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PREFACE

編者按

多晶硅是一種由大量小晶體組成的聚晶體材料，其原子排列無(wú)定向性,而是存在多個(gè)隨機(jī)排列的小晶粒，因而兼具金屬和半導(dǎo)體的性質(zhì)，既具有良好的導(dǎo)電性,又可通過(guò)摻人雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)特定電學(xué)功能。多晶硅基于這一特性，被廣泛應(yīng)用于制造半導(dǎo)體領(lǐng)域中的晶體管、電阻器等元器件、LED照明領(lǐng)域中的發(fā)光二極管、以及光伏領(lǐng)域中的太陽(yáng)能電池等。

當(dāng)前，多晶硅太陽(yáng)能電池因穩(wěn)定可靠和具有良好光電轉(zhuǎn)換效率而成為太陽(yáng)能電池中的主流，而多晶硅作為其關(guān)鍵原材料也在光伏領(lǐng)域奠定了牢不可撼的重要地位，市場(chǎng)需求量節(jié)節(jié)攀升。2022年我國(guó)多晶硅的需求量約為90萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)近五成；而據(jù)部分券商預(yù)計(jì)，2024年我國(guó)對(duì)多晶硅需求量可能將突破240萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)三成。

市場(chǎng)需求的火熱，以及市場(chǎng)價(jià)格處于高位等因素也催生了多晶硅企業(yè)不斷擴(kuò)產(chǎn)的熱情。2022年，以通威股份、保利協(xié)鑫和新特能源為代表的國(guó)內(nèi)多晶硅企業(yè)的新建產(chǎn)能陸續(xù)投產(chǎn)達(dá)產(chǎn)，疊加宜昌南玻和聚光硅業(yè)等企業(yè)的復(fù)產(chǎn)，當(dāng)年國(guó)內(nèi)共實(shí)現(xiàn)有效產(chǎn)能116.6萬(wàn)噸/年，同比增加87.2%。

就像動(dòng)力電池中存在磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池兩種主流技術(shù)路線之爭(zhēng)，在多晶硅當(dāng)前產(chǎn)能中，也存在改良西門(mén)子法和硅烷流化床法兩種主流技術(shù)路線之爭(zhēng)，其產(chǎn)品形態(tài)分別為棒狀硅和顆粒硅。其中，改良西門(mén)子法具有生產(chǎn)工藝更成熟、產(chǎn)品質(zhì)量更高等優(yōu)勢(shì)，因此過(guò)去十年在多晶硅產(chǎn)能中占據(jù)了絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。以2020年為例，改良西門(mén)子法生產(chǎn)的棒狀硅約占國(guó)內(nèi)總產(chǎn)量的97.2%；2022年棒狀硅的市占率依然高達(dá)92.5%，顆粒硅則僅占7.5%。

國(guó)內(nèi)碩果僅存的硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒硅，主要是協(xié)鑫科技在推動(dòng)。去年12月29日，協(xié)鑫科技突然發(fā)出公告稱，其聯(lián)營(yíng)企業(yè)新疆戈恩斯能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱“新疆戈恩斯”)擬向股東江蘇中能硅業(yè)科技發(fā)展有限公司(以下簡(jiǎn)稱“江蘇中能”)分派股息并回購(gòu)其所持有的全部股權(quán)。交易完成后，協(xié)鑫科技將專注于硅烷流化床法的技術(shù)研發(fā)和顆粒硅的生產(chǎn)，而交易所得款項(xiàng)也將納入公司資金儲(chǔ)備，用于投資新的顆粒硅項(xiàng)目。

由于江蘇中能是協(xié)鑫科技控股的子公司，擁有6萬(wàn)噸棒狀硅產(chǎn)能的新疆戈恩斯回購(gòu)其全部股份，實(shí)質(zhì)上意味著協(xié)鑫科技徹底放棄了棒狀硅產(chǎn)能，也意味著協(xié)鑫科技未來(lái)必將也只能徹底押注硅烷流化床法生產(chǎn)顆粒硅產(chǎn)品。

