1. Chaîne de valeur de l'industrie du polysilicium : Le processus de production est complexe et la filière aval se concentre sur les semi-conducteurs photovoltaïques.
Le polysilicium est principalement produit à partir de silicium industriel, de chlore et d'hydrogène, et se situe en amont des chaînes de valeur des industries photovoltaïque et des semi-conducteurs. Selon les données de la CPIA, la méthode de production de polysilicium la plus répandue au monde est actuellement le procédé Siemens modifié. Hormis en Chine, plus de 95 % du polysilicium est produit par ce procédé. Lors de la préparation du polysilicium par le procédé Siemens amélioré, le chlore gazeux est d'abord combiné à l'hydrogène gazeux pour former du chlorure d'hydrogène. Ce dernier réagit ensuite avec la poudre de silicium, préalablement broyée, pour former du trichlorosilane, qui est ensuite réduit par l'hydrogène gazeux pour obtenir du polysilicium. Le silicium polycristallin peut être fondu et refroidi pour produire des lingots. Le silicium monocristallin peut également être produit par les procédés Czochralski ou de fusion de zone. Comparé au silicium polycristallin, le silicium monocristallin est composé de grains cristallins d'orientation identique, ce qui lui confère une meilleure conductivité électrique et un meilleur rendement de conversion. Les lingots de silicium polycristallin et les barres de silicium monocristallin peuvent être découpés et transformés en plaquettes et cellules de silicium, qui constituent des éléments clés des modules photovoltaïques et sont utilisés dans le domaine photovoltaïque. Par ailleurs, les plaquettes de silicium monocristallin peuvent également être transformées en plaquettes par meulage, polissage, épitaxie, nettoyage et autres procédés répétés, lesquelles peuvent servir de substrats pour les dispositifs électroniques semi-conducteurs.
La teneur en impuretés du polysilicium est soumise à des exigences strictes, et le secteur se caractérise par des investissements importants et des barrières techniques élevées. La pureté du polysilicium ayant une incidence majeure sur le procédé d'étirage du silicium monocristallin, les exigences de pureté sont extrêmement rigoureuses. La pureté minimale du polysilicium est de 99,9999 %, et la pureté maximale est très proche de 100 %. De plus, les normes nationales chinoises définissent des exigences claires en matière de teneur en impuretés, et sur cette base, le polysilicium est classé en grades I, II et III, dont les teneurs en bore, phosphore, oxygène et carbone constituent un indicateur de référence important. Les « Conditions d'accès à l'industrie du polysilicium » stipulent que les entreprises doivent disposer d'un système de contrôle et de gestion de la qualité performant, et que leurs produits doivent être strictement conformes aux normes nationales. De plus, les conditions d'accès imposent également une taille critique et une consommation énergétique élevée aux entreprises de production de polysilicium. Par exemple, pour les projets de production de polysilicium de qualité solaire et électronique, la capacité doit être supérieure à 3 000 tonnes/an et 1 000 tonnes/an respectivement. Le ratio minimal de capital investi dans les projets de construction, de reconstruction et d'extension ne doit pas être inférieur à 30 %, ce qui fait du polysilicium un secteur à forte intensité capitalistique. Selon les statistiques de la CPIA, le coût d'investissement des équipements d'une ligne de production de polysilicium de 10 000 tonnes mis en service en 2021 a légèrement augmenté pour atteindre 103 millions de yuans par tonne. Cette hausse s'explique par l'augmentation du prix des matières premières métalliques. On prévoit que le coût d'investissement augmentera à l'avenir avec les progrès technologiques des équipements de production et la diminution de la quantité de monomère nécessaire pour les installations de plus grande taille. Conformément à la réglementation, la consommation énergétique du polysilicium destiné à la réduction Czochralski pour les applications solaires et électroniques doit être inférieure à 60 kWh/kg et 100 kWh/kg respectivement. Les exigences relatives aux indicateurs de consommation énergétique sont relativement strictes. La production de polysilicium relève de l'industrie chimique. Le procédé de production est relativement complexe et les exigences en matière de maîtrise des procédés, de sélection des équipements, de mise en service et d'exploitation sont élevées. Ce procédé implique de nombreuses réactions chimiques complexes et compte plus de 1 000 points de contrôle. Il est difficile pour les nouveaux entrants d'acquérir rapidement un savoir-faire éprouvé. Par conséquent, l'industrie de la production de polysilicium présente d'importants coûts et des barrières techniques élevées, ce qui incite les fabricants à optimiser rigoureusement leurs processus de production, d'emballage et de transport.
