1. ห่วงโซ่อุตสาหกรรมโพลีซิลิคอน: กระบวนการผลิตมีความซับซ้อน และส่วนปลายน้ำมุ่งเน้นไปที่เซมิคอนดักเตอร์สำหรับเซลล์แสงอาทิตย์
โพลีซิลิคอนส่วนใหญ่ผลิตจากซิลิคอนอุตสาหกรรม คลอรีน และไฮโดรเจน และอยู่ในขั้นตอนต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์และเซมิคอนดักเตอร์ จากข้อมูลของ CPIA วิธีการผลิตโพลีซิลิคอนหลักในปัจจุบันของโลกคือวิธี Siemens ที่ได้รับการปรับปรุง ยกเว้นประเทศจีน โพลีซิลิคอนมากกว่า 95% ผลิตด้วยวิธี Siemens ที่ได้รับการปรับปรุง ในกระบวนการเตรียมโพลีซิลิคอนด้วยวิธี Siemens ที่ได้รับการปรับปรุง ขั้นแรก ก๊าซคลอรีนจะรวมกับก๊าซไฮโดรเจนเพื่อสร้างไฮโดรเจนคลอไรด์ จากนั้นจะทำปฏิกิริยากับผงซิลิคอนหลังจากบดและโม่ซิลิคอนอุตสาหกรรมเพื่อสร้างไตรคลอโรซิเลน ซึ่งจะถูกรีดิวซ์เพิ่มเติมด้วยก๊าซไฮโดรเจนเพื่อสร้างโพลีซิลิคอน ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมสามารถหลอมและทำให้เย็นตัวลงเพื่อทำเป็นแท่งซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม และซิลิคอนผลึกเดี่ยวก็สามารถผลิตได้โดยวิธี Czochralski หรือการหลอมแบบโซน เมื่อเปรียบเทียบกับซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม ซิลิคอนผลึกเดี่ยวประกอบด้วยเม็ดผลึกที่มีทิศทางผลึกเดียวกัน ดังนั้นจึงมีค่าการนำไฟฟ้าและประสิทธิภาพการแปลงพลังงานที่ดีกว่า ทั้งแท่งซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมและแท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวสามารถนำไปตัดและแปรรูปเป็นแผ่นเวเฟอร์และเซลล์ซิลิคอน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์และใช้ในด้านพลังงานแสงอาทิตย์ นอกจากนี้ แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยวยังสามารถขึ้นรูปเป็นแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนได้โดยการเจียร ขัดเงา การปลูกผลึก การทำความสะอาด และกระบวนการอื่นๆ ซ้ำๆ ซึ่งสามารถใช้เป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เซมิคอนดักเตอร์ได้
ข้อกำหนดเกี่ยวกับปริมาณสิ่งเจือปนในโพลีซิลิคอนนั้นเข้มงวดมาก และอุตสาหกรรมนี้มีลักษณะเฉพาะคือการลงทุนด้านเงินทุนสูงและอุปสรรคทางเทคนิคสูง เนื่องจากความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อกระบวนการดึงซิลิคอนผลึกเดี่ยว ดังนั้นข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์จึงเข้มงวดอย่างยิ่ง ความบริสุทธิ์ขั้นต่ำของโพลีซิลิคอนคือ 99.9999% และสูงสุดใกล้เคียง 100% อย่างมาก นอกจากนี้ มาตรฐานแห่งชาติของจีนยังกำหนดข้อกำหนดที่ชัดเจนเกี่ยวกับปริมาณสิ่งเจือปน และบนพื้นฐานของสิ่งนี้ โพลีซิลิคอนจึงถูกแบ่งออกเป็นเกรด I, II และ III โดยที่ปริมาณของโบรอน ฟอสฟอรัส ออกซิเจน และคาร์บอนเป็นดัชนีอ้างอิงที่สำคัญ "เงื่อนไขการเข้าสู่อุตสาหกรรมโพลีซิลิคอน" กำหนดว่าสถานประกอบการต้องมีระบบการตรวจสอบและจัดการคุณภาพที่ดี และมาตรฐานผลิตภัณฑ์ต้องเป็นไปตามมาตรฐานแห่งชาติอย่างเคร่งครัด นอกจากนี้ เงื่อนไขการเข้าถึงยังกำหนดขนาดและปริมาณการใช้พลังงานของสถานประกอบการผลิตโพลีซิลิคอน เช่น โพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์และเกรดอิเล็กทรอนิกส์ โดยโครงการต้องมีขนาดมากกว่า 3,000 ตันต่อปี และ 1,000 ตันต่อปี ตามลำดับ และอัตราส่วนเงินทุนขั้นต่ำในการลงทุนในโครงการก่อสร้างใหม่ การปรับปรุง และการขยายโครงการต้องไม่ต่ำกว่า 30% ดังนั้น โพลีซิลิคอนจึงเป็นอุตสาหกรรมที่ต้องใช้เงินทุนสูง จากสถิติของ CPIA ต้นทุนการลงทุนของอุปกรณ์สายการผลิตโพลีซิลิคอนขนาด 10,000 ตันที่เริ่มดำเนินการในปี 2021 เพิ่มขึ้นเล็กน้อยเป็น 103 ล้านหยวน/กิโลกรัม สาเหตุมาจากการเพิ่มขึ้นของราคาวัตถุดิบโลหะจำนวนมาก คาดว่าต้นทุนการลงทุนในอนาคตจะเพิ่มขึ้นตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอุปกรณ์การผลิตและการลดขนาดของโมโนเมอร์เมื่อขนาดเพิ่มขึ้น ตามระเบียบ การใช้พลังงานของโพลีซิลิคอนสำหรับการลด Czochralski เกรดพลังงานแสงอาทิตย์และเกรดอิเล็กทรอนิกส์ควรน้อยกว่า 60 kWh/กก. และ 100 kWh/กก. ตามลำดับ และข้อกำหนดสำหรับตัวชี้วัดการใช้พลังงานค่อนข้างเข้มงวด การผลิตโพลีซิลิคอนมักอยู่ในกลุ่มอุตสาหกรรมเคมี กระบวนการผลิตค่อนข้างซับซ้อน และมีเกณฑ์สูงในด้านเส้นทางเทคนิค การเลือกอุปกรณ์ การทดสอบระบบ และการใช้งาน กระบวนการผลิตเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนมากมาย และมีจุดควบคุมมากกว่า 1,000 จุด ทำให้ผู้ประกอบการรายใหม่ยากที่จะเชี่ยวชาญฝีมือที่สั่งสมมานานได้อย่างรวดเร็ว ดังนั้น อุตสาหกรรมการผลิตโพลีซิลิคอนจึงมีอุปสรรคด้านเงินทุนและเทคโนโลยีสูง ซึ่งกระตุ้นให้ผู้ผลิตโพลีซิลิคอนต้องดำเนินการปรับปรุงกระบวนการ การบรรจุภัณฑ์ และการขนส่งอย่างเข้มงวด
2. การจำแนกประเภทโพลีซิลิคอน: ความบริสุทธิ์เป็นตัวกำหนดการใช้งาน และเกรดสำหรับเซลล์แสงอาทิตย์เป็นเกรดที่ได้รับความนิยมมากที่สุด
ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยม (Polycrystalline silicon) ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของธาตุซิลิคอน ประกอบด้วยผลึกที่มีทิศทางการเรียงตัวของผลึกแตกต่างกัน และส่วนใหญ่จะถูกทำให้บริสุทธิ์โดยกระบวนการแปรรูปซิลิคอนทางอุตสาหกรรม ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมมีลักษณะเป็นสีเทามันวาวคล้ายโลหะ จุดหลอมเหลวอยู่ที่ประมาณ 1410℃ มันไม่ทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้องและจะทำปฏิกิริยาได้มากขึ้นในสถานะหลอมเหลว ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมมีคุณสมบัติเป็นสารกึ่งตัวนำและเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำที่สำคัญและยอดเยี่ยมอย่างยิ่ง แต่สิ่งเจือปนเพียงเล็กน้อยก็สามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อการนำไฟฟ้าได้ มีวิธีการจำแนกประเภทซิลิคอนผลึกหลายวิธี นอกเหนือจากการจำแนกประเภทตามมาตรฐานแห่งชาติของจีนที่กล่าวมาข้างต้นแล้ว ในที่นี้จะกล่าวถึงวิธีการจำแนกประเภทที่สำคัญอีกสามวิธี ตามข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์และการใช้งานที่แตกต่างกัน ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมสามารถแบ่งออกเป็นซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมเกรดพลังงานแสงอาทิตย์และซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมเกรดอิเล็กทรอนิกส์ ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมเกรดพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ ในขณะที่ซิลิคอนผลึกหลายเหลี่ยมเกรดอิเล็กทรอนิกส์ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมวงจรรวมเป็นวัตถุดิบสำหรับชิปและผลิตภัณฑ์อื่นๆ ความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ที่ 6~8N นั่นคือ ปริมาณสิ่งเจือปนทั้งหมดต้องต่ำกว่า 10⁻⁶ และความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนต้องสูงถึง 99.9999% หรือมากกว่านั้น ส่วนข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์นั้นเข้มงวดกว่า โดยมีค่าต่ำสุดที่ 9N และค่าสูงสุดในปัจจุบันที่ 12N การผลิตโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์นั้นค่อนข้างยาก มีเพียงไม่กี่บริษัทในประเทศจีนที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีการผลิตโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ และพวกเขายังคงพึ่งพาการนำเข้าอยู่มาก ในปัจจุบัน ผลผลิตของโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์มีมากกว่าโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์มาก โดยผลผลิตของโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์มีมากกว่าโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ประมาณ 13.8 เท่า
ตามความแตกต่างของสารเจือปนและประเภทการนำไฟฟ้าของวัสดุซิลิคอน สามารถแบ่งออกเป็นชนิด P และชนิด N ได้ เมื่อซิลิคอนถูกเจือปนด้วยธาตุเจือปนแบบตัวรับ เช่น โบรอน อะลูมิเนียม แกลเลียม เป็นต้น การนำไฟฟ้าแบบโฮลจะเด่นชัดและเป็นชนิด P เมื่อซิลิคอนถูกเจือปนด้วยธาตุเจือปนแบบตัวให้ เช่น ฟอสฟอรัส อาร์เซนิก แอนติมอนี เป็นต้น การนำไฟฟ้าแบบอิเล็กตรอนจะเด่นชัดและเป็นชนิด N แบตเตอรี่ชนิด P ส่วนใหญ่ได้แก่ แบตเตอรี่ BSF และแบตเตอรี่ PERC ในปี 2021 แบตเตอรี่ PERC จะครองส่วนแบ่งตลาดโลกมากกว่า 91% และแบตเตอรี่ BSF จะหมดไป ในช่วงเวลาที่ PERC เข้ามาแทนที่ BSF ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานของเซลล์ชนิด P เพิ่มขึ้นจากต่ำกว่า 20% เป็นมากกว่า 23% ซึ่งใกล้จะถึงขีดจำกัดสูงสุดทางทฤษฎีที่ 24.5% ในขณะที่ขีดจำกัดสูงสุดทางทฤษฎีของเซลล์ชนิด N คือ 28.7% และเนื่องจากเซลล์ชนิด N มีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง และข้อดีของอัตราส่วนสองด้านสูงและค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิต่ำ บริษัทต่างๆ จึงเริ่มติดตั้งสายการผลิตจำนวนมากสำหรับแบตเตอรี่ชนิด N ตามการคาดการณ์ของ CPIA สัดส่วนของแบตเตอรี่ชนิด N จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจาก 3% เป็น 13.4% ในปี 2022 คาดว่าในอีกห้าปีข้างหน้า การพัฒนาจากแบตเตอรี่ชนิด N ไปเป็นแบตเตอรี่ชนิด P จะเกิดขึ้น ตามคุณภาพพื้นผิวที่แตกต่างกัน สามารถแบ่งออกเป็นวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง วัสดุแบบดอกกะหล่ำ และวัสดุแบบปะการัง วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงจะมีระดับความเว้าต่ำที่สุด น้อยกว่า 5 มม. ไม่มีสีผิดปกติ ไม่มีชั้นออกซิเดชัน และราคาสูงที่สุด วัสดุที่มีลักษณะคล้ายดอกกะหล่ำจะมีระดับความเว้าปานกลาง 5-20 มม. เนื้อสัมผัสปานกลาง และราคาอยู่ในระดับกลาง ในขณะที่วัสดุที่มีลักษณะคล้ายปะการังจะมีระดับความเว้าที่รุนแรงกว่า ความลึกมากกว่า 20 