1. Catena industriale del polisilicio: il processo produttivo è complesso e la fase a valle si concentra sui semiconduttori fotovoltaici.
Il polisilicio viene prodotto principalmente a partire da silicio industriale, cloro e idrogeno, e si trova a monte delle filiere produttive del fotovoltaico e dei semiconduttori. Secondo i dati del CPIA, il metodo di produzione di polisilicio attualmente più diffuso al mondo è il metodo Siemens modificato; ad eccezione della Cina, oltre il 95% del polisilicio viene prodotto con questo metodo. Nel processo di preparazione del polisilicio con il metodo Siemens modificato, il cloro gassoso viene combinato con l'idrogeno gassoso per generare acido cloridrico, che reagisce poi con la polvere di silicio ottenuta dalla frantumazione e macinazione del silicio industriale per generare triclorosilano, il quale viene ulteriormente ridotto dall'idrogeno gassoso per ottenere il polisilicio. Il silicio policristallino può essere fuso e raffreddato per produrre lingotti di silicio policristallino, mentre il silicio monocristallino può essere prodotto tramite fusione Czochralski o fusione zonale. Rispetto al silicio policristallino, il silicio monocristallino è composto da grani cristallini con lo stesso orientamento cristallino, pertanto presenta una migliore conduttività elettrica ed efficienza di conversione. Sia i lingotti di silicio policristallino che le barre di silicio monocristallino possono essere ulteriormente tagliati e lavorati per ottenere wafer e celle di silicio, che a loro volta diventano componenti chiave dei moduli fotovoltaici e trovano impiego nel settore fotovoltaico. Inoltre, i wafer di silicio monocristallino possono essere trasformati in wafer di silicio mediante ripetuti processi di molatura, lucidatura, epitassia, pulizia e altri, che possono essere utilizzati come materiali di substrato per dispositivi elettronici a semiconduttore.
Il contenuto di impurità del polisilicio è soggetto a rigidi requisiti e il settore è caratterizzato da elevati investimenti di capitale e alte barriere tecniche. Poiché la purezza del polisilicio influisce seriamente sul processo di estrusione del silicio monocristallino, i requisiti di purezza sono estremamente severi. La purezza minima del polisilicio è del 99,9999%, mentre la massima si avvicina infinitamente al 100%. Inoltre, gli standard nazionali cinesi stabiliscono requisiti chiari per il contenuto di impurità e, sulla base di questi, il polisilicio è suddiviso in gradi I, II e III, di cui il contenuto di boro, fosforo, ossigeno e carbonio è un importante indice di riferimento. Le "Condizioni di accesso all'industria del polisilicio" stabiliscono che le imprese devono disporre di un solido sistema di controllo e gestione della qualità e che gli standard di prodotto siano rigorosamente conformi agli standard nazionali; Inoltre, le condizioni di accesso richiedono anche che la scala e il consumo energetico delle imprese di produzione di polisilicio, come ad esempio il polisilicio di grado solare e di grado elettronico, siano superiori rispettivamente a 3000 tonnellate/anno e 1000 tonnellate/anno, e che il rapporto minimo di capitale negli investimenti in nuovi progetti di costruzione, ristrutturazione ed espansione non sia inferiore al 30%, pertanto il polisilicio è un settore ad alta intensità di capitale. Secondo le statistiche del CPIA, il costo di investimento per le attrezzature di una linea di produzione di polisilicio da 10.000 tonnellate entrate in funzione nel 2021 è leggermente aumentato a 103 milioni di yuan/kt. La ragione è l'aumento del prezzo delle materie prime metalliche. Si prevede che in futuro il costo di investimento aumenterà con il progresso della tecnologia delle attrezzature di produzione e con la diminuzione del monomero all'aumentare delle dimensioni. Secondo le normative, il consumo energetico del polisilicio per la riduzione Czochralski di grado solare e di grado elettronico dovrebbe essere inferiore rispettivamente a 60 kWh/kg e 100 kWh/kg, e i requisiti per gli indicatori di consumo energetico sono relativamente rigorosi. La produzione di polisilicio rientra a pieno titolo nell'industria chimica. Il processo produttivo è relativamente complesso e la soglia di accesso alle soluzioni tecniche, alla selezione delle apparecchiature, alla messa in servizio e alla gestione operativa è elevata. Il processo coinvolge numerose reazioni chimiche complesse e il numero di nodi di controllo supera i 1.000. Per i nuovi operatori è difficile acquisire rapidamente competenze consolidate. Pertanto, esistono elevate barriere di capitale e tecniche nel settore della produzione di polisilicio, il che spinge i produttori a implementare una rigorosa ottimizzazione tecnica del flusso di processo, dell'imballaggio e del trasporto.