2. Classification du polysilicium : la pureté détermine l’usage, et le polysilicium de qualité solaire est prédominant.
Le silicium polycristallin, une forme de silicium élémentaire, est composé de grains cristallins d'orientations différentes et est principalement purifié par des procédés industriels de traitement du silicium. Le polysilicium présente un éclat métallique grisâtre et son point de fusion est d'environ 1410 °C. Inactif à température ambiante, il devient plus actif à l'état fondu. Le polysilicium possède des propriétés semi-conductrices et constitue un matériau semi-conducteur extrêmement important et performant, mais même une faible quantité d'impuretés peut fortement affecter sa conductivité. Il existe de nombreuses méthodes de classification du polysilicium. Outre la classification mentionnée ci-dessus, conforme aux normes nationales chinoises, trois autres méthodes importantes sont présentées ici. Selon les exigences de pureté et les applications, on distingue le polysilicium de qualité solaire et le polysilicium de qualité électronique. Le polysilicium de qualité solaire est principalement utilisé dans la production de cellules photovoltaïques, tandis que le polysilicium de qualité électronique est largement utilisé dans l'industrie des circuits intégrés comme matière première pour la fabrication de puces et autres composants. La pureté du polysilicium de qualité solaire est de 6 à 8N, c'est-à-dire que la teneur totale en impuretés doit être inférieure à 10⁻⁶, et sa pureté doit atteindre 99,9999 % ou plus. Les exigences de pureté du polysilicium de qualité électronique sont plus strictes, avec un minimum de 9N et un maximum actuel de 12N. La production de polysilicium de qualité électronique est relativement complexe. Peu d'entreprises chinoises maîtrisent la technologie de production de ce polysilicium, et elles restent encore fortement dépendantes des importations. Actuellement, la production de polysilicium de qualité solaire est bien supérieure à celle de polysilicium de qualité électronique, la première étant environ 13,8 fois plus importante que la seconde.
Selon les impuretés dopantes et le type de conductivité du silicium, on distingue les types P et N. Le silicium dopé avec des éléments accepteurs, tels que le bore, l'aluminium ou le gallium, présente une conduction principalement par trous (type P). À l'inverse, le silicium dopé avec des éléments donneurs, tels que le phosphore, l'arsenic ou l'antimoine, présente une conduction principalement par électrons (type N). Les batteries de type P comprennent principalement les batteries BSF et les batteries PERC. En 2021, les batteries PERC représentaient plus de 91 % du marché mondial, et les batteries BSF étaient vouées à disparaître. Durant la période où la technologie PERC remplace la technologie BSF, le rendement de conversion des cellules de type P est passé de moins de 20 % à plus de 23 %, se rapprochant ainsi de la limite supérieure théorique de 24,5 %. La limite supérieure théorique des cellules de type N, quant à elle, est de 28,7 %. Ces dernières présentent un rendement de conversion élevé. Grâce à leur rapport bifacial élevé et à leur faible coefficient de température, les entreprises ont commencé à déployer des lignes de production en série pour les batteries de type N. Selon les prévisions de la CPIA, la part de marché des batteries de type N augmentera significativement, passant de 3 % à 13,4 % en 2022. On s'attend à ce que, dans les cinq prochaines années, la transition des batteries de type N vers les batteries de type P s'amorce. Selon la qualité de leur surface, on distingue trois types de matériaux : dense, en forme de chou-fleur et corallien. Le matériau dense présente la plus faible concavité (inférieure à 5 mm), aucune anomalie de couleur, aucune couche intermédiaire d'oxydation et affiche le prix le plus élevé. La surface du matériau en forme de chou-fleur présente une concavité modérée (5 à 20 mm), une section moyenne et un prix moyen. En revanche, la surface du matériau corallien présente une concavité plus prononcée (supérieure à 20 mm), une section plus lâche et un prix plus bas. Le matériau dense est principalement utilisé pour la fabrication de silicium monocristallin, tandis que les matériaux en forme de chou-fleur et corallien servent principalement à la production de plaquettes de silicium polycristallin. Dans la production courante, les entreprises peuvent incorporer au moins 30 % de matériau en forme de chou-fleur dans le matériau dense pour produire du silicium monocristallin. Cela permet de réduire le coût des matières premières, mais diminue légèrement l'efficacité de la fabrication. Les entreprises doivent donc choisir le taux d'incorporation optimal en fonction des deux matériaux. Actuellement, l'écart de prix entre le matériau dense et le matériau en forme de chou-fleur s'est stabilisé à environ 3 RMB/kg. Si cet écart s'accentue, les entreprises pourraient envisager d'incorporer davantage de matériau en forme de chou-fleur dans le silicium monocristallin.
