1. Cadena de la industria del polisilicio: El proceso de producción es complejo y la fase posterior se centra en los semiconductores fotovoltaicos.
El polisilicio se produce principalmente a partir de silicio industrial, cloro e hidrógeno, y se ubica en la etapa inicial de las cadenas de la industria fotovoltaica y de semiconductores. Según datos de CPIA, el método de producción de polisilicio más utilizado actualmente en el mundo es el método Siemens modificado. Excepto en China, más del 95 % del polisilicio se produce mediante este método. En el proceso de preparación del polisilicio mediante el método Siemens modificado, primero se combina gas cloro con gas hidrógeno para generar cloruro de hidrógeno, que luego reacciona con el polvo de silicio obtenido tras la trituración y molienda del silicio industrial para generar triclorosilano. Este último se reduce posteriormente con gas hidrógeno para generar polisilicio. El silicio policristalino se puede fundir y enfriar para obtener lingotes de silicio policristalino, y el silicio monocristalino también se puede producir mediante fusión Czochralski o fusión por zonas. En comparación con el silicio policristalino, el silicio monocristalino está compuesto por granos cristalinos con la misma orientación, por lo que presenta una mejor conductividad eléctrica y eficiencia de conversión. Tanto los lingotes de silicio policristalino como las varillas de silicio monocristalino pueden cortarse y procesarse para obtener obleas y células de silicio, que a su vez constituyen componentes clave de los módulos fotovoltaicos y se utilizan en el sector fotovoltaico. Además, mediante procesos repetidos de pulido, epitaxia, limpieza y otros, las obleas de silicio monocristalino también pueden transformarse en obleas de silicio, que se utilizan como sustratos para dispositivos electrónicos semiconductores.
El contenido de impurezas del polisilicio es estrictamente requerido, y la industria se caracteriza por una alta inversión de capital y altas barreras técnicas. Dado que la pureza del polisilicio afecta seriamente el proceso de estirado de silicio monocristalino, los requisitos de pureza son extremadamente estrictos. La pureza mínima del polisilicio es del 99,9999%, y la máxima es infinitamente cercana al 100%. Además, las normas nacionales de China establecen requisitos claros para el contenido de impurezas, y sobre la base de esto, el polisilicio se divide en grados I, II y III, de los cuales el contenido de boro, fósforo, oxígeno y carbono es un índice de referencia importante. Las "Condiciones de Acceso a la Industria del Polisilicio" estipulan que las empresas deben tener un sistema sólido de inspección y gestión de la calidad, y los estándares de los productos deben cumplir estrictamente con las normas nacionales; Además, las condiciones de acceso también requieren que la escala y el consumo de energía de las empresas de producción de polisilicio, como el polisilicio de grado solar y el polisilicio de grado electrónico, la escala del proyecto sea mayor de 3000 toneladas/año y 1000 toneladas/año respectivamente, y la proporción de capital mínima en la inversión de proyectos de nueva construcción, reconstrucción y expansión no debe ser inferior al 30%, por lo que el polisilicio es una industria intensiva en capital. Según las estadísticas de CPIA, el costo de inversión de los equipos de la línea de producción de polisilicio de 10 000 toneladas puesta en funcionamiento en 2021 ha aumentado ligeramente a 103 millones de yuanes/kt. La razón es el aumento en el precio de los materiales metálicos a granel. Se espera que el costo de inversión en el futuro aumente con el progreso de la tecnología de los equipos de producción y la disminución del monómero a medida que aumenta el tamaño. Según las regulaciones, el consumo de energía del polisilicio para la reducción Czochralski de grado solar y grado electrónico debe ser menor de 60 kWh/kg y 100 kWh/kg respectivamente, y los requisitos para los indicadores de consumo de energía son relativamente estrictos. La producción de polisilicio pertenece al sector químico. Su proceso es relativamente complejo y exige un alto nivel de conocimientos técnicos, selección de equipos, puesta en marcha y operación. El proceso implica numerosas reacciones químicas complejas y más de 1000 nodos de control, lo que dificulta que los nuevos participantes dominen rápidamente las técnicas ya consolidadas. Por lo tanto, existen importantes barreras de capital y técnicas en la industria de la producción de polisilicio, lo que impulsa a los fabricantes a optimizar rigurosamente el flujo de procesos, el embalaje y el transporte.