2. Classificazione del polisilicio: la purezza determina l'uso e il grado solare occupa la posizione principale
Il silicio policristallino, una forma di silicio elementare, è composto da grani cristallini con diversi orientamenti cristallini e viene principalmente purificato tramite processi industriali di lavorazione del silicio. Il polisilicio si presenta con un aspetto metallico grigio e un punto di fusione di circa 1410 °C. È inattivo a temperatura ambiente e più attivo allo stato fuso. Il polisilicio possiede proprietà semiconduttrici ed è un materiale semiconduttore estremamente importante ed eccellente, ma anche una piccola quantità di impurità può comprometterne notevolmente la conduttività. Esistono diversi metodi di classificazione per il polisilicio. Oltre alla classificazione sopra menzionata secondo gli standard nazionali cinesi, ne vengono qui introdotti altri tre importanti. In base ai diversi requisiti di purezza e agli utilizzi, il polisilicio può essere suddiviso in polisilicio di grado solare e polisilicio di grado elettronico. Il polisilicio di grado solare è utilizzato principalmente nella produzione di celle fotovoltaiche, mentre il polisilicio di grado elettronico è ampiamente utilizzato nell'industria dei circuiti integrati come materia prima per chip e altre produzioni. La purezza del polisilicio per applicazioni solari è di 6~8N, ovvero il contenuto totale di impurità deve essere inferiore a 10⁻⁶ e la purezza del polisilicio deve raggiungere il 99,9999% o più. I requisiti di purezza del polisilicio per applicazioni elettroniche sono più stringenti, con un minimo di 9N e un massimo attuale di 12N. La produzione di polisilicio per applicazioni elettroniche è relativamente complessa. Sono poche le imprese cinesi che hanno padroneggiato la tecnologia di produzione del polisilicio per applicazioni elettroniche, e la maggior parte di esse dipende ancora dalle importazioni. Attualmente, la produzione di polisilicio per applicazioni solari è di gran lunga superiore a quella del polisilicio per applicazioni elettroniche, circa 13,8 volte maggiore.
In base alla differenza tra le impurità di drogaggio e il tipo di conduttività del silicio, quest'ultimo può essere suddiviso in tipo P e tipo N. Quando il silicio è drogato con elementi di impurità accettori, come boro, alluminio, gallio, ecc., la conduzione è prevalentemente di tipo P e si tratta di una batteria di tipo P. Quando il silicio è drogato con elementi di impurità donatori, come fosforo, arsenico, antimonio, ecc., la conduzione è prevalentemente di tipo N e si tratta di una batteria di tipo N. Le batterie di tipo P includono principalmente le batterie BSF e le batterie PERC. Nel 2021, le batterie PERC rappresenteranno oltre il 91% del mercato globale, mentre le batterie BSF saranno gradualmente eliminate. Durante il periodo in cui PERC ha sostituito BSF, l'efficienza di conversione delle celle di tipo P è aumentata da meno del 20% a oltre il 23%, avvicinandosi al limite superiore teorico del 24,5%, mentre il limite superiore teorico delle celle di tipo N è del 28,7%, e le celle di tipo N hanno un'elevata efficienza di conversione. Grazie ai vantaggi dell'alto rapporto bifacciale e del basso coefficiente di temperatura, le aziende hanno iniziato a implementare linee di produzione di massa per le batterie di tipo N. Secondo le previsioni di CPIA, la percentuale di batterie di tipo N aumenterà significativamente dal 3% al 13,4% nel 2022. Si prevede che nei prossimi cinque anni si assisterà alla transizione dalle batterie di tipo N alle batterie di tipo P. In base alla diversa qualità della superficie, si possono distinguere materiale denso, materiale a cavolfiore e materiale corallino. La superficie del materiale denso ha il grado di concavità più basso, inferiore a 5 mm, nessuna anomalia di colore, nessun strato intermedio di ossidazione e il prezzo più alto; La superficie del materiale a forma di cavolfiore presenta un grado di concavità moderato, compreso tra 5 e 20 mm, la sezione è moderata e il prezzo è di fascia media; mentre la superficie del materiale a forma di corallo presenta una concavità più accentuata, con una profondità superiore a 20 mm, la sezione è porosa e il prezzo è il più basso. Il materiale denso viene utilizzato principalmente per la produzione di silicio monocristallino, mentre il materiale a forma di cavolfiore e quello a forma di corallo vengono utilizzati principalmente per la produzione di wafer di silicio policristallino. Nella produzione quotidiana delle aziende, il materiale denso può essere dopato con almeno il 30% di materiale a forma di cavolfiore per produrre silicio monocristallino. In questo modo si può risparmiare sul costo delle materie prime, ma l'utilizzo del materiale a forma di cavolfiore ridurrà in una certa misura l'efficienza di estrazione del cristallo. Le aziende devono quindi scegliere il rapporto di dopaggio appropriato dopo aver valutato i due materiali. Recentemente, la differenza di prezzo tra il materiale denso e quello a forma di cavolfiore si è sostanzialmente stabilizzata a 3 RMB/kg. Se la differenza di prezzo dovesse aumentare ulteriormente, le aziende potrebbero valutare la possibilità di dopare una maggiore quantità di materiale a forma di cavolfiore nella produzione di silicio monocristallino.
