FBR)技术,并在美国华盛顿州摩西湖和德克萨斯州帕萨迪纳生产颗粒状多晶硅。

在2006年REC硅投资建设流化床生产多晶硅,结合硅烷法多晶硅混合投料在下游使用的阶段,流化床技术生产多晶硅的技术优势就引起所有多晶硅制造商的注意,也就是在这个时候,多晶硅制造龙头德国Wacker跟进这一技术的研究。

但是当时,多晶硅主要还是半导体的材料,太阳能光伏产业尚未掀起投资狂潮。而由于安全性较差、炉壁沉积、流态化控制、产品纯度控制等问题,颗粒硅未实现大规模应用,流化床生产半导体用多晶硅显得很遥远。

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西门子法多晶硅“最大”的威胁在2008年,因多晶硅紧缺,彼时REC硅和MEMC的优势在晶硅太阳能市场大展神威。由于多晶硅电池比单晶电池的市场更为火爆,颗粒硅可以为西门子法多晶硅填充缝隙,投炉的量会增加20%以上,并且它的生产成本是当时最廉价的方式。

这种优势直接影响当时所有多晶硅生产企业,在投资建设时不得不将颗粒硅作为新的技术风险加以考虑。从这个时候开始,流化床法也开始有了与改良西门子法相竞争的趋势。

2013年以后,由于美国对中国的光伏实施反倾销政策,中国多晶硅市场出现了“过剩”,价格不断下调,直接影响了颗粒硅的收益。而2018年随着“531”新政出台,REC硅宣布停止摩西湖颗粒硅生产线。

因此,从当前的角度来看,颗粒硅并不是“高科技”,更不是“黑科技”,而是六七十年前就有的旧技术。同时,由于改良西门子法的不断更迭进步,颗粒硅在历史的舞台始终只是“最佳配角”的存在。

硅料价格猛涨,颗粒硅重回大众视野

当下,颗粒硅重回大众视野,也得益于其一大特性——便宜。

目前,多晶硅主要的生产工艺是改良西门子法,西门子法自1950年代被开发以来,已经发展到第三代,始终是多晶硅最主流的生产工艺,份额占比达95%以上。

因此,通常情况下,改良西门子法多晶硅也被简化称为“多晶硅”。

多晶硅也是一将功臣万骨枯的行业,相关企业打得头破血流,最终呈现强者恒强的局面,价格也不断下探。

回溯光伏产业过去十余年的发展,光伏成本从50元/W下降到了4元/W左右,多晶硅环节的持续降本为光伏平价上网做出了巨大的贡献,而改良西门子法工艺在其中居功至伟。

随着我国光伏、半导体等行业规模的快速扩大,对多晶硅的需求增加,而由于近年来全国多地工业硅限产等原因,多晶硅供给端跟不上需求端,导致我国工业硅价格近两年间持续上涨。

根据中国有色金属工业协会硅业分会提供的数据显示,从2021年年初到2022年6月份,单晶复投料的价格上涨了超过2倍。截至7月份第三周跟踪数据显示,硅料价格最高已经触及31万元/吨,相比2021年初上涨了250%,创下了近10年来的新高。

根据硅业分会估测,2022年,全年国内硅料产量预计约78万吨,硅料总供应量约88万吨。根据国家能源局的预测,假设全球2022年光伏装机在240-280GW之间,按1GW装机需要消耗约0.35万吨硅料计算,预计2022年硅料需求区间约为84-98万吨左右,整体看硅料供应仍略有不足。

此时,对于部分技术规模优势不足的硅料企业而言,颗粒硅生产在理论上具备一定的成本优势,又让其重回大众视野,成了部分企业“奔赴”的产业。

通过提高掺杂比例刷“存在感”

对于锂电池而言,当下有着磷酸铁锂电池和三元锂电池之争,两者处于持续的“你追我赶”,相互交锋地局面。

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那么,作为“配角”的颗粒硅,能否当一回“主角”?

上面提到,硅片厂家一般采用大部分多晶硅料加一小部分颗粒硅料掺杂的做法,这样可以在保证质量的前提下降低成本。当下,在硅料紧缺,价格上涨的背景下,颗粒硅在掺杂比例上提高到了25%左右。

不过,也有技术专家认为,颗粒硅一般掺杂比例最多到20%,再多就很影响质量了。

显而易见,颗粒硅的生存空间目前仍仅作为一种“辅料”,用来降低成本。要想成为主角,颗粒硅必须要在技术上实现颠覆。

由于采用硅烷流化床法(SiH4→Si+2H2),加热裂解使得硅中含氢量较高,同时制造过程中使得小颗粒硅被吹起,很容易撞到内壁,而内壁主要由碳组成,使得颗粒硅含碳量高,杂质较多。在连续大规模生产后,颗粒硅的产品的质量很难完全保持一致,硅料的品质会出现一定的差异。

不仅如此,虽然颗粒硅的电耗、单位投资额以及人工成本方面相比块状硅具有理论上的优势。但运用到实际中,由于“氢跳”、颗粒硅撞击器壁等问题,会造成生产工序的中断,并引起碳基内衬、加热线圈、石英坩埚等部件的损坏,同时由于生产工艺中粉末比例较高使得成品率偏低,从而在硅元素单耗方面产生了较大的额外成本。

当然,随着后续厂商的生产工艺的改善和技术的提升,颗粒硅生产的这些问题也有望得到进一步的解决,但什么时候能彻底解决,其品质能和改良西门子法多晶硅媲美,依然是个未知数。

更为重要的是,用来降低成本的颗粒硅,在硅料价格下降之后,还能成为“香饽饽”吗?

有光伏行业分析师认为,目前,硅料价格的涨势仍未停止,预计三季度还将保持继续上涨的态势,“甚至四季度也难出现明显下跌”。

据PVInfoLink预测,2022年初、2022年底和2023年底的硅料环节的产能规模分别为264GW、442GW和663GW,今年和明年的增幅分别将达67%和50%。这意味着,到2023年,硅料或将开始充分缓解供需矛盾。

当下,国内部分企业,甚至上市公司在加码颗粒硅产能,而新建的产能要实现量产还需要一段时间建设。

然而,“开工”没有回头箭,投资者应该注意,当新建颗粒硅产能投产时,恐怕这些盲目扩产的企业将落得“一地鸡毛”,自身也将受到直接波及。

总而言之,从历史和未来的角度,颗粒硅当前如沐春风,大概率只是“昙花一现”。

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