起底“黑科技”颗粒硅

　　记者丨晓敏   见习生丨 陈力

　　出品丨鳌头财经（theSankei）

　　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。

　　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。

　　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”。