3. Processo: il metodo Siemens si afferma come standard, e il consumo energetico diventa la chiave del cambiamento tecnologico.
Il processo di produzione del polisilicio si articola approssimativamente in due fasi. Nella prima fase, la polvere di silicio industriale reagisce con acido cloridrico anidro per ottenere triclorosilano e idrogeno. Dopo ripetute distillazioni e purificazioni, si ottengono triclorosilano gassoso, diclorodidrosilicio e silano. La seconda fase consiste nel ridurre il gas ad alta purezza ottenuto a silicio cristallino. La fase di riduzione differisce tra il metodo Siemens modificato e il metodo a letto fluidizzato di silano. Il metodo Siemens modificato vanta una tecnologia di produzione consolidata e un'elevata qualità del prodotto, ed è attualmente la tecnologia di produzione più diffusa. Il metodo Siemens tradizionale prevede l'utilizzo di cloro e idrogeno per sintetizzare acido cloridrico anidro. L'acido cloridrico e il silicio industriale in polvere vengono utilizzati per sintetizzare triclorosilano a una determinata temperatura, che viene poi separato, rettificato e purificato. Il silicio viene quindi sottoposto a una reazione di riduzione termica in un forno a riduzione di idrogeno per ottenere silicio elementare depositato sul nucleo di silicio. Su questa base, il processo Siemens migliorato è dotato anche di un processo di supporto per il riciclo di una grande quantità di sottoprodotti come idrogeno, acido cloridrico e tetracloruro di silicio prodotti nel processo produttivo, che comprende principalmente il recupero dei gas di scarico tramite riduzione e la tecnologia di riutilizzo del tetracloruro di silicio. Idrogeno, acido cloridrico, triclorosilano e tetracloruro di silicio presenti nei gas di scarico vengono separati mediante recupero a secco. L'idrogeno e l'acido cloridrico possono essere riutilizzati per la sintesi e la purificazione con triclorosilano, e il triclorosilano viene riciclato direttamente tramite riduzione termica. La purificazione viene effettuata in un forno e il tetracloruro di silicio viene idrogenato per produrre triclorosilano, che può essere utilizzato per la purificazione. Questa fase è anche chiamata trattamento di idrogenazione a freddo. Realizzando una produzione a circuito chiuso, le aziende possono ridurre significativamente il consumo di materie prime ed energia elettrica, risparmiando così efficacemente sui costi di produzione.
Il costo di produzione del polisilicio utilizzando il metodo Siemens migliorato in Cina comprende materie prime, consumo energetico, ammortamento, costi di lavorazione, ecc. Il progresso tecnologico nel settore ha significativamente ridotto i costi. Le materie prime si riferiscono principalmente al silicio industriale e al triclorosilano, il consumo energetico include elettricità e vapore, e i costi di lavorazione si riferiscono ai costi di ispezione e riparazione delle apparecchiature di produzione. Secondo le statistiche di Baichuan Yingfu sui costi di produzione del polisilicio all'inizio di giugno 2022, le materie prime rappresentano la voce di costo più elevata, pari al 41% del costo totale, di cui il silicio industriale è la principale fonte di silicio. Il consumo unitario di silicio comunemente utilizzato nel settore rappresenta la quantità di silicio consumata per unità di prodotto di silicio ad alta purezza. Il metodo di calcolo consiste nel convertire tutti i materiali contenenti silicio, come la polvere di silicio industriale e il triclorosilano acquistati da terzi, in silicio puro, e quindi sottrarre il triclorosilano acquistato da terzi in base alla quantità di silicio puro convertita dal rapporto di contenuto di silicio. Secondo i dati CPIA, il livello di consumo di silicio diminuirà di 0,01 kg/kg-Si, attestandosi a 1,09 kg/kg-Si nel 2021. Si prevede che, grazie al miglioramento del trattamento di idrogenazione a freddo e al riciclo dei sottoprodotti, entro il 2030 il consumo scenderà ulteriormente a 1,07 kg/kg-Si. Secondo statistiche incomplete, il consumo di silicio delle prime cinque aziende cinesi del settore del polisilicio è inferiore alla media del settore. È noto che due di esse consumeranno rispettivamente 1,08 kg/kg-Si e 1,05 kg/kg-Si nel 2021. La seconda voce di spesa più rilevante è il consumo energetico, che rappresenta il 32% del totale, di cui il 30% è costituito dall'elettricità, a dimostrazione che il prezzo e l'efficienza energetica rimangono fattori importanti per la produzione di polisilicio. I due principali indicatori per misurare l'efficienza energetica sono il consumo energetico complessivo e il consumo energetico di riduzione. Il consumo energetico di riduzione si riferisce al processo di riduzione del triclorosilano e dell'idrogeno per generare silicio ad elevata purezza. Il consumo energetico comprende il preriscaldamento e la deposizione del nucleo di silicio, il mantenimento del calore, la ventilazione finale e altri