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Polysilizium wird hauptsächlich aus industriellem Silizium, Chlor und Wasserstoff hergestellt und ist den Ketten der Photovoltaik- und Halbleiterindustrie vorgelagert. Laut CPIA-Daten ist die derzeit gängige Polysilizium-Produktionsmethode weltweit die modifizierte Siemens-Methode, mit Ausnahme von China werden mehr als 95 % des Polysiliziums nach der modifizierten Siemens-Methode hergestellt. Bei der Herstellung von Polysilicium nach dem verbesserten Siemens-Verfahren wird zunächst Chlorgas mit Wasserstoffgas kombiniert, um Chlorwasserstoff zu erzeugen, und dann reagiert es mit dem Siliciumpulver nach dem Zerkleinern und Mahlen von Industriesilizium, um Trichlorsilan zu erzeugen, das weiter reduziert wird Wasserstoffgas zur Erzeugung von Polysilizium. Polykristallines Silizium kann geschmolzen und abgekühlt werden, um polykristalline Siliziumblöcke herzustellen, und monokristallines Silizium kann auch durch Czochralski- oder Zonenschmelzen hergestellt werden. Im Vergleich zu polykristallinem Silizium besteht einkristallines Silizium aus Kristallkörnern mit derselben Kristallorientierung und weist daher eine bessere elektrische Leitfähigkeit und Umwandlungseffizienz auf. Sowohl polykristalline Siliziumbarren als auch monokristalline Siliziumstäbe können weiter geschnitten und zu Siliziumwafern und -zellen verarbeitet werden, die wiederum zu Schlüsselbestandteilen von Photovoltaikmodulen werden und im Photovoltaikbereich eingesetzt werden. Darüber hinaus können einkristalline Siliziumwafer durch wiederholtes Schleifen, Polieren, Epitaxie, Reinigen und andere Prozesse auch zu Siliziumwafern geformt werden, die als Substratmaterialien für elektronische Halbleitergeräte verwendet werden können.
Der Gehalt an Polysiliciumverunreinigungen ist unbedingt erforderlich, und die Branche zeichnet sich durch hohe Kapitalinvestitionen und hohe technische Barrieren aus. Da die Reinheit von Polysilizium den Ziehprozess für einkristallines Silizium erheblich beeinträchtigt, sind die Reinheitsanforderungen äußerst streng. Die minimale Reinheit von Polysilizium beträgt 99,9999 %, die höchste liegt unendlich nahe bei 100 %. Darüber hinaus stellen die nationalen Normen Chinas klare Anforderungen an den Gehalt an Verunreinigungen. Auf dieser Grundlage wird Polysilicium in die Klassen I, II und III eingeteilt, wobei der Gehalt an Bor, Phosphor, Sauerstoff und Kohlenstoff ein wichtiger Referenzindex ist. „Zugangsbedingungen für die Polysiliziumindustrie“ legen fest, dass Unternehmen über ein solides Qualitätskontroll- und Managementsystem verfügen müssen und dass die Produktstandards strikt den nationalen Standards entsprechen müssen. Darüber hinaus erfordern die Zugangsbedingungen auch die Größe und den Energieverbrauch von Polysiliziumproduktionsunternehmen, wie z. B. Polysilizium in Solarqualität und Elektronikqualität. Der Projektumfang beträgt mehr als 3000 Tonnen/Jahr bzw. 1000 Tonnen/Jahr sowie die Mindestkapitalquote Der Investitionsanteil bei Neu-, Umbau- und Erweiterungsprojekten darf nicht unter 30 % liegen, daher handelt es sich bei Polysilizium um einen kapitalintensiven Industriezweig. Laut CPIA-Statistiken sind die Investitionskosten für 10.000 Tonnen schwere Polysilicium-Produktionsanlagen, die im Jahr 2021 in Betrieb genommen werden, leicht auf 103 Millionen Yuan/kt gestiegen. Der Grund ist der Preisanstieg bei metallischen Massenmaterialien. Es wird erwartet, dass die Investitionskosten in Zukunft mit dem Fortschritt der Produktionsausrüstungstechnologie steigen und das Monomer mit zunehmender Größe sinken wird. Gemäß den Vorschriften sollte der Stromverbrauch von Polysilizium für die Czochralski-Reduktion in Solar- und Elektronikqualität weniger als 60 kWh/kg bzw. 100 kWh/kg betragen, und die Anforderungen an Energieverbrauchsindikatoren sind relativ streng. Die Polysiliciumproduktion ist eher der chemischen Industrie zuzuordnen. Der Produktionsprozess ist relativ komplex und die Hürden für technische Wege, Geräteauswahl, Inbetriebnahme und Betrieb hoch. Der Produktionsprozess beinhaltet viele komplexe chemische Reaktionen und die Anzahl der Kontrollknoten beträgt mehr als 1.000. Für Neueinsteiger ist es schwierig, schnell ausgereiftes Handwerk zu beherrschen. Daher gibt es in der Polysiliziumproduktionsindustrie hohe Kapital- und technische Hürden, was auch dazu führt, dass Polysiliziumhersteller eine strikte technische Optimierung des Prozessablaufs, der Verpackung und des Transportprozesses durchführen.
