1. שרשרת תעשיית הפוליסיליקון: תהליך הייצור מורכב, והזרם במורד הזרם מתמקד במוליכים למחצה פוטו-וולטאיים
פוליסיליקון מיוצר בעיקר מסיליקון תעשייתי, כלור ומימן, והוא ממוקם במעלה הזרם של שרשראות תעשיית הפוטו-וולטאית והמוליכים למחצה. על פי נתוני CPIA, שיטת ייצור הפוליסיליקון המרכזית הנוכחית בעולם היא שיטת סימנס המתוקנת, למעט סין, יותר מ-95% מהפוליסיליקון מיוצר בשיטת סימנס המתוקנת. בתהליך הכנת פוליסיליקון בשיטת סימנס המשופרת, ראשית, גז כלור משולב עם גז מימן ליצירת מימן כלורי, ולאחר מכן הוא מגיב עם אבקת הסיליקון לאחר ריסוק וטחינה של הסיליקון התעשייתי ליצירת טריכלורוסילאן, אשר מופחת עוד יותר על ידי גז מימן ליצירת פוליסיליקון. ניתן להמיס ולקרר סיליקון פוליקריסטלי ליצירת מטילי סיליקון פוליקריסטליים, וסיליקון חד-קריסטלי ניתן גם לייצר על ידי צ'וכרלסקי או התכה אזורית. בהשוואה לסיליקון פוליקריסטלי, סיליקון חד-קריסטלי מורכב מגרגרי גביש בעלי כיוון גבישי זהה, ולכן יש לו מוליכות חשמלית ויעילות המרה טובות יותר. מטילי סיליקון פוליקריסטליים ומוטות סיליקון חד-קריסטליים ניתנים לחתיכה נוספת ולעיבוד ופלים ותאים של סיליקון, אשר בתורם הופכים לחלקים מרכזיים של מודולים פוטו-וולטאיים ומשמשים בתחום הפוטו-וולטאי. בנוסף, פרוסות סיליקון גבישיות יחידות יכולות להיווצר גם הן על ידי שחיקה חוזרת, ליטוש, אפיטקסיה, ניקוי ותהליכים אחרים, אשר יכולים לשמש כחומרי מצע עבור התקנים אלקטרוניים מוליכים למחצה.
תכולת הטוהר של פוליסיליקון נדרשת בקפדנות, והתעשייה מתאפיינת בהשקעות הון גבוהות ומכשולים טכניים גבוהים. מכיוון שטוהר הפוליסיליקון ישפיע קשות על תהליך ציור הסיליקון הגבישי היחיד, דרישות הטוהר מחמירות ביותר. טוהר הפוליסיליקון המינימלי הוא 99.9999%, והגבוה ביותר קרוב לאין שיעור ל-100%. בנוסף, התקנים הלאומיים של סין מציבים דרישות ברורות לתכולת הטוהר, ועל סמך זה, פוליסיליקון מחולק לדרגות I, II ו-III, כאשר תכולת הבורון, הזרחן, החמצן והפחמן היא מדד ייחוס חשוב. "תנאי הגישה לתעשיית הפוליסיליקון" קובעים כי על מפעלים להיות בעלי מערכת פיקוח וניהול איכות טובה, ותקני המוצר עומדים בקפדנות בתקנים הלאומיים; בנוסף, תנאי הגישה דורשים גם את קנה המידה וצריכת האנרגיה של מפעלי ייצור פוליסיליקון, כגון פוליסיליקון בדרגה סולארית ואלקטרונית. קנה המידה של הפרויקט גדול מ-3000 טון לשנה ו-1000 טון לשנה בהתאמה, ויחס ההון המינימלי בהשקעה בפרויקטים חדשים של בנייה, שיקום והרחבה לא יפחת מ-30%, כך שפוליסיליקון הוא תעשייה עתירת הון. על פי נתוני CPIA, עלות ההשקעה בציוד קו ייצור פוליסיליקון בנפח 10,000 טון שהופעל בשנת 2021 עלתה מעט ל-103 מיליון יואן/קטון. הסיבה לכך היא עליית מחירי חומרי המתכת בתפזורת. צפוי כי עלות ההשקעה בעתיד תגדל עם התקדמות טכנולוגיית ציוד הייצור וכי המונומרים יקטן ככל שהגודל גדל. על פי התקנות, צריכת החשמל של פוליסיליקון להפחתת צ'וכרלסקי בדרגה סולארית ואלקטרונית צריכה להיות פחות מ-60 קוט"ש/ק"ג ו-100 קוט"ש/ק"ג בהתאמה, והדרישות למדדי צריכת אנרגיה הן מחמירות יחסית. ייצור פוליסיליקון נוטה להיות שייך לתעשייה הכימית. תהליך הייצור מורכב יחסית, והסף למסלולים טכניים, בחירת ציוד, הפעלה והפעלה גבוה. תהליך הייצור כרוך בתגובות כימיות מורכבות רבות, ומספר צמתי הבקרה עולה על 1,000. קשה למתחרים חדשים לשלוט במהירות באומנות בוגרת. לכן, ישנם מחסומי הון וטכניים גבוהים בתעשיית ייצור הפוליסיליקון, מה שמקדם גם יצרני פוליסיליקון לבצע אופטימיזציה טכנית קפדנית של זרימת התהליך, האריזה ותהליך ההובלה.