3. Processus : La méthode Siemens s'impose et la consommation d'énergie devient le moteur de l'évolution technologique.
Le procédé de production du polysilicium se divise en deux étapes principales. Dans la première, la poudre de silicium industriel réagit avec du chlorure d'hydrogène anhydre pour obtenir du trichlorosilane et de l'hydrogène. Après plusieurs distillations et purifications, on obtient du trichlorosilane gazeux, du dichlorodihydrosilicium et du silane. La seconde étape consiste à réduire ce gaz de haute pureté en silicium cristallin. Cette étape de réduction diffère entre le procédé Siemens modifié et le procédé en lit fluidisé de silane. Le procédé Siemens amélioré, grâce à sa technologie de production éprouvée et à la haute qualité de ses produits, est actuellement le plus répandu. Le procédé Siemens traditionnel consiste à synthétiser du chlorure d'hydrogène anhydre à partir de chlore et d'hydrogène, puis à faire réagir le chlorure d'hydrogène et la poudre de silicium industriel à une température donnée pour obtenir du trichlorosilane. Ce dernier est ensuite séparé, rectifié et purifié. Le silicium subit une réaction de réduction thermique dans un four de réduction à l'hydrogène pour obtenir du silicium élémentaire déposé sur un noyau de silicium. Sur cette base, le procédé Siemens amélioré est également doté d'un système de recyclage des sous-produits, tels que l'hydrogène, le chlorure d'hydrogène et le tétrachlorure de silicium, générés lors de la production. Ce système repose principalement sur la récupération des gaz résiduaires de réduction et la réutilisation du tétrachlorure de silicium. L'hydrogène, le chlorure d'hydrogène, le trichlorosilane et le tétrachlorure de silicium présents dans les gaz d'échappement sont séparés par extraction à sec. L'hydrogène et le chlorure d'hydrogène peuvent être réutilisés pour la synthèse et la purification du trichlorosilane, lequel est directement recyclé pour la réduction thermique. La purification est réalisée dans le four, et le tétrachlorure de silicium est hydrogéné pour produire du trichlorosilane, qui peut ensuite être utilisé pour la purification. Cette étape est également appelée hydrogénation à froid. Grâce à cette production en circuit fermé, les entreprises peuvent réduire considérablement leur consommation de matières premières et d'électricité, et ainsi réaliser d'importantes économies sur leurs coûts de production.
Le coût de production du polysilicium par le procédé Siemens amélioré en Chine comprend les matières premières, la consommation d'énergie, l'amortissement, les coûts de traitement, etc. Les progrès technologiques du secteur ont permis de réduire considérablement ce coût. Les matières premières sont principalement le silicium industriel et le trichlorosilane, la consommation d'énergie inclut l'électricité et la vapeur, et les coûts de traitement correspondent aux coûts d'inspection et de réparation des équipements de production. Selon les statistiques de Baichuan Yingfu sur les coûts de production du polysilicium (début juin 2022), les matières premières représentent le poste de dépense le plus important, soit 41 % du coût total, le silicium industriel étant la principale source de silicium. La consommation unitaire de silicium, couramment utilisée dans le secteur, représente la quantité de silicium consommée par unité de produit de silicium de haute pureté. Le calcul consiste à convertir tous les matériaux contenant du silicium, tels que la poudre de silicium industriel et le trichlorosilane, en silicium pur, puis à soustraire le chlorosilane obtenu en fonction de la quantité de silicium pur convertie. Selon les données de la CPIA, la consommation de silicium devrait diminuer de 0,01 kg/kg-Si pour atteindre 1,09 kg/kg-Si en 2021. Grâce à l'amélioration du traitement par hydrogénation à froid et du recyclage des sous-produits, elle devrait descendre à 1,07 kg/kg-Si d'ici 2030. D'après des statistiques incomplètes, la consommation de silicium des cinq principales entreprises chinoises du secteur du polysilicium est inférieure à la moyenne du secteur. Deux d'entre elles devraient consommer respectivement 1,08 kg/kg-Si et 1,05 kg/kg-Si en 2021. La consommation d'énergie représente le deuxième poste de dépenses le plus important, soit 32 % du total, dont 30 % pour l'électricité. Cela indique que le prix et l'efficacité de l'électricité demeurent des facteurs déterminants pour la production de polysilicium. Les deux principaux indicateurs d'efficacité énergétique sont la consommation énergétique globale et la consommation énergétique de réduction. Cette dernière concerne le processus de réduction du trichlorosilane et de l'hydrogène pour produire du silicium de haute pureté. La consommation d'énergie comprend le préchauffage et le dépôt du noyau de silicium, le maintien de la température, la ventilation des extrémités et les autres consommations énergétiques liées au procédé. En 2021, grâce aux progrès