Polykristallines Silizium, eine Form von elementarem Silizium, besteht aus Kristallkörnern mit unterschiedlichen Kristallorientierungen und wird hauptsächlich durch industrielle Siliziumverarbeitung gereinigt. Das Aussehen von Polysilizium ist ein grauer metallischer Glanz und der Schmelzpunkt liegt bei etwa 1410℃. Bei Raumtemperatur ist es inaktiv und im geschmolzenen Zustand aktiver. Polysilizium hat Halbleitereigenschaften und ist ein äußerst wichtiges und ausgezeichnetes Halbleitermaterial, allerdings kann eine geringe Menge an Verunreinigungen seine Leitfähigkeit stark beeinträchtigen. Es gibt viele Klassifizierungsmethoden für Polysilizium. Neben der oben genannten Klassifizierung nach Chinas nationalen Standards werden hier drei weitere wichtige Klassifizierungsmethoden vorgestellt. Je nach Reinheitsanforderungen und Verwendung kann Polysilizium in Polysilizium in Solarqualität und Polysilizium in Elektronikqualität unterteilt werden. Polysilizium in Solarqualität wird hauptsächlich bei der Herstellung von Photovoltaikzellen verwendet, während Polysilizium in Elektronikqualität in der Industrie für integrierte Schaltkreise häufig als Rohstoff für Chips und andere Produktionsbereiche verwendet wird. Die Reinheit von Polysilizium in Solarqualität beträgt 6 bis 8 N, d. h. der Gesamtverunreinigungsgehalt muss unter 10 -6 liegen und die Reinheit von Polysilizium muss 99,9999 % oder mehr erreichen. Die Reinheitsanforderungen für Polysilizium in Elektronikqualität sind strenger und liegen bei mindestens 9 N und derzeit bei maximal 12 N. Die Herstellung von Polysilizium in Elektronikqualität ist relativ schwierig. Es gibt nur wenige chinesische Unternehmen, die die Produktionstechnologie für Polysilizium in Elektronikqualität beherrschen, und sie sind immer noch relativ abhängig von Importen. Derzeit ist die Produktion von Polysilizium in Solarqualität viel größer als die von Polysilizium in Elektronikqualität, und ersteres beträgt etwa das 13,8-fache des letzteren.
Je nach Unterschied der Dotierungsverunreinigungen und des Leitfähigkeitstyps des Siliziummaterials kann es in P-Typ und N-Typ unterteilt werden. Wenn Silizium mit Akzeptorverunreinigungselementen wie Bor, Aluminium, Gallium usw. dotiert ist, dominiert die Lochleitung und ist vom P-Typ. Wenn Silizium mit Donorverunreinigungselementen wie Phosphor, Arsen, Antimon usw. dotiert ist, dominiert die Elektronenleitung und es ist vom N-Typ. Zu den P-Typ-Batterien gehören hauptsächlich BSF-Batterien und PERC-Batterien. Im Jahr 2021 werden PERC-Batterien mehr als 91 % des Weltmarktes ausmachen und BSF-Batterien werden abgeschafft. Während der Zeit, in der PERC BSF ersetzt, ist die Umwandlungseffizienz von P-Typ-Zellen von weniger als 20 % auf mehr als 23 % gestiegen, was sich der theoretischen Obergrenze von 24,5 % nähert, während die theoretische Obergrenze von N- Der Anteil von N-Typ-Zellen liegt bei 28,7 %, und N-Typ-Zellen weisen einen hohen Umwandlungswirkungsgrad auf. Aufgrund der Vorteile eines hohen bifazialen Verhältnisses und eines niedrigen Temperaturkoeffizienten haben Unternehmen damit begonnen, Massenproduktionslinien für N-Typ-Batterien einzusetzen. Laut CPIA-Prognose wird der Anteil der N-Typ-Batterien im Jahr 2022 deutlich von 3 % auf 13,4 % steigen. Es wird erwartet, dass in den nächsten fünf Jahren die Iteration von N-Typ-Batterien zu P-Typ-Batterien eingeleitet wird Je nach Oberflächenqualität kann es in dichtes Material, Blumenkohlmaterial und Korallenmaterial unterteilt werden. Die Oberfläche des dichten Materials weist den niedrigsten Konkavitätsgrad auf, weniger als 5 mm, keine Farbanomalie, keine Oxidationszwischenschicht und den höchsten Preis; Die Oberfläche des Blumenkohlmaterials weist einen mäßigen Konkavitätsgrad von 5 bis 20 mm auf, der Querschnitt ist mäßig und der Preis liegt im mittleren Bereich. Während die Oberfläche des Korallenmaterials eine stärkere Konkavität aufweist, ist die Tiefe größer als 20 mm, der Abschnitt ist locker und der Preis ist am niedrigsten. Das dichte Material wird hauptsächlich zum Ziehen von monokristallinem Silizium verwendet, während das Blumenkohlmaterial und das Korallenmaterial hauptsächlich zur Herstellung von polykristallinen Siliziumwafern verwendet werden. In der täglichen Produktion von Unternehmen kann das dichte Material mit nicht weniger als 30 % Blumenkohlmaterial dotiert werden, um monokristallines Silizium herzustellen. Die Kosten für Rohstoffe können eingespart werden, aber die Verwendung von Blumenkohlmaterial verringert die Kristallzieheffizienz bis zu einem gewissen Grad. Unternehmen müssen nach Abwägung beider Faktoren das geeignete Dotierungsverhältnis auswählen. In letzter Zeit hat sich der Preisunterschied zwischen dichtem Material und Blumenkohlmaterial im Wesentlichen bei 3 RMB/kg stabilisiert. Wenn der Preisunterschied weiter zunimmt, könnten Unternehmen erwägen, beim Ziehen von monokristallinem Silizium mehr Blumenkohlmaterial zu dotieren.