2. סיווג פוליסיליקון: טוהר קובע את השימוש, ודירוג הסולארי תופס את המיינסטרים
סיליקון פוליקריסטלי, סוג של סיליקון אלמנטרי, מורכב מגרגירי גביש בעלי אוריינטציות גבישיות שונות, והוא מטוהר בעיקר על ידי עיבוד סיליקון תעשייתי. מראה הפוליסיליקון הוא ברק מתכתי אפור, ונקודת ההיתוך שלו היא כ-1410 ℃. הוא אינו פעיל בטמפרטורת החדר ופעיל יותר במצב מותך. לפוליסיליקון תכונות מוליכים למחצה והוא חומר מוליך למחצה חשוב ומצוין ביותר, אך כמות קטנה של זיהומים יכולה להשפיע מאוד על המוליכות שלו. ישנן שיטות סיווג רבות לפוליסיליקון. בנוסף לסיווג הנ"ל על פי התקנים הלאומיים של סין, מוצגות כאן שלוש שיטות סיווג חשובות נוספות. על פי דרישות טוהר ושימושים שונים, ניתן לחלק את הפוליסיליקון לפוליסיליקון בדרגה סולארית ופוליסיליקון בדרגה אלקטרונית. פוליסיליקון בדרגה סולארית משמש בעיקר בייצור תאים פוטו-וולטאיים, בעוד שפוליסיליקון בדרגה אלקטרונית נמצא בשימוש נרחב בתעשיית המעגלים המשולבים כחומר גלם לשבבים וייצור אחר. טוהר הפוליסיליקון בדרגה סולארית הוא 6~8N, כלומר, תכולת הטוהר הכוללת נדרשת להיות נמוכה מ-10-6, וטוהר הפוליסיליקון חייב להגיע ל-99.9999% או יותר. דרישות הטוהר של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית מחמירות יותר, עם מינימום של 9N ומקסימום זרם של 12N. ייצור פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית קשה יחסית. ישנם מעט מפעלים סיניים ששולטים בטכנולוגיית הייצור של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית, והם עדיין תלויים יחסית ביבוא. כיום, תפוקת הפוליסיליקון בדרגה סולארית גדולה בהרבה מזו של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית, והראשון גדול פי 13.8 בערך.
לפי ההבדל בין זיהומי הסיליקון וסוג המוליכות של חומר הסיליקון, ניתן לחלק אותו לסוג P וסוג N. כאשר סיליקון מסומם ביסודות זיהומים קולטניים, כגון בורון, אלומיניום, גליום וכו', הוא נשלט על ידי הולכת חורים והוא מסוג P. כאשר סיליקון מסומם ביסודות זיהומים תורם, כגון זרחן, ארסן, אנטימון וכו', הוא נשלט על ידי הולכת אלקטרונים והוא מסוג N. סוללות מסוג P כוללות בעיקר סוללות BSF וסוללות PERC. בשנת 2021, סוללות PERC יהוו יותר מ-91% מהשוק העולמי, וסוללות BSF יבוטלו. במהלך התקופה בה PERC מחליף את BSF, יעילות ההמרה של תאים מסוג P גדלה מפחות מ-20% ליותר מ-23%, קרובה לגבול העליון התיאורטי של 24.5%, בעוד שהגבול העליון התיאורטי של תאים מסוג N הוא 28.7%, ולתאים מסוג N יש יעילות המרה גבוהה. בשל היתרונות של יחס דו-פאציאלי גבוה ומקדם טמפרטורה נמוך, חברות החלו לפרוס קווי ייצור המוניים עבור סוללות מסוג N. על פי תחזית CPIA, שיעור הסוללות מסוג N יגדל משמעותית מ-3% ל-13.4% בשנת 2022. צפוי שבחמש השנים הקרובות, יוחל מעבר מסוללות מסוג N לסוללות מסוג P. בהתאם לאיכות פני השטח השונה, ניתן לחלק אותם לחומר צפוף, חומר כרובית וחומר אלמוגים. לפני השטח של החומר הצפוף יש את דרגת הקעירות הנמוכה ביותר, פחות מ-5 מ"מ, ללא חריגות צבע, ללא שכבת חמצון והמחיר הגבוה ביותר; לפני השטח של חומר הכרובית יש קעירות בינונית, 5-20 מ"מ, החתך בינוני והמחיר בינוני; בעוד שלפני השטח של חומר האלמוגים יש קעירות משמעותית יותר, העומק גדול מ-20 מ"מ, החתך רופף והמחיר הנמוך ביותר. החומר הצפוף משמש בעיקר לשאיבת סיליקון חד-גבישי, בעוד שחומר הכרובית וחומר האלמוגים משמשים בעיקר לייצור פרוסות סיליקון רב-גבישי. בייצור היומיומי של מפעלים, ניתן לסמם את החומר הצפוף עם לא פחות מ-30% חומר כרובית כדי לייצר סיליקון חד-גבישי. ניתן לחסוך בעלות חומרי הגלם, אך השימוש בחומר כרובית יפחית במידה מסוימת את יעילות משיכת הגביש. מפעלים צריכים לבחור את יחס הסימום המתאים לאחר שקילת השניים. לאחרונה, הפרש המחירים בין חומר צפוף לחומר כרובית התייצב בעיקרו על 3 יואן לק"ג. אם הפרש המחירים יתרחב עוד יותר, חברות עשויות לשקול סימום של חומר כרובית נוסף במשיכת סיליקון חד-גבישי.
