报告摘要
2016 年 11 月 4 日由全世界178个缔约方共同签署的气候变化协定《巴黎协议》生效。在全球变暖、环境污染以及不可再生资源日益枯竭的大背景下，该协议生效凸显了国际社会对气候变化采取行动的急迫性，也证明了大力发展可再生能源已成为世界共识。国家发展改革委等9部门印发的《“十四五”可再生能源发展规划》(下称《规划》)6月1日正式公布。《规划》明确，到2025年，可再生能源消费总量达到10亿吨标准煤左右，占一次能源消费的18%左右；可再生能源年发电量达到3.3万亿千瓦时左右，风电和太阳能发电量实现翻倍；全国可再生能源电力总量和非水电消纳责任权重分别达到33%和18%左右，利用率保持在合理水平；太阳能热利用、地热能供暖、生物质供热、生物质燃料等非电利用规模达到6000万吨标准煤以上。为了达到上述目标，发展可再生能源势在必行。
在众多可再生能源中，太阳能以免费无害、清洁安全、储量丰富等优势迅速发展。开发利用好太阳能，对于调整能源消费结构、保障能源安全、保护生态环境、实现可持续发展具有全球性战略意义。根据估算，太阳每年辐射到地球上的太阳能为 17.8 亿千瓦，可开发利用 500-1000亿度。国际能源署（IEA）在其《2020年世界能源展望》报告中确认，太阳能发电计划现在提供了历史上最便宜的电力，并预测到2050年，可再生能源发电量将持续增长，太阳能发电量将猛增，并成为世界主要电力来源。作为光电转换的关键材料。多晶硅原料资源丰富，物理化学属性优良，可塑性强，易于实现产业化。随着光伏产业快速发展和需求加速增长，多晶硅应用场景不断扩大，尤其是在中国，多晶硅行业发展尤为迅速
本文试从多晶硅概述、多晶硅产业链、主要企业及光伏高速发展下对多晶硅的展望四个方面对多晶硅进行介绍。
▌ 多晶硅概述
多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，这些晶面取向不同的晶粒结合起来，就形成了多晶硅。多晶硅呈现灰色金属光泽，密度2.32~2.34g/cm3。熔点1410℃。沸点2355℃。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
多晶硅的分类
硅的主要评判指标是纯度，按纯度高低排序将分为冶金级多晶硅（MG-Si）、太阳能级多晶硅(SG-Si)和电子级多晶硅(EG-Si)。
太阳能级多晶硅主要分类如下：
根据《太阳能级多晶硅》（GB/T 25074-2017）国家标准分类规定，太阳能级多晶硅根据外形分为块状和棒状；根据导电类型分为N型和P型。其中，当硅中掺杂以施主杂质（V 族元素，如磷、砷、锑等）为主时，以电子导电为主，为N型多晶硅；当硅中掺杂以受主杂质（Ⅲ族元素，如硼、铝、镓等）为主时，以空穴导电为主，为P型多晶硅。根据技术差别分为分4级，参考分类如下：
生产工艺
全球范围内，多晶硅的生产工艺路线都是多种并存，产业化技术相互封锁和垄断的局面。目前，工业上制备多晶硅的化学方法主要有改良西门子法、硅烷法、流化床法、无氯技术、VLD、新硅烷法；另外还有物理方法，包括铝热还原法、冶金法、区域熔化提纯法，以及热线法。
各种多晶硅生产方法所用硅源气、能耗、生产方式以及副产物危害等比较如下：
当前主流多晶硅生产技术主要有硅烷流化床法和改良西门子法，全球主要多晶硅生产企业中，除挪威REC集团外，均完全或主要采用改良西门子法。后者历经几十年市场发展、产业验证，全球采用率超过95%。根据中国光伏行业协会的数据，2019年全球多晶硅产量中采用改良西门子法生产的占比高达97.8%；我国也类似，2020年国内采用改良西门子法生产的多晶硅约占全国总产量的97.2%。
改良西门子法
1955年，德国西门子公司成功开发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，俗称西门子法。由于西门子法生产多晶硅存在转化率较低，副产品排放污染等问题，升级版的改良西门子法被有针对性地推出。改良西门子法主要包括以下步骤：（1）工业级硅料的冶炼与提纯；（2）三氯氢硅的生成与精馏；（3）光伏级多晶硅的还原制备；（4）尾气的分离与再利用；（5）冷氢化：将副产物四氯化硅与氢气及硅粉反应重新生成三氯氢硅返回循环。