Der Herstellungsprozess von Polysilizium gliedert sich grob in zwei Schritte. Im ersten Schritt wird industrielles Siliziumpulver mit wasserfreiem Chlorwasserstoff zu Trichlorsilan und Wasserstoff umgesetzt. Nach wiederholter Destillation und Reinigung entstehen gasförmiges Trichlorsilan, Dichlordihydrosilicium und Silan; Der zweite Schritt besteht darin, das oben genannte hochreine Gas zu kristallinem Silizium zu reduzieren, und der Reduktionsschritt unterscheidet sich beim modifizierten Siemens-Verfahren und beim Silan-Wirbelschichtverfahren. Die verbesserte Siemens-Methode verfügt über eine ausgereifte Produktionstechnologie und eine hohe Produktqualität und ist derzeit die am weitesten verbreitete Produktionstechnologie. Die traditionelle Siemens-Produktionsmethode besteht darin, Chlor und Wasserstoff zur Synthese von wasserfreiem Chlorwasserstoff, Chlorwasserstoff und pulverförmigem Industriesilicium zu verwenden, um Trichlorsilan bei einer bestimmten Temperatur zu synthetisieren und das Trichlorsilan anschließend abzutrennen, zu rektifizieren und zu reinigen. Das Silizium wird in einem Wasserstoffreduktionsofen einer thermischen Reduktionsreaktion unterzogen, um auf dem Siliziumkern abgeschiedenes elementares Silizium zu erhalten. Auf dieser Basis verfügt der verbesserte Siemens-Prozess auch über einen unterstützenden Prozess zur Verwertung großer Mengen an Nebenprodukten wie Wasserstoff, Chlorwasserstoff und Siliziumtetrachlorid, die im Produktionsprozess entstehen, hauptsächlich einschließlich der Reduktionsrückgewinnung von Abgasen und der Technologie zur Wiederverwendung von Siliziumtetrachlorid. Wasserstoff, Chlorwasserstoff, Trichlorsilan und Siliziumtetrachlorid im Abgas werden durch Trockenrückgewinnung abgetrennt. Wasserstoff und Chlorwasserstoff können für die Synthese und Reinigung mit Trichlorsilan wiederverwendet werden, und Trichlorsilan wird direkt in die thermische Reduktion zurückgeführt. Im Ofen wird die Reinigung durchgeführt und Siliciumtetrachlorid hydriert, um Trichlorsilan zu erzeugen, das zur Reinigung verwendet werden kann. Dieser Schritt wird auch Kalthydrierungsbehandlung genannt. Durch die Realisierung einer Produktion im geschlossenen Kreislauf können Unternehmen den Verbrauch von Rohstoffen und Strom deutlich reduzieren und so effektiv Produktionskosten einsparen.
Die Kosten für die Herstellung von Polysilizium nach der verbesserten Siemens-Methode in China umfassen Rohstoffe, Energieverbrauch, Abschreibungen, Verarbeitungskosten usw. Der technologische Fortschritt in der Branche hat die Kosten erheblich gesenkt. Bei den Rohstoffen handelt es sich hauptsächlich um Industriesilizium und Trichlorsilan, der Energieverbrauch umfasst Strom und Dampf und die Verarbeitungskosten beziehen sich auf die Inspektions- und Reparaturkosten von Produktionsanlagen. Laut der Statistik von Baichuan Yingfu zu den Produktionskosten von Polysilizium von Anfang Juni 2022 sind Rohstoffe mit einem Anteil von 41 % der Gesamtkosten der Kostenfaktor mit dem höchsten Kostenfaktor, wobei Industriesilizium die Hauptsiliziumquelle darstellt. Der in der Industrie übliche Silizium-Einheitsverbrauch stellt die Menge an Silizium dar, die pro Einheit hochreiner Siliziumprodukte verbraucht wird. Die Berechnungsmethode besteht darin, alle siliziumhaltigen Materialien wie ausgelagertes industrielles Siliziumpulver und Trichlorsilan in reines Silizium umzuwandeln und dann das ausgelagerte Chlorsilan entsprechend der vom Siliziumgehaltsverhältnis umgerechneten Menge an reinem Silizium abzuziehen. Laut CPIA-Daten wird der Siliziumverbrauch im Jahr 2021 um 0,01 kg/kg-Si auf 1,09 kg/kg-Si sinken. Es wird erwartet, dass dies mit der Verbesserung der Kalthydrierungsbehandlung und des Nebenproduktrecyclings der