2. Clasificación del polisilicio: la pureza determina su uso, y el grado solar es el más común.
El silicio policristalino, una forma de silicio elemental, está compuesto por granos cristalinos con diferentes orientaciones y se purifica principalmente mediante el procesamiento industrial del silicio. El polisilicio tiene un brillo metálico grisáceo y su punto de fusión es de aproximadamente 1410 °C. Es inactivo a temperatura ambiente y más activo en estado fundido. El polisilicio posee propiedades semiconductoras y es un material semiconductor de excelente calidad, pero una pequeña cantidad de impurezas puede afectar significativamente su conductividad. Existen diversos métodos de clasificación para el polisilicio. Además de la clasificación mencionada anteriormente, según las normas nacionales chinas, aquí se presentan tres métodos de clasificación importantes. Según los diferentes requisitos de pureza y usos, el polisilicio se puede dividir en polisilicio de grado solar y polisilicio de grado electrónico. El polisilicio de grado solar se utiliza principalmente en la producción de células fotovoltaicas, mientras que el polisilicio de grado electrónico se utiliza ampliamente en la industria de circuitos integrados como materia prima para chips y otros productos. La pureza del polisilicio de grado solar es de 6~8N, es decir, el contenido total de impurezas debe ser inferior a 10⁻⁶, y la pureza del polisilicio debe alcanzar el 99,9999% o más. Los requisitos de pureza del polisilicio de grado electrónico son más estrictos, con un mínimo de 9N y un máximo actual de 12N. La producción de polisilicio de grado electrónico es relativamente difícil. Pocas empresas chinas dominan la tecnología de producción de polisilicio de grado electrónico, y aún dependen en gran medida de las importaciones. Actualmente, la producción de polisilicio de grado solar es mucho mayor que la de polisilicio de grado electrónico, siendo la primera aproximadamente 13,8 veces mayor que la segunda.
Según la diferencia de impurezas de dopaje y el tipo de conductividad del material de silicio, este se puede dividir en tipo P y tipo N. Cuando el silicio se dopa con elementos de impureza aceptores, como boro, aluminio, galio, etc., predomina la conducción de huecos y es de tipo P. Cuando el silicio se dopa con elementos de impureza donadores, como fósforo, arsénico, antimonio, etc., predomina la conducción de electrones y es de tipo N. Las baterías de tipo P incluyen principalmente baterías BSF y baterías PERC. En 2021, las baterías PERC representarán más del 91 % del mercado mundial y las baterías BSF desaparecerán. Durante el período en que PERC reemplaza a BSF, la eficiencia de conversión de las celdas de tipo P ha aumentado de menos del 20% a más del 23%, que está a punto de acercarse al límite superior teórico del 24,5%, mientras que el límite superior teórico de las celdas de tipo N es del 28,7%, y las celdas de tipo N tienen una alta eficiencia de conversión. Debido a las ventajas de una alta relación bifacial y un bajo coeficiente de temperatura, las empresas han comenzado a desplegar líneas de producción en masa para baterías de tipo N. Según el pronóstico de CPIA, la proporción de baterías de tipo N aumentará significativamente del 3% al 13,4% en 2022. Se espera que en los próximos cinco años, se introduzca la iteración de la batería de tipo N a la batería de tipo P. Según la diferente calidad de la superficie, se puede dividir en material denso, material de coliflor y material de coral. La superficie del material denso tiene el grado más bajo de concavidad, menos de 5 mm, sin anomalías de color, sin capa intermedia de oxidación y el precio más alto; La superficie del material de coliflor tiene un grado moderado de concavidad, de 5 a 20 mm, la sección es moderada y el precio es de gama media; mientras que la superficie del material de coral tiene una concavidad más pronunciada, la profundidad es mayor de 20 mm, la sección es suelta y el precio es el más bajo. El material denso se utiliza principalmente para estirar silicio monocristalino, mientras que el material de coliflor y el material de coral se utilizan principalmente para fabricar obleas de silicio policristalino. En la producción diaria de las empresas, el material denso se puede dopar con no menos del 30 % de material de coliflor para producir silicio monocristalino. Se puede ahorrar en el costo de las materias primas, pero el uso de material de coliflor reducirá la eficiencia de estirado de cristales en cierta medida. Las empresas deben elegir la proporción de dopaje adecuada después de sopesar ambos materiales. Recientemente, la diferencia de precio entre el material denso y el material de coliflor se ha estabilizado básicamente en 3 RMB/kg. Si la diferencia de precio se amplía aún más, las empresas podrían considerar dopar más material de coliflor en el estirado de silicio monocristalino.