consumi energetici di processo. Nel 2021, grazie al progresso tecnologico e all'utilizzo integrato dell'energia, il consumo energetico complessivo medio della produzione di polisilicio diminuirà del 5,3% su base annua, attestandosi a 63 kWh/kg-Si, e il consumo energetico medio di riduzione diminuirà del 6,1% su base annua, raggiungendo i 46 kWh/kg-Si, con previsioni di un'ulteriore diminuzione in futuro. Inoltre, l'ammortamento rappresenta un'importante voce di costo, pari al 17%. È opportuno notare che, secondo i dati di Baichuan Yingfu, il costo totale di produzione del polisilicio all'inizio di giugno 2022 era di circa 55.816 yuan/tonnellata, il prezzo medio del polisilicio sul mercato era di circa 260.000 yuan/tonnellata e il margine di profitto lordo era pari o superiore al 70%, il che ha attratto un gran numero di imprese a investire nella costruzione di impianti di produzione di polisilicio.
Esistono due modi per i produttori di polisilicio di ridurre i costi: ridurre il costo delle materie prime e ridurre il consumo energetico. Per quanto riguarda le materie prime, i produttori possono ridurne il costo stipulando accordi di cooperazione a lungo termine con i produttori di silicio industriale o costruendo una capacità produttiva integrata a monte e a valle. Ad esempio, gli impianti di produzione di polisilicio si affidano principalmente al proprio approvvigionamento di silicio industriale. In termini di consumo di elettricità, i produttori possono ridurre i costi energetici grazie ai prezzi bassi dell'energia elettrica e a un miglioramento complessivo del consumo energetico. Circa il 70% del consumo energetico complessivo è rappresentato dalla riduzione dei consumi, che è anche un elemento chiave nella produzione di silicio cristallino ad alta purezza. Pertanto, la maggior parte della capacità produttiva di polisilicio in Cina è concentrata in regioni con prezzi dell'elettricità bassi come Xinjiang, Mongolia Interna, Sichuan e Yunnan. Tuttavia, con l'avanzare della politica dei due carboni, è difficile ottenere grandi quantità di risorse energetiche a basso costo. Pertanto, la riduzione del consumo energetico rappresenta oggi la strategia di riduzione dei costi più praticabile. Attualmente, il metodo più efficace per ridurre il consumo energetico del forno di riduzione consiste nell'aumentare il numero di nuclei di silicio, incrementando così la produzione di una singola unità. Al momento, i forni di riduzione più diffusi in Cina hanno 36, 40 e 48 coppie di barre. L'aggiornamento a forni con 60 e 72 coppie di barre comporta, al contempo, requisiti più elevati in termini di tecnologia di produzione per le imprese.
Rispetto al metodo Siemens migliorato, il metodo a letto fluidizzato di silano presenta tre vantaggi: un basso consumo energetico, un'elevata resa di estrazione dei cristalli e una maggiore compatibilità con la più avanzata tecnologia CCZ (Czochralski continuo). Secondo i dati della Silicon Industry Branch, il consumo energetico complessivo del metodo a letto fluidizzato di silano è pari al 33,33% di quello del metodo Siemens migliorato, con una riduzione del consumo energetico del 10%. Il metodo a letto fluidizzato di silano offre quindi significativi vantaggi in termini di risparmio energetico. Per quanto riguarda l'estrazione dei cristalli, le proprietà fisiche del silicio granulare facilitano il riempimento completo del crogiolo di quarzo nel collegamento dell'asta di estrazione del silicio monocristallino. Il silicio policristallino e il silicio granulare possono aumentare la capacità di carico del crogiolo del forno del 29%, riducendo al contempo i tempi di carico del 41%, migliorando significativamente l'efficienza di estrazione del silicio monocristallino. Inoltre, il silicio granulare ha un diametro ridotto e una buona fluidità, caratteristiche che lo rendono più adatto al metodo CCZ (Czochralski continuo). Attualmente, la principale tecnologia di estrusione di monocristalli nelle zone di produzione medio-basse è il metodo di rifusione RCZ, che consiste nel rialimentare ed estrudere il cristallo dopo l'estrusione di una barra di silicio monocristallino. L'estrusione viene eseguita simultaneamente, il che consente di risparmiare tempo di raffreddamento della barra di silicio monocristallino e quindi di aumentare l'efficienza produttiva. Il rapido sviluppo del metodo Czochralski continuo CCZ contribuirà inoltre ad aumentare la domanda di silicio granulare. Sebbene il silicio granulare presenti alcuni svantaggi, come la maggiore quantità di polvere di silicio generata dall'attrito, l'ampia superficie e la facile adsorbimento di contaminanti, e la reazione dell'idrogeno con l'idrogeno durante la fusione, che può facilmente causare la formazione di bolle, secondo le ultime dichiarazioni delle aziende produttrici di silicio granulare, questi problemi sono in fase di miglioramento e sono stati compiuti progressi significativi.