technologiques et à une utilisation plus efficace de l'énergie, la consommation énergétique globale moyenne de la production de polysilicium devrait diminuer de 5,3 % par rapport à l'année précédente pour atteindre 63 kWh/kg-Si, et la consommation énergétique moyenne liée à la réduction devrait quant à elle diminuer de 6,1 % par rapport à l'année précédente pour s'établir à 46 kWh/kg-Si. Cette baisse devrait se poursuivre à l'avenir. Par ailleurs, l'amortissement représente un poste de coût important, à hauteur de 17 %. Il convient de noter que, selon les données de Baichuan Yingfu, le coût total de production du polysilicium début juin 2022 était d'environ 55 816 yuans/tonne, le prix moyen du polysilicium sur le marché était d'environ 260 000 yuans/tonne et la marge bénéficiaire brute atteignait 70 % ou plus, ce qui a incité un grand nombre d'entreprises à investir dans la construction de capacités de production de polysilicium.
Il existe deux moyens pour les fabricants de polysilicium de réduire leurs coûts : la réduction du coût des matières premières et la réduction de la consommation d'énergie. Concernant les matières premières, les fabricants peuvent réduire leur coût en signant des accords de coopération à long terme avec des fabricants de silicium industriel ou en développant des capacités de production intégrées en amont et en aval. Par exemple, les usines de production de polysilicium dépendent en grande partie de leurs propres approvisionnements en silicium industriel. Concernant la consommation d'électricité, les fabricants peuvent réduire leurs coûts énergétiques grâce à des prix de l'électricité bas et à une amélioration globale de leur consommation d'énergie. Environ 70 % de la consommation totale d'électricité est liée à la réduction de la consommation d'énergie, un élément clé de la production de silicium cristallin de haute pureté. C'est pourquoi la majeure partie de la capacité de production de polysilicium en Chine est concentrée dans des régions où l'électricité est bon marché, comme le Xinjiang, la Mongolie-Intérieure, le Sichuan et le Yunnan. Cependant, avec la mise en œuvre de la politique de neutralité carbone, il est difficile d'obtenir d'importantes ressources énergétiques à bas coût. Par conséquent, la réduction de la consommation d'énergie est aujourd'hui la solution la plus réaliste pour réduire les coûts. Actuellement, la méthode la plus efficace pour réduire la consommation d'énergie lors de la réduction consiste à augmenter le nombre de noyaux de silicium dans le four de réduction, ce qui accroît la production unitaire. En Chine, les fours de réduction les plus courants sont ceux à 36, 40 ou 48 paires de barres. Le développement de fours à 60 et 72 paires de barres implique toutefois des exigences plus élevées en matière de technologies de production.
Comparée à la méthode Siemens améliorée, la méthode du lit fluidisé de silane présente trois avantages : une faible consommation d'énergie, un rendement élevé d'extraction de cristaux et une meilleure compatibilité avec la technologie Czochralski continue CCZ, plus avancée. Selon les données de la branche Industrie du silicium, la consommation d'énergie globale de la méthode du lit fluidisé de silane représente 33,33 % de celle de la méthode Siemens améliorée, soit une réduction de 10 %. La méthode du lit fluidisé de silane offre donc des avantages considérables en termes de consommation d'énergie. Concernant l'extraction de cristaux, les propriétés physiques du silicium granulaire facilitent le remplissage complet du creuset en quartz lors de l'extraction de monocristaux de silicium. Le silicium polycristallin et le silicium granulaire permettent d'augmenter la capacité de chargement d'un creuset de four de 29 %, tout en réduisant le temps de chargement de 41 %, améliorant ainsi significativement l'efficacité d'extraction des monocristaux de silicium. De plus, le silicium granulaire, grâce à son faible diamètre et à sa bonne fluidité, est particulièrement adapté à la méthode Czochralski continue CCZ. Actuellement, la principale technologie d'étirage de monocristaux dans les couches moyennes et inférieures est la méthode de refusion monocristalline RCZ, qui consiste à réalimenter et à étirer le cristal après l'étirage d'une barre de silicium monocristalline. L'étirage est réalisé simultanément, ce qui réduit le temps de refroidissement de la barre et améliore ainsi la productivité. Le développement rapide de la méthode Czochralski continue CCZ stimulera également la demande de silicium granulaire. Bien que le silicium granulaire présente certains inconvénients, tels qu'une production accrue de poudre de silicium par friction, une grande surface spécifique favorisant l'adsorption des polluants et la formation de bulles d'air lors de la fusion, les dernières annonces des entreprises spécialisées dans le silicium granulaire indiquent que des progrès sont réalisés et que ces problèmes sont en cours d'amélioration.