既然改良西門(mén)子法在行業(yè)內(nèi)占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治地位，協(xié)鑫科技為何要?jiǎng)ψ咂�鋒，反其道逆潮流選擇硅烷流化床法？帶著這樣的疑問(wèn)，偵碳家通過(guò)抽絲剝繭，將為您探索下述真相：

(1)改良西門(mén)子法和硅烷流化床法各自的相對(duì)優(yōu)劣勢(shì)

(2)協(xié)鑫科技本次突然ALL IN押注硅烷流化床法的原因和意圖

(3)對(duì)協(xié)鑫科技本次公告的回購(gòu)業(yè)務(wù)的評(píng)價(jià)

(4)對(duì)協(xié)鑫科技顆粒硅產(chǎn)品的未來(lái)前景的預(yù)期

Part One

改良西門(mén)子法的高質(zhì)量VS硅烷流化床法的低成本

魚(yú)和熊掌如何兼得？

生產(chǎn)多晶硅的西門(mén)子法是由西門(mén)子公司于1955年發(fā)明的，通過(guò)氫氣還原三氯硅烷，并在硅芯發(fā)熱體上沉積得到最終產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝；而改良西門(mén)子法是在此基礎(chǔ)上，通過(guò)增加還原尾氣干法回收系統(tǒng)和四氯化硅氫化工藝，實(shí)現(xiàn)閉路循環(huán)的生產(chǎn)工藝，即閉環(huán)式三氯硅烷氫還原法。

 而硅烷流化床法以氟硅酸、鈉、鋁、氫氣為主要原料，把細(xì)小的硅顆粒種子鋪在有氣孔的床層上，將三氯化硅等氣態(tài)硅化合物和其他反應(yīng)氣體從下方通入，通過(guò)氣流把硅種吹到飄浮的流化狀態(tài)，通過(guò)硅的氫化法制取四氫化硅，再將四氫化硅分離提純后通過(guò)熱分解得到的單質(zhì)硅沉積在飄浮的硅種上，逐漸長(zhǎng)成較大的顆粒狀硅粒后掉入搜集斗后再送出反應(yīng)器。

  應(yīng)用在光伏和半導(dǎo)體等行業(yè)的硅料對(duì)純度的要求很高，而工業(yè)硅卻含有較多雜質(zhì)，因此無(wú)論采用改良西門(mén)子法還是硅烷流化床法，多晶硅的生產(chǎn)本質(zhì)上就是提純硅的過(guò)程，這就如同唐代詩(shī)人劉禹錫在浪淘沙中描述的淘金場(chǎng)面，吹盡狂沙始到金。

實(shí)際上，改良西門(mén)子法和硅烷流化床法一樣，生產(chǎn)多晶硅都主要分為兩部分，其一是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將將固態(tài)的工業(yè)硅轉(zhuǎn)變成氣體化的中間產(chǎn)品，即工業(yè)硅的氣化；其二是將氣體分離提純后還原為高純度的固體多晶硅。兩者區(qū)別主要在于中間產(chǎn)品不同，改良西門(mén)子法的是三氯硅烷，而硅烷流化床法的則是四氫化硅。

硅烷流化床法相比改良西門(mén)子法，具有諸多優(yōu)勢(shì)。

首先，硅烷流化床法的能耗低于改良西門(mén)子法，僅為后者的三分之一(僅按直接用電，未考慮改良西門(mén)子法可以副產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電而應(yīng)有的折減)。前者的生產(chǎn)溫度僅需不到700度，且循環(huán)次數(shù)較少；而后者卻需要超過(guò)1000度，且循環(huán)次數(shù)較多。

