中国多晶硅技术发展现状

　　目前，多晶硅生产主要使用三氯氢硅法（即改良西门子工艺），其次是硅烷流化床法。据CPIA数据，2021年改良西门子法市占率约95%。 

 1、冷氢化技术

　　目前，国内外主流生产多晶硅的改良西门子法中，主反应为三氯氢硅的还原反应（SiHCl3+H2→Si+3HCl），每生产1吨多晶硅，会产生12吨SiCl4副产物，SiCl4若不经过处理，会严重污染环境，因此SiCl4的回收利用也是一个重点。副产物SiCl4转化生产SiHCl3主流的技术路线是SiCl4冷氢化反应（3SiCl4+2H2+Si→4 SiHCl3），一般反应在镍基或者铜基催化剂、400-800℃、2-4MPa条件下进行，产物为三氯氢硅。冷氢化技术推广使多晶硅企业实现了闭路循环，避免副产品直接排放污染环境，并实现原料的循环利用，有效降低了生产成本。 

改良西门子工艺与冷氢化反应

　　国内华陆公司承接的多晶硅总体设计产能占到全国总产能的93%以上，在行业内地位举足轻重。目前，华陆公司冷氢化技术首屈一指，华陆公司第五代冷氢化技术首次将冷氢化装置处理STC（四氯化硅）的能力提升到了35万吨/年，与公司第四代的25万吨/年冷氢化技术相比，第五代冷氢化技术的突出特点有：反应器直径由4.0m增大到4.5m；反应器STC处理能力提升了40%；装置投资降低10%以上（按配套10万吨多晶硅计）；每吨TCS（三氯氢硅）电耗低于145kWh。

　　技术进步离不开反应催化剂的开发、提高工艺环节中热能回收利用率、提高反应效率等因素。在众多反应因素中，制约冷氢化发展的关键是三氯氢硅收率问题，国内三氯氢硅的体积百分收率通常为25%，提高冷氢化转化率是多晶硅生产以及有机硅行业急需解决的技术难题。在工艺装置的温度、压力等技术参数基本达到最优的情况下，添加催化剂成为提高冷氢化三氯氢硅收率的一项重要措施。在冷氢化反应中，无水氯化铜是最常用的催化剂之一，已得到如永祥多晶硅、大全新能源、东方希望、新疆协鑫等众多头部企业的长期稳定使用。

　　光华科技作为国内生产无水氯化铜的龙头企业，是创立于1980年的一家专用化学品上市公司，其核心产品是铜类化学品产品（氧化铜、硫酸铜、二水氯化铜、无水氯化铜），在化学品合成、分离、纯化等领域拥有授权发明专利120余项，掌握多项专用化学品生产关键技术。其自主开发的工艺技术优势与全流程精细化品控体系，保障了无水氯化铜的品质稳定。光华科技也是业内为数不多率先提出将绿色设计、绿色技术工艺和绿色生产等贯穿于产品全生命周期的无水氯化铜供应商，与业内多数多晶硅头部企业保持长期的稳定供应与合作，如永祥多晶硅、大全新能源、东方希望、内蒙古通威、中能硅业等。

　　冷氢化技术的主要目标是提高生产效率、降低物耗、能耗以及生产成本。催化剂物料的供应，若脱离品质与稳定性而谈成本将不切实际。随着多晶硅产能的扩张与释放，国家环保政策趋严和产业技术升级的深入推进，对上游供应商的整体能力提出更高要求。多晶硅厂商为保证稳定生产与绿色环保，更倾向于优先选择产品优质、供应稳定的供应商。拥有更高环保资质、产品质量和稳定性的上游供应商优势更加明显，行业竞争“马太效应”渐现，集中度将有望进一步提高。 

2、颗粒硅技术

　　目前流化床颗粒硅工艺有小幅上涨的趋势，根据CPIA数据，2021 年硅烷法颗粒硅产能和产量小幅增加，颗粒硅市占率达到4.1％，其主要优势是电耗低。 

　　早在上个世纪80年代，MEMC就采用自己生产的电子级颗粒硅拉制半导体单晶，洛阳中硅也使用过MEMC的电子级颗粒硅拉制过半导体单晶。英利六九硅业和中宁硅业最初也是想用硅烷法生产颗粒硅，英利曾斥资3000万美金购买过颗粒硅生产技术，后被美国禁止。

　　MEMC被SunEdison收购后，因经营不善，断腕求生，MEMC颗粒硅生产技术就此纳入协鑫囊中。MEMC的颗粒硅技术是基于FBR的一种技术，开发于上个世纪80年代，有诸多不足之处，中能在此基础上，不断完善，把不足之处一一克服。

　　天瑞硅业是REC和天宏的合资公司，因此其颗粒硅技术来源于REC。（REC是Elkem的子公司，而Elkem于2011年被中国的蓝星集团以20亿美元的价格收购,因此挪威的REC是国有控股企业。）

　　若颗粒硅技术在与改良西门子法技术的竞争中获胜，对采用改良西门子技术的多晶硅企业来说影响不会特别大。据专业人士透漏，只要对改良西门子产线做些改动就可以实现：1、保持冷氢化不变；2、将十几个精馏塔留下三个作岐化反应精馏生产硅烷；3、将颗粒硅反应器与烷气对接。

　　据悉MEMC采用三氯氢硅与硅籽晶进行还原反应获得颗粒硅，而国内颗粒硅企业则采用硅烷与硅籽晶进行还原反应获得颗粒硅，与三氯氢硅相比，采用硅烷法反应有如下优点：1、反应温度低，节能降耗。采用硅烷法生产颗粒硅，还原温度500多度即可，而采用改良西门子法还原三氯氢硅，需要1080摄氏度以上的高温；2、硅烷杂质容易分离，品质更高；3、不含氯，更加纯净；4、硅烷法生产颗粒硅的副产物尾气更容易处理。

　　采用硅烷法生产出来的颗粒硅，每公斤硅的平均电耗仅为18度，而采用改良西门子法、冷氢化工艺生产出来的多晶硅平均电耗则需要60度电左右，平均每公斤硅料节省了42度电，即使按0.2元一度电算，每公斤硅料也可以节省8.4元的电费。

　　颗粒硅除了生产成本更低之外，还具备纯度更高的优点，且在直拉单晶多次加料时，由于颗粒硅形似球状，流动性好，圆形度>0.92，中位粒径在2mm左右，可以用于直接加料，不需要破碎。 

正在多次加料中的颗粒硅

　　总之，中国多晶硅规划产能巨大，未来将有足够的产能满足全球光伏行业发展需要；冷氢化技术、颗粒硅技术等技术在全球也是遥遥领先。多晶硅生产作为精细重化工产业，产品品质受技术工艺、催化剂、生产设备、环境控制等多个因素影响，工艺控制点繁多。在“碳达峰”“碳中和”目标引领和全球清洁能源加速应用背景下，唯有产业链上下游高质量协同，才能保障产业健康稳定发展，共筑低碳环保健康的产业生态，让我国多晶硅行业保持全球领先。