多晶硅分类、生产工艺、成本及集中度分析

多晶硅生产工艺复杂，有较高的技术壁垒。

一、多晶硅分类

（一）按照生产工艺分类

按生产工艺不同，多晶硅可被划分为棒状硅和颗粒硅，前者采用的是目前主流技术— —改良西门子法生产（TCS），后者则是采用硅烷流化床工艺（FBR）生产。改良西门子法 生产出棒状硅后，并不能直接供下游使用，需要将其破碎成块状才可用作后续生产，而颗 粒硅形状为“颗粒状”，无需进行破碎即可直接使用，一定程度上避免了硅料的损耗。目 前改良西门子法依然是多晶硅生产的主要工艺，所对应的产成品棒状硅也是目前多晶硅的 主要形态，据《中国光伏产业发展路线图（2023-2024 年）》，2023 年颗粒硅市场份额有所 提升，达到 17.3%，棒状硅市场份额为 82.7%。目前颗粒硅仅少量企业掌握生产工艺，协鑫 科技为典型代表。

（二）根据表面质量分类

根据表面质量的不同，块状硅可划分为致密料、菜花料和珊瑚料。致密料表面颗粒凹陷 程度最低，小于 5mm，外观无颜色异常、无氧化夹层，价格较高；菜花料表面颗粒凹陷程度 适中，为 5-20mm，断面适中，价格中档；而珊瑚料表面凹陷较为严重，深度大于 20mm，断 面疏松，价格最低。致密料主要用于拉制单晶硅，菜花料、珊瑚料则主要用于制作多晶硅片， 企业日常生产中可在致密料中掺杂不低于 30%的菜花料来生产单晶硅，从而节约原料成本， 但菜花料的使用会在一定程度上降低拉晶效率，企业需在两者之间进行权衡后选择合适的掺 杂比例。复投料指颗粒粒径 5~50mm 的硅料，区别于锅底填充料，可在初次拉晶后，填充复 投料继续完成下次拉晶，生产不必停炉重装原料，以提升坩锅利用率，降低能耗，并提高单 炉产量。

（三）按照纯度分类

多晶硅是自然界中纯度最高的物质之一，其纯度表征以主体物质的含量多少来表示， 即纯度=(总质量-杂质质量)/总质量*100%，通常用“N 个 9”来表示，例如 6N 代表 99.9999%。根据纯度的不同，多晶硅通常可以分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅两种类 型。太阳能级多晶硅（SGS,Solar Grade Silicon），是指纯度在 6N-9N 的多晶硅，主要用于 太阳能光伏晶体硅电池的生产，根据技术指标的差别，又可分为特级品、1 级品、2 级品和 3 级品。电子级多晶硅（EGS,Electronic Grade Silicon）一般是指纯度在 9N 以上的多晶硅产 品，主要应用于半导体硅片的生产，应用于电子电力上的硅材料纯度要求更高，需要达到 11N 以上，产品标准包括特级品、电子 1 级、电子 2 级、电子 3 级等四种类别。

（四）按掺入杂质类型分类

按照掺入杂质的差异，多晶硅又可分为 P 型料和 N 型料。P 型料掺杂以受主杂质为 主，主要是Ⅲ族元素，如硼、铝、镓等，P 型料导电以空穴导电为主。N 型料掺杂以施主 杂质为主，主要是Ⅴ族元素，如磷、砷、锑等，N 型料导电类型以电子导电为主。N 型多 晶硅的技术标准要求更高，虽然目前暂无国标对 N 型硅料进行规范定义，但产业内普遍认 为，在拉晶环节 N 型硅料需至少满足电子 2 级的标准才能够实现多根单晶硅棒拉制。

二、国内多晶硅有两种生产工艺

多晶硅生产工艺复杂，有较高的技术壁垒。现阶段多晶硅生产工艺有改良西门子法、硅 烷法、气液沉积法、流化床法、碳热还原法和熔盐电解法等。国内市场目前第一大主流工艺 为改良西门子法，第二大主流工艺是以协鑫科技、江苏中能、天宏瑞科为代表的硅烷流化床 法。