มม. เนื้อสัมผัสหลวม และราคาต่ำที่สุด วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตซิลิคอนผลึกเดี่ยว ในขณะที่วัสดุที่มีลักษณะคล้ายดอกกะหล่ำและวัสดุที่มีลักษณะคล้ายปะการังส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกหลายเม็ด ในการผลิตประจำวันของสถานประกอบการ วัสดุที่มีความหนาแน่นสูงสามารถผสมกับวัสดุที่มีลักษณะคล้ายดอกกะหล่ำได้ไม่น้อยกว่า 30% เพื่อผลิตซิลิคอนผลึกเดี่ยว ซึ่งสามารถประหยัดต้นทุนวัตถุดิบได้ แต่การใช้วัสดุที่มีลักษณะคล้ายดอกกะหล่ำจะลดประสิทธิภาพการดึงผลึกลงในระดับหนึ่ง สถานประกอบการจำเป็นต้องเลือกอัตราส่วนการผสมที่เหมาะสมหลังจากพิจารณาวัสดุทั้งสองแล้ว เมื่อไม่นานมานี้ ส่วนต่างราคาระหว่างวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงและวัสดุจากดอกกะหล่ำได้ทรงตัวอยู่ที่ประมาณ 3 หยวน/กิโลกรัม หากส่วนต่างราคานี้เพิ่มขึ้นอีก บริษัทต่างๆ อาจพิจารณาเติมวัสดุจากดอกกะหล่ำลงในซิลิคอนผลึกเดี่ยวมากขึ้น
3. กระบวนการ: วิธีการของซีเมนส์เป็นที่นิยมอย่างแพร่หลาย และการใช้พลังงานกลายเป็นกุญแจสำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยี
กระบวนการผลิตโพลีซิลิคอนแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนหลักๆ ขั้นตอนแรกคือการนำผงซิลิคอนอุตสาหกรรมมาทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์ปราศจากน้ำเพื่อให้ได้ไตรคลอโรซิเลนและไฮโดรเจน จากนั้นจึงทำการกลั่นและทำให้บริสุทธิ์ซ้ำๆ จนได้ก๊าซไตรคลอโรซิเลน ไดคลอโรไดไฮโดรซิลิคอน และซิเลน ขั้นตอนที่สองคือการรีดิวซ์ก๊าซบริสุทธิ์สูงดังกล่าวให้เป็นซิลิคอนผลึก โดยขั้นตอนการรีดิวซ์จะแตกต่างกันระหว่างวิธีของซีเมนส์ที่ปรับปรุงแล้วกับวิธีการใช้เตาเผาซิเลนแบบฟลูอิไดซ์เบด วิธีของซีเมนส์ที่ปรับปรุงแล้วมีเทคโนโลยีการผลิตที่พัฒนาแล้วและคุณภาพของผลิตภัณฑ์สูง จึงเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน วิธีการผลิตแบบดั้งเดิมของซีเมนส์คือการใช้คลอรีนและไฮโดรเจนในการสังเคราะห์ไฮโดรเจนคลอไรด์ปราศจากน้ำ จากนั้นใช้ไฮโดรเจนคลอไรด์และผงซิลิคอนอุตสาหกรรมในการสังเคราะห์ไตรคลอโรซิเลนที่อุณหภูมิที่กำหนด แล้วจึงแยก กลั่น และทำให้บริสุทธิ์ไตรคลอโรซิเลน ซิลิคอนจะผ่านปฏิกิริยารีดิวซ์ด้วยความร้อนในเตาเผารีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจนเพื่อให้ได้ซิลิคอนธาตุที่ตกตะกอนบนแกนซิลิคอน บนพื้นฐานนี้ กระบวนการผลิตที่ได้รับการปรับปรุงของซีเมนส์ยังมาพร้อมกับกระบวนการสนับสนุนสำหรับการรีไซเคิลผลิตภัณฑ์พลอยได้จำนวนมาก เช่น ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนคลอไรด์ และซิลิคอนเตตระคลอไรด์ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการผลิต ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยการกู้คืนก๊าซไอเสียจากการลดปฏิกิริยาและการนำซิลิคอนเตตระคลอไรด์กลับมาใช้ใหม่ ไฮโดรเจน ไฮโดรเจนคลอไรด์ ไตรคลอโรซิเลน และซิลิคอนเตตระคลอไรด์ในก๊าซไอเสียจะถูกแยกออกจากกันโดยการกู้คืนแบบแห้ง ไฮโดรเจนและไฮโดรเจนคลอไรด์สามารถนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการสังเคราะห์และการทำให้บริสุทธิ์ร่วมกับไตรคลอโรซิเลน และไตรคลอโรซิเลนจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่โดยตรงในกระบวนการลดความร้อน การทำให้บริสุทธิ์จะดำเนินการในเตาเผา และซิลิคอนเตตระคลอไรด์จะถูกเติมไฮโดรเจนเพื่อผลิตไตรคลอโรซิเลน ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ได้ ขั้นตอนนี้เรียกอีกอย่างว่าการบำบัดด้วยไฮโดรเจนเย็น การผลิตแบบวงจรปิดช่วยให้องค์กรสามารถลดการใช้วัตถุดิบและไฟฟ้าได้อย่างมาก จึงช่วยประหยัดต้นทุนการผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ต้นทุนการผลิตโพลีซิลิคอนโดยใช้วิธีการปรับปรุงของซีเมนส์ในประเทศจีนนั้นรวมถึงวัตถุดิบ การใช้พลังงาน ค่าเสื่อมราคา ต้นทุนการผลิต ฯลฯ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอุตสาหกรรมได้ช่วยลดต้นทุนลงอย่างมาก วัตถุดิบส่วนใหญ่หมายถึงซิลิคอนอุตสาหกรรมและไตรคลอโรซิเลน การใช้พลังงานรวมถึงไฟฟ้าและไอน้ำ และต้นทุนการผลิตหมายถึงต้นทุนการตรวจสอบและซ่อมแซมอุปกรณ์การผลิต จากสถิติต้นทุนการผลิตโพลีซิลิคอนของ Baichuan Yingfu ในช่วงต้นเดือนมิถุนายน 2022 วัตถุดิบเป็นรายการต้นทุนที่สูงที่สุด คิดเป็น 41% ของต้นทุนทั้งหมด โดยซิลิคอนอุตสาหกรรมเป็นแหล่งซิลิคอนหลัก ปริมาณการใช้ซิลิคอนต่อหน่วยที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมแสดงถึงปริมาณซิลิคอนที่ใช้ต่อหน่วยของผลิตภัณฑ์ซิลิคอนความบริสุทธิ์สูง วิธีการคำนวณคือการแปลงวัสดุที่มีซิลิคอนทั้งหมด เช่น ผงซิลิคอนอุตสาหกรรมที่จัดหาจากภายนอกและไตรคลอโรซิเลน ให้เป็นซิลิคอนบริสุทธิ์ จากนั้นหักไตรคลอโรซิเลนที่จัดหาจากภายนอกตามปริมาณซิลิคอนบริสุทธิ์ที่แปลงมาจากอัตราส่วนของปริมาณซิลิคอน จากข้อมูลของ CPIA ระดับการบริโภคซิลิคอนจะลดลง 0.01 กก./กก.