Fall sein wird bis 2030 auf 1,07 kg/kg sinken. kg-Si. Unvollständigen Statistiken zufolge liegt der Siliziumverbrauch der fünf größten chinesischen Unternehmen der Polysiliziumindustrie unter dem Branchendurchschnitt. Es ist bekannt, dass zwei von ihnen im Jahr 2021 1,08 kg/kg-Si bzw. 1,05 kg/kg-Si verbrauchen werden. Der zweithöchste Anteil ist der Energieverbrauch, der insgesamt 32 % ausmacht, wovon 30 % auf Strom entfallen Gesamtkosten, was darauf hindeutet, dass Strompreis und Effizienz immer noch wichtige Faktoren für die Polysiliciumproduktion sind. Die beiden Hauptindikatoren zur Messung der Energieeffizienz sind der umfassende Stromverbrauch und der reduzierte Stromverbrauch. Der Reduzierungsstromverbrauch bezieht sich auf den Prozess der Reduzierung von Trichlorsilan und Wasserstoff, um hochreines Siliziummaterial zu erzeugen. Der Stromverbrauch umfasst das Vorheizen und Abscheiden des Siliziumkerns. , Wärmeerhaltung, Endbelüftung und anderer Prozessstromverbrauch. Im Jahr 2021 wird der durchschnittliche Gesamtstromverbrauch der Polysiliziumproduktion aufgrund des technologischen Fortschritts und der umfassenden Energienutzung im Jahresvergleich um 5,3 % auf 63 kWh/kg-Si sinken, und der durchschnittliche Reduzierungsstromverbrauch wird im Jahresvergleich um 6,1 % sinken. Der Wert liegt im Vergleich zum Vorjahr bei 46 kWh/kg-Si, was in Zukunft voraussichtlich weiter sinken wird. . Darüber hinaus ist auch die Abschreibung mit einem Anteil von 17 % ein wichtiger Kostenfaktor. Es ist erwähnenswert, dass nach Angaben von Baichuan Yingfu die Gesamtproduktionskosten für Polysilizium Anfang Juni 2022 etwa 55.816 Yuan/Tonne betrugen, der durchschnittliche Preis für Polysilizium auf dem Markt etwa 260.000 Yuan/Tonne betrug und die Bruttogewinnmarge bei etwa 260.000 Yuan/Tonne lag so hoch wie 70 % oder mehr, so dass eine große Anzahl von Unternehmen in den Aufbau von Polysilizium-Produktionskapazitäten investiert.
Für Polysiliziumhersteller gibt es zwei Möglichkeiten, die Kosten zu senken: Eine besteht darin, die Rohstoffkosten zu senken, und die andere darin, den Stromverbrauch zu senken. Was die Rohstoffe betrifft, können Hersteller die Rohstoffkosten senken, indem sie langfristige Kooperationsvereinbarungen mit industriellen Siliziumherstellern abschließen oder integrierte vor- und nachgelagerte Produktionskapazitäten aufbauen. Beispielsweise sind Polysilizium-Produktionsanlagen grundsätzlich auf ihre eigene industrielle Siliziumversorgung angewiesen. Im Hinblick auf den Stromverbrauch können Hersteller durch niedrige Strompreise und eine umfassende Verbesserung des Energieverbrauchs die Stromkosten senken. Etwa 70 % des gesamten Stromverbrauchs entfallen auf die Reduzierung des Stromverbrauchs, und die Reduzierung ist auch ein wichtiger Faktor bei der Herstellung von hochreinem kristallinem Silizium. Daher konzentrieren sich die meisten Produktionskapazitäten für Polysilizium in China auf Regionen mit niedrigen Strompreisen wie Xinjiang, Innere Mongolei, Sichuan und Yunnan. Mit der Weiterentwicklung der Zwei-Kohlenstoff-Politik ist es jedoch schwierig, große Mengen an kostengünstigen Energieressourcen zu erhalten. Daher ist die Reduzierung des Stromverbrauchs zur Reduzierung heute eine praktikablere Kostenreduzierung. Weg. Gegenwärtig besteht die wirksame Möglichkeit zur Reduzierung des Energieverbrauchs bei der Reduktion darin, die Anzahl der Siliziumkerne im Reduktionsofen zu erhöhen und so die Leistung einer einzelnen Einheit zu erhöhen. Derzeit sind die gängigen Reduktionsofentypen in China 36 Stabpaare, 40 Stabpaare und 48 Stabpaare. Der Ofentyp wird auf 60 Stabpaare und 72 Stabpaare aufgerüstet, stellt aber gleichzeitig auch höhere Anforderungen an das produktionstechnische Niveau der Unternehmen.