3. תהליך: שיטת סימנס תופסת את המיינסטרים, וצריכת החשמל הופכת למפתח לשינוי טכנולוגי
תהליך הייצור של פוליסיליקון מחולק באופן גס לשני שלבים. בשלב הראשון, אבקת סיליקון תעשייתי מגיבה עם מימן כלורי נטול מים כדי לקבל טריכלורוסילאן ומימן. לאחר זיקוק וטיהור חוזרים ונשנים, טריכלורוסילאן גזי, דיכלורודיהידרוסילאן וסילאן; השלב השני הוא צמצום הגז בעל הטוהר הגבוה הנ"ל לסיליקון גבישי, ושלב הצמצום שונה בשיטת סימנס המותאמת ובשיטת המיטה המנוזלת של סילאן. לשיטת סימנס המשופרת יש טכנולוגיית ייצור בוגרת ואיכות מוצר גבוהה, והיא כיום טכנולוגיית הייצור הנפוצה ביותר. שיטת הייצור המסורתית של סימנס היא שימוש בכלור ומימן לסינתזת מימן כלורי נטול מים, מימן כלורי ואבקת סיליקון תעשייתי לסינתזת טריכלורוסילאן בטמפרטורה מסוימת, ולאחר מכן הפרדה, יישור וטיהור של הטריכלורוסילאן. הסיליקון עובר תגובת צמצום תרמי בתנור צמצום מימן כדי לקבל סיליקון אלמנטרי המופקד על ליבת הסיליקון. על בסיס זה, תהליך סימנס המשופר מצויד גם בתהליך תומך למחזור כמות גדולה של תוצרי לוואי כגון מימן, מימן כלורי וסיליקון טטרכלוריד המיוצרים בתהליך הייצור, הכולל בעיקר שחזור גז זנב חיזור וטכנולוגיית שימוש חוזר בסיליקון טטרכלוריד. מימן, מימן כלורי, טריכלורוסילאן וסיליקון טטרכלוריד בגזי הפליטה מופרדים באמצעות שחזור יבש. ניתן לעשות שימוש חוזר במימן ובמימן כלורי לסינתזה וטיהור באמצעות טריכלורוסילאן, והטריכלורוסילאן ממוחזר ישירות לחיזור תרמי. הטיהור מתבצע בכבשן, וסיליקון טטרכלוריד עובר הידרוגנציה לייצור טריכלורוסילאן, שניתן להשתמש בו לטיהור. שלב זה נקרא גם טיפול בהידרוגנציה קרה. על ידי מימוש ייצור במעגל סגור, ארגונים יכולים להפחית משמעותית את צריכת חומרי הגלם והחשמל, ובכך לחסוך ביעילות בעלויות הייצור.
עלות ייצור הפוליסיליקון בשיטת סימנס המשופרת בסין כוללת חומרי גלם, צריכת אנרגיה, פחת, עלויות עיבוד וכו'. ההתקדמות הטכנולוגית בתעשייה הורידה משמעותית את העלות. חומרי הגלם מתייחסים בעיקר לסיליקון תעשייתי וטריכלורוסילאן, צריכת האנרגיה כוללת חשמל וקיטור, ועלויות העיבוד מתייחסות לעלויות בדיקה ותיקון של ציוד ייצור. על פי נתוני Baichuan Yingfu על עלויות ייצור הפוליסיליקון מתחילת יוני 2022, חומרי הגלם הם פריט העלות הגבוה ביותר, המהווים 41% מהעלות הכוללת, כאשר סיליקון תעשייתי הוא המקור העיקרי לסיליקון. צריכת יחידת הסיליקון הנפוצה בתעשייה מייצגת את כמות הסיליקון הנצרכת ליחידה של מוצרי סיליקון בעלי טוהר גבוה. שיטת החישוב היא להמיר את כל החומרים המכילים סיליקון, כגון אבקת סיליקון תעשייתית וטריכלורוסילאן המוצעים למיקור חוץ, לסיליקון טהור, ולאחר מכן להפחית את הכלורוסילאן המוצע לפי כמות הסיליקון הטהור שהומרה מיחס תכולת הסיליקון. על פי נתוני CPIA, רמת צריכת הסיליקון תרד ב-0.01 ק"ג/ק"ג-סיליקון ל-1.09 ק"ג/ק"ג-סיליקון בשנת 2021. הצפי הוא שעם שיפור הטיפול בהידרוגנציה קרה ומיחזור תוצרי לוואי, היא צפויה לרדת ל-1.07 ק"ג/ק"ג עד 2030. על פי נתונים סטטיסטיים חלקיים, צריכת הסיליקון של חמש החברות הסיניות המובילות בתעשיית הפוליסיליקון נמוכה מהממוצע בתעשייה. ידוע ששתיים מהן יצרכו 1.08 ק"ג/ק"ג-סיליקון ו-1.05 ק"ג/ק"ג-סיליקון בהתאמה בשנת 2021. החלק השני בגודלו הוא צריכת אנרגיה, המהווה 32% בסך הכל, מתוכם חשמל מהווה 30% מהעלות הכוללת, דבר המצביע על כך שמחיר החשמל והיעילות עדיין מהווים גורמים חשובים לייצור פוליסיליקון. שני המדדים העיקריים למדידת יעילות החשמל הם צריכת חשמל מקיפה והפחתת צריכת חשמל. הפחתת צריכת החשמל מתייחסת לתהליך של הפחתת טריכלורוסילאן ומימן ליצירת חומר סיליקון בעל טוהר גבוה. צריכת החשמל כוללת חימום מוקדם ושקיעת ליבת הסיליקון, שימור חום, אוורור סופי וצריכת חשמל אחרת בתהליך. בשנת 2021, עם ההתקדמות הטכנולוגית וניצול מקיף של אנרגיה, צריכת החשמל הממוצעת הכוללת של ייצור פוליסיליקון תפחת ב-5.3% משנה לשנה ל-63 קילוואט-שעה/ק"ג-סיליקון, וצריכת החשמל הממוצעת תרד ב-6.1% משנה לשנה ל-46 קילוואט-שעה/ק"ג-סיליקון, צפוי לרדת עוד יותר בעתיד. בנוסף, פחת הוא גם סעיף עלות חשוב, המהווה 17%. ראוי לציין כי על פי נתוני Baichuan Yingfu, עלות הייצור הכוללת של פוליסיליקון בתחילת יוני 2022 הייתה כ-55,816 יואן/טון, המחיר הממוצע של פוליסיליקון בשוק היה כ-260,000 יואן/טון, ושולי הרווח הגולמי היו גבוהים עד 70% ומעלה, כך שזה משך מספר רב של חברות להשקיע בבניית כושר ייצור של פוליסיליקון.
