光伏发电是单晶硅好还是多晶硅好（关于光伏上游的重要原料）

在全球碳中和背景下，光伏产业迎来高景气度，光伏产业链的各个环节也迎来涨价期，其中涨幅最大还属上游的多晶硅料。说起多晶硅，在能源结构调整、CO2减排、雾霾治理等方面，多晶硅作为光伏产业重要原材料，扮演了举足轻重的角色。

一、多晶硅：光伏上游重要原料

多晶硅按照产品纯度的不同，可分为工业硅、冶金级多晶硅、太阳能级别多晶硅及电子级别多晶硅。太阳能级多晶硅作为光伏产品制造的基础原材料，处于晶硅光伏产业的上游环节。

光伏发电靠光伏电池板，光伏电池板的主体是光伏电池片。光伏电池片可以用多晶硅材料，经直拉单晶炉拉制过程生成直拉单晶晶棒，或经铸锭过程生成多晶/单晶铸锭。直拉硅棒或铸锭硅锭，经去皮、切方、切片、选片，制成光伏电池片，依工艺路径分单晶电池片、多晶电池片/铸锭单晶电池片，如下图所示。

二、多晶硅的生产制备

1. 生产流程

多晶硅制备主要是将工业硅粉通过一系列的化学手段进行提纯从而得到可以用于太阳能行业和电子行业的多晶硅料。生产流程一般分两步：第一步将工业硅（纯度98%-99%）与无水氯化氢反应得到三氯氢硅(SiHCl3)和氢气，经多级馏化提纯得到气体三氯氢硅(SiHCl3)、二氯二氢硅、或硅烷(SiH4)。第二步是将上述高纯气体还原成高纯硅，生产光伏或半导体行业用的硅料。

用于光伏生产的是太阳能级多晶硅，一般纯度在6N~9 N之间，国标根据具体的参数差异将太阳能级多晶硅分为太阳能一级、太阳能二级、太阳能三级。

2. 主流工艺——改良西门子法

1955年，德国西门子公司成功开发了利用氢气还原三氯硅烷在硅芯发热体上沉积硅的工艺技术，并于1957年开始了工业规模的生产，这就是通常所说的西门子法。在西门子法工艺的基础上，通过增加还原尾气干法回收系统、SiCl4氢化工艺，实现了闭路循环，于是形成了改良西门子法——闭环式SiHCl3氢还原法。

改良西门子法的生产流程是利用氯气和氢气合成HCl（或外购HCl），HCl和冶金硅粉在一定温度下合成SiHCl3，分离精馏提纯后的SiHCl3进入氢还原炉被氢气还原，通过化学气相沉积反应生产高纯多晶硅，生产工艺流程见下图。

改良西门子法包括五个主要环节：SiHCl3合成、SiHCl3精馏提纯、SiHCl3的氢还原、尾气的回收和SiCl4的氢化分离。该方法通过采用大型还原炉，降低了单位产品的能耗。通过采用SiCl4氢化和尾气干法回收工艺，明显降低了原辅材料的消耗。

改良西门子法制备的多晶硅纯度高，安全性好，沉积速率为8～10μm/min，一次通过的转换效率为5%～20%，相比硅烷法、流化床法，其沉积速率与转换效率是最高的。沉积温度为1100℃，仅次于SiCl4（1200℃），所以电耗也较高，为120 kWh/kg（还原电耗）。

在当前主流多晶硅生产法-改良西门子法的生产成本中，电力成本、原料成本和折旧成本是主要部分，三者合计占到总成本的80%左右，其中电力成本占比最大，占比35%；硅粉成本占比30%；折旧成本占比达15%。因而，电力、原材料、折旧成为降低多晶硅生产成本的主要领域。

三、多晶硅的发展

我国多晶硅产业相对国外起步较晚，2007年国内在建项目达到2万吨，是国内多晶硅规模化生产的元年，2008年受金融危机的影响，美国欧盟限制打压中国光伏产品的出口，多晶硅价格一路暴跌。

2009年国发38号文将多晶硅列为产能过剩行业，限制国内多晶硅项目的扩产，此后随着全球经济的回暖，欧洲部分国家如意大利加大了对于光伏的支持，市场对于多晶硅的需求回升。

2013年至今为领先全球期，这一阶段我国光伏装机持续扩大，需求增长，多晶硅企业竞争力增强，我国多晶硅产量稳居全球第一。

2018年，国内新建产能达15万吨，进口量首次减少，多晶硅生产布局更加优化，逐步往能源价格洼地如西北等地区转移，生产设备也更为先进。实际上该年可以认为是多晶硅进口替代的元年。

四、多晶硅龙头企业

全球现有硅料龙头企业主要有：保利协鑫、通威股份、新特能源、大全新能源、东方希望、亚洲硅业韩国OCI、德国Wacker和内蒙古盾安等，2019年全球硅料CR5约为61.3%。

全球生产规模最大的五家公司有四家在国内，分别是保利协鑫（18.1%市占率）、通威永祥（12.3%市占率）、新特能源（11%市占率）、大全新能源（10.7%市占率）。

保利协鑫共有11.8万吨产能，其中徐州基地年产能7万吨，新疆产能已经爬坡至4.8万吨，另外到2020年底已经有1万吨颗粒硅产能。

国内硅料产能第二名是通威集团，拥有永祥工厂2万吨产能，乐山一期、包头一期共6万吨，计划中还有乐山二期、云南保山一期各4万吨产能，预计2021年底建成并分阶段投入使用。

特变电工旗下的新特能源排名第三，2020年4月份新投产3.6万吨产能，预计公司2020年底实际产能约8万吨。大全新能源硅料排名国内第四，2019年9月最新新疆石子河4A硅料项目建成投产后产能达到7万吨。

参考来源：乐晴智库、雪球网、索比光伏网、中国科技网等。