1. Monikiteisen piiteollisuuden ketju: Tuotantoprosessi on monimutkainen, ja loppupää keskittyy aurinkosähköpuolijohteisiin
Polysilikonia tuotetaan pääasiassa teollisesta piistä, kloorista ja vedystä, ja se sijaitsee aurinkosähkö- ja puolijohdeteollisuuden ketjujen ylävirtaan. CPIA-tietojen mukaan nykyinen valtavirran polysilikonin tuotantomenetelmä maailmassa on muunneltu Siemens-menetelmä, Kiinaa lukuun ottamatta yli 95 % polysilikonista tuotetaan muunnellulla Siemens-menetelmällä. Parannetulla Siemens-menetelmällä tapahtuvassa polysilikonin valmistuksessa kloorikaasu yhdistetään ensin vetykaasuun vetykloridin tuottamiseksi, ja sitten se reagoi piijauheen kanssa teollisen piin murskaamisen ja jauhamisen jälkeen, jolloin syntyy trikloorisilaania, joka pelkistetään edelleen vetykaasulla polysilikonin tuottamiseksi. Polykiteinen pii voidaan sulattaa ja jäähdyttää polykiteisten piiharkkojen valmistamiseksi, ja yksikiteistä piitä voidaan tuottaa myös Czochralski- tai vyöhykesulatuksella. Verrattuna polykiteiseen piihin yksikiteinen pii koostuu saman kideorientaation omaavista kiteistä, joten sillä on parempi sähkönjohtavuus ja konversiotehokkuus. Sekä polykiteisiä piiharkkoja että yksikiteisiä piisauvoja voidaan edelleen leikata ja jalostaa piikiekoiksi ja -kennoiksi, joista puolestaan tulee aurinkosähkömoduulien keskeisiä osia ja joita käytetään aurinkosähköalalla. Lisäksi yksittäiskristallisia piikiekkoja voidaan myös muodostaa piikiekoiksi toistuvalla hionnalla, kiillotuksella, epitaksialla, puhdistuksella ja muilla prosesseilla, joita voidaan käyttää puolijohde-elektronisten laitteiden substraattimateriaaleina.
Polysilikonin epäpuhtauspitoisuus on ehdottoman tärkeä, ja teollisuudella on ominaista korkea pääomasijoitus ja korkeat tekniset esteet. Koska polysilikonin puhtaus vaikuttaa vakavasti yksikiteisen piin piirustusprosessiin, puhtausvaatimukset ovat erittäin tiukat. Polysilikonin vähimmäispuhtaus on 99,9999 % ja korkein on äärettömän lähellä 100 %. Lisäksi Kiinan kansallisissa standardeissa on selkeät vaatimukset epäpuhtauspitoisuudelle, ja tämän perusteella polysilikoni jaetaan luokkiin I, II ja III, joista boorin, fosforin, hapen ja hiilen pitoisuus on tärkeä viiteindeksi. "Polysilicon Industry Access Conditions" -kohdassa määrätään, että yrityksillä on oltava vankka laadunvalvonta- ja hallintajärjestelmä, ja tuotestandardien on oltava tiukasti kansallisten standardien mukaisia. Lisäksi käyttöehdot edellyttävät myös polysilikonin tuotantoyritysten, kuten aurinkoenergia- ja elektroniikkalaatuisen polysilikonin, mittakaavaa ja energiankulutusta. Hankkeen mittakaava on vastaavasti yli 3000 tonnia vuodessa ja 1000 tonnia vuodessa, ja uusien rakennus-, jälleenrakennus- ja laajennushankkeiden investointien vähimmäispääomaosuuden ei saa olla alle 30 %, joten polysilikoni on pääomavaltainen teollisuudenala. CPIA:n tilastojen mukaan vuonna 2021 käyttöön otetun 10 000 tonnin polysilikonin tuotantolinjan laitteiston investointikustannukset ovat hieman nousseet 103 miljoonaan yuaniin/kt. Syynä on irtometallimateriaalien hinnannousu. Investointikustannusten odotetaan kasvavan tulevaisuudessa tuotantolaitteiden teknologian kehittyessä ja monomeerien vähenevän koon kasvaessa. Määräysten mukaan aurinkoenergia- ja elektroniikkalaatuisen Czochralski-pelkistyksen polysilikonin energiankulutuksen tulisi olla alle 60 kWh/kg ja 100 kWh/kg, ja energiankulutusindikaattoreita koskevat vaatimukset ovat suhteellisen tiukat. Polysilikonin tuotanto kuuluu yleensä kemianteollisuuteen. Tuotantoprosessi on suhteellisen monimutkainen, ja teknisten reittien, laitteiden valinnan, käyttöönoton ja käytön kynnys on korkea. Tuotantoprosessi sisältää monia monimutkaisia kemiallisia reaktioita, ja ohjausyksiköiden määrä on yli 1 000. Uusien tulokkaiden on vaikea hallita nopeasti kypsää käsityötaitoa. Siksi polysilikonin tuotantoteollisuudessa on korkeat pääoma- ja tekniset esteet, mikä myös kannustaa polysilikonin valmistajia suorittamaan tiukkaa teknistä prosessivirran, pakkaus- ja kuljetusprosessin optimointia.