Le procédé de fabrication de silicium granulaire en lit fluidisé est bien établi en Europe et aux États-Unis, mais son développement a débuté avec l'arrivée des entreprises chinoises. Dès les années 1980, des entreprises étrangères comme REC et MEMC ont exploré la production de silicium granulaire et atteint une production à grande échelle. En 2010, la capacité de production totale de REC atteignait 10 500 tonnes par an, ce qui lui permettait de bénéficier d'un avantage concurrentiel d'au moins 2 à 3 dollars américains par kilogramme par rapport à Siemens sur la même période. Face aux besoins croissants en matière d'extraction de monocristaux, la production de silicium granulaire de l'entreprise a stagné puis cessé, l'amenant à créer une coentreprise avec des partenaires chinois pour se consacrer à la production de silicium granulaire.
4. Matières premières : Le silicium industriel est la principale matière première, et l'approvisionnement permet de répondre aux besoins d'expansion du polysilicium.
Le silicium industriel est la matière première essentielle à la production de polysilicium. La production chinoise de silicium industriel devrait croître régulièrement entre 2022 et 2025. De 2010 à 2021, cette production était en phase d'expansion, avec un taux de croissance annuel moyen de 7,4 % pour la capacité de production et de 8,6 % pour le volume de production. Selon les données de SMM, cette augmentation récente…capacité de production de silicium industrielLa production chinoise de silicium devrait atteindre 890 000 tonnes en 2022 et 1,065 million de tonnes en 2023. En supposant que les entreprises industrielles du secteur maintiennent un taux d'utilisation des capacités et un taux d'exploitation d'environ 60 % à l'avenir, cette augmentation récente de la production chinoise devrait se traduire par une hausse significative de la production mondiale.L'augmentation des capacités de production en 2022 et 2023 permettra d'accroître la production de 320 000 tonnes et de 383 000 tonnes respectivement. Selon les estimations de GFCI,La capacité de production industrielle de silicium de la Chine en 2022/2023/2024/2025 est d'environ 5,90/697/6,71/6,5 millions de tonnes, correspondant à 3,55/391/4,18/4,38 millions de tonnes.
Le taux de croissance des deux autres segments en aval de la transformation du silicium industriel est relativement faible, et la production chinoise de silicium industriel suffit globalement à couvrir les besoins en polysilicium. En 2021, la capacité de production chinoise de silicium industriel atteindra 5,385 millions de tonnes, pour une production de 3,213 millions de tonnes. La consommation de polysilicium, de silicium organique et d'alliages d'aluminium se répartira comme suit : 623 000 tonnes, 898 000 tonnes et 649 000 tonnes respectivement. Par ailleurs, près de 780 000 tonnes seront exportées. En 2021, la consommation de polysilicium, de silicium organique et d'alliages d'aluminium représentera respectivement 19 %, 28 % et 20 % de la production totale de silicium industriel. De 2022 à 2025, le taux de croissance de la production de silicium organique devrait se maintenir autour de 10 %, tandis que celui de la production d'alliages d'aluminium sera inférieur à 5 %. Par conséquent, nous estimons que la quantité de silicium industriel pouvant être utilisée pour la production de polysilicium entre 2022 et 2025 est relativement suffisante, ce qui permet de répondre pleinement aux besoins de production de polysilicium.
5. Approvisionnement en polysilicium :Chineoccupe une position dominante et la production se concentre progressivement autour des entreprises leaders.