改良西门子法尾气干法回收和四氯化硅再利用技术，实现了完全闭路的循环生产，从而在保证产出高品质的同时，明显降低原辅材料及能源的消耗，降低生产成本。随着规模产量的继续扩大，改良西门子法的竞争能力将会进一步强化，主流工艺地位进一步稳固。
硅烷流化床法
流化床法是上世纪70年代，在改良西门子法工业化生产多晶硅二十多年后开发的新一代生产工艺，主要目的是降低多晶硅的生产能耗和成本。主要优势为转化率高、能耗低、可连续生产、副产物污染小，但由于安全性较差、炉壁沉积、流态化控制、产品纯度控制等问题尚未实现大规模应用。
硅烷流化床法是美国联合碳化合物公司研发的多晶硅制备工艺技术。该工艺以四氯化硅SiCl4、氢气H2、氯化氢HCl和工业硅为原料，在流化床内，通过高温高压生成三氯氢硅SiHCl3，然后将三氯氢硅加氢反应，进一步歧化生产二氯二氢硅SiH2Cl2，得到硅烷气，最后将硅烷气通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中，是硅烷裂解并在晶种上沉积，从而得到颗粒状多晶硅。
与改良西门子法对比，烷流化床法在原理上更具有成本削减潜力。首先，硅烷流化床法化学反应转化率高，物料利用充分，有利于减少循环次数、削减生产成本。其次，硅烷流化床法是一个连续的生产过程，而改良西门子法是间歇式生产过程，连续生产能够降低能耗。最后，硅烷流化床生产的是颗粒硅，改良西门子法生产的是棒状硅。颗粒硅在铸锭环节，大约可增加约30%的坩埚填料量，故可降低铸锭环节的现金成本。但是，硅烷流化床法存在安全隐患大、技术不成熟、控制难度高、产出的颗粒硅过于致密反而容易挤碎坩埚等缺点。在实际运用中，目前硅烷流化床法的市场占有率较低，但近两年部分大产能计划投产，市场占有率有望提高。
▌ 多晶硅产业链
多晶硅产业链的上游环节为原材料和设备，主要用到工业硅、铸锭设备、线切割设备等；中游环节为多晶硅的制备，主要以工业硅为原材料，通过物理方法或化学方法将工业硅进一步提纯，制备成多晶锭、单晶棒；下游环节为多晶硅的应用领域，主要为光伏产业、集成电路产业。
在太阳能光伏产业发展之前，多晶硅被认为是电子工业的基石，全球95％以上的半导体器件和99％以上的集成电路都是由硅材料 (含单晶硅及多晶硅)制造的。而随着光伏行业对上游硅料的强劲需求，太阳能电池芯片对多晶硅需求量的增长速度远高于半导体多晶硅的发展市场需求，多晶硅经历了由“半导体产业主导”向“光伏产业主导”的转变。目前，光伏行业是多晶硅使用量最大的行业领域。根据工信部数据，2021年，多晶硅、硅片、电池、组件产量分别达到50.5万吨、227GW、198GW、182GW，分别同比增长27.5%、40.6%、46.9%、46.1%。电池效率再创新高，量产P型PERC电池效率达23.1%，N型TOPCon电池实验效率突破25.4%，HJT电池量产速度加快。随着全球加快应对气候变化，光伏市场需求持续增加，2021年光伏产品出口超过284亿美元。
多晶硅的供给
目前中国是全球多晶硅产能与产量的第一大国，而且产能产量占比均呈继续上升趋势。
据中国有色金属工业协会硅业分会数据显示，2021年我国多晶硅产量为48.7万吨，占全球总产量77.7%；国内多晶硅产能为55.65万吨/年，全球占比77.3%。
产量方面，由于下游需求旺盛，多晶硅产量逐年上涨2021年国内多晶硅产量为48.7万吨，相较于2014年产量13.2万吨实现3.7倍的产量翻倍。产能方面，除了2020年因为疫情特殊情况，国内产能有一定回落，从2014年开始，产能也是维持上升趋势。截止2022年3月，我国多晶硅产能有74.55万吨，其中有效产能为67.1万吨，占比90.01%。根据中国有色金属工业协会硅业分会估计，2022年国内多晶硅产能将超过120万吨。