3. Proceso: El método Siemens ocupa un lugar destacado y el consumo de energía se convierte en la clave del cambio tecnológico.
El proceso de producción de polisilicio se divide aproximadamente en dos etapas. En la primera, el polvo de silicio industrial reacciona con cloruro de hidrógeno anhidro para obtener triclorosilano e hidrógeno. Tras repetidas destilaciones y purificaciones, se obtiene triclorosilano, diclorodihidrosilicio y silano en estado gaseoso. La segunda etapa consiste en reducir el gas de alta pureza mencionado anteriormente a silicio cristalino, y la etapa de reducción difiere entre el método Siemens modificado y el método de lecho fluidizado de silano. El método Siemens mejorado cuenta con una tecnología de producción madura y una alta calidad de producto, y actualmente es la tecnología de producción más utilizada. El método de producción Siemens tradicional utiliza cloro e hidrógeno para sintetizar cloruro de hidrógeno anhidro, cloruro de hidrógeno y silicio industrial en polvo para sintetizar triclorosilano a una temperatura determinada, y luego separar, rectificar y purificar el triclorosilano. El silicio se somete a una reacción de reducción térmica en un horno de reducción de hidrógeno para obtener silicio elemental depositado sobre el núcleo de silicio. Sobre esta base, el proceso Siemens mejorado también está equipado con un proceso de apoyo para reciclar una gran cantidad de subproductos como hidrógeno, cloruro de hidrógeno y tetracloruro de silicio producidos en el proceso de producción, que incluye principalmente la recuperación de gases residuales de reducción y la tecnología de reutilización de tetracloruro de silicio. El hidrógeno, el cloruro de hidrógeno, el triclorosilano y el tetracloruro de silicio en los gases de escape se separan mediante recuperación en seco. El hidrógeno y el cloruro de hidrógeno se pueden reutilizar para la síntesis y purificación con triclorosilano, y este último se recicla directamente en la reducción térmica. La purificación se lleva a cabo en el horno, y el tetracloruro de silicio se hidrogena para producir triclorosilano, que se puede utilizar para la purificación. Este paso también se denomina tratamiento de hidrogenación en frío. Al lograr la producción en circuito cerrado, las empresas pueden reducir significativamente el consumo de materias primas y electricidad, ahorrando así eficazmente en costos de producción.
El costo de producir polisilicio utilizando el método Siemens mejorado en China incluye materias primas, consumo de energía, depreciación, costos de procesamiento, etc. El progreso tecnológico en la industria ha reducido significativamente el costo. Las materias primas se refieren principalmente al silicio industrial y al triclorosilano, el consumo de energía incluye electricidad y vapor, y los costos de procesamiento se refieren a los costos de inspección y reparación de los equipos de producción. Según las estadísticas de Baichuan Yingfu sobre los costos de producción de polisilicio a principios de junio de 2022, las materias primas son el elemento de mayor costo, representando el 41% del costo total, siendo el silicio industrial la principal fuente de silicio. El consumo unitario de silicio comúnmente utilizado en la industria representa la cantidad de silicio consumido por unidad de productos de silicio de alta pureza. El método de cálculo consiste en convertir todos los materiales que contienen silicio, como el polvo de silicio industrial subcontratado y el triclorosilano, en silicio puro, y luego deducir el clorosilano subcontratado según la cantidad de silicio puro convertido a partir de la proporción de contenido de silicio. Según datos de CPIA, el nivel de consumo de silicio disminuirá en 0,01 kg/kg-Si a 1,09 kg/kg-Si en 2021. Se espera que con la mejora del tratamiento de hidrogenación en frío y el reciclaje de subproductos, disminuya a 1,07 kg/kg para 2030. Según estadísticas incompletas, el consumo de silicio de las cinco principales empresas chinas en la industria del polisilicio es inferior al promedio de la industria. Se sabe que dos de ellas consumirán 1,08 kg/kg-Si y 1,05 kg/kg-Si respectivamente en 2021. La segunda proporción más alta es el consumo de energía, que representa el 32% del total, de los cuales la electricidad representa el 30% del costo total, lo que indica que el precio y la eficiencia de la electricidad siguen siendo factores importantes para la producción de polisilicio. Los dos indicadores principales para medir la eficiencia energética son el consumo energético integral y el consumo energético de reducción. El consumo energético de reducción se refiere al proceso de reducción de triclorosilano e hidrógeno para generar material de silicio de alta pureza. El consumo de energía incluye el precalentamiento y la deposición del núcleo de silicio, la conservación del calor, la ventilación final y otros consumos de energía del proceso. En 2021, con el progreso tecnológico y la utilización integral de la energía, el consumo promedio integral de energía de la producción de polisilicio disminuirá un 5,3 % interanual hasta 63 kWh/kg-Si, y el consumo promedio de energía de reducción disminuirá un 6,1 % interanual hasta 46 kWh/kg-Si, que se espera que disminuya aún más en el futuro. Además, la depreciación también es un elemento importante del costo, que representa el 17 %. Cabe destacar que, según datos de Baichuan Yingfu, el coste total de producción de polisilicio a principios de junio de 2022 era de unos 55.816 yuanes/tonelada, el precio medio del polisilicio en el mercado era de unos 260.000 yuanes/tonelada y el margen de beneficio bruto era de hasta el 70% o más, por lo que atrajo a un gran número de empresas a invertir en la construcción de capacidad de producción de polisilicio.