Ces dernières années, la production mondiale de polysilicium a progressé d'année en année et s'est progressivement concentrée en Chine. De 2017 à 2021, la production mondiale annuelle de polysilicium est passée de 432 000 tonnes à 631 000 tonnes, avec une croissance particulièrement rapide en 2021 (21,11 %). Durant cette période, la production mondiale de polysilicium s'est progressivement concentrée en Chine, sa part passant de 56,02 % en 2017 à 80,03 % en 2021. En comparant les dix premières entreprises mondiales en termes de capacité de production de polysilicium entre 2010 et 2021, on constate que le nombre d'entreprises chinoises est passé de 4 à 8, tandis que la part de certaines entreprises américaines et coréennes a considérablement diminué, ces dernières quittant le top 10, comme HEMOLOCK, OCI, REC et MEMC. La concentration du secteur a considérablement augmenté, et la capacité de production totale des dix premières entreprises est passée de 57,7 % à 90,3 %. En 2021, cinq entreprises chinoises représentaient plus de 10 % de la capacité de production, soit un total de 65,7 %. Le transfert progressif de l'industrie du polysilicium vers la Chine s'explique principalement par trois raisons. Premièrement, les fabricants chinois de polysilicium bénéficient d'avantages significatifs en termes de coûts des matières premières, de l'électricité et de la main-d'œuvre. Les salaires étant inférieurs à ceux pratiqués à l'étranger, le coût de production global en Chine est bien plus bas et continuera de baisser grâce aux progrès technologiques. Deuxièmement, la qualité des produits chinois en polysilicium s'améliore constamment, la plupart atteignant le niveau de qualité solaire de première classe, et certaines entreprises de pointe respectent les exigences de pureté. Des avancées majeures ont été réalisées dans la technologie de production de polysilicium de qualité électronique supérieure, permettant progressivement de remplacer les importations par du polysilicium de qualité électronique produit localement. Les principales entreprises chinoises promeuvent activement la construction d'usines de polysilicium de qualité électronique. La production chinoise de plaquettes de silicium représente plus de 95 % de la production mondiale totale, ce qui a progressivement accru l'autosuffisance du pays en polysilicium et a, dans une certaine mesure, réduit la part de marché des entreprises étrangères du secteur.
De 2017 à 2021, la production annuelle de polysilicium en Chine a connu une croissance régulière, principalement dans les régions riches en ressources énergétiques telles que le Xinjiang, la Mongolie-Intérieure et le Sichuan. En 2021, la production chinoise de polysilicium est passée de 392 000 tonnes à 505 000 tonnes, soit une augmentation de 28,83 %. En termes de capacité de production, la Chine a globalement affiché une tendance à la hausse, malgré un recul en 2020 dû à la fermeture de certaines usines. Par ailleurs, le taux d'utilisation des capacités des entreprises chinoises de polysilicium est en constante augmentation depuis 2018 et devrait atteindre 97,12 % en 2021. Géographiquement, la production chinoise de polysilicium en 2021 est principalement concentrée dans les régions où le coût de l'électricité est faible, comme le Xinjiang, la Mongolie-Intérieure et le Sichuan. La production du Xinjiang s'élève à 270 400 tonnes, soit plus de la moitié de la production totale de la Chine.
L'industrie chinoise du polysilicium se caractérise par un fort degré de concentration, avec un ratio de concentration de 77 % (CR6), et cette tendance devrait se poursuivre. La production de polysilicium est un secteur exigeant d'importants investissements et de solides barrières techniques. Le cycle de construction et de production s'étend généralement sur deux ans, voire plus. L'entrée de nouveaux fabricants sur ce marché est difficile. Au vu des projets d'expansion et des nouveaux projets connus pour les trois prochaines années, les fabricants oligopolistiques du secteur continueront d'accroître leurs capacités de production grâce à leurs avantages technologiques et d'échelle, renforçant ainsi leur position monopolistique.