国内多晶硅产能分布从东部到西部，电价为产能布局的重要考虑因素。地域分布来看，目前主要集中西北地区,包括新疆、内蒙古、青海，占比达到52%；西南地区，主要是四川，占比16%；华东地区，主要是产能在江苏，占比12%，其主要原因为这些地区是原材料工业硅的生产地或集散地，已经形成了产销一体化集群效应。
多晶硅的需求
受益于光伏行业的高速发展，多晶硅需求量强势上涨。中国多晶硅消费量2021年达到了59万吨。世界范围内，能源转型尚处于起步阶段，在“碳中和”“碳达峰”政策持续发力下，全球新能源“潜在需求规模”急速扩张。国际能源署（IEA）在其《2020年世界能源展望》报告中确认，太阳能发电计划现在提供了历史上最便宜的电力。光伏装机出现爆发式增长。
2020年，尽管受到疫情影响，但是全球光伏新增装机量仍创新高，达到130GW和170GW。2021年全球光伏累计装机容量为920GW，我国光伏发电累计并网容量305.987GW，当年新增54.88GW。从需求端预测，到2025年和2030年全球光伏装机需求分别将达到400GW和1000GW，折算成多晶硅需求量将分别达到151万吨和294万吨。虽然光伏装机容量增长速度很快，但目前多晶硅扩产产能体量巨大。根据各多晶硅在产和新建企业规划产能统计，预计到2025年底，我国多晶硅产能将超过400万吨/年，产能供需失衡风险较大。
多晶硅的进出口
2021年中国多晶硅进口数量为11.42万吨，多晶硅出口数量为1.04万吨。因为中国市场对多晶硅的巨大需求，尤其是在光伏产业高速发展要求下，中国多晶硅进口数量远远大于出口数量。
2021年我国多晶硅主要进口地区有德国、马来西亚、日本等地。2021年，我国多晶硅从德国进口的数量为51316.04吨，进口金额为97631.66万美元；从马来西亚进口的多晶硅数量为29726.58吨，进口金额为56675.18万美元；从日本进口的多晶硅数量为15411.14吨，进口金额为21561.34万美元。
▌ 主要企业
多晶硅发展早期，全球多晶硅生产长期被七大集团垄断：美国的MEMC和Hemlock，挪威的REC，日本的三菱、住友钛和德山以及德国瓦克。七大集团拥有10个多晶硅工厂，其中美国有5家、日本有3家、欧洲有2家。七大集团的多晶硅生产历史较长，经验丰富，技术成熟，生产条件相对优越，原材料成本低。我国多晶硅技术可以追溯到20世纪60年代，当时生产厂商多达20余家，受到生产技术、生产规模和能耗效率、环境污染等问题的制约，大部分企业相继停产，到2000年仅剩下峨嵋半导体材料所一家。由峨嵋半导体材料厂承担的国家重点科技创新项目--我国首条年产100吨多晶硅工业试验示范线通过国家鉴定，标志着我国多晶硅生产实现规模化生产，彼时我国多晶硅产量全球占比不到全球 0.5%。
至2010年，全球多晶硅产能主要聚集在美Hemlock、德国 Wacker、韩国 OCI三家厂商，占比32.8%。2005 年我国首条300吨/年多晶硅产业化示范线建成，打破海外技术封锁，但2009年国家发改委将多晶硅列为产能过剩行业，加之国外倾销压制、信贷紧缩，我国多晶硅产业一度陷入困境。直至 2013 年发改委等将多晶硅从产能过剩行业中排除，我国多晶硅行业才重启发展和扩张。2018年 531 政策出台后多晶硅价格快速下跌，OCI、 Wacker 等海外企业的多晶硅业务面临亏损，国内企业凭借成本优势及产业规模优势站稳脚跟，逐步完成国产替代，成为全球领先的标杆。
多晶硅行业作为光伏产业链里技术、资金壁垒最高的环节之一，经过技术更新换代和资本大力投入，光伏行业迅猛发展下，我国多晶硅企业在2021年的全球多晶硅产能前十排名占据8席，企业也迎来了行业红利期。
2021年，我国位于全球前十的8个企业，总产能占全球产能73.1%。目前国内前十大多晶硅生产企业合计产能46.4万吨，约占行业总产能86.73%，市场集中度较高。
我国多晶硅行业重点企业
光伏市场持续景气，下游硅片企业扩产提速的背景下，国内多晶硅龙头企业持续发展。
保利协鑫