Im Vergleich zur verbesserten Siemens-Methode bietet die Silan-Wirbelschichtmethode drei Vorteile: Zum einen einen geringen Stromverbrauch, zum anderen eine hohe Kristallziehleistung und drittens die günstigere Kombination mit der fortschrittlicheren kontinuierlichen CCZ-Czochralski-Technologie. Nach Angaben der Silicon Industry Branch beträgt der Gesamtstromverbrauch des Silan-Wirbelschichtverfahrens 33,33 % des verbesserten Siemens-Verfahrens und der reduzierte Stromverbrauch 10 % des verbesserten Siemens-Verfahrens. Das Silan-Wirbelschichtverfahren bietet erhebliche Vorteile beim Energieverbrauch. Im Hinblick auf das Kristallziehen können die physikalischen Eigenschaften von körnigem Silizium es einfacher machen, den Quarztiegel in der Zugstangenverbindung aus einkristallinem Silizium vollständig zu füllen. Polykristallines Silizium und körniges Silizium können die Beladungskapazität eines einzelnen Ofentiegels um 29 % erhöhen und gleichzeitig die Beladungszeit um 41 % verkürzen, wodurch die Zieheffizienz von einkristallinem Silizium deutlich verbessert wird. Darüber hinaus weist körniges Silizium einen kleinen Durchmesser und eine gute Fließfähigkeit auf, was für die kontinuierliche CCZ-Czochralski-Methode besser geeignet ist. Derzeit ist die Haupttechnologie des Einkristallziehens im Mittel- und Unterlauf das RCZ-Einkristall-Umgussverfahren, bei dem der Kristall nach dem Ziehen eines Einkristall-Siliziumstabs erneut zugeführt und gezogen wird. Das Ziehen wird gleichzeitig durchgeführt, wodurch die Abkühlzeit des einkristallinen Siliziumstabs eingespart wird und die Produktionseffizienz höher ist. Die rasante Entwicklung des kontinuierlichen CCZ-Czochralski-Verfahrens wird auch die Nachfrage nach granuliertem Silizium steigern. Obwohl körniges Silizium einige Nachteile hat, wie z. B. mehr durch Reibung erzeugtes Siliziumpulver, große Oberfläche und leichte Adsorption von Schadstoffen sowie Wasserstoff, der beim Schmelzen zu Wasserstoff kombiniert wird, was leicht zum Überspringen führen kann, aber nach den neuesten Ankündigungen von relevantem körnigem Silizium Unternehmen, diese Probleme werden verbessert und es wurden einige Fortschritte erzielt.
Das Silan-Wirbelschichtverfahren ist in Europa und den Vereinigten Staaten ausgereift und steckt nach der Einführung chinesischer Unternehmen noch in den Kinderschuhen. Bereits in den 1980er Jahren begannen ausländische Siliziumgranulate, vertreten durch REC und MEMC, die Produktion von Siliziumgranulat zu erforschen und realisierten eine Produktion in großem Maßstab. Unter anderem erreichte die Gesamtproduktionskapazität von REC für granuliertes Silizium im Jahr 2010 10.500 Tonnen/Jahr und hatte im Vergleich zu seinen Siemens-Pendants im gleichen Zeitraum einen Kostenvorteil von mindestens 2-3 US-Dollar/kg. Aufgrund der Anforderungen des Einkristallziehens stagnierte die Produktion von granuliertem Silizium des Unternehmens und stellte schließlich die Produktion ein und wandte sich an ein Joint Venture mit China, um ein Produktionsunternehmen für die Produktion von granuliertem Silizium zu gründen.
Industriesilizium ist der Kernrohstoff für die Polysiliziumproduktion. Es wird erwartet, dass Chinas industrielle Siliziumproduktion von 2022 bis 2025 stetig wachsen wird. Von 2010 bis 2021 befindet sich Chinas industrielle Siliziumproduktion in der Expansionsphase, wobei die durchschnittliche jährliche Wachstumsrate der Produktionskapazität und der Produktion 7,4 % bzw. 8,6 % erreicht . Laut SMM-Daten wird die neu erhöhte industrielle Siliziumproduktionskapazität in China in den Jahren 2022 und 2023 890.000 Tonnen und 1,065 Millionen Tonnen betragen. Unter der Annahme, dass die Industriesiliziumunternehmen auch in Zukunft eine Kapazitätsauslastung und Betriebsrate von etwa 60 % beibehalten werden, wird Chinas neu erhöhte Produktionskapazität in den Jahren 2022 und 2023 zu einer Produktionssteigerung von 320.000 Tonnen und 383.000 Tonnen führen. Nach Schätzungen von GFCI beträgt Chinas industrielle Siliziumproduktionskapazität am 23.22.24.25 etwa 5,90/697/6,71/6,5 Millionen Tonnen, was 3,55/391/4,18/4,38 Millionen Tonnen entspricht.