Il processo a letto fluidizzato di silano è maturo in Europa e negli Stati Uniti, mentre è ancora in fase iniziale dopo l'introduzione delle imprese cinesi. Già negli anni '80, aziende straniere produttrici di silicio granulare, come REC e MEMC, iniziarono a esplorare la produzione di silicio granulare e a realizzarla su larga scala. Tra queste, la capacità produttiva totale di REC di silicio granulare raggiunse le 10.500 tonnellate/anno nel 2010 e, rispetto alle controparti Siemens nello stesso periodo, vantava un vantaggio di costo di almeno 2-3 dollari/kg. A causa delle esigenze di estrazione di monocristalli, la produzione di silicio granulare dell'azienda ristagnava e alla fine si arrestava, e si rivolse a una joint venture con la Cina per creare un'impresa di produzione dedicata al silicio granulare.
4. Materie prime: il silicio industriale è la materia prima principale e l'offerta può soddisfare le esigenze di espansione del polisilicio
Il silicio industriale è la materia prima principale per la produzione di polisilicio. Si prevede che la produzione cinese di silicio industriale crescerà costantemente dal 2022 al 2025. Dal 2010 al 2021, la produzione cinese di silicio industriale è in fase di espansione, con un tasso di crescita medio annuo della capacità produttiva e della produzione pari rispettivamente al 7,4% e all'8,6%. Secondo i dati SMM, il nuovo aumentocapacità di produzione industriale di silicioin Cina saranno 890.000 tonnellate e 1,065 milioni di tonnellate nel 2022 e nel 2023. Supponendo che le aziende di silicio industriale manterranno ancora un tasso di utilizzo della capacità e un tasso operativo di circa il 60% in futuro, il nuovo aumento della CinaLa capacità produttiva nel 2022 e nel 2023 comporterà un aumento della produzione di 320.000 tonnellate e 383.000 tonnellate. Secondo le stime di GFCI,La capacità produttiva industriale di silicio della Cina nel 2022/2023/2024/2025 è di circa 5,90/697/6,71/6,5 milioni di tonnellate, corrispondenti a 3,55/391/4,18/4,38 milioni di tonnellate.
Il tasso di crescita delle restanti due aree a valle della sovrapposizione del silicio industriale è relativamente lento e la produzione cinese di silicio industriale può sostanzialmente soddisfare la produzione di polisilicio. Nel 2021, la capacità produttiva cinese di silicio industriale sarà di 5,385 milioni di tonnellate, corrispondenti a una produzione di 3,213 milioni di tonnellate, di cui 623.000 tonnellate di polisilicio, 898.000 tonnellate di silicio organico e 649.000 tonnellate di leghe di alluminio saranno consumate rispettivamente. Inoltre, quasi 780.000 tonnellate di produzione saranno destinate all'esportazione. Nel 2021, il consumo di polisilicio, silicio organico e leghe di alluminio rappresenterà rispettivamente il 19%, il 28% e il 20% del silicio industriale. Dal 2022 al 2025, si prevede che il tasso di crescita della produzione di silicio organico rimarrà intorno al 10%, mentre il tasso di crescita della produzione di leghe di alluminio sarà inferiore al 5%. Pertanto, riteniamo che la quantità di silicio industriale utilizzabile per il polisilicio nel periodo 2022-2025 sia relativamente sufficiente a soddisfare pienamente le esigenze di produzione di polisilicio.