ישנן שתי דרכים עבור יצרני פוליסיליקון להפחית עלויות, האחת היא להפחית את עלויות חומרי הגלם, והשנייה היא להפחית את צריכת החשמל. מבחינת חומרי גלם, יצרנים יכולים להפחית את עלות חומרי הגלם על ידי חתימה על הסכמי שיתוף פעולה ארוכי טווח עם יצרני סיליקון תעשייתי, או בניית כושר ייצור משולב במעלה ובמורד הזרם. לדוגמה, מפעלי ייצור פוליסיליקון מסתמכים בעיקר על אספקת סיליקון תעשייתי משלהם. מבחינת צריכת חשמל, יצרנים יכולים להפחית את עלויות החשמל באמצעות מחירי חשמל נמוכים ושיפור מקיף בצריכת האנרגיה. כ-70% מצריכת החשמל הכוללת היא הפחתת צריכת החשמל, והפחתה היא גם חוליה מרכזית בייצור סיליקון גבישי בעל טוהר גבוה. לכן, רוב כושר הייצור של פוליסיליקון בסין מרוכז באזורים עם מחירי חשמל נמוכים כמו שינג'יאנג, מונגוליה הפנימית, סצ'ואן ויונאן. עם זאת, עם התקדמות מדיניות שני הפחמנים, קשה להשיג כמות גדולה של משאבי חשמל בעלות נמוכה. לכן, הפחתת צריכת החשמל לצורך הפחתה היא דרך הפחתת עלויות אפשרית יותר כיום. כיום, הדרך היעילה להפחית את צריכת החשמל של תנור ההפחתה היא להגדיל את מספר ליבות הסיליקון בכבשן ההפחתה, ובכך להגדיל את התפוקה של יחידה אחת. כיום, סוגי תנורי ההפחתה הנפוצים בסין הם 36 זוגות מוטות, 40 זוגות מוטות ו-48 זוגות מוטות. סוג הכבשן משודרג ל-60 זוגות מוטות ו-72 זוגות מוטות, אך יחד עם זאת, הוא גם מציב דרישות גבוהות יותר לרמת טכנולוגיית הייצור של מפעלים.
בהשוואה לשיטת סימנס המשופרת, לשיטת המיטה המנוזלת של סילאן שלושה יתרונות: צריכת חשמל נמוכה, תפוקת משיכת גבישים גבוהה, והשלישית היא ששילובה נוח יותר עם טכנולוגיית צ'וכרלסקי הרציפה המתקדמת יותר של CCZ. על פי נתוני ענף תעשיית הסיליקון, צריכת החשמל הכוללת של שיטת המיטה המנוזלת של סילאן היא 33.33% משיטת סימנס המשופרת, וצריכת החשמל המופחתת היא 10% משיטת סימנס המשופרת. לשיטת המיטה המנוזלת של סילאן יתרונות משמעותיים בצריכת אנרגיה. מבחינת משיכת גבישים, התכונות הפיזיקליות של סיליקון גרגירי יכולות להקל על מילוי מלא של כור ההיתוך של הקוורץ בחיבור מוט משיכת סיליקון גבישי יחיד. סיליקון פולי-גבישי וסיליקון גרגירי יכולים להגדיל את קיבולת הטעינה של כור ההיתוך של תנור יחיד ב-29%, תוך הפחתת זמן הטעינה ב-41%, ובכך לשפר משמעותית את יעילות המשיכה של סיליקון גבישי יחיד. בנוסף, לסיליקון גרגירי קוטר קטן ונזילות טובה, המתאימים יותר לשיטת צ'וכרלסקי הרציפה של CCZ. כיום, הטכנולוגיה העיקרית של משיכת גביש יחיד באזורים האמצעיים והתחתונים היא שיטת יציקת גביש יחיד RCZ, כלומר הזנה ומשיכה מחדש של הגביש לאחר משיכת מוט סיליקון גבישי יחיד. המשיכה מתבצעת בו זמנית, מה שחוסך את זמן הקירור של מוט סיליקון גבישי יחיד, כך שיעילות הייצור גבוהה יותר. הפיתוח המהיר של שיטת צ'וכרלסקי הרציפה CCZ יגביר גם את הביקוש לסיליקון גרגירי. למרות שלסיליקון גרגירי יש כמה חסרונות, כגון אבקת סיליקון רבה יותר שנוצרת עקב חיכוך, שטח פנים גדול וספיחה קלה של מזהמים, ומימן המשולב למימן במהלך ההיתוך, מה שקל לגרום לדילוג, אך על פי ההכרזות האחרונות של מפעלי סיליקון גרגירי רלוונטיים, בעיות אלו משתפרות ונעשתה התקדמות מסוימת.