其次，硅烷流化床法同樣產(chǎn)能的投資成本要比改良西門(mén)子法低20%-30%

再次，硅烷流化床法的生產(chǎn)效率較高。其生產(chǎn)的顆粒硅流動(dòng)性好，相同反應(yīng)爐上可以多裝近兩成物料，生產(chǎn)效率較高；而改良西門(mén)子法生產(chǎn)的塊狀硅需要進(jìn)行破碎后才能使用，且目前國(guó)內(nèi)有些還是通過(guò)人工進(jìn)行，破碎過(guò)程成本高效率低還可能引入雜質(zhì)；此外，顆粒硅因其體積更適合連續(xù)直拉法(CCZ),其加料熔化和拉晶可以同時(shí)進(jìn)行，極大提升生產(chǎn)效率。

綜上，硅烷流化床法相比改良西門(mén)子法最顯著的優(yōu)勢(shì)在于更低生產(chǎn)成本和更高生產(chǎn)效率。

 既然硅烷流化床法相比改良西門(mén)子法優(yōu)勢(shì)如此明顯，為何業(yè)內(nèi)反而是后者占據(jù)絕對(duì)統(tǒng)治地位呢？

存在即為合理，實(shí)際上，顆粒硅的特性對(duì)于硅烷流化床法是一柄雙刃劍，帶來(lái)成本效率優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也無(wú)法回避對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成的嚴(yán)重不利影響，特別是在量產(chǎn)情況下。究其原因，顆粒硅相比棒狀硅具有更大的表面積，也更容易在表面吸附雜質(zhì)造成污染降低產(chǎn)品質(zhì)量，此外還容易因相互摩擦形成難以融入生產(chǎn)工藝的硅粉，以及跳料等問(wèn)題。

 而上述問(wèn)題疊加后的最終結(jié)果，就是導(dǎo)致硅烷流化床法生成顆粒硅的產(chǎn)品質(zhì)量，和改良西門(mén)子法生產(chǎn)的棒狀硅相比差距較大，尤其是量產(chǎn)下。改良西門(mén)子法對(duì)太陽(yáng)能級(jí)多晶硅要求的純度標(biāo)準(zhǔn)是99.9999%，即4N(N指小數(shù)點(diǎn)后9的位數(shù))；而對(duì)應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的電子級(jí)多晶硅，純度更是必須達(dá)到11N，國(guó)內(nèi)像大全能源這樣的硅料頭部企業(yè)，通過(guò)改良西門(mén)子法已經(jīng)可以達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

但即便以國(guó)內(nèi)顆粒硅的帶頭大哥協(xié)鑫科技的實(shí)力，通過(guò)硅烷流化床法的產(chǎn)品達(dá)到太陽(yáng)能級(jí)多晶硅標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有些吃力；而且顆粒硅的生產(chǎn)工藝決定了隨著產(chǎn)量提升，產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)出現(xiàn)參差不齊的情況，瑕疵主要是雜質(zhì)含量超標(biāo)；部分不達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品因含有較多雜質(zhì)，將導(dǎo)致雜質(zhì)形成強(qiáng)復(fù)合中心對(duì)下游電池片的電學(xué)性能造成致命影響

因此即使顆粒硅便宜，也依然難以單獨(dú)使用，而是淪為摻雜料。即按照15%-20%的比例添加到改良西門(mén)子法生產(chǎn)的棒狀硅中，通過(guò)調(diào)和間接降低碳?xì)浜椭亟饘俚入s質(zhì)的平均含量。至于達(dá)到電子級(jí)多晶硅的標(biāo)準(zhǔn)，顆粒硅目前更是想都無(wú)法想。

人往高處走，水往低處流。絕大多數(shù)多晶硅企業(yè)顯然不愿在光伏這樣的風(fēng)口行業(yè)就為了當(dāng)添頭，所以基本首選改良西門(mén)子法，這恐怕就是硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒硅，此前因便宜沒(méi)好貨而不受待見(jiàn)的主要原因。

既然顆粒硅的產(chǎn)品質(zhì)量在量產(chǎn)下的一致性還較差，那么協(xié)鑫科技本次突然公告要ALL IN押注顆粒硅，難道說(shuō)其生產(chǎn)工藝取得了重大突破？