2. Polysilikonin luokitus: puhtaus määrää käytön, ja aurinkolaatu on valtavirtaa
Polykiteinen pii, eräs alkuainepiin muoto, koostuu eri kideorientaatioilla varustetuista kiteistä, ja sitä puhdistetaan pääasiassa teollisella piin prosessoinnilla. Polypiin ulkonäkö on harmaa metallinen kiilto ja sulamispiste on noin 1410 ℃. Se on inaktiivinen huoneenlämmössä ja aktiivisempi sulassa tilassa. Polypiillä on puolijohdeominaisuuksia ja se on erittäin tärkeä ja erinomainen puolijohdemateriaali, mutta pieni määrä epäpuhtauksia voi vaikuttaa suuresti sen johtavuuteen. Polypiille on olemassa monia luokittelumenetelmiä. Edellä mainitun Kiinan kansallisten standardien mukaisen luokittelun lisäksi tässä esitellään kolme muuta tärkeää luokittelumenetelmää. Erilaisten puhtausvaatimusten ja käyttötarkoitusten mukaan polypii voidaan jakaa aurinkoenergialaatuiseen polypiihin ja elektroniikkalaatuiseen polypiihin. Aurinkoenergialaatuista polypiitä käytetään pääasiassa aurinkokennojen tuotannossa, kun taas elektroniikkalaatuista polypiitä käytetään laajalti integroitujen piirien teollisuudessa raaka-aineena siruille ja muulle tuotannolle. Aurinkoenergiakäyttöön tarkoitetun polysilikonin puhtaus on 6–8 N, eli epäpuhtauksien kokonaispitoisuuden on oltava alle 10⁻⁶ ja polysilikonin puhtauden on oltava vähintään 99,9999 %. Elektroniikkakäyttöön tarkoitetun polysilikonin puhtausvaatimukset ovat tiukemmat, vähintään 9 N ja nykyinen enimmäismäärä 12 N. Elektroniikkakäyttöön tarkoitetun polysilikonin tuotanto on suhteellisen vaikeaa. Vain harvat kiinalaiset yritykset ovat hallinneet elektroniikkakäyttöön tarkoitetun polysilikonin tuotantoteknologian, ja ne ovat edelleen suhteellisen riippuvaisia tuonnista. Tällä hetkellä aurinkoenergiakäyttöön tarkoitetun polysilikonin tuotanto on paljon suurempi kuin elektroniikkakäyttöön tarkoitetun polysilikonin, ja ensin mainittu on noin 13,8 kertaa suurempi kuin jälkimmäisen.
Piimateriaalin doping-epäpuhtauksien ja johtavuustyypin mukaan se voidaan jakaa P-tyyppiin ja N-tyyppiin. Kun piihin on seostettu akseptoriepäpuhtauksia, kuten booria, alumiinia, galliumia jne., se on pääasiassa aukkojohtavaa ja P-tyyppistä. Kun piihin on seostettu donoriepäpuhtauksia, kuten fosforia, arseenia, antimonia jne., se on pääasiassa elektronijohtavaa ja N-tyyppistä. P-tyypin akkuihin kuuluvat pääasiassa BSF-akut ja PERC-akut. Vuonna 2021 PERC-akut kattavat yli 91 % maailmanmarkkinoista, ja BSF-akut poistuvat markkinoilta. PERC:n korvatessa BSF:n, P-tyypin kennojen konversiotehokkuus on noussut alle 20 prosentista yli 23 prosenttiin, mikä on lähestymässä teoreettista 24,5 prosentin ylärajaa. N-tyypin kennojen teoreettinen yläraja on 28,7 prosenttia, ja N-tyypin kennoilla on korkea konversiotehokkuus. Korkean bifacial-suhteen ja alhaisen lämpötilakertoimen etujen ansiosta yritykset ovat alkaneet ottaa käyttöön N-tyypin akkujen massatuotantolinjoja. CPIA:n ennusteen mukaan N-tyypin akkujen osuus kasvaa merkittävästi 3 prosentista 13,4 prosenttiin vuonna 2022. Seuraavien viiden vuoden aikana odotetaan, että N-tyypin akkujen siirtyminen P-tyypin akkuihin alkaa. Erilaisten pintalaatujen mukaan materiaalit voidaan jakaa tiheään materiaaliin, kukkakaalimateriaaliin ja korallimateriaaliin. Tiheän materiaalin pinnalla on pienin koveruusaste, alle 5 mm, ei väripoikkeavuuksia, ei hapettumisvälikerrosta ja korkein hinta. Kukkakaalimateriaalin pinnalla on kohtalainen koveruusaste, 5–20 mm, poikkileikkaus on kohtuullinen ja hinta on keskitasoa; korallimateriaalin pinnalla on vakavampi koveruus, syvyys on yli 20 mm, poikkileikkaus on löysä ja hinta on alhaisin. Tiheää materiaalia käytetään pääasiassa monokiteisen piin vetämiseen, kun taas kukkakaalimateriaalia ja korallimateriaalia käytetään pääasiassa polykiteisten piikiekkojen valmistukseen. Yritysten päivittäisessä tuotannossa tiheään materiaaliin voidaan seosttaa vähintään 30 % kukkakaalimateriaalia monokiteisen piin valmistamiseksi. Raaka-ainekustannuksissa voidaan säästää, mutta kukkakaalimateriaalin käyttö heikentää kiteenvetotehokkuutta jossain määrin. Yritysten on valittava sopiva seostussuhde punnittuaan näitä kahta. Viime aikoina tiheän materiaalin ja kukkakaalimateriaalin välinen hintaero on vakiintunut käytännössä 3 RMB/kg:iin. Jos hintaero kasvaa entisestään, yritykset voivat harkita enemmän kukkakaalimateriaalin seostamista monokiteisen piin vetämiseen.