תהליך ייצור הסילאן במיטה מרחפת בוגר באירופה ובארצות הברית, והוא נמצא בחיתוליו לאחר כניסתם של מפעלים סיניים. כבר בשנות ה-80, סיליקון גרגירי זר המיוצג על ידי REC ו-MEMC החלו לחקור את ייצור הסיליקון הגרגירי והגיעו לייצור בקנה מידה גדול. ביניהן, כושר הייצור הכולל של סיליקון גרגירי של REC הגיע ל-10,500 טון לשנה בשנת 2010, ובהשוואה למקבילותיה של סימנס באותה תקופה, היה לה יתרון עלויות של לפחות 2-3 דולר אמריקאי לק"ג. עקב הצרכים של משיכת גבישים בודדים, ייצור הסיליקון הגרגירי של החברה קפא על שמריו ובסופו של דבר הופסק הייצור, ופנתה למיזם משותף עם סין כדי להקים מפעל ייצור שיעסוק בייצור סיליקון גרגירי.
4. חומרי גלם: סיליקון תעשייתי הוא חומר הגלם העיקרי, והאספקה יכולה לענות על צרכי התרחבות הפוליסיליקון.
סיליקון תעשייתי הוא חומר הגלם העיקרי לייצור פוליסיליקון. צפוי כי תפוקת הסיליקון התעשייתי של סין תצמח בהתמדה בין השנים 2022 ל-2025. בין השנים 2010 ל-2021, ייצור הסיליקון התעשייתי של סין נמצא בשלב ההתרחבות, כאשר קצב הצמיחה השנתי הממוצע של כושר הייצור והתפוקה מגיע ל-7.4% ו-8.6% בהתאמה. על פי נתוני SMM, העלייה החדשהכושר ייצור סיליקון תעשייתיבסין יהיו 890,000 טון ו-1.065 מיליון טון בשנים 2022 ו-2023. בהנחה שחברות סיליקון תעשייתיות עדיין ישמרו על שיעור ניצול קיבולת ושיעור תפעול של כ-60% בעתיד, העלייה החדשה של סיןכושר הייצור בשנים 2022 ו-2023 יביא לעלייה בתפוקה של 320,000 טון ו-383,000 טון. על פי הערכות GFCI,כושר הייצור של סיליקון תעשייתי בסין בשנים 22/23/24/25 הוא כ-5.90/697/6.71/6.5 מיליון טון, המקבילים ל-3.55/391/4.18/4.38 מיליון טון.
קצב הצמיחה של שני התחומים הנותרים במורד הזרם של סיליקון תעשייתי מונח על גבי זרם הוא איטי יחסית, וייצור הסיליקון התעשייתי של סין יכול למעשה לעמוד בייצור הפוליסיליקון. בשנת 2021, כושר הייצור של הסיליקון התעשייתי של סין יעמוד ב-5.385 מיליון טון, המקבילים לתפוקה של 3.213 מיליון טון, מתוכם יצרכו 623,000 טון, 898,000 טון ו-649,000 טון על ידי פוליסיליקון, סיליקון אורגני וסגסוגות אלומיניום בהתאמה. בנוסף, כמעט 780,000 טון מהתפוקה משמשים לייצוא. בשנת 2021, צריכת הפוליסיליקון, הסיליקון האורגני וסגסוגות האלומיניום תהווה 19%, 28% ו-20% מהסיליקון התעשייתי, בהתאמה. בין השנים 2022 ל-2025, צפוי שקצב הצמיחה של ייצור הסיליקון האורגני יישאר סביב 10%, וקצב הצמיחה של ייצור סגסוגות אלומיניום יהיה נמוך מ-5%. לכן, אנו מאמינים שכמות הסיליקון התעשייתי שניתן להשתמש בה לייצור פוליסיליקון בשנים 2022-2025 מספיקה יחסית, ויכולה לענות באופן מלא על צרכי ייצור הפוליסיליקון.