保利协鑫能源控股有限公司主要从事太阳能行业中多晶硅和硅片的制造和销售业务，并从事光伏电站的开发、建设、运营和管理业务。公司包括三个业务部门。光伏材料部门主要为光伏行业公司制造和销售多晶硅和硅片。光伏电站部门管理和运营位于美国和中国的光伏电站。新能源部门开发、建设、运营和管理光伏电站，并制造和销售印刷线路板。自2020年下半年起，多晶硅供给市场整体维持较为紧缺的状态，使得硅料价格预期持续向好。得益于「高端产能+低成本+规模化」三线合一的多晶硅生产制造模式和技术、人才、资金方面的优势，2021年上半年，保利协鑫共生产多晶硅2.33万吨，同比增长30.3%。
特变电工
特变电工股份有限公司主营业务包括输变电业务、新能源业务及能源业务。主要产品是变压器产品、电线电缆产品、新能源产业及配套工程、输变电成套工程、贸易、煤炭产品、电费等。特变电工多晶硅产量一直保持增长，2020年产量同比增长75.7%，2020年多晶硅产量6.50万吨，销量6.63万吨，不存在产品积压情况。
通威股份
通威股份有限公司主要从事高纯晶硅、太阳能电池等产品的研发、生产、销售等。公司主要产品为太阳能电池、高纯晶硅等。公司是农业产业化国家重点龙头企业，国家级企业技术中心。根据数据显示，通威股份光伏产业收入逐年上涨，2016-2020年光伏业务收入年均复合增长率达39.64%，2021年上半年，通威股份光伏业务收入达163.54亿元。
大全新能源
新疆大全新能源股份有限公司主营业务是高纯多晶硅的研发、制造与销售，是国内领先的多晶硅专业生产商之一。公司的主要产品为多晶硅，主要用于加工硅锭、硅片、电池片和电池组件等太阳能光伏产品。2021年上半年多晶硅产量达4.13万吨。
▌ 评估与展望
全球多数国家已经定下在2050 – 2060年间达到净零碳排的目标，能源转型的热潮下，再生能源的需求明显增长。据预估在2022年，全球的光伏装机需求预期可以达到230GW以上，主要的需求来源为去年下发了多项利好再生能源政策的中国，以及持续推进能源转型的欧美地区。另外，近期的乌俄冲突更是加速了欧洲地区摆脱俄罗斯的石化燃料依赖，欧洲再生能源的需求看来相当强劲。
因疫情影响，2021年中国过剩的工业硅产量，正有待消化；2022年是否能出现供需缺口，也取决于国内工业硅上下游新增产能的投产进度。目前看来，2022年上半年的新增产能较少，有待丰水期新增产能大量投产；其中，有机硅、多晶硅的新产能将在2022年的上半年释放需求量。
展望未来10~20年，是我国硅产业新的大发展时期。根据我国硅业分会的预测，到2025年，我国的工业硅需求量，将达到325万吨，可比2021年增加130万吨以上；其中多晶硅领域的消费量将激增80万吨至140万吨.
一方面，在2030~2035年期间，全球工业硅的需求将到达高峰。我国工业硅的消费量将会达到450~500万吨，约为2021年国内消费量的2.5倍；其中，多晶硅领域的消费量将会超过240万吨，是2021年国内消费量的4倍。
需求端方面，虽然下游的电池片和组件在过去快速扩产造成获利降低后扩产速度已经放缓，但随着头部企业的产能汰旧换新、以及对于出货目标的增量，扩产仍持续进行，产能预估同比增长来到31、26%。而获利相对佳的硅片环节在2022年仍持续进行大规模的产能扩张，2022年全球硅片环节产能预期将从2021年底的356GW成长到476GW，同比成长34%，且硅片环节的新扩产能爬坡速度明显快过多晶硅，产能爬坡速度差异和新产能为摊提折旧积极提升开工率，都导致了整体硅片环节对于硅料的需求提升，纵使多晶硅新产能在下半年提升加速，仍是无法满足硅片环节的需求。
总的来说，纵使2022全年陆续有新多晶硅产能开出，但在新产能爬坡缓慢和下游产能同样持续扩张的影响下，光伏供应链的结构性短缺持续，多晶硅环节仍可能是瓶颈，须等到下半年新产能逐渐爬坡完成，短缺情况才会缓解，价格才有机会出现较明显的下调的空间。随着光伏产业的持续发展，多晶硅利好也将会持续吸引市场的目光。
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