5. Fornitura di polisilicio:Cinaoccupa una posizione dominante e la produzione si concentra gradualmente nelle mani delle imprese leader
Negli ultimi anni, la produzione globale di polisilicio è aumentata di anno in anno, concentrandosi gradualmente in Cina. Dal 2017 al 2021, la produzione globale annua di polisilicio è passata da 432.000 tonnellate a 631.000 tonnellate, con la crescita più rapida nel 2021, pari al 21,11%. Durante questo periodo, la produzione globale di polisilicio si è progressivamente concentrata in Cina, e la quota della produzione cinese di polisilicio è aumentata dal 56,02% nel 2017 all'80,03% nel 2021. Confrontando le prime dieci aziende per capacità produttiva globale di polisilicio nel 2010 e nel 2021, si può notare che il numero di aziende cinesi è aumentato da 4 a 8, mentre la quota di capacità produttiva di alcune aziende americane e coreane è diminuita significativamente, con aziende come HEMOLOCK, OCI, REC e MEMC che sono uscite dalla top ten. La concentrazione del settore è aumentata significativamente e la capacità produttiva totale delle prime dieci aziende del settore è passata dal 57,7% al 90,3%. Nel 2021, cinque aziende cinesi detenevano oltre il 10% della capacità produttiva, pari al 65,7%. Il graduale trasferimento dell'industria del polisilicio in Cina è dovuto principalmente a tre fattori. In primo luogo, i produttori cinesi di polisilicio godono di notevoli vantaggi in termini di materie prime, energia elettrica e costi del lavoro. I salari dei lavoratori sono inferiori a quelli dei paesi stranieri, pertanto il costo complessivo di produzione in Cina è molto più basso e continuerà a diminuire con il progresso tecnologico. In secondo luogo, la qualità dei prodotti cinesi in polisilicio è in costante miglioramento, la maggior parte dei quali raggiunge il livello di prima classe per applicazioni solari, e alcune aziende all'avanguardia soddisfano i requisiti di purezza. Grazie ai progressi tecnologici nella produzione di polisilicio di qualità elettronica superiore, la Cina ha gradualmente sostituito le importazioni di polisilicio di qualità elettronica prodotto internamente, e le principali aziende cinesi stanno promuovendo attivamente la realizzazione di progetti per la produzione di polisilicio di qualità elettronica. La produzione di wafer di silicio in Cina rappresenta oltre il 95% della produzione globale totale, il che ha gradualmente aumentato il tasso di autosufficienza del Paese in materia di polisilicio, riducendo in una certa misura la concorrenza delle aziende estere del settore.
Dal 2017 al 2021, la produzione annua di polisilicio in Cina aumenterà costantemente, principalmente nelle aree ricche di risorse energetiche come Xinjiang, Mongolia Interna e Sichuan. Nel 2021, la produzione cinese di polisilicio aumenterà da 392.000 tonnellate a 505.000 tonnellate, con un incremento del 28,83%. In termini di capacità produttiva, la produzione cinese di polisilicio ha generalmente mostrato una tendenza al rialzo, ma ha subito una flessione nel 2020 a causa della chiusura di alcuni produttori. Inoltre, il tasso di utilizzo della capacità produttiva delle imprese cinesi di polisilicio è in costante aumento dal 2018 e nel 2021 raggiungerà il 97,12%. A livello provinciale, la produzione cinese di polisilicio nel 2021 sarà principalmente concentrata nelle aree con bassi prezzi dell'energia elettrica come Xinjiang, Mongolia Interna e Sichuan. La produzione dello Xinjiang è di 270.400 tonnellate, pari a oltre la metà della produzione totale della Cina.
L'industria cinese del polisilicio è caratterizzata da un elevato grado di concentrazione, con un valore CR6 del 77%, e si prevede un'ulteriore crescita in futuro. La produzione di polisilicio è un settore caratterizzato da elevati investimenti di capitale e da notevoli barriere tecniche. Il ciclo di costruzione e produzione di un progetto dura solitamente due anni o più. L'ingresso di nuovi produttori nel settore risulta difficoltoso. A giudicare dai piani di espansione e dai nuovi progetti previsti per i prossimi tre anni, i produttori oligopolistici del settore continueranno ad espandere la propria capacità produttiva grazie ai vantaggi tecnologici e di scala, consolidando ulteriormente la propria posizione di monopolio.
Si stima che l'offerta di polisilicio in Cina registrerà una crescita su larga scala dal 2022 al 2025, raggiungendo 1,194 milioni di tonnellate nel 2025 e trainando l'espansione della produzione globale di polisilicio. Nel 2021, con il forte aumento del prezzo del polisilicio in Cina, i principali produttori hanno investito nella costruzione di nuove linee di produzione, attirando al contempo nuovi operatori nel settore. Poiché i progetti relativi al polisilicio richiedono almeno un anno e mezzo o due dalla costruzione all'avvio della produzione, i nuovi impianti costruiti nel 2021 saranno completati e la capacità produttiva sarà generalmente messa in funzione nella seconda metà del 2022 e nel 2023. Ciò è in linea con i nuovi piani progettuali annunciati dai principali produttori. La nuova capacità produttiva nel periodo 2022-2025 si concentrerà principalmente nel 2022 e nel 2023. Successivamente, con la graduale stabilizzazione dell'offerta e della domanda di polisilicio e del relativo prezzo, la capacità produttiva totale del settore si stabilizzerà gradualmente, ovvero il tasso di crescita della capacità produttiva diminuirà progressivamente. Inoltre, il tasso di utilizzo della capacità produttiva delle imprese del settore del polisilicio si è mantenuto elevato negli ultimi due anni, ma ci vorrà del tempo prima che la capacità produttiva dei nuovi progetti raggiunga il suo pieno potenziale e che i nuovi operatori acquisiscano le tecnologie necessarie. Pertanto, il tasso di utilizzo della capacità produttiva dei nuovi progetti di polisilicio nei prossimi anni sarà basso. Da ciò si può prevedere la produzione di polisilicio nel periodo 2022-2025, stimando che nel 2025 la produzione si attesterà intorno a 1,194 milioni di tonnellate.