Existen dos maneras para que los fabricantes de polisilicio reduzcan costos: una es reducir los costos de las materias primas y la otra es reducir el consumo de energía. En cuanto a las materias primas, los fabricantes pueden reducir su costo mediante la firma de acuerdos de cooperación a largo plazo con fabricantes de silicio industrial o mediante la construcción de una capacidad de producción integrada aguas arriba y aguas abajo. Por ejemplo, las plantas de producción de polisilicio dependen básicamente de su propio suministro de silicio industrial. En cuanto al consumo de electricidad, los fabricantes pueden reducir los costos de electricidad mediante precios bajos de electricidad y una mejora integral del consumo de energía. Aproximadamente el 70% del consumo total de electricidad corresponde a la reducción del consumo de electricidad, y esta reducción es un eslabón clave en la producción de silicio cristalino de alta pureza. Por lo tanto, la mayor parte de la capacidad de producción de polisilicio en China se concentra en regiones con precios bajos de electricidad, como Xinjiang, Mongolia Interior, Sichuan y Yunnan. Sin embargo, con el avance de la política de dos carbonos, es difícil obtener una gran cantidad de recursos energéticos de bajo costo. Por lo tanto, reducir el consumo de energía para la reducción de costos es una forma más viable de reducir costos en la actualidad. Actualmente, la forma más eficaz de reducir el consumo de energía en la reducción es aumentar el número de núcleos de silicio en el horno de reducción, incrementando así la producción por unidad. En China, los hornos de reducción más comunes son los de 36, 40 y 48 pares de varillas. Si bien la actualización a hornos de 60 y 72 pares de varillas implica mayores exigencias en cuanto al nivel tecnológico de producción de las empresas.
En comparación con el método Siemens mejorado, el método de lecho fluidizado de silano presenta tres ventajas: un bajo consumo energético, una alta producción de extracción de cristales y una mayor compatibilidad con la tecnología Czochralski continua CCZ, más avanzada. Según datos de la Rama de la Industria del Silicio, el consumo energético total del método de lecho fluidizado de silano es un 33,33 % del del método Siemens mejorado, lo que supone una reducción del 10 % en el consumo energético. El método de lecho fluidizado de silano ofrece ventajas significativas en cuanto al consumo energético. En lo que respecta a la extracción de cristales, las propiedades físicas del silicio granular facilitan el llenado completo del crisol de cuarzo en el enlace de la varilla de extracción de silicio monocristalino. El silicio policristalino y el silicio granular pueden aumentar la capacidad de carga del crisol del horno en un 29 %, a la vez que reducen el tiempo de carga en un 41 %, mejorando significativamente la eficiencia de extracción del silicio monocristalino. Además, el silicio granular posee un diámetro pequeño y una buena fluidez, lo que lo hace más adecuado para el método Czochralski continuo CCZ. Actualmente, la principal tecnología de extracción de monocristales en los rangos medio e inferior es el método de refundición de monocristales RCZ, que consiste en realimentar y extraer el cristal después de extraer una varilla de silicio monocristalino. La extracción se realiza al mismo tiempo, lo que ahorra el tiempo de enfriamiento de la varilla de silicio monocristalino, por lo que la eficiencia de producción es mayor. El rápido desarrollo del método continuo Czochralski CCZ también impulsará la demanda de silicio granular. Aunque el silicio granular tiene algunas desventajas, como la generación de más polvo de silicio por fricción, la gran superficie y la fácil adsorción de contaminantes, y la combinación de hidrógeno en hidrógeno durante la fusión, lo que puede causar fácilmente saltos, pero según los últimos comunicados de las empresas relevantes de silicio granular, estos problemas se están solucionando y se han logrado algunos avances.