（一）改良西门子法

改良西门子法是将工业硅粉与盐酸在一定的条件下合成氯硅烷，之后通过精馏塔对氯硅烷内的重组分及轻组分分别进行提纯，提纯后得到的高纯度三氯氢硅送至还原炉内，通过与 氢气发生还原反应获得最终产物多晶硅。改良西门子法是目前我国多晶硅生产的主流工艺， 通过加热将有害性的副产物四氯化硅与氢气进行反应，转化成三氯氢硅，实现了闭环生产， 降低了原料消耗成本。改良西门子法技术相对成熟、设备易于操作。 改良西门子法的优点主要表现在以下方面：① 原料可循环利用（包括氢气、三氯氢硅、 氯化氢、四氯化硅），降低了原料消耗成本；② 采用大直径、多对棒还原炉，可有效降低 还原炉能耗，我国多晶硅还原炉的制造技术在能耗及产物沉积速率方面处于领先水平；③ 还 原炉反应器呈钟罩式，这种设计更好地实现了产物的高沉积率；④ 出炉产品纯度高，可以 高达 9N，满足太阳能级多晶硅使用需求，纯度甚至可以达到 11N，满足电子级多晶硅的使 用需求。 改良西门子法仍有一些不足之处：①还原炉的电耗高，而多晶硅的生产成本很大一部分 产生于此，因而需要设计更加节能的还原设备；②原料反应转化率低，如冷氢化过程中合成 三氯氢硅，这增加了生产成本以及设备的损耗率；③多晶硅生产中三氯氢硅的合成以及转化 过程中添加的盐酸具有毒性及腐蚀性，这对现场操作人员的安全防护、生产设备的材质都提 出了更高的要求，且三氯氢硅的合成及转化过程存在反应不连续、电耗大、成本高。

（二）硅烷流化床法

流化床法采用的工业原料为冶金级硅粉（Si）、氢气（H2）、氯化氢（HCl）、四氯化 硅（SiCl4），其主要反应过程分为四步：第一步，Si + H2 + HCl + SiCl4 →SiCl3；第二步， SiCl3 + H2 →SiH2Cl2；第三步，通过 SiH2Cl2 制备 SiH4（硅烷气）；第四步，SiH4 在流化 床内发生分解反应，在反应器内预先放置的硅粉上不断沉积，形成粒状产物多晶硅。

相较于改良西门子法，流化床法的主要优点有：①可以连续生产（包括硅烷的连续进料、 成品多晶硅的连续取出），生产效率提升；②所选用的晶种因比表面积大，因此产物沉积速 度更快，缩短了反应时间，降低了反应成本；③生产出的多晶硅不需经过拆炉、破碎的过程， 减少了工艺程序，提升了工作效率；④硅烷气的热分解产物为氢气，减少了对设备的腐蚀、 磨损。但流化床法的缺点亦十分明显：①大量的硅沉积在反应器内的壁面上，降低了流化床 的传热效率，甚至会诱发器壁的破裂，硅沉积严重时，需对装置进行停车清理，影响正常生 产运行；②颗粒硅的生产危险性更高；③小颗粒的多晶硅更易受到污染，导致产品的性能受 到影响。