3. Prosessi: Siemensin menetelmä valtaa valtavirran, ja energiankulutuksesta tulee avain teknologiseen muutokseen
Polysilikonin tuotantoprosessi jaetaan karkeasti kahteen vaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa teollinen piijauhe reagoi vedettömän vetykloridin kanssa, jolloin saadaan trikloorisilaania ja vetyä. Toistuvan tislauksen ja puhdistuksen jälkeen saadaan kaasumaista trikloorisilaania, diklooridihydropiitä ja silaania; toisessa vaiheessa edellä mainittu erittäin puhdas kaasu pelkistetään kiteiseksi piiksi, ja pelkistysvaihe on erilainen Siemensin muunnetussa menetelmässä ja silaanifluidisoitupetimenetelmässä. Parannetulla Siemensin menetelmällä on kypsä tuotantoteknologia ja korkea tuotteen laatu, ja se on tällä hetkellä laajimmin käytetty tuotantoteknologia. Perinteinen Siemensin tuotantomenetelmä on käyttää klooria ja vetyä vedettömän vetykloridin, vetykloridin ja jauhemaisen teollisen piin syntetisoimiseksi trikloorisilaanin syntetisoimiseksi tietyssä lämpötilassa, ja sitten trikloorisilaani erotetaan, korjataan ja puhdistetaan. Pii käy läpi lämpöpelkistysreaktion vetypelkistysuunissa, jolloin saadaan piiytimeen kerrostettua alkuainepiitä. Tämän perusteella parannettu Siemensin prosessi on varustettu myös tukiprosessilla, jolla voidaan kierrättää suuri määrä tuotantoprosessissa syntyviä sivutuotteita, kuten vetyä, vetykloridia ja piitetrakloridia, mukaan lukien pääasiassa pelkistävän jälkikaasun talteenotto ja piitetrakloridin uudelleenkäyttötekniikka. Pakokaasun vety, vetykloridi, trikloorisilaani ja piitetrakloridi erotetaan toisistaan kuivalla talteenotolla. Vetyä ja vetykloridia voidaan käyttää uudelleen synteesiin ja puhdistukseen trikloorisilaanin kanssa, ja trikloorisilaani kierrätetään suoraan lämpöpelkistykseen. Puhdistus suoritetaan uunissa, ja piitetrakloridi hydrataan trikloorisilaanin tuottamiseksi, jota voidaan käyttää puhdistuksessa. Tätä vaihetta kutsutaan myös kylmähydrauskäsittelyksi. Toteuttamalla suljetun kierron tuotannon yritykset voivat vähentää merkittävästi raaka-aineiden ja sähkön kulutusta ja siten säästää tehokkaasti tuotantokustannuksia.
Siemensin parannetulla menetelmällä Kiinassa valmistettavan polysilikonin tuotantokustannukset sisältävät raaka-aineet, energiankulutuksen, poistot, jalostuskustannukset jne. Alan teknologinen kehitys on laskenut kustannuksia merkittävästi. Raaka-aineet ovat pääasiassa teollista piitä ja trikloorisilaania, energiankulutus sisältää sähkön ja höyryn, ja jalostuskustannukset tuotantolaitteiden tarkastus- ja korjauskustannuksia. Baichuan Yingfun kesäkuun 2022 alun polysilikonin tuotantokustannuksia koskevien tilastojen mukaan raaka-aineet ovat korkein kustannuserä, muodostaen 41 % kokonaiskustannuksista, ja teollinen pii on piin tärkein lähde. Teollisuudessa yleisesti käytetty piin yksikkökulutus edustaa piin määrää, joka kulutetaan erittäin puhdasta piituotetta kohden. Laskentamenetelmänä on muuntaa kaikki piitä sisältävät materiaalit, kuten ulkoistettu teollinen piijauhe ja trikloorisilaani, puhtaaksi piiksi ja vähentää sitten ulkoistettu kloorisilaani piin pitoisuussuhteen mukaisesti. CPIA-tietojen mukaan piin kulutus laskee 0,01 kg/kg-Si 1,09 kg/kg-Si:iin vuonna 2021. Kylmähydrauskäsittelyn ja sivutuotteiden kierrätyksen parantumisen myötä sen odotetaan laskevan 1,07 kg/kg:iin vuoteen 2030 mennessä. kg-Si. Epätäydellisten tilastojen mukaan viiden suurimman kiinalaisen polysilikoniteollisuuden yrityksen piin kulutus on alan keskiarvoa alhaisempi. Tiedetään, että kaksi niistä kuluttaa 1,08 kg/kg-Si:tä ja 1,05 kg/kg-Si:tä vuonna 2021. Toiseksi suurin osuus on energiankulutus, joka on yhteensä 32 %, josta sähkön osuus on 30 % kokonaiskustannuksista. Tämä osoittaa, että sähkön hinta ja tehokkuus ovat edelleen tärkeitä tekijöitä polysilikonin tuotannossa. Kaksi tärkeintä energiatehokkuuden mittaamiseen käytettävää indikaattoria ovat kokonaisvaltainen energiankulutus ja energiankulutuksen vähentäminen. Energiankulutuksen vähentäminen viittaa trikloorisilaanin ja vedyn pelkistämiseen erittäin puhtaan piimateriaalin tuottamiseksi. Virrankulutukseen sisältyy piiytimen esilämmitys ja kerrostaminen, lämmönsäätely, päätytuuletus ja muu prosessien virrankulutus. Vuonna 2021 teknologisen kehityksen ja energian kokonaisvaltaisen hyödyntämisen myötä polysilikonin tuotannon keskimääräinen kokonaisvaltainen virrankulutus laskee 5,3 % edellisvuodesta 63 kWh/kg-Si:hin, ja keskimääräinen vähennysvirrankulutus laskee 6,1 % edellisvuodesta 46 kWh/kg-Si:hin, ja osuuden odotetaan laskevan edelleen tulevaisuudessa. Lisäksi poistot ovat myös tärkeä kustannuserä, joiden osuus on 17 %. On syytä huomata, että Baichuan Yingfun tietojen mukaan polysilikonin kokonaistuotantokustannukset kesäkuun 2022 alussa olivat noin 55 816 yuania/tonni, polysilikonin keskihinta markkinoilla oli noin 260 000 yuania/tonni ja bruttokatemarginaali oli jopa 70 % tai enemmän, mikä houkutteli suuren määrän yrityksiä investoimaan polysilikonin tuotantokapasiteetin rakentamiseen.