On estime que l'offre chinoise de polysilicium connaîtra une forte croissance entre 2022 et 2025, la production atteignant 1,194 million de tonnes en 2025 et contribuant ainsi à l'expansion de la production mondiale. En 2021, face à la flambée des prix du polysilicium en Chine, les principaux fabricants ont investi dans la construction de nouvelles lignes de production, attirant par la même occasion de nouveaux acteurs sur le marché. Les projets de production de polysilicium nécessitant au minimum un an et demi à deux ans entre la construction et la mise en service, les nouvelles installations construites en 2021 seront achevées. La production devrait démarrer généralement au cours du second semestre 2022 et en 2023, conformément aux plans de nouveaux projets annoncés par les principaux fabricants. La nouvelle capacité de production prévue pour 2022-2025 se concentre principalement en 2022 et 2023. Par la suite, avec la stabilisation progressive de l'offre et de la demande de polysilicium et des prix, la capacité de production totale du secteur devrait se stabiliser à la baisse, c'est-à-dire que son taux de croissance diminuera progressivement. Par ailleurs, bien que le taux d'utilisation des capacités des entreprises de polysilicium soit resté élevé ces deux dernières années, la montée en puissance des nouvelles installations et l'acquisition des technologies nécessaires par les nouveaux entrants prendront du temps. De ce fait, le taux d'utilisation des nouvelles installations de polysilicium sera faible au cours des prochaines années. On peut ainsi prévoir une production de polysilicium d'environ 1,194 million de tonnes pour la période 2022-2025.
La concentration des capacités de production à l'étranger est relativement élevée, et le rythme et la vitesse d'augmentation de la production au cours des trois prochaines années seront inférieurs à ceux de la Chine. La production de polysilicium à l'étranger est principalement concentrée entre les mains de quatre entreprises leaders, le reste étant constitué de petites capacités de production. En termes de capacité de production, Wacker Chem détient la moitié de la production mondiale de polysilicium. Ses usines en Allemagne et aux États-Unis ont des capacités de production respectives de 60 000 et 20 000 tonnes. L'expansion rapide de la production mondiale de polysilicium prévue à partir de 2022 pourrait entraîner une surproduction. Craignant une surproduction, l'entreprise adopte pour l'instant une attitude attentiste et n'a pas prévu d'augmenter ses capacités de production. Le géant sud-coréen du polysilicium, OCI, transfère progressivement sa ligne de production de polysilicium de qualité solaire en Malaisie, tout en conservant sa ligne de production historique de polysilicium de qualité électronique en Chine, dont la capacité devrait atteindre 5 000 tonnes en 2022. La capacité de production d'OCI en Malaisie atteindra 27 000 tonnes en 2020 et 30 000 tonnes en 2021, permettant ainsi de réduire les coûts énergétiques et d'éviter les droits de douane élevés imposés par la Chine sur le polysilicium aux États-Unis et en Corée du Sud. L'entreprise prévoit de produire 95 000 tonnes, mais la date de début de production reste incertaine. La production devrait augmenter de 5 000 tonnes par an au cours des quatre prochaines années. La société norvégienne REC possède deux sites de production dans l'État de Washington et le Montana, aux États-Unis, avec une capacité de production annuelle de 18 000 tonnes de polysilicium de qualité solaire et de 2 000 tonnes de polysilicium de qualité électronique. REC, en grande difficulté financière, a suspendu sa production. Stimulée par la flambée des prix du polysilicium en 2021, l'entreprise a décidé de relancer la production de 18 000 tonnes dans l'État de Washington et de 2 000 tonnes dans le Montana d'ici fin 2023, avec une montée en puissance prévue en 2024. Hemlock, premier producteur de polysilicium aux États-Unis, est spécialisé dans le polysilicium de haute pureté de qualité électronique. Les obstacles technologiques à sa production rendent difficile le remplacement de ses produits sur le marché. L'entreprise ne prévoyant pas de nouveaux projets dans les prochaines années, sa capacité de production devrait se maintenir à 18 000 tonnes par an entre 2022 et 2025. Par ailleurs, en 2021, les autres entreprises devraient augmenter leur capacité de production de 5 000 tonnes. En raison du manque de clarté concernant les plans de production de toutes les entreprises, on suppose ici que la nouvelle capacité de production sera de 5 000 tonnes par an de 2022 à 2025.