El proceso de lecho fluidizado de silano está consolidado en Europa y Estados Unidos, pero se encuentra en sus inicios tras la introducción de empresas chinas. Ya en la década de 1980, empresas extranjeras como REC y MEMC, líderes en la producción de silicio granular, comenzaron a explorar este proceso y lograron una producción a gran escala. Entre ellas, la capacidad total de producción de silicio granular de REC alcanzó las 10.500 toneladas anuales en 2010, y en comparación con sus homólogas de Siemens en el mismo período, tenía una ventaja de costos de al menos 2-3 dólares estadounidenses por kilogramo. Debido a la necesidad de extraer monocristales, la producción de silicio granular de la empresa se estancó y finalmente cesó, recurriendo a una empresa conjunta con China para establecer una planta de producción dedicada a la fabricación de silicio granular.
4. Materias primas: El silicio industrial es la materia prima principal, y el suministro puede satisfacer las necesidades de expansión del polisilicio.
El silicio industrial es la materia prima principal para la producción de polisilicio. Se espera que la producción de silicio industrial de China crezca de manera constante entre 2022 y 2025. Entre 2010 y 2021, la producción de silicio industrial de China se encuentra en la etapa de expansión, con una tasa de crecimiento anual promedio de la capacidad de producción y la producción que alcanza el 7,4 % y el 8,6 %, respectivamente. Según datos de SMM, el aumento recientecapacidad de producción de silicio industrialen China será de 890.000 toneladas y 1.065 millones de toneladas en 2022 y 2023. Suponiendo que las empresas de silicio industrial mantendrán una tasa de utilización de la capacidad y una tasa de operación de alrededor del 60% en el futuro, el aumento reciente de ChinaLa capacidad de producción en 2022 y 2023 generará un aumento de producción de 320.000 toneladas y 383.000 toneladas. Según las estimaciones de GFCI,La capacidad de producción de silicio industrial de China en 2022/2023/2024/2025 es de aproximadamente 5,90/697/6,71/6,5 millones de toneladas, lo que corresponde a 3,55/391/4,18/4,38 millones de toneladas.
La tasa de crecimiento de las dos áreas posteriores de la cadena de valor del silicio industrial superpuesto es relativamente lenta, y la producción de silicio industrial de China puede básicamente satisfacer la producción de polisilicio. En 2021, la capacidad de producción de silicio industrial de China será de 5,385 millones de toneladas, correspondientes a una producción de 3,213 millones de toneladas, de las cuales el polisilicio, el silicio orgánico y las aleaciones de aluminio consumirán 623.000 toneladas, 898.000 toneladas y 649.000 toneladas, respectivamente. Además, cerca de 780.000 toneladas de la producción se destinan a la exportación. En 2021, el consumo de polisilicio, silicio orgánico y aleaciones de aluminio representará el 19%, el 28% y el 20% del silicio industrial, respectivamente. De 2022 a 2025, se espera que la tasa de crecimiento de la producción de silicio orgánico se mantenga en torno al 10%, y la tasa de crecimiento de la producción de aleaciones de aluminio sea inferior al 5%. Por lo tanto, creemos que la cantidad de silicio industrial que se puede utilizar para polisilicio en el período 2022-2025 es relativamente suficiente, lo que puede satisfacer plenamente las necesidades de producción de polisilicio.
5. Suministro de polisilicio:Porcelanaocupa una posición dominante y la producción se concentra gradualmente en las empresas líderes.