Polysilikonin valmistajilla on kaksi tapaa vähentää kustannuksia: toinen on alentaa raaka-ainekustannuksia ja toinen on vähentää energiankulutusta. Raaka-aineiden osalta valmistajat voivat alentaa raaka-ainekustannuksia allekirjoittamalla pitkäaikaisia yhteistyösopimuksia teollisten piiden valmistajien kanssa tai rakentamalla integroitua ylä- ja alavirran tuotantokapasiteettia. Esimerkiksi polysilikonin tuotantolaitokset ovat pohjimmiltaan riippuvaisia omasta teollisesta piistä. Sähkönkulutuksen osalta valmistajat voivat alentaa sähkökustannuksia alhaisten sähkönhintojen ja kokonaisvaltaisen energiankulutuksen parantamisen avulla. Noin 70 % kokonaisvaltaisesta sähkönkulutuksesta on sähkönkulutuksen vähentämistä, ja vähentäminen on myös keskeinen lenkki erittäin puhtaan kiteisen piin tuotannossa. Siksi suurin osa polysilikonin tuotantokapasiteetista Kiinassa keskittyy alueille, joilla on alhaiset sähkönhinnat, kuten Xinjiang, Sisä-Mongolia, Sichuan ja Yunnan. Kahden hiilen politiikan kehittyessä on kuitenkin vaikea saada paljon edullisia energialähteitä. Siksi energiankulutuksen vähentäminen on nykyään toteuttamiskelpoisempi kustannusten alentaminen. Tällä hetkellä tehokas tapa vähentää pelkistysenergiankulutusta on lisätä piiytimien määrää pelkistysuunissa, mikä laajentaa yksittäisen yksikön tuotantoa. Tällä hetkellä Kiinassa yleisimmät pelkistysuunityypit ovat 36 paria sauvoja, 40 paria sauvoja ja 48 paria sauvoja. Uunityyppiä on päivitetty 60 pariin ja 72 pariin sauvoja, mutta samalla se asettaa myös korkeammat vaatimukset yritysten tuotantoteknologialle.
Verrattuna parannettuun Siemens-menetelmään, silaanifluidisoitupetimenetelmällä on kolme etua: alhainen tehonkulutus, korkea kiteiden vetokyky ja kolmas se, että se on edullisempi yhdistää kehittyneempään CCZ-jatkuvaan Czochralski-teknologiaan. Piiteollisuusosaston tietojen mukaan silaanifluidisoitupetimenetelmän kokonaistehokkuus on 33,33 % parannetusta Siemens-menetelmästä ja tehonkulutuksen väheneminen on 10 % parannetusta Siemens-menetelmästä. Silaanifluidisoitupetimenetelmällä on merkittäviä energiankulutusetuja. Kiteiden vetämisen kannalta rakeisen piin fysikaaliset ominaisuudet voivat helpottaa kvartsiupokkaan täyttämistä yksikiteisen piin vetotangon linkissä. Monikiteinen pii ja rakeinen pii voivat lisätä yksittäisen uunin upokkaan latauskapasiteettia 29 % ja samalla lyhentää latausaikaa 41 %, mikä parantaa merkittävästi yksikiteisen piin vetokykyä. Lisäksi rakeisella piillä on pieni halkaisija ja hyvä juoksevuus, mikä sopii paremmin CCZ-jatkuvaan Czochralski-menetelmään. Tällä hetkellä keski- ja alajuoksun tärkein yksikiteiden vetotekniikka on RCZ-yksikiteiden uudelleenvalumenetelmä, jossa kide syötetään uudelleen ja vedetään sen jälkeen, kun yksikiteinen piitanko on vedetty. Veto suoritetaan samanaikaisesti, mikä säästää yksikiteisen piitangon jäähdytysaikaa ja parantaa tuotantotehokkuutta. CCZ-jatkuvan Czochralski-menetelmän nopea kehitys lisää myös rakeisen piin kysyntää. Vaikka rakeisella piillä on joitakin haittoja, kuten kitkan aiheuttama piijauheen lisääntyminen, suuri pinta-ala ja epäpuhtauksien helppo adsorptio sekä vedyn yhdistyminen vedyksi sulamisen aikana, mikä aiheuttaa helposti hyppimistä, rakeisen piin yritysten viimeisimpien ilmoitusten mukaan näitä ongelmia parannetaan ja jonkin verran edistystä on tapahtunut.