5. אספקת פוליסיליקון:סִיןתופסת עמדה דומיננטית, והייצור מתאסף בהדרגה למפעלים מובילים
בשנים האחרונות, ייצור הפוליסיליקון העולמי גדל משנה לשנה, והצטבר בהדרגה בסין. בין השנים 2017 ל-2021, ייצור הפוליסיליקון השנתי העולמי עלה מ-432,000 טון ל-631,000 טון, כאשר הצמיחה המהירה ביותר הייתה בשנת 2021, עם קצב צמיחה של 21.11%. במהלך תקופה זו, ייצור הפוליסיליקון העולמי התרכז בהדרגה בסין, וחלקו של ייצור הפוליסיליקון בסין גדל מ-56.02% בשנת 2017 ל-80.03% בשנת 2021. בהשוואה בין עשר החברות המובילות ביכולת ייצור הפוליסיליקון העולמית בשנים 2010 ו-2021, ניתן למצוא שמספר החברות הסיניות גדל מ-4 ל-8, וחלקן של כמה חברות אמריקאיות וקוריאניות בכושר הייצור ירד משמעותית, ונפלו מעשר הקבוצות המובילות, כגון HEMOLOCK, OCI, REC ו-MEMC; ריכוזיות התעשייה גדלה משמעותית, וקיבולת הייצור הכוללת של עשר החברות המובילות בתעשייה גדלה מ-57.7% ל-90.3%. בשנת 2021, חמש חברות סיניות מהוות יותר מ-10% מכושר הייצור, המהוות סך של 65.7%. ישנן שלוש סיבות עיקריות להעברה ההדרגתית של תעשיית הפוליסיליקון לסין. ראשית, ליצרני הפוליסיליקון הסיניים יש יתרונות משמעותיים מבחינת חומרי גלם, חשמל ועלויות עבודה. שכרם של העובדים נמוך מזה של מדינות זרות, כך שעלות הייצור הכוללת בסין נמוכה בהרבה מזו של מדינות זרות, ותמשיך לרדת עם ההתקדמות הטכנולוגית; שנית, איכות מוצרי הפוליסיליקון הסיניים משתפרת כל הזמן, רובם ברמה סולארית מהשורה הראשונה, ומפעלים מתקדמים בודדים עומדים בדרישות הטוהר. פריצות דרך נעשו בטכנולוגיית הייצור של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית גבוהה יותר, מה שהוביל בהדרגה להחלפת פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית מקומית ביבוא, ומפעלים מובילים סיניים מקדמים באופן פעיל את בנייתם של פרויקטים של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית. תפוקת הייצור של פרוסות סיליקון בסין היא יותר מ-95% מסך תפוקת הייצור העולמית, מה שהגדיל בהדרגה את שיעור העצמאות של פוליסיליקון עבור סין, מה שלחץ במידה מסוימת על שוק מפעלי פוליסיליקון מעבר לים.
בין השנים 2017 ל-2021, התפוקה השנתית של פוליסיליקון בסין תגדל בהתמדה, בעיקר באזורים עשירים במשאבי חשמל כמו שינג'יאנג, מונגוליה הפנימית וסצ'ואן. בשנת 2021, ייצור הפוליסיליקון של סין יגדל מ-392,000 טון ל-505,000 טון, עלייה של 28.83%. מבחינת כושר ייצור, כושר ייצור הפוליסיליקון של סין נמצא בדרך כלל במגמת עלייה, אך הוא ירד בשנת 2020 עקב סגירת חלק מהיצרנים. בנוסף, שיעור ניצול הקיבולת של מפעלי פוליסיליקון סיניים גדל ברציפות מאז 2018, ושיעור ניצול הקיבולת בשנת 2021 יגיע ל-97.12%. מבחינת מחוזות, ייצור הפוליסיליקון של סין בשנת 2021 מרוכז בעיקר באזורים עם מחירי חשמל נמוכים כמו שינג'יאנג, מונגוליה הפנימית וסצ'ואן. התפוקה של שינג'יאנג היא 270,400 טון, שהם יותר ממחצית התפוקה הכוללת בסין.
תעשיית הפוליסיליקון של סין מאופיינת בריכוזיות גבוהה, עם ערך CR6 של 77%, ותהיה מגמת עלייה נוספת בעתיד. ייצור פוליסיליקון הוא תעשייה עם הון גבוה ומחסומים טכניים גבוהים. מחזור הבנייה והייצור של הפרויקטים הוא בדרך כלל שנתיים או יותר. קשה ליצרנים חדשים להיכנס לתעשייה. אם לשפוט לפי ההתרחבות המתוכננת הידועה ופרויקטים חדשים בשלוש השנים הקרובות, יצרנים אוליגופוליסטיים בתעשייה ימשיכו להרחיב את כושר הייצור שלהם בזכות הטכנולוגיה שלהם ויתרונות הגודל, ומעמדם המונופוליסטי ימשיך לעלות.
ההערכה היא כי אספקת הפוליסיליקון של סין תביא לצמיחה בקנה מידה גדול בין השנים 2022 ל-2025, וייצור הפוליסיליקון יגיע ל-1.194 מיליון טון בשנת 2025, מה שיוביל להתרחבות קנה המידה העולמי של ייצור הפוליסיליקון. בשנת 2021, עם העלייה החדה במחיר הפוליסיליקון בסין, יצרנים גדולים השקיעו בבניית קווי ייצור חדשים, ובמקביל משכו יצרנים חדשים להצטרף לתעשייה. מכיוון שפרויקטים של פוליסיליקון ייקחו לפחות שנה וחצי עד שנתיים משלב הבנייה ועד לייצור, הבנייה החדשה בשנת 2021 תושלם. כושר הייצור יוכנס בדרך כלל לייצור במחצית השנייה של 2022 ו-2023. ממצא זה עולה בקנה אחד עם תוכניות הפרויקטים החדשות שהוכרזו כיום על ידי יצרנים גדולים. כושר הייצור החדש בשנים 2022-2025 מרוכז בעיקר בשנים 2022 ו-2023. לאחר מכן, ככל שההיצע והביקוש של פוליסיליקון והמחיר יתייצבו בהדרגה, כושר הייצור הכולל בתעשייה יתייצב בהדרגה. כלומר, קצב הצמיחה של כושר הייצור יורד בהדרגה. בנוסף, שיעור ניצול הקיבולת של מפעלי פוליסיליקון נותר ברמה גבוהה בשנתיים האחרונות, אך ייקח זמן עד שכושר הייצור של פרויקטים חדשים יעלה, ויידרש תהליך עד שמתחרים חדשים ישלטו בטכנולוגיית ההכנה הרלוונטית. לכן, שיעור ניצול הקיבולת של פרויקטים חדשים של פוליסיליקון בשנים הקרובות יהיה נמוך. מכאן, ניתן לחזות את ייצור הפוליסיליקון בשנים 2022-2025, וייצור הפוליסיליקון בשנת 2025 צפוי להיות כ-1.194 מיליון טון.