-Si เหลือ 1.09 กก./กก.-Si ในปี 2021 คาดว่าด้วยการปรับปรุงกระบวนการไฮโดรจิเนชันเย็นและการรีไซเคิลผลิตภัณฑ์พลอยได้ จะลดลงเหลือ 1.07 กก./กก.-Si ภายในปี 2030 จากสถิติที่ไม่สมบูรณ์ การบริโภคซิลิคอนของบริษัทชั้นนำ 5 อันดับแรกของจีนในอุตสาหกรรมโพลีซิลิคอนนั้นต่ำกว่าค่าเฉลี่ยของอุตสาหกรรม โดยทราบว่าสองบริษัทจะบริโภค 1.08 กก./กก.-Si และ 1.05 กก./กก.-Si ตามลำดับในปี 2021 สัดส่วนที่สูงเป็นอันดับสองคือการใช้พลังงาน คิดเป็น 32% ของทั้งหมด ซึ่งไฟฟ้าคิดเป็น 30% ของต้นทุนทั้งหมด แสดงให้เห็นว่าราคาและประสิทธิภาพของไฟฟ้ายังคงเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการผลิตโพลีซิลิคอน ตัวชี้วัดหลักสองตัวในการวัดประสิทธิภาพพลังงานคือการใช้พลังงานโดยรวมและการใช้พลังงานในการลดปฏิกิริยา การใช้พลังงานในการลดปฏิกิริยาหมายถึงกระบวนการลดไตรคลอโรซิเลนและไฮโดรเจนเพื่อสร้างวัสดุซิลิคอนที่มีความบริสุทธิ์สูง การใช้พลังงานรวมถึงการอุ่นแกนซิลิคอนและการตกตะกอน การรักษาความร้อน การระบายอากาศขั้นสุดท้าย และการใช้พลังงานในกระบวนการผลิตอื่นๆ ในปี 2021 ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ การใช้พลังงานโดยเฉลี่ยโดยรวมของการผลิตโพลีซิลิคอนจะลดลง 5.3% เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า เหลือ 63 kWh/kg-Si และการใช้พลังงานเฉลี่ยในการลดวัสดุจะลดลง 6.1% เมื่อเทียบกับปีก่อนหน้า เหลือ 46 kWh/kg-Si ซึ่งคาดว่าจะลดลงอีกในอนาคต นอกจากนี้ ค่าเสื่อมราคาเป็นรายการต้นทุนที่สำคัญอีกรายการหนึ่ง คิดเป็น 17% เป็นที่น่าสังเกตว่า จากข้อมูลของ Baichuan Yingfu ต้นทุนการผลิตโพลีซิลิคอนทั้งหมดในช่วงต้นเดือนมิถุนายน 2565 อยู่ที่ประมาณ 55,816 หยวน/ตัน ราคาเฉลี่ยของโพลีซิลิคอนในตลาดอยู่ที่ประมาณ 260,000 หยวน/ตัน และอัตรากำไรขั้นต้นสูงถึง 70% หรือมากกว่านั้น จึงดึงดูดให้บริษัทจำนวนมากเข้ามาลงทุนสร้างโรงงานผลิตโพลีซิลิคอน
ผู้ผลิตโพลีซิลิคอนสามารถลดต้นทุนได้สองวิธี วิธีแรกคือการลดต้นทุนวัตถุดิบ และวิธีที่สองคือการลดการใช้พลังงาน ในส่วนของวัตถุดิบ ผู้ผลิตสามารถลดต้นทุนได้โดยการทำข้อตกลงความร่วมมือระยะยาวกับผู้ผลิตซิลิคอนอุตสาหกรรม หรือการสร้างกำลังการผลิตแบบครบวงจรทั้งต้นน้ำและปลายน้ำ ตัวอย่างเช่น โรงงานผลิตโพลีซิลิคอนส่วนใหญ่พึ่งพาการจัดหาซิลิคอนอุตสาหกรรมของตนเอง ในส่วนของการใช้พลังงาน ผู้ผลิตสามารถลดต้นทุนค่าไฟฟ้าได้โดยการลดราคาค่าไฟฟ้าและปรับปรุงการใช้พลังงานโดยรวม การลดการใช้พลังงานคิดเป็นประมาณ 70% ของการใช้พลังงานโดยรวม และการลดการใช้พลังงานก็เป็นกุญแจสำคัญในการผลิตซิลิคอนผลึกที่มีความบริสุทธิ์สูง ดังนั้น กำลังการผลิตโพลีซิลิคอนส่วนใหญ่ในจีนจึงกระจุกตัวอยู่ในภูมิภาคที่มีราคาค่าไฟฟ้าต่ำ เช่น ซินเจียง มองโกเลียใน เสฉวน และยูนนาน อย่างไรก็ตาม ด้วยความก้าวหน้าของนโยบายลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ทำให้การหาแหล่งพลังงานราคาถูกจำนวนมากทำได้ยาก ดังนั้น การลดการใช้พลังงานจึงเป็นวิธีลดต้นทุนที่ทำได้จริงมากกว่าในปัจจุบัน ในปัจจุบัน วิธีที่มีประสิทธิภาพในการลดการใช้พลังงานในการลดปฏิกิริยาคือการเพิ่มจำนวนแกนซิลิคอนในเตาลดปฏิกิริยา ซึ่งจะช่วยเพิ่มกำลังการผลิตต่อหน่วย ปัจจุบัน เตาลดปฏิกิริยาหลักๆ ในประเทศจีนมีแบบ 36 คู่แกน 40 คู่แกน และ 48 คู่แกน การอัพเกรดเตาลดปฏิกิริยาเป็น 60 คู่แกน และ 72 คู่แกนนั้น ในขณะเดียวกันก็ทำให้ความต้องการด้านเทคโนโลยีการผลิตของสถานประกอบการสูงขึ้นด้วย
เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการปรับปรุงของซีเมนส์แล้ว วิธีการใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดที่ใช้ซิเลนมีข้อดี 3 ประการ คือ การใช้พลังงานต่ำ ผลผลิตการดึงผลึกสูง และเหมาะสมกว่าในการนำไปใช้ร่วมกับเทคโนโลยีการดึงผลึกแบบต่อเนื่อง CCZ ที่ทันสมัยกว่า จากข้อมูลของสาขาอุตสาหกรรมซิลิคอน การใช้พลังงานโดยรวมของวิธีการใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดที่ใช้ซิเลนนั้นคิดเป็น 33.33% ของวิธีการปรับปรุงของซีเมนส์ และการใช้พลังงานที่ลดลงคิดเป็น 10% ของวิธีการปรับปรุงของซีเมนส์ วิธีการใช้เตาเผาแบบฟลูอิไดซ์เบดที่ใช้ซิเลนจึงมีข้อได้เปรียบด้านการประหยัดพลังงานอย่างมาก ในแง่ของการดึงผลึก คุณสมบัติทางกายภาพของซิลิคอนแบบเม็ดช่วยให้เติมเบ้าหลอมควอตซ์ในส่วนเชื่อมต่อแท่งดึงซิลิคอนผลึกเดี่ยวได้ง่ายขึ้น ซิลิคอนผลึกหลายเม็ดและซิลิคอนแบบเม็ดสามารถเพิ่มความจุในการบรรจุเบ้าหลอมเตาเผาเดี่ยวได้ถึง 29% ในขณะที่ลดเวลาในการบรรจุลง 41% ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการดึงซิลิคอนผลึกเดี่ยวได้อย่างมาก นอกจากนี้ ซิลิคอนเม็ดเล็กยังมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กและมีความลื่นไหลดี ซึ่งเหมาะสมกว่าสำหรับวิธีการ Czochralski แบบต่อเนื่อง (CCZ) ปัจจุบัน เทคโนโลยีหลักของการดึงผลึกเดี่ยวในระดับกลางและล่างคือวิธีการหล่อซ้ำผลึกเดี่ยว (RCZ) ซึ่งเป็นการป้อนและดึงผลึกใหม่หลังจากที่ดึงแท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวแล้ว การดึงจะดำเนินการในเวลาเดียวกัน ซึ่งช่วยประหยัดเวลาในการทำให้แท่งซิลิคอนผลึกเดี่ยวเย็นตัวลง ดังนั้นประสิทธิภาพการผลิตจึงสูงขึ้น การพัฒนาอย่างรวดเร็วของวิธีการ Czochralski แบบต่อเนื่อง (CCZ) จะผลักดันความต้องการซิลิคอนเม็ดให้สูงขึ้นเช่นกัน แม้ว่าซิลิคอนเม็ดจะมีข้อเสียอยู่บ้าง เช่น ผงซิลิคอนที่เกิดจากแรงเสียดทานมากขึ้น พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ และการดูดซับสิ่งปนเปื้อนได้ง่าย และไฮโดรเจนที่รวมตัวเป็นไฮโดรเจนในระหว่างการหลอม ซึ่งทำให้เกิดการกระโดดข้ามได้ง่าย แต่จากการประกาศล่าสุดของบริษัทผู้ผลิตซิลิคอนเม็ดที่เกี่ยวข้อง ปัญหาเหล่านี้กำลังได้รับการปรับปรุงและมีความคืบหน้าบ้างแล้ว
กระบวนการผลิตซิลิกาแบบฟลูอิไดซ์เบดด้วยซิลิกาเป็นกระบวนการที่พัฒนาแล้วในยุโรปและสหรัฐอเมริกา แต่เพิ่งเริ่มต้นขึ้นหลังจากที่บริษัทจีนเข้ามาใช้ ตั้งแต่ช่วงทศวรรษ 1980 บริษัทซิลิกาเม็ดจากต่างประเทศ เช่น REC และ MEMC เริ่มสำรวจการผลิตซิลิกาเม็ดและประสบความสำเร็จในการผลิตขนาดใหญ่ โดยในปี 2010 กำลังการผลิตรวมของ REC สูงถึง 10,500 ตันต่อปี และเมื่อเทียบกับบริษัท Siemens ในช่วงเวลาเดียวกันแล้ว มีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนอย่างน้อย 2-3 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความต้องการในการดึงผลึกเดี่ยว การผลิตซิลิกาเม็ดของบริษัทจึงชะงักงันและในที่สุดก็หยุดการผลิตไป และหันไปร่วมทุนกับจีนเพื่อจัดตั้งบริษัทผลิตซิลิกาเม็ดขึ้นมา
4. วัตถุดิบ: ซิลิคอนอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบหลัก และปริมาณการจัดหาเพียงพอต่อความต้องการในการขยายตัวของโพลีซิลิคอน
ซิลิคอนอุตสาหกรรมเป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตโพลีซิลิคอน คาดว่าผลผลิตซิลิคอนอุตสาหกรรมของจีนจะเติบโตอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2025 ตั้งแต่ปี 2010 ถึง 2021 การผลิตซิลิคอนอุตสาหกรรมของจีนอยู่ในช่วงขยายตัว โดยมีอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปีของกำลังการผลิตและผลผลิตอยู่ที่ 7.4% และ 8.6% ตามลำดับ จากข้อมูลของ SMM พบว่า กำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นใหม่นี้...กำลังการผลิตซิลิคอนในระดับอุตสาหกรรมปริมาณการผลิตซิลิคอนในประเทศจีนจะอยู่ที่ 890,000 ตัน และ 1.065 ล้านตัน ในปี 2022 และ 2023 ตามลำดับ โดยสมมติว่าบริษัทอุตสาหกรรมซิลิคอนจะยังคงรักษาระดับการใช้กำลังการผลิตและอัตราการดำเนินงานไว้ที่ประมาณ 60% ในอนาคต ปริมาณการผลิตที่เพิ่มขึ้นใหม่ของจีนจึงน่าจะเอื้อประโยชน์ต่อการเติบโตในอนาคตกำลังการผลิตในปี 2022 และ 2023 จะเพิ่มขึ้น 320,000 ตัน และ 383,000 ตัน ตามลำดับ ตามการประมาณการของ GFCIกำลังการผลิตซิลิคอนเชิงอุตสาหกรรมของจีนในปี 2022/2023/2024/2025 อยู่ที่ประมาณ 5.90/697/6.71/6.5 ล้านตัน ซึ่งสอดคล้องกับ 3.55/391/4.18/4.38 ล้านตันตามลำดับ
อัตราการเติบโตของอุตสาหกรรมซิลิคอนอีกสองด้านที่เหลือค่อนข้างช้า และการผลิตซิลิคอนอุตสาหกรรมของจีนสามารถตอบสนองความต้องการการผลิตโพลีซิลิคอนได้โดยพื้นฐานแล้ว ในปี 2021 กำลังการผลิตซิลิคอนอุตสาหกรรมของจีนจะอยู่ที่ 5.385 ล้านตัน คิดเป็นผลผลิต 3.213 ล้านตัน โดยโพลีซิลิคอน ซิลิคอนอินทรีย์ และโลหะผสมอะลูมิเนียมจะใช้ปริมาณ 623,000 ตัน 898,000 ตัน และ 649,000 ตัน ตามลำดับ นอกจากนี้ ผลผลิตเกือบ 780,000 ตันยังส่งออกอีกด้วย ในปี 2021 การบริโภคโพลีซิลิคอน ซิลิคอนอินทรีย์ และโลหะผสมอะลูมิเนียมจะคิดเป็น 19%, 28% และ 20% ของซิลิคอนอุตสาหกรรมทั้งหมด ตามลำดับ ตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2025 คาดว่าอัตราการเติบโตของการผลิตซิลิคอนอินทรีย์จะอยู่ที่ประมาณ 10% และอัตราการเติบโตของการผลิตโลหะผสมอะลูมิเนียมจะต่ำกว่า 5% ดังนั้น เราเชื่อว่าปริมาณซิลิคอนอุตสาหกรรมที่สามารถนำมาใช้ในการผลิตโพลีซิลิคอนในช่วงปี 2022-2025 นั้นค่อนข้างเพียงพอ ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการการผลิตโพลีซิลิคอนได้อย่างเต็มที่