Silaanifluidisoitu petiprosessi on kypsä Euroopassa ja Yhdysvalloissa, ja se on vasta lapsenkengissään kiinalaisten yritysten tulon jälkeen. Jo 1980-luvulla ulkomaiset rakeiset piiyritykset, joita edustivat REC ja MEMC, alkoivat tutkia rakeisen piin tuotantoa ja toteuttivat laajamittaista tuotantoa. Näistä REC:n rakeisen piin kokonaistuotantokapasiteetti oli 10 500 tonnia vuodessa vuonna 2010, ja verrattuna Siemensin kilpailijoihin samalla ajanjaksolla sillä oli vähintään 2–3 Yhdysvaltain dollarin kustannusetu/kg. Yksittäisten kiteiden vetämisen tarpeiden vuoksi yrityksen rakeisen piin tuotanto pysähtyi ja lopulta lopetti tuotannon, ja se kääntyi yhteisyrityksen puoleen Kiinan kanssa perustaakseen tuotantoyrityksen rakeisen piin tuotantoa varten.
4. Raaka-aineet: Teollinen pii on ydinraaka-aine, ja tarjonta voi vastata polysilikonin laajenemisen tarpeisiin
Teollinen pii on polysilikonin tuotannon ydinraaka-aine. Kiinan teollisen piin tuotannon odotetaan kasvavan tasaisesti vuosina 2022–2025. Vuosina 2010–2021 Kiinan teollinen piin tuotanto on kasvuvaiheessa, ja tuotantokapasiteetin ja tuotannon keskimääräinen vuotuinen kasvuvauhti on 7,4 % ja 8,6 %. SMM:n tietojen mukaan äskettäin lisääntynytteollisen piin tuotantokapasiteettiKiinassa se on 890 000 tonnia ja 1,065 miljoonaa tonnia vuosina 2022 ja 2023. Olettaen, että teollisuuspiitä valmistavat yritykset ylläpitävät edelleen noin 60 prosentin kapasiteetin käyttöastetta ja toiminta-astetta tulevaisuudessa, Kiinan äskettäin kasvanuttuotantokapasiteetin lisääminen vuosina 2022 ja 2023 tuo mukanaan 320 000 tonnin ja 383 000 tonnin tuotannon kasvun. GFCI:n arvioiden mukaanKiinan teollisen piin tuotantokapasiteetti vuosina 2022/23/24/25 on noin 5,90/697/6,71/6,5 miljoonaa tonnia, mikä vastaa 3,55/391/4,18/4,38 miljoonaa tonnia.
Kahden muun päällekkäisen teollisen piin tuotantoketjun loppupään alueen kasvuvauhti on suhteellisen hidasta, ja Kiinan teollinen piin tuotanto voi pohjimmiltaan vastata polysilikonin tuotantoon. Vuonna 2021 Kiinan teollisen piin tuotantokapasiteetti on 5,385 miljoonaa tonnia, mikä vastaa 3,213 miljoonan tonnin tuotantoa. Tästä polysilikonin, orgaanisen piin ja alumiiniseosten osuus on 623 000 tonnia, 898 000 tonnia ja 649 000 tonnia. Lisäksi vientiin menee lähes 780 000 tonnia tuotantoa. Vuonna 2021 polysilikonin, orgaanisen piin ja alumiiniseosten kulutus on 19 %, 28 % ja 20 % teollisesta piistä. Vuosina 2022–2025 orgaanisen piin tuotannon kasvuvauhdin odotetaan pysyvän noin 10 prosentissa ja alumiiniseosten tuotannon kasvuvauhdin alle 5 prosentissa. Siksi uskomme, että polysilikonin valmistukseen vuosina 2022–2025 käytettävissä olevan teollisen piin määrä on suhteellisen riittävä ja voi täysin vastata polysilikonin tuotantotarpeisiin.