ריכוז כושר הייצור בחו"ל גבוה יחסית, וקצב ומהירות עליית הייצור בשלוש השנים הקרובות לא יהיו גבוהים כמו בסין. כושר ייצור הפוליסיליקון בחו"ל מרוכז בעיקר בארבע חברות מובילות, והשאר הן בעיקר בעלות כושר ייצור קטן. מבחינת כושר ייצור, Wacker Chem תופסת מחצית מכושר ייצור הפוליסיליקון בחו"ל. למפעליה בגרמניה ובארצות הברית כושר ייצור של 60,000 טון ו-20,000 טון, בהתאמה. העלייה החדה בכושר ייצור הפוליסיליקון העולמי בשנת 2022 ואילך עלולה להביא לדאגה לגבי עודף היצע, החברה עדיין נמצאת במצב של המתנה-וראות ולא תכננה להוסיף כושר ייצור חדש. ענקית הפוליסיליקון הדרום קוריאנית OCI מעבירה בהדרגה את קו הייצור של פוליסיליקון בדרגה סולארית למלזיה, תוך שמירה על קו הייצור המקורי של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית בסין, אשר מתוכנן להגיע ל-5,000 טון בשנת 2022. כושר הייצור של OCI במלזיה יגיע ל-27,000 טון ו-30,000 טון בשנת 2020 ו-2021, תוך השגת עלויות צריכת אנרגיה נמוכות והתחמקות מהמכסים הגבוהים של סין על פוליסיליקון בארצות הברית ובדרום קוריאה. החברה מתכננת לייצר 95,000 טון אך תאריך ההתחלה אינו ברור. צפוי כי הגידול יגיע לרמה של 5,000 טון בשנה בארבע השנים הקרובות. לחברה הנורווגית REC שני בסיסי ייצור במדינת וושינגטון ובמונטנה, ארה"ב, עם כושר ייצור שנתי של 18,000 טון של פוליסיליקון בדרגה סולארית ו-2,000 טון של פוליסיליקון בדרגה אלקטרונית. REC, שנקלעה למצוקה כלכלית עמוקה, בחרה להשעות את הייצור, ולאחר מכן, בעקבות הגאות במחירי הפוליסיליקון בשנת 2021, החליטה החברה לחדש את הייצור של 18,000 טון בפרויקטים במדינת וושינגטון ו-2,000 טון במונטנה עד סוף 2023, ותוכל להשלים את הגדלת כושר הייצור בשנת 2024. Hemlock היא יצרנית הפוליסיליקון הגדולה ביותר בארצות הברית, המתמחה בפוליסיליקון בדרגה אלקטרונית טהורה במיוחד. מחסומי הייצור הטכנולוגיים הקיימים מקשים על החלפת מוצרי החברה בשוק. בשילוב עם העובדה שהחברה אינה מתכננת לבנות פרויקטים חדשים תוך מספר שנים, הצפי הוא שכושר הייצור של החברה יעמוד על 2022-2025. התפוקה השנתית תישאר על 18,000 טון. בנוסף, בשנת 2021, כושר הייצור החדש של חברות שאינן ארבע החברות הנ"ל יעמוד על 5,000 טון. עקב חוסר הבנה של תוכניות הייצור של כל החברות, ההנחה כאן היא שכושר הייצור החדש יעמוד על 5,000 טון בשנה בין השנים 2022 ל-2025.