Die Wachstumsrate der verbleibenden beiden nachgelagerten Bereiche des überlagerten Industriesiliziums ist relativ langsam, und Chinas Industriesiliziumproduktion kann grundsätzlich mit der Produktion von Polysilizium mithalten. Im Jahr 2021 wird Chinas industrielle Siliziumproduktionskapazität 5,385 Millionen Tonnen betragen, was einer Produktion von 3,213 Millionen Tonnen entspricht, wovon Polysilizium, organisches Silizium und Aluminiumlegierungen jeweils 623.000 Tonnen, 898.000 Tonnen und 649.000 Tonnen verbrauchen werden. Darüber hinaus werden knapp 780.000 Tonnen der Produktion für den Export verwendet. Im Jahr 2021 wird der Verbrauch von Polysilizium, organischem Silizium und Aluminiumlegierungen 19 %, 28 % bzw. 20 % des industriellen Siliziums ausmachen. Von 2022 bis 2025 wird die Wachstumsrate der organischen Siliziumproduktion voraussichtlich bei etwa 10 % bleiben, und die Wachstumsrate der Aluminiumlegierungsproduktion liegt unter 5 %. Daher glauben wir, dass die Menge an Industriesilizium, die im Zeitraum 2022–2025 für Polysilizium verwendet werden kann, relativ ausreichend ist, um den Bedarf an Polysilizium vollständig zu decken. Produktionsbedarf.
In den letzten Jahren ist die weltweite Polysiliziumproduktion von Jahr zu Jahr gestiegen und hat sich nach und nach in China angesammelt. Von 2017 bis 2021 ist die weltweite jährliche Polysiliziumproduktion von 432.000 Tonnen auf 631.000 Tonnen gestiegen, wobei das stärkste Wachstum im Jahr 2021 mit einer Wachstumsrate von 21,11 % verzeichnet wurde. In diesem Zeitraum konzentrierte sich die weltweite Polysiliziumproduktion allmählich auf China, und der Anteil der chinesischen Polysiliziumproduktion stieg von 56,02 % im Jahr 2017 auf 80,03 % im Jahr 2021. Vergleicht man die zehn Unternehmen mit der weltweiten Polysiliziumproduktionskapazität in den Jahren 2010 und 2021, kann dies der Fall sein stellte fest, dass die Zahl der chinesischen Unternehmen von 4 auf 8 gestiegen ist und der Anteil einiger amerikanischer und koreanischer Unternehmen an der Produktionskapazität erheblich zurückgegangen ist und aus den Top-Ten-Teams wie HEMOLOCK, OCI, REC und MEMC herausgefallen ist; Die Branchenkonzentration hat erheblich zugenommen und die Gesamtproduktionskapazität der zehn größten Unternehmen der Branche ist von 57,7 % auf 90,3 % gestiegen. Im Jahr 2021 gibt es fünf chinesische Unternehmen, die mehr als 10 % der Produktionskapazität ausmachen, also insgesamt 65,7 %. . Für die schrittweise Verlagerung der Polysiliziumindustrie nach China gibt es drei Hauptgründe. Erstens haben chinesische Polysiliziumhersteller erhebliche Vorteile hinsichtlich der Rohstoff-, Strom- und Arbeitskosten. Die Löhne der Arbeiter sind niedriger als im Ausland, daher sind die Gesamtproduktionskosten in China viel niedriger als im Ausland und werden mit dem technologischen Fortschritt weiter sinken; Zweitens verbessert sich die Qualität chinesischer Polysiliziumprodukte ständig, die meisten davon liegen auf erstklassigem Solarniveau, und einzelne fortschrittliche Unternehmen erfüllen die Reinheitsanforderungen. In der Produktionstechnologie für höherwertiges Polysilizium in elektronischer Qualität wurden Durchbrüche erzielt, die nach und nach dazu führten, dass Importe durch inländisches Polysilizium in elektronischer Qualität ersetzt wurden, und führende chinesische Unternehmen fördern aktiv den Bau von Polysiliziumprojekten in elektronischer Qualität. Die Produktionsleistung von Siliziumwafern in China beträgt mehr als 95 % der gesamten weltweiten Produktionsleistung, was den Selbstversorgungsgrad von Polysilizium für China schrittweise erhöht hat, was den Markt ausländischer Polysiliziumunternehmen bis zu einem gewissen Grad unter Druck gesetzt hat.
Von 2017 bis 2021 wird die jährliche Produktion von Polysilizium in China stetig zunehmen, vor allem in Gebieten mit reichen Energieressourcen wie Xinjiang, der Inneren Mongolei und Sichuan. Im Jahr 2021 wird Chinas Polysiliziumproduktion von 392.000 Tonnen auf 505.000 Tonnen steigen, was einer Steigerung von 28,83 % entspricht. In Bezug auf die Produktionskapazität verzeichnete Chinas Polysilicium-Produktionskapazität im Allgemeinen einen Aufwärtstrend, ist jedoch im Jahr 2020 aufgrund der Schließung einiger Hersteller zurückgegangen. Darüber hinaus steigt die Kapazitätsauslastung chinesischer Polysiliciumunternehmen seit 2018 kontinuierlich an und wird im Jahr 2021 97,12 % erreichen. Bezogen auf die Provinzen konzentriert sich Chinas Polysiliciumproduktion im Jahr 2021 hauptsächlich auf Gebiete mit niedrigen Strompreisen wie Xinjiang, die Innere Mongolei und Sichuan. Die Produktion von Xinjiang beträgt 270.400 Tonnen, was mehr als der Hälfte der Gesamtproduktion in China entspricht.
