碳中和光伏产业全面分析（二）：硅料四大分级，两大工艺，两大成本，五大巨头

本篇讲光伏上游硅料，下篇讲光伏上游硅片

四、硅料

13. 分类：工业级→冶金级→光伏级→芯片级

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，硅原子以晶格形态排列成晶核，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

硅的主要评判指标是纯度，你想想，如果硅原子之间有一堆杂质，那电子就别想在满轨道和空轨道之间跑顺畅，无论啥东西，纯度越高制造难度越大，多晶硅按照产品纯度的不同分为工业/金属硅、冶金级、太阳能级、电子级。用于光伏生产的太阳能级多晶硅一般纯度在6N~9N之间（即99.9999%~99.9999999%，几个9即是几N），应用于芯片的硅要求纯度达到11N，详细可参考半导体全面分析（三）：制造三大工艺，硅片五大巨头！

14. 市场：全球 500 亿，中国 400 亿占 80%

2020 年全球多晶硅产量 52.1 万吨 500 亿，中国 39.6 万吨 400 亿占 76%（按平均价格10万元/吨测算）

15. 工艺：改良西门子法、硅烷流化床法

多晶硅生产主要有两种工艺：改良西门子法、硅烷流化床法

西门子法是1955 年德国西门子以氢气H2还原高纯度三氯氢硅SiHCl3，在1100℃硅芯/硅棒上沉积多晶硅

改良西门子法又称闭环西门子法，第一步工业硅粉与氯化氢或四氯化硅SiCl4和氢气反应制备三氯氢硅SiHCl3，第二步是三氯氢硅分离提纯，第三步是三氯氢硅和氢气多晶硅还原炉内 1100℃ 硅芯表面沉积生长成多晶硅棒，增加尾气回收工艺

硅烷西门子法 Silane Siemens 通过硅烷 SiH4 在CVD还原炉热分解气相沉积

FBR 流化床法 Fluidised Bed Reactor 又称沸腾床，原理是将原料像气流一样从流化床反应器底部注入上升到中间加热区进行反应生成硅，下部气体让硅籽晶沸腾处于悬浮状态，硅沉积在硅籽晶上不断生长成硅颗粒沉降到反应器底部排出颗粒硅

硅烷流化床法将四氯化硅、H2、冶金硅、HCl 为原料在流化床高温高压下氢化生成三氯氢硅，再加氢反应生成二氯氢硅，再生成硅烷气，硅烷气通入流化床热分解（500~700℃）并沉积在硅籽晶（载体）表面形成颗粒硅

16. 成本：硅耗、电耗

硅料生产的主要成本：硅 41%，电力 34%，设备折旧 13%，人工等 12%，目前 4 万元/吨

硅耗指生产单位多晶硅耗费的硅量，2020 年 1.1kg 硅/kg-Si 水平

电耗指生产单位多晶硅耗用的电力，2020 年 65 kWh/kg-Si

硅烷流化床法反应温度 500~700℃ 远远低于改良西门子法的 1100℃，电耗可降到 2 kWh/kg-Si，目前市占率不足 3%，2030 年预计 10%

17. 全球前十中国 7 家占 76%

2020 年全球多晶硅产量 51 万吨，中国 39 万吨占 76%，全球前十中国 7 家，保利协鑫、通威股份、特变电工新特能源、新疆大全、德国瓦克、东方希望列前六

18. 中国：五大巨头

2020 年中国五大巨头通威股份、保利协鑫、特变电工新特能源、东方希望、新疆大全 CR5 高达 87.5%

600438 通威股份：产能龙头

通威股份 2020 年多晶硅营收 65 亿，2021 年产能达到 18 万吨，行业第一

03800 保利协鑫：

颗粒硅龙头 2006 年成立，子公司中能硅业是国内最早实现多晶硅规模化生产的企业之一，2017 年收购美国 SunEdison FBR 进军颗粒硅，2021年颗粒硅产能 3 万吨，产量占公司硅料总产量 18%，颗粒硅毛利率高于棒状硅毛利率 15%

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下篇讲光伏上游硅片！