Selon les estimations de capacité de production à l'étranger, la production de polysilicium à l'international devrait atteindre environ 176 000 tonnes en 2025, en supposant un taux d'utilisation des capacités de production inchangé. Suite à la forte hausse des prix du polysilicium en 2021, les entreprises chinoises ont augmenté et étendu leur production. À l'inverse, les entreprises étrangères se montrent plus prudentes quant à leurs projets de nouveaux développements. En effet, la Chine domine déjà le secteur du polysilicium, et une augmentation aveugle de la production pourrait engendrer des pertes. Du côté des coûts, la consommation d'énergie représente le poste de dépense le plus important ; le prix de l'électricité est donc un facteur déterminant, et des régions comme le Xinjiang, la Mongolie-Intérieure et le Sichuan bénéficient d'avantages concurrentiels significatifs. Du côté de la demande, en tant que principal consommateur de polysilicium, la production chinoise de plaquettes de silicium représente plus de 99 % de la production mondiale. L'industrie de transformation du polysilicium est donc principalement concentrée en Chine. Le prix du polysilicium produit est bas, les coûts de transport sont faibles et la demande est pleinement assurée. Par ailleurs, la Chine a imposé des droits antidumping relativement élevés sur les importations de polysilicium de qualité solaire en provenance des États-Unis et de la Corée du Sud, ce qui a fortement freiné la consommation de ce matériau. Il convient donc d'être prudent dans la mise en œuvre de nouveaux projets. De plus, ces dernières années, le développement des entreprises chinoises de polysilicium à l'étranger a été ralenti par l'impact des droits de douane ; certaines lignes de production ont été réduites, voire fermées, et leur part dans la production mondiale diminue d'année en année. Par conséquent, compte tenu des marges bénéficiaires élevées des entreprises chinoises, leur situation financière ne leur permettra pas de profiter pleinement de la hausse des prix du polysilicium prévue pour 2021 et de soutenir une expansion rapide et à grande échelle de leurs capacités de production.
Sur la base des prévisions de production de polysilicium en Chine et à l'étranger pour la période 2022-2025, la production mondiale de polysilicium devrait atteindre 1,371 million de tonnes en 2025. Cette prévision permet d'estimer la part de la Chine dans la production mondiale. Cette part devrait croître progressivement entre 2022 et 2025, pour dépasser 87 % en 2025.
6. Résumé et perspectives
Le polysilicium se situe en aval du silicium industriel et en amont de l'ensemble de la chaîne de valeur des industries photovoltaïque et des semi-conducteurs ; son statut est donc crucial. La chaîne de valeur photovoltaïque est généralement la suivante : polysilicium – plaquette de silicium – cellule – module – capacité photovoltaïque installée. Celle des semi-conducteurs est généralement la suivante : polysilicium – plaquette de silicium monocristallin – plaquette de silicium – puce. Les exigences en matière de pureté du polysilicium varient selon les applications. L'industrie photovoltaïque utilise principalement du polysilicium de qualité solaire, tandis que l'industrie des semi-conducteurs utilise du polysilicium de qualité électronique. Le premier présente une pureté comprise entre 6N et 8N, tandis que le second requiert une pureté de 9N ou plus.
Pendant des années, le procédé de production dominant du polysilicium à travers le monde a été la méthode Siemens améliorée. Ces dernières années, certaines entreprises ont activement exploré la méthode du lit fluidisé de silane, moins coûteuse, ce qui pourrait modifier les modes de production. Le polysilicium en bâtonnets produit par la méthode Siemens modifiée se caractérise par une forte consommation d'énergie, un coût élevé et une grande pureté, tandis que le silicium granulaire produit par la méthode du lit fluidisé de silane se caractérise par une faible consommation d'énergie, un faible coût et une pureté relativement plus faible. Certaines entreprises chinoises ont maîtrisé la production en série de silicium granulaire et la technologie d'étirage du polysilicium à partir de ce silicium granulaire, mais cette technique n'a pas encore été largement diffusée. La capacité du silicium granulaire à remplacer le polysilicium à l'avenir dépendra de la capacité du gain économique à compenser le gain qualitatif, de l'impact des applications en aval et de l'amélioration de la sécurité du silane. Ces dernières années, la production mondiale de polysilicium a progressé d'année en année et s'est progressivement concentrée en Chine. De 2017 à 2021, la production mondiale annuelle de polysilicium devrait passer de 432 000 tonnes à 631 000 tonnes, avec une croissance particulièrement rapide en 2021. Durant cette période, la production mondiale de polysilicium s'est progressivement concentrée en Chine, dont la part est passée de 56,02 % en 2017 à 80,03 % en 2021. De 2022 à 2025, l'offre de polysilicium devrait connaître une forte croissance. On estime qu'en 2025, la production chinoise atteindra 1,194 million de tonnes, tandis que la production à l'étranger s'élèvera à 176 000 tonnes. La production mondiale de polysilicium devrait ainsi s'établir à environ 1,37 million de tonnes en 2025.
(Cet article est uniquement destiné à l'information des clients d'UrbanMines et ne constitue en aucun cas un conseil en investissement.)