Chinas Polysiliziumindustrie zeichnet sich mit einem CR6-Wert von 77 % durch einen hohen Konzentrationsgrad aus, Tendenz weiter steigend. Die Polysiliziumproduktion ist eine Branche mit hohem Kapitalaufwand und hohen technischen Hürden. Der Projektkonstruktions- und Produktionszyklus beträgt in der Regel zwei Jahre oder mehr. Für neue Hersteller ist es schwierig, in die Branche einzusteigen. Gemessen an den bekannten Expansionsplänen und neuen Projekten in den nächsten drei Jahren werden die oligopolistischen Hersteller der Branche ihre Produktionskapazitäten aufgrund ihrer eigenen Technologie- und Skalenvorteile weiter ausbauen und ihre Monopolstellung weiter stärken.
Es wird geschätzt, dass Chinas Polysiliciumversorgung von 2022 bis 2025 ein großes Wachstum einleiten wird und die Polysiliciumproduktion im Jahr 2025 1,194 Millionen Tonnen erreichen wird, was die Ausweitung des globalen Polysiliciumproduktionsumfangs vorantreibt. Im Jahr 2021, als der Preis für Polysilizium in China stark anstieg, haben große Hersteller in den Bau neuer Produktionslinien investiert und gleichzeitig neue Hersteller für den Einstieg in die Branche gewonnen. Da Polysiliziumprojekte vom Bau bis zur Produktion mindestens eineinhalb bis zwei Jahre dauern werden, wird der Neubau im Jahr 2021 abgeschlossen sein. Die Produktionskapazität wird in der Regel im zweiten Halbjahr 2022 und 2023 in Betrieb genommen. Dies steht im Einklang mit den derzeit von großen Herstellern angekündigten neuen Projektplänen. Die neue Produktionskapazität im Zeitraum 2022–2025 konzentriert sich hauptsächlich auf die Jahre 2022 und 2023. Danach wird sich die gesamte Produktionskapazität der Branche schrittweise stabilisieren, wenn sich Angebot und Nachfrage von Polysilizium sowie der Preis allmählich stabilisieren. Nach unten, das heißt, die Wachstumsrate der Produktionskapazität nimmt allmählich ab. Darüber hinaus ist die Kapazitätsauslastung der Polysiliziumunternehmen in den letzten zwei Jahren auf einem hohen Niveau geblieben, aber es wird einige Zeit dauern, bis die Produktionskapazität neuer Projekte hochgefahren ist, und es wird einen Prozess erfordern, bis neue Marktteilnehmer dies meistern entsprechende Aufbereitungstechnik. Daher wird die Kapazitätsauslastung neuer Polysiliciumprojekte in den nächsten Jahren gering sein. Daraus lässt sich die Polysiliciumproduktion im Zeitraum 2022–2025 vorhersagen, und die Polysiliciumproduktion im Jahr 2025 wird voraussichtlich etwa 1,194 Millionen Tonnen betragen.
Die Konzentration der Produktionskapazitäten im Ausland ist relativ hoch, und die Produktionssteigerungsrate und -geschwindigkeit wird in den nächsten drei Jahren nicht so hoch sein wie in China. Die Produktionskapazitäten für Polysilizium in Übersee konzentrieren sich hauptsächlich auf vier führende Unternehmen, der Rest besteht hauptsächlich aus kleinen Produktionskapazitäten. Gemessen an der Produktionskapazität verfügt Wacker Chem über die Hälfte der Polysilicium-Produktionskapazitäten im Ausland. Die Werke in Deutschland und den USA verfügen über Produktionskapazitäten von 60.000 Tonnen bzw. 20.000 Tonnen. Der starke Ausbau der weltweiten Polysilicium-Produktionskapazität im Jahr 2022 und darüber hinaus könnte zu einem Überangebot führen. Das Unternehmen befindet sich immer noch in einer abwartenden Phase und hat nicht geplant, neue Produktionskapazitäten hinzuzufügen. Der südkoreanische Polysiliciumriese OCI verlagert seine Produktionslinie für Polysilicium in Solarqualität schrittweise nach Malaysia und behält gleichzeitig die ursprüngliche Produktionslinie für Polysilicium in Elektronikqualität in China bei, die im Jahr 2022 5.000 Tonnen erreichen soll. Die Produktionskapazität von OCI in Malaysia wird 27.000 Tonnen erreichen 30.000 Tonnen in den Jahren 2020 und 2021, was zu niedrigen Energieverbrauchskosten führt und die hohen Zölle Chinas auf Polysilicium in den USA und Südkorea umgeht. Das Unternehmen plant eine Produktion von 95.000 Tonnen, der Starttermin ist jedoch unklar. Es wird erwartet, dass sie in den nächsten vier Jahren auf das Niveau von 5.000 Tonnen pro Jahr steigen wird. Das norwegische Unternehmen REC verfügt über zwei Produktionsstandorte im Bundesstaat Washington und in Montana, USA, mit einer jährlichen Produktionskapazität von 18.000 Tonnen Polysilizium in Solarqualität und 2.000 Tonnen Polysilizium in Elektronikqualität. REC, das sich in einer großen finanziellen Notlage befand, beschloss, die Produktion einzustellen, und beschloss dann, angeregt durch den Boom der Polysiliciumpreise im Jahr 2021, die Produktion von 18.000 Tonnen Projekten im Bundesstaat Washington und 2.000 Tonnen in Montana bis Ende 2023 wieder aufzunehmen und kann den Hochlauf der Produktionskapazität im Jahr 2024 abschließen. Hemlock ist der größte Polysiliziumproduzent in den Vereinigten Staaten und auf hochreines Polysilizium in Elektronikqualität spezialisiert. Die hochtechnologischen Produktionshemmnisse erschweren die Ersetzung der Produkte des Unternehmens am Markt. In Kombination mit der Tatsache, dass das Unternehmen nicht plant, innerhalb weniger Jahre neue Projekte zu bauen, wird erwartet, dass die Produktionskapazität des Unternehmens zwischen 2022 und 2025 liegen wird. Die Jahresproduktion liegt weiterhin bei 18.000 Tonnen. Darüber hinaus wird die neue Produktionskapazität anderer Unternehmen als der oben genannten vier Unternehmen im Jahr 2021 5.000 Tonnen betragen. Aufgrund mangelnden Verständnisses der Produktionspläne aller Unternehmen wird hier davon ausgegangen, dass die neue Produktionskapazität von 2022 bis 2025 5.000 Tonnen pro Jahr betragen wird.