5. Monikiteisen piimetallin toimitus:Kiinahallitsevassa asemassa, ja tuotanto keskittyy vähitellen johtaville yrityksille
Viime vuosina maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto on kasvanut vuosi vuodelta ja keskittynyt vähitellen Kiinaan. Vuosien 2017 ja 2021 välillä maailmanlaajuinen vuosittainen polysilikonin tuotanto on noussut 432 000 tonnista 631 000 tonniin, ja nopein kasvu oli vuonna 2021, jolloin kasvuvauhti oli 21,11 %. Tänä aikana maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto keskittyi vähitellen Kiinaan, ja Kiinan polysilikonin tuotannon osuus kasvoi 56,02 prosentista vuonna 2017 80,03 prosenttiin vuonna 2021. Verrattaessa kymmentä suurinta polysilikonin tuotantokapasiteettia tuottavaa yritystä vuosina 2010 ja 2021, voidaan havaita, että kiinalaisten yritysten määrä on kasvanut neljästä kahdeksaan, ja joidenkin amerikkalaisten ja korealaisten yritysten, kuten HEMOLOCKin, OCI:n, REC:n ja MEMC:n, tuotantokapasiteetin osuus on laskenut merkittävästi ja pudonnut kymmenen parhaan joukosta. Alan keskittyminen on kasvanut merkittävästi, ja alan kymmenen suurimman yrityksen kokonaistuotantokapasiteetti on noussut 57,7 prosentista 90,3 prosenttiin. Vuonna 2021 viisi kiinalaista yritystä vastaa yli 10 prosentista tuotantokapasiteetista, mikä on yhteensä 65,7 prosenttia. Polysilikoniteollisuuden asteittaiseen siirtymiseen Kiinaan on kolme pääasiallista syytä. Ensinnäkin kiinalaisilla polysilikonivalmistajilla on merkittäviä etuja raaka-aineiden, sähkön ja työvoimakustannusten suhteen. Työntekijöiden palkat ovat alhaisemmat kuin ulkomailla, joten kokonaistuotantokustannukset Kiinassa ovat paljon alhaisemmat kuin ulkomailla, ja ne laskevat edelleen teknologisen kehityksen myötä. Toiseksi kiinalaisten polysilikonituotteiden laatu paranee jatkuvasti, ja useimmat niistä ovat aurinkoenergian laatua edustavaa ensiluokkaista tasoa, ja yksittäiset edistyneet yritykset täyttävät puhtausvaatimukset. Korkeamman elektroniikkalaadun polysilikonin tuotantoteknologiassa on tehty läpimurtoja, ja tuonti on vähitellen korvattu kotimaisella elektroniikkalaadulla, ja Kiinan johtavat yritykset edistävät aktiivisesti elektroniikkalaatuisen polysilikoniprojektien rakentamista. Kiinan piikiekkojen tuotantomäärä on yli 95 % maailmanlaajuisesta tuotannosta, mikä on vähitellen lisännyt Kiinan polysilikonin omavaraisuusastetta ja puristanut ulkomaisten polysilikoniyritysten markkinoita jossain määrin.
Vuosien 2017 ja 2021 välillä Kiinan polysilikonin vuotuinen tuotanto kasvaa tasaisesti, pääasiassa energiarikkailla alueilla, kuten Xinjiangissa, Sisä-Mongoliassa ja Sichuanissa. Vuonna 2021 Kiinan polysilikonin tuotanto kasvaa 392 000 tonnista 505 000 tonniin, mikä on 28,83 %:n kasvu. Tuotantokapasiteetin osalta Kiinan polysilikonin tuotantokapasiteetti on yleisesti ottaen ollut nousutrendissä, mutta se on laskenut vuonna 2020 joidenkin valmistajien sulkemisen vuoksi. Lisäksi kiinalaisten polysilikoniyritysten kapasiteetin käyttöaste on kasvanut jatkuvasti vuodesta 2018 lähtien, ja kapasiteetin käyttöaste vuonna 2021 nousee 97,12 %:iin. Maakunnittain Kiinan polysilikonin tuotanto vuonna 2021 keskittyy pääasiassa alhaisten sähkönhintojen alueille, kuten Xinjiangiin, Sisä-Mongoliaan ja Sichuaniin. Xinjiangin tuotanto on 270 400 tonnia, mikä on yli puolet Kiinan kokonaistuotannosta.
Kiinan polysilikoniteollisuudelle on ominaista korkea keskittymisaste, CR6-arvolla 77 %, ja tulevaisuudessa trendi tulee edelleen nousemaan. Polysilikonituotanto on teollisuudenala, jolla on paljon pääomaa ja korkeat tekniset esteet. Projektin rakennus- ja tuotantosykli on yleensä kaksi vuotta tai enemmän. Uusien valmistajien on vaikea päästä alalle. Tiedossa olevien suunniteltujen laajentumisten ja uusien projektien perusteella seuraavien kolmen vuoden aikana alan oligopolistiset valmistajat jatkavat tuotantokapasiteettinsa laajentamista omien teknologia- ja mittakaavaetujensa ansiosta, ja heidän monopoliasemansa jatkaa vahvistumistaan.
Kiinan polysilikonin tarjonnan arvioidaan kasvavan voimakkaasti vuosina 2022–2025, ja polysilikonin tuotannon odotetaan nousevan 1,194 miljoonaan tonniin vuonna 2025, mikä vauhdittaa maailmanlaajuisen polysilikonin tuotannon laajenemista. Vuonna 2021 polysilikonin hinnan jyrkän nousun myötä Kiinassa suuret valmistajat ovat investoineet uusien tuotantolinjojen rakentamiseen ja samalla houkutelleet uusia valmistajia alalle. Koska polysilikoniprojektien rakentaminen tuotantoon kestää vähintään puolitoista tai kaksi vuotta, uudisrakentaminen valmistuu vuonna 2021. Tuotantokapasiteetti otetaan yleensä käyttöön vuosien 2022 ja 2023 jälkipuoliskolla. Tämä on hyvin yhdenmukaista suurten valmistajien tällä hetkellä ilmoittamien uusien projektisuunnitelmien kanssa. Uusi tuotantokapasiteetti vuosina 2022–2025 keskittyy pääasiassa vuosiin 2022 ja 2023. Tämän jälkeen, kun polysilikonin tarjonta ja kysyntä sekä hinta vähitellen vakiintuvat, alan kokonaistuotantokapasiteetti vakiintuu vähitellen. Alaspäin eli tuotantokapasiteetin kasvuvauhti hidastuu vähitellen. Lisäksi polysilikoniyritysten kapasiteetin käyttöaste on pysynyt korkealla tasolla viimeiset kaksi vuotta, mutta uusien projektien tuotantokapasiteetin nousuun menee aikaa, ja uusien tulokkaiden on hallittava asiaankuuluva valmistusteknologia. Siksi uusien polysilikoniprojektien kapasiteetin käyttöaste seuraavien vuosien aikana on alhainen. Tästä voidaan ennustaa polysilikonin tuotantoa vuosina 2022–2025, ja polysilikonin tuotannon vuonna 2025 odotetaan olevan noin 1,194 miljoonaa tonnia.