5. การจัดหาโพลีซิลิคอน:จีนครองตำแหน่งที่โดดเด่น และการผลิตค่อยๆ รวมตัวอยู่ที่องค์กรชั้นนำ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทุกปี และค่อยๆ กระจุกตัวอยู่ในประเทศจีน ตั้งแต่ปี 2017 ถึง 2021 การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกเพิ่มขึ้นจาก 432,000 ตัน เป็น 631,000 ตัน โดยมีการเติบโตเร็วที่สุดในปี 2021 ด้วยอัตราการเติบโต 21.11% ในช่วงเวลานี้ การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกค่อยๆ กระจุกตัวอยู่ในประเทศจีน และสัดส่วนการผลิตโพลีซิลิคอนของจีนเพิ่มขึ้นจาก 56.02% ในปี 2017 เป็น 80.03% ในปี 2021 เมื่อเปรียบเทียบ บริษัท 10 อันดับแรกที่มีกำลังการผลิตโพลีซิลิคอนมากที่สุดในโลกในปี 2010 และ 2021 จะพบว่าจำนวนบริษัทจีนเพิ่มขึ้นจาก 4 เป็น 8 บริษัท และสัดส่วนกำลังการผลิตของบริษัทอเมริกันและเกาหลีบางแห่งลดลงอย่างมาก จนหลุดจาก 10 อันดับแรก เช่น HEMOLOCK, OCI, REC และ MEMC ความเข้มข้นของอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ และกำลังการผลิตรวมของบริษัทชั้นนำ 10 อันดับแรกในอุตสาหกรรมเพิ่มขึ้นจาก 57.7% เป็น 90.3% ในปี 2021 มีบริษัทจีน 5 แห่งที่มีส่วนแบ่งกำลังการผลิตมากกว่า 10% คิดเป็นสัดส่วนรวม 65.7% มีเหตุผลหลัก 3 ประการที่ทำให้การย้ายฐานการผลิตโพลีซิลิคอนมายังประเทศจีนค่อยๆ เพิ่มขึ้น ประการแรก ผู้ผลิตโพลีซิลิคอนของจีนมีข้อได้เปรียบอย่างมากในด้านวัตถุดิบ ไฟฟ้า และต้นทุนแรงงาน ค่าแรงของคนงานต่ำกว่าในต่างประเทศ ดังนั้นต้นทุนการผลิตโดยรวมในจีนจึงต่ำกว่าในต่างประเทศมาก และจะลดลงอย่างต่อเนื่องตามความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ประการที่สอง คุณภาพของผลิตภัณฑ์โพลีซิลิคอนของจีนมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ส่วนใหญ่อยู่ในระดับชั้นนำสำหรับใช้กับแผงโซลาร์เซลล์ และบางบริษัทที่ก้าวหน้าก็ตรงตามข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ มีการพัฒนาที่สำคัญในเทคโนโลยีการผลิตโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ระดับสูง ซึ่งค่อยๆ นำไปสู่การทดแทนการนำเข้าด้วยโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตในประเทศ และบริษัทชั้นนำของจีนกำลังส่งเสริมการสร้างโครงการโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์อย่างแข็งขัน ผลผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนในจีนมีมากกว่า 95% ของผลผลิตทั่วโลก ซึ่งค่อยๆ เพิ่มอัตราการพึ่งพาตนเองด้านโพลีซิลิคอนของจีน และส่งผลให้ตลาดของบริษัทโพลีซิลิคอนต่างประเทศถูกบีบในระดับหนึ่ง
ตั้งแต่ปี 2017 ถึง 2021 ผลผลิตโพลีซิลิคอนประจำปีของจีนจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยส่วนใหญ่จะอยู่ในพื้นที่ที่อุดมด้วยทรัพยากรพลังงาน เช่น ซินเจียง มองโกเลียใน และเสฉวน ในปี 2021 การผลิตโพลีซิลิคอนของจีนจะเพิ่มขึ้นจาก 392,000 ตัน เป็น 505,000 ตัน เพิ่มขึ้น 28.83% ในแง่ของกำลังการผลิต กำลังการผลิตโพลีซิลิคอนของจีนโดยทั่วไปมีแนวโน้มเพิ่มขึ้น แต่ลดลงในปี 2020 เนื่องจากการปิดตัวของผู้ผลิตบางราย นอกจากนี้ อัตราการใช้กำลังการผลิตของวิสาหกิจโพลีซิลิคอนของจีนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ปี 2018 และอัตราการใช้กำลังการผลิตในปี 2021 จะอยู่ที่ 97.12% ในแง่ของจังหวัด การผลิตโพลีซิลิคอนของจีนในปี 2021 ส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในพื้นที่ที่มีราคาไฟฟ้าต่ำ เช่น ซินเจียง มองโกเลียใน และเสฉวน ผลผลิตของซินเจียงอยู่ที่ 270,400 ตัน ซึ่งคิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของผลผลิตทั้งหมดในประเทศจีน
อุตสาหกรรมโพลีซิลิคอนของจีนมีลักษณะเด่นคือมีการกระจุกตัวสูง โดยมีค่า CR6 อยู่ที่ 77% และคาดว่าจะมีแนวโน้มสูงขึ้นอีกในอนาคต การผลิตโพลีซิลิคอนเป็นอุตสาหกรรมที่มีเงินทุนสูงและอุปสรรคทางเทคนิคสูง วงจรการก่อสร้างโครงการและการผลิตมักใช้เวลาสองปีขึ้นไป ทำให้ผู้ผลิตรายใหม่เข้าสู่อุตสาหกรรมได้ยาก เมื่อพิจารณาจากการขยายตัวและโครงการใหม่ที่วางแผนไว้ในอีกสามปีข้างหน้า ผู้ผลิตในกลุ่มผูกขาดในอุตสาหกรรมจะยังคงขยายกำลังการผลิตต่อไปโดยอาศัยความได้เปรียบด้านเทคโนโลยีและขนาดของตนเอง และสถานะการผูกขาดของพวกเขาก็จะเพิ่มสูงขึ้นต่อไป
คาดการณ์ว่าอุปทานโพลีซิลิคอนของจีนจะเติบโตอย่างมากในช่วงปี 2022 ถึง 2025 และการผลิตโพลีซิลิคอนจะแตะระดับ 1.194 ล้านตันในปี 2025 ซึ่งจะผลักดันการขยายตัวของขนาดการผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลก ในปี 2021 ด้วยราคาโพลีซิลิคอนที่พุ่งสูงขึ้นในจีน ผู้ผลิตรายใหญ่ได้ลงทุนสร้างสายการผลิตใหม่ และในขณะเดียวกันก็ดึงดูดผู้ผลิตรายใหม่ให้เข้ามาในอุตสาหกรรม เนื่องจากโครงการโพลีซิลิคอนต้องใช้เวลาอย่างน้อยหนึ่งปีครึ่งถึงสองปีตั้งแต่การก่อสร้างจนถึงการผลิต การก่อสร้างใหม่ในปี 2021 จะแล้วเสร็จ และกำลังการผลิตโดยทั่วไปจะเริ่มดำเนินการผลิตในช่วงครึ่งหลังของปี 2022 และปี 2023 ซึ่งสอดคล้องกับแผนโครงการใหม่ที่ผู้ผลิตรายใหญ่ประกาศในปัจจุบันเป็นอย่างมาก กำลังการผลิตใหม่ในช่วงปี 2022-2025 ส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในปี 2022 และ 2023 หลังจากนั้น เมื่ออุปสงค์และอุปทานของโพลีซิลิคอนและราคามีเสถียรภาพมากขึ้น กำลังการผลิตรวมในอุตสาหกรรมก็จะค่อยๆ ทรงตัวและลดลง กล่าวคือ อัตราการเติบโตของกำลังการผลิตจะค่อยๆ ลดลง นอกจากนี้ อัตราการใช้กำลังการผลิตของบริษัทโพลีซิลิคอนยังคงอยู่ในระดับสูงในช่วงสองปีที่ผ่านมา แต่การเพิ่มกำลังการผลิตของโครงการใหม่ๆ ต้องใช้เวลา และผู้เข้ามาใหม่ก็ต้องใช้กระบวนการในการเรียนรู้เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง ดังนั้น อัตราการใช้กำลังการผลิตของโครงการโพลีซิลิคอนใหม่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจึงจะต่ำ จากข้อมูลนี้ สามารถคาดการณ์การผลิตโพลีซิลิคอนในช่วงปี 2022-2025 ได้ โดยคาดว่าการผลิตโพลีซิลิคอนในปี 2025 จะอยู่ที่ประมาณ 1.194 ล้านตัน