En los últimos años, la producción mundial de polisilicio ha aumentado año tras año y se ha concentrado gradualmente en China. De 2017 a 2021, la producción mundial anual de polisilicio aumentó de 432.000 toneladas a 631.000 toneladas, con el crecimiento más rápido en 2021, con una tasa de crecimiento del 21,11%. Durante este período, la producción mundial de polisilicio se concentró gradualmente en China, y la proporción de la producción de polisilicio de China aumentó del 56,02% en 2017 al 80,03% en 2021. Comparando las diez principales empresas en capacidad de producción mundial de polisilicio en 2010 y 2021, se puede encontrar que el número de empresas chinas aumentó de 4 a 8, y la proporción de capacidad de producción de algunas empresas estadounidenses y coreanas disminuyó significativamente, saliendo de los diez primeros grupos, como HEMOLOCK, OCI, REC y MEMC; La concentración de la industria ha aumentado significativamente, y la capacidad de producción total de las diez principales empresas de la industria ha aumentado del 57,7% al 90,3%. En 2021, hay cinco empresas chinas que representan más del 10% de la capacidad de producción, representando un total del 65,7%. Hay tres razones principales para la transferencia gradual de la industria del polisilicio a China. Primero, los fabricantes chinos de polisilicio tienen ventajas significativas en términos de materias primas, electricidad y costos laborales. Los salarios de los trabajadores son más bajos que los de los países extranjeros, por lo que el costo general de producción en China es mucho más bajo que el de los países extranjeros, y continuará disminuyendo con el progreso tecnológico; segundo, la calidad de los productos chinos de polisilicio está mejorando constantemente, la mayoría de los cuales están en el nivel de primera clase de grado solar, y algunas empresas avanzadas individuales cumplen con los requisitos de pureza. Se han logrado avances significativos en la tecnología de producción de polisilicio de grado electrónico superior, lo que ha propiciado la sustitución gradual de las importaciones de polisilicio de grado electrónico de fabricación nacional. Las empresas líderes chinas están impulsando activamente la construcción de proyectos de polisilicio de grado electrónico. La producción de obleas de silicio en China representa más del 95 % de la producción mundial total, lo que ha incrementado progresivamente la autosuficiencia de polisilicio en China y, en cierta medida, ha reducido el mercado de las empresas extranjeras del sector.
De 2017 a 2021, la producción anual de polisilicio en China aumentará de manera constante, principalmente en áreas ricas en recursos energéticos como Xinjiang, Mongolia Interior y Sichuan. En 2021, la producción de polisilicio de China aumentará de 392.000 toneladas a 505.000 toneladas, un incremento del 28,83%. En términos de capacidad de producción, la capacidad de producción de polisilicio de China ha mostrado una tendencia generalmente ascendente, pero disminuyó en 2020 debido al cierre de algunos fabricantes. Además, la tasa de utilización de la capacidad de las empresas chinas de polisilicio ha aumentado continuamente desde 2018, y en 2021 alcanzará el 97,12%. En cuanto a las provincias, la producción de polisilicio de China en 2021 se concentra principalmente en áreas con bajos precios de electricidad como Xinjiang, Mongolia Interior y Sichuan. La producción de Xinjiang asciende a 270.400 toneladas, lo que representa más de la mitad de la producción total de China.
La industria china del polisilicio se caracteriza por un alto grado de concentración, con un índice CR6 del 77%, y se prevé que esta tendencia continúe al alza. La producción de polisilicio es una industria con altas barreras de capital y técnicas. El ciclo de construcción y producción de proyectos suele ser de dos años o más, lo que dificulta la entrada de nuevos fabricantes. A juzgar por la expansión planificada y los nuevos proyectos previstos para los próximos tres años, los fabricantes oligopolísticos del sector seguirán aumentando su capacidad de producción gracias a sus ventajas tecnológicas y de escala, consolidando así su posición de monopolio.