La concentrazione della capacità produttiva estera è relativamente alta e il tasso e la velocità di crescita della produzione nei prossimi tre anni non saranno elevati come quelli della Cina. La capacità produttiva estera di polisilicio è principalmente concentrata in quattro aziende leader, mentre il resto è costituito principalmente da piccole capacità produttive. In termini di capacità produttiva, Wacker Chem occupa la metà della capacità produttiva estera di polisilicio. I suoi stabilimenti in Germania e negli Stati Uniti hanno capacità produttive rispettivamente di 60.000 e 20.000 tonnellate. La forte espansione della capacità produttiva globale di polisilicio nel 2022 e oltre potrebbe portare a un eccesso di offerta, pertanto l'azienda mantiene un atteggiamento attendista e non ha pianificato di aggiungere nuova capacità produttiva. Il colosso sudcoreano del polisilicio OCI sta gradualmente trasferendo la sua linea di produzione di polisilicio per applicazioni solari in Malesia, mantenendo al contempo la linea di produzione originale di polisilicio per applicazioni elettroniche in Cina, che dovrebbe raggiungere le 5.000 tonnellate nel 2022. La capacità produttiva di OCI in Malesia raggiungerà le 27.000 tonnellate e le 30.000 tonnellate rispettivamente nel 2020 e nel 2021, consentendo di ottenere bassi costi energetici ed eludere le elevate tariffe cinesi sul polisilicio negli Stati Uniti e in Corea del Sud. L'azienda prevede di produrre 95.000 tonnellate, ma la data di inizio non è ancora chiara. Si prevede un aumento di 5.000 tonnellate all'anno nei prossimi quattro anni. L'azienda norvegese REC ha due stabilimenti produttivi nello Stato di Washington e nel Montana, negli Stati Uniti, con una capacità produttiva annua di 18.000 tonnellate di polisilicio per applicazioni solari e 2.000 tonnellate di polisilicio per applicazioni elettroniche. REC, che versava in gravi difficoltà finanziarie, scelse di sospendere la produzione, ma poi, stimolata dal boom dei prezzi del polisilicio nel 2021, decise di riavviare la produzione di 18.000 tonnellate di progetti nello Stato di Washington e 2.000 tonnellate nel Montana entro la fine del 2023, con l'obiettivo di completare l'aumento della capacità produttiva nel 2024. Hemlock è il più grande produttore di polisilicio negli Stati Uniti, specializzato in polisilicio ad alta purezza per uso elettronico. Le barriere tecnologiche alla produzione rendono difficile la sostituzione dei prodotti dell'azienda sul mercato. Considerato anche che l'azienda non prevede di avviare nuovi progetti nei prossimi anni, si prevede che la sua capacità produttiva annua rimarrà di 18.000 tonnellate tra il 2022 e il 2025. Inoltre, nel 2021, la nuova capacità produttiva di altre aziende, oltre alle quattro sopra menzionate, aumenterà di 5.000 tonnellate. Data la mancanza di informazioni sui piani di produzione di tutte le aziende, si presume che la nuova capacità produttiva sarà di 5.000 tonnellate all'anno dal 2022 al 2025.