การกระจุกตัวของกำลังการผลิตในต่างประเทศค่อนข้างสูง และอัตราและความเร็วของการเพิ่มขึ้นของการผลิตในอีกสามปีข้างหน้าจะไม่สูงเท่ากับของจีน กำลังการผลิตโพลีซิลิคอนในต่างประเทศส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในบริษัทชั้นนำสี่แห่ง และที่เหลือส่วนใหญ่เป็นกำลังการผลิตขนาดเล็ก ในแง่ของกำลังการผลิต Wacker Chem ครองส่วนแบ่งครึ่งหนึ่งของกำลังการผลิตโพลีซิลิคอนในต่างประเทศ โรงงานของบริษัทในเยอรมนีและสหรัฐอเมริกามีกำลังการผลิต 60,000 ตันและ 20,000 ตันตามลำดับ การขยายตัวอย่างรวดเร็วของกำลังการผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกในปี 2022 และหลังจากนั้น อาจทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับอุปทานล้นตลาด บริษัทจึงยังคงอยู่ในช่วงรอสังเกตการณ์และยังไม่ได้วางแผนที่จะเพิ่มกำลังการผลิตใหม่ บริษัท OCI ยักษ์ใหญ่ด้านโพลีซิลิคอนของเกาหลีใต้ กำลังทยอยย้ายสายการผลิตโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ไปยังมาเลเซีย ในขณะที่ยังคงสายการผลิตโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์เดิมไว้ในประเทศจีน ซึ่งวางแผนจะเพิ่มกำลังการผลิตเป็น 5,000 ตันในปี 2022 กำลังการผลิตของ OCI ในมาเลเซียจะเพิ่มขึ้นเป็น 27,000 ตันและ 30,000 ตันในปี 2020 และ 2021 ตามลำดับ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการใช้พลังงานและหลีกเลี่ยงภาษีนำเข้าโพลีซิลิคอนที่สูงของจีนในสหรัฐอเมริกาและเกาหลีใต้ บริษัทวางแผนที่จะผลิต 95,000 ตัน แต่ยังไม่แน่ชัดว่าจะเริ่มต้นเมื่อใด คาดว่าจะเพิ่มขึ้นปีละ 5,000 ตันในอีกสี่ปีข้างหน้า บริษัท REC ของนอร์เวย์มีฐานการผลิตสองแห่งในรัฐวอชิงตันและรัฐมอนแทนา สหรัฐอเมริกา โดยมีกำลังการผลิตโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับพลังงานแสงอาทิตย์ 18,000 ตัน และโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ 2,000 ตันต่อปี REC ซึ่งประสบปัญหาทางการเงินอย่างหนัก ได้เลือกที่จะระงับการผลิต แต่ต่อมาได้รับการกระตุ้นจากราคาโพลีซิลิคอนที่พุ่งสูงขึ้นในปี 2021 บริษัทจึงตัดสินใจเริ่มการผลิตอีกครั้ง โดยเริ่มโครงการผลิต 18,000 ตันในรัฐวอชิงตัน และ 2,000 ตันในรัฐมอนแทนาภายในสิ้นปี 2023 และสามารถเพิ่มกำลังการผลิตให้ได้ตามเป้าหมายในปี 2024 ส่วน Hemlock เป็นผู้ผลิตโพลีซิลิคอนรายใหญ่ที่สุดในสหรัฐอเมริกา โดยเชี่ยวชาญด้านโพลีซิลิคอนเกรดอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความบริสุทธิ์สูง อุปสรรคทางด้านเทคโนโลยีขั้นสูงในการผลิตทำให้ยากที่จะหาผลิตภัณฑ์อื่นมาทดแทนในตลาด ประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าบริษัทไม่มีแผนที่จะสร้างโครงการใหม่ภายในไม่กี่ปีข้างหน้า คาดว่ากำลังการผลิตของบริษัทจะคงอยู่ที่ 18,000 ตันต่อปีในช่วงปี 2022-2025 นอกจากนี้ ในปี 2021 กำลังการผลิตใหม่ของบริษัทอื่นๆ นอกเหนือจากสี่บริษัทข้างต้นจะอยู่ที่ 5,000 ตัน เนื่องจากขาดความเข้าใจในแผนการผลิตของทุกบริษัท จึงสันนิษฐานว่ากำลังการผลิตใหม่จะอยู่ที่ 5,000 ตันต่อปี ตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2025
จากข้อมูลกำลังการผลิตในต่างประเทศ คาดการณ์ว่าการผลิตโพลีซิลิคอนในต่างประเทศในปี 2025 จะอยู่ที่ประมาณ 176,000 ตัน โดยสมมติว่าอัตราการใช้กำลังการผลิตโพลีซิลิคอนในต่างประเทศยังคงไม่เปลี่ยนแปลง หลังจากราคาโพลีซิลิคอนพุ่งสูงขึ้นอย่างมากในปี 2021 บริษัทจีนได้เพิ่มการผลิตและขยายการผลิต ในขณะที่บริษัทต่างประเทศมีความระมัดระวังมากขึ้นในการวางแผนโครงการใหม่ เนื่องจากอุตสาหกรรมโพลีซิลิคอนอยู่ในการควบคุมของจีนอยู่แล้ว และการเพิ่มการผลิตโดยไม่ระมัดระวังอาจนำมาซึ่งการขาดทุน ในด้านต้นทุน การใช้พลังงานเป็นส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดของต้นทุนโพลีซิลิคอน ดังนั้นราคาไฟฟ้าจึงมีความสำคัญมาก และซินเจียง มองโกเลียใน เสฉวน และภูมิภาคอื่นๆ มีข้อได้เปรียบที่ชัดเจน ในด้านอุปสงค์ ในฐานะที่เป็นปลายน้ำโดยตรงของโพลีซิลิคอน การผลิตแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนของจีนคิดเป็นมากกว่า 99% ของทั้งหมดของโลก อุตสาหกรรมปลายน้ำของโพลีซิลิคอนส่วนใหญ่กระจุกตัวอยู่ในจีน ข้อดีคือ ราคาผลิตโพลีซิลิคอนต่ำ ค่าขนส่งต่ำ และความต้องการมีแน่นอน ประการที่สอง