Ulkomaisen tuotantokapasiteetin keskittyminen on suhteellisen korkeaa, eikä tuotannon kasvuvauhti seuraavien kolmen vuoden aikana ole yhtä korkea kuin Kiinassa. Ulkomainen polysilikonin tuotantokapasiteetti on keskittynyt pääasiassa neljään johtavaan yritykseen, ja loput ovat pääasiassa pieniä tuotantokapasiteetteja. Tuotantokapasiteetin suhteen Wacker Chemillä on hallussaan puolet ulkomaisesta polysilikonin tuotantokapasiteetista. Sen tehtailla Saksassa ja Yhdysvalloissa on 60 000 tonnin ja 20 000 tonnin tuotantokapasiteetit. Maailmanlaajuisen polysilikonin tuotantokapasiteetin voimakas kasvu vuonna 2022 ja sen jälkeen voi johtaa ylitarjonnasta huolestuneena yhtiö on edelleen odottavassa tilassa eikä ole suunnitellut uuden tuotantokapasiteetin lisäämistä. Eteläkorealainen polysilikonijätti OCI siirtää vähitellen aurinkoenergiaan soveltuvan polysilikonin tuotantolinjansa Malesiaan säilyttäen samalla alkuperäisen elektroniikkalaatuisen polysilikonin tuotantolinjan Kiinassa, jonka on tarkoitus nousta 5 000 tonniin vuonna 2022. OCI:n tuotantokapasiteetti Malesiassa nousee 27 000 tonniin ja 30 000 tonniin vuosina 2020 ja 2021, mikä mahdollistaa alhaiset energiankulutuskustannukset ja välttää Kiinan korkeat polysilikonin tullit Yhdysvalloissa ja Etelä-Koreassa. Yhtiö suunnittelee tuottavansa 95 000 tonnia, mutta aloituspäivämäärä on epäselvä. Sen odotetaan kasvavan 5 000 tonniin vuodessa seuraavien neljän vuoden aikana. Norjalaisella REC-yrityksellä on kaksi tuotantolaitosta Washingtonin osavaltiossa ja Montanassa, Yhdysvalloissa, ja niiden vuotuinen tuotantokapasiteetti on 18 000 tonnia aurinkoenergiaan soveltuvaa polysilikonia ja 2 000 tonnia elektroniikkalaatuista polysilikonia. Syvissä taloudellisissa vaikeuksissa ollut REC päätti keskeyttää tuotannon, ja polysilikonin hinnan nousun kannustamana vuonna 2021 yhtiö päätti käynnistää uudelleen 18 000 tonnin projektien tuotannon Washingtonin osavaltiossa ja 2 000 tonnin tuotannon Montanassa vuoden 2023 loppuun mennessä ja saattaa tuotantokapasiteetin ylösajon päätökseen vuonna 2024. Hemlock on Yhdysvaltojen suurin polysilikonin tuottaja, joka on erikoistunut erittäin puhtaaseen elektroniikkalaatuiseen polysilikoniin. Korkean teknologian tuotannonesteet vaikeuttavat yhtiön tuotteiden korvaamista markkinoilla. Yhdessä sen kanssa, että yhtiö ei aio rakentaa uusia projekteja muutaman vuoden sisällä, yhtiön tuotantokapasiteetin odotetaan olevan vuosina 2022–2025. Vuosituotanto pysyy 18 000 tonnissa. Lisäksi vuonna 2021 muiden kuin edellä mainittujen neljän yrityksen uusi tuotantokapasiteetti on 5 000 tonnia. Koska kaikkien yritysten tuotantosuunnitelmia ei ymmärretä, tässä oletetaan, että uusi tuotantokapasiteetti on 5 000 tonnia vuodessa vuosina 2022–2025.