Secondo le stime sulla capacità produttiva estera, la produzione di polisilicio all'estero nel 2025 si attesterà intorno alle 176.000 tonnellate, ipotizzando che il tasso di utilizzo della capacità produttiva estera rimanga invariato. Dopo il forte aumento del prezzo del polisilicio nel 2021, le aziende cinesi hanno incrementato e ampliato la produzione. Al contrario, le aziende estere si mostrano più caute nella pianificazione di nuovi progetti. Questo perché la Cina detiene già il primato nel settore del polisilicio e un aumento indiscriminato della produzione potrebbe comportare perdite. Dal punto di vista dei costi, il consumo energetico rappresenta la componente principale, pertanto il prezzo dell'elettricità è un fattore cruciale, e regioni come Xinjiang, Mongolia Interna e Sichuan godono di vantaggi significativi. Dal punto di vista della domanda, la Cina, in quanto diretta destinazione a valle della filiera del polisilicio, detiene oltre il 99% della produzione mondiale di wafer di silicio. L'industria a valle del polisilicio è concentrata principalmente in Cina. Il prezzo del polisilicio prodotto è basso, i costi di trasporto sono contenuti e la domanda è pienamente garantita. In secondo luogo, la Cina ha imposto dazi antidumping relativamente elevati sulle importazioni di polisilicio per applicazioni solari provenienti da Stati Uniti e Corea del Sud, il che ha fortemente limitato il consumo di polisilicio da questi due Paesi. Si raccomanda cautela nella realizzazione di nuovi progetti; inoltre, negli ultimi anni, le imprese cinesi di polisilicio all'estero hanno rallentato il loro sviluppo a causa dell'impatto dei dazi, e alcune linee di produzione sono state ridotte o addirittura chiuse, con una conseguente diminuzione della loro quota nella produzione globale anno dopo anno. Pertanto, non saranno in grado di compensare l'aumento dei prezzi del polisilicio previsto per il 2021, poiché gli elevati profitti delle aziende cinesi non consentono una rapida e ampia espansione della capacità produttiva, a fronte di un aumento dei prezzi del polisilicio nel 2021.
Sulla base delle rispettive previsioni di produzione di polisilicio in Cina e all'estero dal 2022 al 2025, è possibile calcolare il valore previsto della produzione globale di polisilicio. Si stima che la produzione globale di polisilicio nel 2025 raggiungerà 1,371 milioni di tonnellate. In base al valore previsto della produzione di polisilicio, è possibile ottenere approssimativamente la quota della Cina sul totale globale. Si prevede che la quota della Cina aumenterà gradualmente dal 2022 al 2025, superando l'87% nel 2025.
6. Riepilogo e prospettive
Il polisilicio si trova a valle del silicio industriale e a monte dell'intera catena di produzione dei settori fotovoltaico e dei semiconduttori, e riveste un'importanza fondamentale. La catena di produzione del settore fotovoltaico è generalmente composta da polisilicio-wafer di silicio-celle-moduli-capacità installata fotovoltaica, mentre quella del settore dei semiconduttori è generalmente composta da polisilicio-wafer di silicio monocristallino-wafer di silicio-chip. Le diverse applicazioni richiedono diversi livelli di purezza del polisilicio. L'industria fotovoltaica utilizza principalmente polisilicio di grado solare, mentre l'industria dei semiconduttori utilizza polisilicio di grado elettronico. Il primo ha un grado di purezza compreso tra 6N e 8N, mentre il secondo richiede una purezza pari o superiore a 9N.
Per anni, il principale processo di produzione del polisilicio a livello mondiale è stato il metodo Siemens modificato. Negli ultimi anni, alcune aziende hanno esplorato attivamente il metodo a letto fluidizzato di silano, più economico, che potrebbe avere un impatto sul modello di produzione. Il polisilicio a forma di barra prodotto con il metodo Siemens modificato presenta caratteristiche di elevato consumo energetico, costi elevati e alta purezza, mentre il silicio granulare prodotto con il metodo a letto fluidizzato di silano ha caratteristiche di basso consumo energetico, costi contenuti e purezza relativamente inferiore. Alcune aziende cinesi hanno realizzato la produzione di massa di silicio granulare e la tecnologia per utilizzare il silicio granulare per estrarre il polisilicio, ma questa non è stata ampiamente diffusa. La possibilità che il silicio granulare possa sostituire il precedente in futuro dipenderà dalla capacità del vantaggio in termini di costi di compensare lo svantaggio in termini di qualità, dall'efficacia delle applicazioni a valle e dal miglioramento della sicurezza del silano. Negli ultimi anni, la produzione globale di polisilicio è aumentata di anno in anno, concentrandosi gradualmente in Cina. Dal 2017 al 2021, la produzione globale annua di polisilicio aumenterà da 432.000 tonnellate a 631.000 tonnellate, con la crescita più rapida nel 2021. Durante questo periodo, la produzione globale di polisilicio si è progressivamente concentrata in Cina, e la quota cinese della produzione totale è aumentata dal 56,02% nel 2017 all'80,03% nel 2021. Dal 2022 al 2025, l'offerta di polisilicio registrerà una crescita su larga scala. Si stima che la produzione di polisilicio in Cina nel 2025 raggiungerà 1,194 milioni di tonnellate, mentre la produzione estera toccherà le 176.000 tonnellate. Pertanto, la produzione globale di polisilicio nel 2025 sarà di circa 1,37 milioni di tonnellate.
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