三、多晶硅非硅成本逐年降低

得益于技术进步和上下游一体化布局，中国多晶非硅成本逐年降低。根据中国有色金属 工业协会硅业分会数据，从 2012 年至 2023 年，中国多晶硅还原炉-单台年产量由 120 吨增加 至 800 吨，综合能耗由 32.5 tce/kg 降低至 5.9 tce/kg，电耗由 170KWh/kg 降低至 58KWh/kg （CPIA 数据为 57 KWh/kg）。多晶硅不同工艺、不同企业成本差异巨大。改良西门子法和 硅烷流化床法在电耗方面具有较大差异，目前流化床法单吨电耗 18000KWh 左右，改良西门 子法 57000KWh 左右。从龙头企业公布的成本来看，改良西门子法工艺中，通威股份成本控 制能力较强，2023 年工业硅平均成本 4.2 万元/吨以内；大全能源公告的现金成本 4.27 万元 /吨（估算完全成本约 4.7-4.8 万元/吨）；新特能源多晶硅平均成本 6.54 万元/吨。颗粒硅生 产成本低于棒状硅，协鑫科技 2023 年年报公布其鑫元基地第四季度颗粒硅平均生产成本 3.59 万元/吨。 从原料占比来看，电力和工业硅为主要成本项，改良西门子法电力和工业硅成本合并占 比超过 50%，流化床法两者成本合计占比接近 45%。不同地区和企业电价差异较大，部分具 有自备电厂的多晶硅企业电价可低至0.3元/KWh，内蒙、新疆非自备电价0.35-0.45元/KWh， 西南多晶硅企业主要使用水电，电价波动在 0.38-0.65 元/KWh 区间。不同工艺、不同多晶硅 企业对工业硅的消耗量差异不大，单吨多晶硅消耗工业硅量约为 1.08-1.12 吨。此外，技术进步推动多晶硅固定成本降低，2021 年以前万吨多晶硅固定资产投资超 10 亿元，2023 年已降 低至 9 亿元，预计 2030 年可降低至 8 亿元。

四、多晶硅行业集中度较高

（一）全球 90%以上的多晶硅产量由中国贡献

政策支持、需求增长、技术进步共同驱动使得我国成为多晶硅主要生产国，根据中国有 色金属协会工业硅分会数据，2010-2023 年期间，国内多晶硅产能增长 22 倍以上，年均增幅 达到 27.6%。截至 2023 年底，国内多晶硅产能 202.3 万吨/年，全球占比从 2010 年的 29.8% 提升至 2023 年的 92.8%。预计 2024 年国内多晶硅产能将达到 336 万吨/年左右，全球占比将 继续提升至 95.2%。2010-2022 年期间，国内多晶硅产量增长近 33 倍，年均增幅达到 31.1%。 2023 年，国内多晶硅产量为 147 万吨，环比增长 81.1%，产量在全球占比从 2010 年的 25.6%提升至 2023 年的 92.0%，预计 2024 年国内多晶硅产量将达到 200 万吨左右，全球占比将继 续提升至 93.6%。目前海外多晶硅产能仅 13.5 万吨，且未来计划新增产能项目较少，仅阿曼 的 United Solar 在 2025 年有 10 万吨多晶硅项目投产。

（二）中国多晶硅产能主要集中在电力供应充沛地区

单吨多晶硅生产耗电量达到 57000KWh，电力供应和电价直接影响多晶硅生产稳定性和 成本竞争力，因而多晶硅企业主要分布在电供应充足、电价低廉地区。2014-2021 年，国内多 晶硅产能主要分布在新疆、内蒙、江苏、四川这四大地区，合计占比在 2018-2021 年期间曾 高达 92%。2022 年开始，多晶硅布局呈现由聚焦能源丰富地区向能源优势尤其是清洁能源地 区转移，2024 年，国内多晶硅前五大聚集地新增西宁和云南，两地产能合计占比接近 20%， 同时内蒙地区产能将超过新疆达到 32%，成为国内多晶硅第一大产区。

（三）中国多晶硅行业头部效应明显

截至 2023 年底我国多晶硅企业共 19 家，总产能 202.3 万吨，其中行业前六企业总产能 占比 76.24%。前六家企业分别为永祥股份（通威股份）、协鑫科技 、新特能源、大全能源、 东方希望、亚洲硅业。从企业扩产计划来看，前六家企业 2025 年总产能将达到 336.5 万吨， 预计行业占比 60.3%。按照 2025 年全球 700GW 新增光伏装机量估算，前六家企业完全能够 满足行业需求。此外，头部多晶硅企业在一体化和成本控制方面亦有绝对优势。通威股份表 示，云南 20 万吨和包头 20 万吨高纯晶硅项目均采用拥有自主知识产权的第八代“永祥法”， 凭借规模化效应及工艺管理优势，预计新项目单万吨投资成本降至 5 亿元左右。而根据 CPIA 公布的数据，2023 年多晶硅行业万吨平均投资成本约 9 亿元。