จีนได้กำหนดภาษีต่อต้านการทุ่มตลาดที่ค่อนข้างสูงสำหรับการนำเข้าโพลีซิลิคอนเกรดพลังงานแสงอาทิตย์จากสหรัฐอเมริกาและเกาหลีใต้ ซึ่งส่งผลให้การบริโภคโพลีซิลิคอนจากสหรัฐอเมริกาและเกาหลีใต้ลดลงอย่างมาก จึงควรระมัดระวังในการสร้างโครงการใหม่ นอกจากนี้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทโพลีซิลิคอนในต่างประเทศของจีนพัฒนาช้าลงเนื่องจากผลกระทบจากภาษี และสายการผลิตบางส่วนถูกลดขนาดหรือปิดตัวลง สัดส่วนของบริษัทเหล่านี้ในการผลิตทั่วโลกลดลงทุกปี ดังนั้นจึงไม่สามารถเปรียบเทียบกับการเพิ่มขึ้นของราคาโพลีซิลิคอนในปี 2021 ได้ เนื่องจากบริษัทจีนมีกำไรสูง สภาพทางการเงินไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนการขยายกำลังการผลิตอย่างรวดเร็วและในวงกว้าง
จากการคาดการณ์การผลิตโพลีซิลิคอนในประเทศจีนและต่างประเทศระหว่างปี 2022 ถึง 2025 ทำให้สามารถสรุปมูลค่าการผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกได้ โดยคาดว่าการผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกในปี 2025 จะอยู่ที่ 1.371 ล้านตัน จากมูลค่าการคาดการณ์การผลิตโพลีซิลิคอนนี้ ทำให้สามารถประมาณส่วนแบ่งของจีนในตลาดโลกได้ โดยคาดว่าส่วนแบ่งของจีนจะค่อยๆ ขยายตัวระหว่างปี 2022 ถึง 2025 และจะเกิน 87% ในปี 2025
6. สรุปและแนวโน้มในอนาคต
โพลีซิลิคอนอยู่ในขั้นตอนปลายน้ำของการผลิตซิลิคอนในระดับอุตสาหกรรม และอยู่ต้นน้ำของห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์และเซมิคอนดักเตอร์ทั้งหมด ดังนั้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง ห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์โดยทั่วไปประกอบด้วย โพลีซิลิคอน-แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน-เซลล์-โมดูล-กำลังการผลิตติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ และห่วงโซ่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์โดยทั่วไปประกอบด้วย โพลีซิลิคอน-แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอนผลึกเดี่ยว-แผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน-ชิป การใช้งานที่แตกต่างกันมีความต้องการความบริสุทธิ์ของโพลีซิลิคอนที่แตกต่างกัน อุตสาหกรรมพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่ใช้โพลีซิลิคอนเกรดสำหรับผลิตพลังงานแสงอาทิตย์ และอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใช้โพลีซิลิคอนเกรดสำหรับผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ โดยโพลีซิลิคอนเกรดสำหรับผลิตพลังงานแสงอาทิตย์มีช่วงความบริสุทธิ์ 6N-8N ในขณะที่เกรดสำหรับผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต้องการความบริสุทธิ์ 9N ขึ้นไป
เป็นเวลาหลายปีแล้วที่กระบวนการผลิตโพลีซิลิคอนหลักทั่วโลกคือวิธีการปรับปรุงของซีเมนส์ ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ บริษัทบางแห่งได้สำรวจวิธีการผลิตแบบฟลูอิไดซ์เบดด้วยไซเลนที่มีต้นทุนต่ำกว่าอย่างจริงจัง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อรูปแบบการผลิต โพลีซิลิคอนรูปแท่งที่ผลิตด้วยวิธีการปรับปรุงของซีเมนส์มีลักษณะเด่นคือ การใช้พลังงานสูง ต้นทุนสูง และความบริสุทธิ์สูง ในขณะที่ซิลิคอนแบบเม็ดที่ผลิตด้วยวิธีฟลูอิไดซ์เบดด้วยไซเลนมีลักษณะเด่นคือ การใช้พลังงานต่ำ ต้นทุนต่ำ และความบริสุทธิ์ค่อนข้างต่ำ บริษัทจีนบางแห่งได้ประสบความสำเร็จในการผลิตซิลิคอนแบบเม็ดในปริมาณมากและเทคโนโลยีการใช้ซิลิคอนแบบเม็ดในการดึงโพลีซิลิคอน แต่ยังไม่ได้รับการส่งเสริมอย่างกว้างขวาง ว่าซิลิคอนแบบเม็ดจะสามารถเข้ามาแทนที่แบบเดิมได้ในอนาคตหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับว่าข้อได้เปรียบด้านต้นทุนจะชดเชยข้อเสียด้านคุณภาพได้หรือไม่ ผลกระทบต่อการใช้งานในขั้นตอนต่อไป และการปรับปรุงความปลอดภัยของไซเลน ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกเพิ่มขึ้นทุกปี และค่อยๆ รวมตัวกันที่ประเทศจีน ตั้งแต่ปี 2017 ถึง 2021 การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกจะเพิ่มขึ้นจาก 432,000 ตันเป็น 631,000 ตัน โดยมีการเติบโตเร็วที่สุดในปี 2021 ในช่วงเวลาดังกล่าว การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกค่อยๆ กระจุกตัวอยู่ที่ประเทศจีนมากขึ้นเรื่อยๆ และสัดส่วนการผลิตโพลีซิลิคอนของจีนเพิ่มขึ้นจาก 56.02% ในปี 2017 เป็น 80.03% ในปี 2021 ตั้งแต่ปี 2022 ถึง 2025 อุปทานของโพลีซิลิคอนจะเติบโตอย่างมาก คาดการณ์ว่าการผลิตโพลีซิลิคอนในปี 2025 ในประเทศจีนจะอยู่ที่ 1.194 ล้านตัน และการผลิตในต่างประเทศจะอยู่ที่ 176,000 ตัน ดังนั้น การผลิตโพลีซิลิคอนทั่วโลกในปี 2025 จะอยู่ที่ประมาณ 1.37 ล้านตัน
(บทความนี้จัดทำขึ้นเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับลูกค้าของ UrbanMines เท่านั้น และไม่ได้เป็นคำแนะนำด้านการลงทุนแต่อย่างใด)