Se estima que la oferta de polisilicio en China experimentará un crecimiento a gran escala entre 2022 y 2025, alcanzando una producción de 1,194 millones de toneladas en 2025, lo que impulsará la expansión de la producción mundial de polisilicio. En 2021, ante el fuerte aumento del precio del polisilicio en China, los principales fabricantes invirtieron en la construcción de nuevas líneas de producción y, al mismo tiempo, atrajeron a nuevos fabricantes al sector. Dado que los proyectos de polisilicio requieren entre un año y medio y dos años desde su construcción hasta su puesta en producción, las nuevas instalaciones construidas en 2021 se completarán. La capacidad de producción generalmente se pondrá en marcha en la segunda mitad de 2022 y en 2023. Esto coincide plenamente con los planes de nuevos proyectos anunciados por los principales fabricantes. La nueva capacidad de producción en el período 2022-2025 se concentra principalmente en 2022 y 2023. Posteriormente, a medida que la oferta y la demanda de polisilicio y el precio se estabilicen gradualmente, la capacidad total de producción en la industria se estabilizará gradualmente. Es decir, la tasa de crecimiento de la capacidad de producción disminuirá gradualmente. Además, la tasa de utilización de la capacidad de las empresas de polisilicio se ha mantenido en un nivel alto en los últimos dos años, pero se necesitará tiempo para que la capacidad de producción de los nuevos proyectos aumente y para que los nuevos participantes dominen la tecnología de preparación pertinente. Por lo tanto, la tasa de utilización de la capacidad de los nuevos proyectos de polisilicio en los próximos años será baja. A partir de esto, se puede predecir la producción de polisilicio en el período 2022-2025, y se espera que la producción de polisilicio en 2025 sea de aproximadamente 1,194 millones de toneladas.
La concentración de la capacidad de producción en el extranjero es relativamente alta, y la tasa y velocidad de aumento de la producción en los próximos tres años no será tan alta como la de China. La capacidad de producción de polisilicio en el extranjero se concentra principalmente en cuatro empresas líderes, y el resto son principalmente pequeñas capacidades de producción. En términos de capacidad de producción, Wacker Chem ocupa la mitad de la capacidad de producción de polisilicio en el extranjero. Sus fábricas en Alemania y Estados Unidos tienen capacidades de producción de 60 000 toneladas y 20 000 toneladas, respectivamente. La fuerte expansión de la capacidad de producción mundial de polisilicio en 2022 y más allá podría provocar un exceso de oferta, por lo que la empresa aún se encuentra en una situación de espera y no ha planeado agregar nueva capacidad de producción. El gigante surcoreano de polisilicio OCI está trasladando gradualmente su línea de producción de polisilicio de grado solar a Malasia, manteniendo la línea original de producción de polisilicio de grado electrónico en China, que se prevé que alcance las 5.000 toneladas en 2022. La capacidad de producción de OCI en Malasia alcanzará las 27.000 toneladas y las 30.000 toneladas en 2020 y 2021, respectivamente, logrando bajos costos de consumo de energía y evitando los altos aranceles de China sobre el polisilicio en Estados Unidos y Corea del Sur. La empresa planea producir 95.000 toneladas, pero la fecha de inicio no está clara. Se espera que aumente a un nivel de 5.000 toneladas por año en los próximos cuatro años. La empresa noruega REC tiene dos bases de producción en el estado de Washington y Montana, EE. UU., con una capacidad de producción anual de 18.000 toneladas de polisilicio de grado solar y 2.000 toneladas de polisilicio de grado electrónico. REC, que se encontraba en una profunda crisis financiera, optó por suspender la producción. Posteriormente, impulsada por el auge de los precios del polisilicio en 2021, la empresa decidió reiniciar la producción de 18 000 toneladas de proyectos en el estado de Washington y 2 000 toneladas en Montana para finales de 2023, y completar el aumento de la capacidad de producción en 2024. Hemlock es el mayor productor de polisilicio de Estados Unidos, especializado en polisilicio de alta pureza para uso electrónico. Las barreras tecnológicas de producción dificultan la sustitución de los productos de la empresa en el mercado. Sumado al hecho de que la empresa no planea construir nuevos proyectos en los próximos años, se espera que su capacidad de producción se mantenga en 18 000 toneladas anuales entre 2022 y 2025. Además, en 2021, la nueva capacidad de producción de empresas distintas a las cuatro mencionadas anteriormente será de 5 000 toneladas. Debido a la falta de conocimiento sobre los planes de producción de todas las empresas, se asume que la nueva capacidad de producción será de 5.000 toneladas anuales entre 2022 y 2025.