Ulkomaisen tuotantokapasiteetin mukaan arvioidaan, että ulkomaisen polysilikonin tuotanto vuonna 2025 on noin 176 000 tonnia olettaen, että ulkomaisen polysilikonin tuotantokapasiteetin käyttöaste pysyy muuttumattomana. Polysilikonin hinnan noustua jyrkästi vuonna 2021 kiinalaisyritykset ovat lisänneet tuotantoa ja laajentaneet sitä. Ulkomaiset yritykset ovat sitä vastoin varovaisempia uusien projektien suunnitelmissaan. Tämä johtuu siitä, että polysilikoniteollisuuden hallitseva asema on jo Kiinan hallussa, ja tuotannon sokea lisääminen voi tuoda tappioita. Kustannusten kannalta energiankulutus on suurin osa polysilikonin hinnasta, joten sähkön hinta on erittäin tärkeä, ja Xinjiangilla, Sisä-Mongolialla, Sichuanilla ja muilla alueilla on ilmeisiä etuja. Kysynnän kannalta Kiinan piikiekkojen tuotanto polysilikonin suorana alavirrana on yli 99 % maailman piikiekkojen tuotannosta. Polysilikonin alavirran teollisuus on keskittynyt pääasiassa Kiinaan. Tuotetun polysilikonin hinta on alhainen, kuljetuskustannukset ovat alhaiset ja kysyntä on täysin taattu. Toiseksi, Kiina on asettanut suhteellisen korkeat polkumyyntitullit Yhdysvalloista ja Etelä-Koreasta tuotavalle aurinkoenergiaan soveltuvalle polysilikonille, mikä on huomattavasti vähentänyt polysilikonin kulutusta Yhdysvalloista ja Etelä-Koreasta. Uusien hankkeiden rakentamisessa on oltava varovainen; lisäksi viime vuosina kiinalaisten ulkomaisten polysilikoniyritysten kehitys on ollut hidasta tullien vaikutuksesta, ja joitakin tuotantolinjoja on supistettu tai jopa suljettu, ja niiden osuus maailmanlaajuisesta tuotannosta on laskenut vuosi vuodelta, joten niitä ei voida verrata polysilikonin hinnan nousuun vuonna 2021, koska kiinalaisyrityksen korkeiden voittojen lisäksi taloudelliset edellytykset eivät riitä tukemaan sen nopeaa ja laajamittaista tuotantokapasiteetin laajentamista.
Kiinan ja ulkomaisten polysilikonin tuotantoennusteiden perusteella vuosille 2022–2025 voidaan arvioida polysilikonin maailmanlaajuisen tuotannon arvo. Maailmanlaajuisen polysilikonin tuotannon arvioidaan nousevan 1,371 miljoonaan tonniin vuonna 2025. Polysilikonin tuotannon ennustetun arvon mukaan Kiinan osuus maailmanlaajuisesta osuudesta voidaan karkeasti arvioida. Kiinan osuuden odotetaan kasvavan vähitellen vuosina 2022–2025 ja ylittävän 87 % vuonna 2025.
6, Yhteenveto ja katsaus
Polysilikoni sijaitsee teollisen piin alavirtaan ja koko aurinkosähkö- ja puolijohdeteollisuusketjun ylävirtaan, ja sen asema on erittäin tärkeä. Aurinkosähköteollisuuden ketju on yleensä polysilikoni-piikiekko-kenno-moduuli-aurinkosähköasennuskapasiteetti, ja puolijohdeteollisuusketju on yleensä polysilikoni-monokiteinen piikiekko-piikiekko-siru. Eri käyttötarkoituksilla on erilaiset vaatimukset polysilikonin puhtaudelle. Aurinkosähköteollisuus käyttää pääasiassa aurinkoenergiaan soveltuvaa polysilikonia, kun taas puolijohdeteollisuus käyttää elektroniikkalaatuista polysilikonia. Ensimmäisen puhtausalue on 6N-8N, kun taas jälkimmäinen vaatii vähintään 9N:n puhtauden.
Vuosien ajan polysilikonin valtavirran tuotantoprosessi on ollut Siemensin parannettu menetelmä kaikkialla maailmassa. Viime vuosina jotkut yritykset ovat aktiivisesti tutkineet edullisempaa silaanifluidisoitua petimenetelmää, jolla voi olla vaikutusta tuotantomalleihin. Modifioidulla Siemens-menetelmällä tuotetulla sauvanmuotoisella polysilikonilla on korkea energiankulutus, korkeat kustannukset ja korkea puhtausaste, kun taas silaanifluidisoitua petimenetelmällä tuotetulla rakeisella piillä on alhainen energiankulutus, alhaiset kustannukset ja suhteellisen alhainen puhtausaste. Jotkut kiinalaiset yritykset ovat oivaltaneet rakeisen piin massatuotannon ja rakeisen piin käyttötekniikan polysilikonin vetämiseen, mutta sitä ei ole laajalti edistetty. Se, voiko rakeinen pii korvata entisen tulevaisuudessa, riippuu siitä, voiko kustannusetu kattaa laatuhaitan, loppupään sovellusten vaikutuksesta ja silaanin turvallisuuden paranemisesta. Viime vuosina maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto on kasvanut vuosi vuodelta ja keskittyy vähitellen Kiinaan. Vuosina 2017–2021 maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto kasvaa 432 000 tonnista 631 000 tonniin, ja nopein kasvu on vuonna 2021. Tänä aikana maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto keskittyi vähitellen yhä enemmän Kiinaan, ja Kiinan osuus polysilikonin tuotannosta kasvoi 56,02 prosentista vuonna 2017 80,03 prosenttiin vuonna 2021. Vuosina 2022–2025 polysilikonin tarjonta kasvaa voimakkaasti. Polysilikonin tuotannon arvioidaan vuonna 2025 olevan Kiinassa 1,194 miljoonaa tonnia ja ulkomaisen tuotannon 176 000 tonnia. Näin ollen maailmanlaajuinen polysilikonin tuotanto vuonna 2025 on noin 1,37 miljoonaa tonnia.
(Tämä artikkeli on tarkoitettu vain UrbanMinesin asiakkaiden tiedoksi eikä se ole sijoitusneuvonta.)