לפי כושר הייצור בחו"ל, ההערכה היא שייצור הפוליסיליקון בחו"ל בשנת 2025 יעמוד על כ-176,000 טון, בהנחה ששיעור הניצול של כושר הייצור של הפוליסיליקון בחו"ל יישאר ללא שינוי. לאחר שמחיר הפוליסיליקון עלה בחדות בשנת 2021, חברות סיניות הגדילו את הייצור והרחיבו את הייצור. לעומת זאת, חברות בחו"ל זהירות יותר בתוכניותיהן לפרויקטים חדשים. הסיבה לכך היא שהדומיננטיות של תעשיית הפוליסיליקון כבר נמצאת בשליטת סין, והגדלה עיוורת של הייצור עלולה להביא להפסדים. מצד העלויות, צריכת האנרגיה היא המרכיב הגדול ביותר בעלות הפוליסיליקון, ולכן מחיר החשמל חשוב מאוד, ולשינג'יאנג, מונגוליה הפנימית, סצ'ואן ואזורים אחרים יש יתרונות ברורים. מצד הביקוש, כזרם הזרם הישיר של הפוליסיליקון, ייצור פרוסות הסיליקון של סין מהווה יותר מ-99% מסך הייצור העולמי. תעשיית הפוליסיליקון במורד הזרם מרוכזת בעיקר בסין. מחיר הפוליסיליקון המיוצר נמוך, עלות ההובלה נמוכה והביקוש מובטח במלואו. שנית, סין הטילה מכסי היצף גבוהים יחסית על יבוא פוליסיליקון בדרגה סולארית מארצות הברית ודרום קוריאה, מה שדיכא מאוד את צריכת הפוליסיליקון מארצות הברית ודרום קוריאה. יש לנקוט משנה זהירות בבניית פרויקטים חדשים; בנוסף, בשנים האחרונות, מפעלי פוליסיליקון סיניים בחו"ל התפתחו באיטיות עקב השפעת המכסים, וחלק מקווי הייצור צומצמו או אף נסגרו, וחלקם בייצור העולמי ירד משנה לשנה, כך שלא ניתן יהיה להשוות אותם לעלייה במחירי הפוליסיליקון בשנת 2021, שכן הרווחים הגבוהים והתנאים הפיננסיים של החברה הסינית אינם מספיקים כדי לתמוך בהרחבה מהירה ורחבת היקף כושר הייצור שלה.
בהתבסס על תחזיות ייצור הפוליסיליקון בסין ובחו"ל בין השנים 2022 ל-2025, ניתן לסכם את הערך החזוי של ייצור הפוליסיליקון העולמי. ההערכה היא כי ייצור הפוליסיליקון העולמי בשנת 2025 יגיע ל-1.371 מיליון טון. על פי ערך התחזית של ייצור הפוליסיליקון, ניתן לקבל באופן גס את חלקה של סין ביחס העולמי. צפוי כי חלקה של סין יגדל בהדרגה בין השנים 2022 ל-2025, והוא יעלה על 87% בשנת 2025.
6, סיכום ותחזית
פוליסיליקון ממוקם במורד הזרם של הסיליקון התעשייתי ובמעלה הזרם של כל שרשרת התעשייה הפוטו-וולטאית והמוליכים למחצה, ומעמדו חשוב מאוד. שרשרת התעשייה הפוטו-וולטאית היא בדרך כלל קיבולת מותקנת של פוליסיליקון-סיליקון פרוסות-תאים-מודול-פוטו-וולטאית, ושרשרת תעשיית המוליכים למחצה היא בדרך כלל פוליסיליקון-פרוסות סיליקון חד-גבישיות-פרוסות סיליקון-שבב. לשימושים שונים יש דרישות שונות לטוהר הפוליסיליקון. התעשייה הפוטו-וולטאית משתמשת בעיקר בפוליסיליקון בדרגה סולארית, ותעשיית המוליכים למחצה משתמשת בפוליסיליקון בדרגה אלקטרונית. לראשון טווח טוהר של 6N-8N, בעוד שהשני דורש טוהר של 9N ומעלה.
במשך שנים, תהליך הייצור המרכזי של פוליסיליקון היה שיטת סימנס המשופרת בכל רחבי העולם. בשנים האחרונות, כמה חברות חקרו באופן פעיל את שיטת המיטה המנוזלת של סילאן בעלות נמוכה יותר, דבר שעשוי להשפיע על דפוס הייצור. לפוליסיליקון בצורת מוט המיוצר בשיטת סימנס המותאמת יש מאפיינים של צריכת אנרגיה גבוהה, עלות גבוהה וטוהר גבוה, בעוד שלסיליקון גרגירי המיוצר בשיטת המיטה המנוזלת של סילאן יש מאפיינים של צריכת אנרגיה נמוכה, עלות נמוכה וטוהר נמוך יחסית. כמה חברות סיניות מימשו את הייצור ההמוני של סיליקון גרגירי ואת הטכנולוגיה של שימוש בסיליקון גרגירי לשאיבת פוליסיליקון, אך הדבר לא זכה לקידום נרחב. האם סיליקון גרגירי יוכל להחליף את הראשון בעתיד תלוי בשאלה האם יתרון העלות יכול לכסות את חיסרון האיכות, בהשפעת היישומים במורד הזרם ובשיפור בטיחות הסילאן. בשנים האחרונות, ייצור הפוליסיליקון העולמי גדל משנה לשנה, ומתאסף בהדרגה בסין. בין השנים 2017 ל-2021, ייצור הפוליסיליקון השנתי העולמי יגדל מ-432,000 טון ל-631,000 טון, עם הצמיחה המהירה ביותר בשנת 2021. במהלך תקופה זו, ייצור הפוליסיליקון העולמי התרכז בהדרגה יותר ויותר בסין, וחלקה של סין בייצור הפוליסיליקון גדל מ-56.02% בשנת 2017 ל-80.03% בשנת 2021. בין השנים 2022 ל-2025, אספקת הפוליסיליקון תוביל לצמיחה בקנה מידה גדול. ההערכה היא כי ייצור הפוליסיליקון בשנת 2025 יעמוד על 1.194 מיליון טון בסין, והייצור מעבר לים יגיע ל-176,000 טון. לכן, ייצור הפוליסיליקון העולמי בשנת 2025 יעמוד על כ-1.37 מיליון טון.
(מאמר זה מיועד אך ורק ללקוחות UrbanMines ואינו מהווה ייעוץ השקעות כלשהו)