Según la capacidad de producción en el extranjero, se estima que la producción de polisilicio en el extranjero en 2025 será de aproximadamente 176.000 toneladas, suponiendo que la tasa de utilización de la capacidad de producción de polisilicio en el extranjero se mantenga sin cambios. Después de que el precio del polisilicio subió drásticamente en 2021, las empresas chinas aumentaron y expandieron la producción. Por el contrario, las empresas extranjeras son más cautelosas en sus planes para nuevos proyectos. Esto se debe a que el dominio de la industria del polisilicio ya está en manos de China, y aumentar la producción indiscriminadamente podría generar pérdidas. Desde el lado del costo, el consumo de energía es el componente más grande del costo del polisilicio, por lo que el precio de la electricidad es muy importante, y Xinjiang, Mongolia Interior, Sichuan y otras regiones tienen ventajas evidentes. Desde el lado de la demanda, como consumidor directo de polisilicio, la producción de obleas de silicio de China representa más del 99% del total mundial. La industria de procesamiento de polisilicio se concentra principalmente en China. El precio del polisilicio producido es bajo, el costo de transporte es bajo y la demanda está totalmente garantizada. En segundo lugar, China ha impuesto aranceles antidumping relativamente altos a las importaciones de polisilicio de grado solar procedentes de Estados Unidos y Corea del Sur, lo que ha frenado considerablemente el consumo de polisilicio de estos países. Se recomienda precaución al emprender nuevos proyectos. Además, en los últimos años, las empresas chinas de polisilicio en el extranjero han experimentado un lento desarrollo debido al impacto de los aranceles, y algunas líneas de producción se han reducido o incluso cerrado. Su participación en la producción mundial ha disminuido año tras año, por lo que no podrán competir con el aumento de los precios del polisilicio en 2021, dado que las empresas chinas obtienen altos beneficios y sus condiciones financieras no son suficientes para respaldar una rápida y amplia expansión de su capacidad de producción.
Con base en las previsiones de producción de polisilicio en China y en el extranjero para el período 2022-2025, se puede calcular el valor total de la producción mundial. Se estima que la producción mundial de polisilicio en 2025 alcanzará 1,371 millones de toneladas. Según esta previsión, se puede obtener aproximadamente la participación de China en la producción mundial. Se espera que la participación de China aumente gradualmente entre 2022 y 2025, superando el 87% en 2025.
6. Resumen y perspectivas
El polisilicio se ubica aguas abajo del silicio industrial y aguas arriba de toda la cadena de la industria fotovoltaica y de semiconductores, y su importancia es crucial. La cadena de la industria fotovoltaica generalmente consta de polisilicio, oblea de silicio, célula, módulo y capacidad instalada fotovoltaica, mientras que la cadena de la industria de semiconductores generalmente consta de polisilicio, oblea de silicio monocristalino, oblea de silicio y chip. Los diferentes usos tienen diferentes requisitos de pureza del polisilicio. La industria fotovoltaica utiliza principalmente polisilicio de grado solar, y la industria de semiconductores utiliza polisilicio de grado electrónico. El primero tiene un rango de pureza de 6N a 8N, mientras que el segundo requiere una pureza de 9N o superior.
Durante años, el método Siemens mejorado ha sido el principal proceso de producción de polisilicio en todo el mundo. En los últimos años, algunas empresas han explorado activamente el método de lecho fluidizado de silano, de menor costo, lo que podría tener un impacto en el patrón de producción. El polisilicio en forma de varilla producido por el método Siemens modificado se caracteriza por un alto consumo de energía, un alto costo y una alta pureza, mientras que el silicio granular producido por el método de lecho fluidizado de silano se caracteriza por un bajo consumo de energía, un bajo costo y una pureza relativamente baja. Algunas empresas chinas han logrado la producción en masa de silicio granular y la tecnología para utilizar silicio granular en la extracción de polisilicio, pero no se ha promovido ampliamente. Si el silicio granular puede reemplazar al anterior en el futuro dependerá de si la ventaja de costo puede compensar la desventaja de calidad, el efecto en las aplicaciones posteriores y la mejora de la seguridad del silano. En los últimos años, la producción mundial de polisilicio ha aumentado año tras año y se está concentrando gradualmente en China. Entre 2017 y 2021, la producción mundial anual de polisilicio aumentó de 432 000 toneladas a 631 000 toneladas, registrándose el mayor crecimiento en 2021. Durante este periodo, la producción mundial de polisilicio se concentró cada vez más en China, y la proporción de China en la producción total aumentó del 56,02 % en 2017 al 80,03 % en 2021. Entre 2022 y 2025, la oferta de polisilicio experimentará un crecimiento a gran escala. Se estima que la producción de polisilicio en China en 2025 alcanzará 1,194 millones de toneladas, mientras que la producción en el extranjero llegará a 176 000 toneladas. Por lo tanto, la producción mundial de polisilicio en 2025 será de aproximadamente 1,37 millones de toneladas.
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