Gemäß der Produktionskapazität im Ausland wird geschätzt, dass die Polysiliciumproduktion im Ausland im Jahr 2025 etwa 176.000 Tonnen betragen wird, vorausgesetzt, dass die Auslastung der Polysiliciumproduktionskapazität im Ausland unverändert bleibt. Nachdem der Preis für Polysilizium im Jahr 2021 stark gestiegen ist, haben chinesische Unternehmen die Produktion erhöht und die Produktion ausgeweitet. Im Gegensatz dazu sind ausländische Unternehmen bei der Planung neuer Projekte vorsichtiger. Dies liegt daran, dass die Dominanz der Polysiliziumindustrie bereits unter der Kontrolle Chinas liegt und eine blinde Steigerung der Produktion zu Verlusten führen kann. Auf der Kostenseite ist der Energieverbrauch der größte Kostenfaktor für Polysilizium, daher ist der Strompreis sehr wichtig und Xinjiang, die Innere Mongolei, Sichuan und andere Regionen haben offensichtliche Vorteile. Was die Nachfrageseite anbelangt, so macht Chinas Siliziumwaferproduktion als direkt nachgelagertes Unternehmen für Polysilizium mehr als 99 % der weltweiten Gesamtproduktion aus. Die nachgelagerte Polysiliziumindustrie konzentriert sich hauptsächlich auf China. Der Preis für produziertes Polysilizium ist niedrig, die Transportkosten sind niedrig und die Nachfrage ist vollständig garantiert. Zweitens hat China relativ hohe Antidumpingzölle auf Importe von Polysilizium in Solarqualität aus den USA und Südkorea eingeführt, was den Verbrauch von Polysilizium aus den USA und Südkorea stark zurückgedrängt hat. Seien Sie vorsichtig beim Aufbau neuer Projekte. Darüber hinaus haben sich chinesische Polysiliciumunternehmen im Ausland aufgrund der Auswirkungen der Zölle in den letzten Jahren nur langsam entwickelt, und einige Produktionslinien wurden reduziert oder sogar stillgelegt, und ihr Anteil an der Weltproduktion ist von Jahr zu Jahr zurückgegangen, so sie wird nicht mit dem Anstieg der Polysiliciumpreise im Jahr 2021 vergleichbar sein, da das chinesische Unternehmen hohe Gewinne erzielt und die finanziellen Bedingungen nicht ausreichen, um den schnellen und groß angelegten Ausbau der Produktionskapazitäten zu unterstützen.
Basierend auf den jeweiligen Prognosen der Polysiliciumproduktion in China und im Ausland von 2022 bis 2025 lässt sich der prognostizierte Wert der weltweiten Polysiliciumproduktion zusammenfassen. Es wird geschätzt, dass die weltweite Polysiliziumproduktion im Jahr 2025 1,371 Millionen Tonnen erreichen wird. Anhand des prognostizierten Werts der Polysiliziumproduktion lässt sich grob der Anteil Chinas am weltweiten Anteil ermitteln. Es wird erwartet, dass der Anteil Chinas von 2022 bis 2025 schrittweise ansteigt und im Jahr 2025 87 % übersteigt.
Polysilizium ist dem industriellen Silizium nachgelagert und der gesamten Photovoltaik- und Halbleiterindustriekette vorgelagert, und sein Status ist sehr wichtig. Die Kette der Photovoltaik-Industrie besteht im Allgemeinen aus Polysilizium-Silizium-Wafern, Zellen-Modulen und installierter Photovoltaik-Kapazität, und die Kette der Halbleiter-Industrie besteht im Allgemeinen aus Polysilizium-monokristallinem Silizium-Wafern-Silizium-Wafer-Chip. Unterschiedliche Anwendungen stellen unterschiedliche Anforderungen an die Reinheit von Polysilicium. Die Photovoltaikindustrie verwendet hauptsächlich Polysilizium in Solarqualität, und die Halbleiterindustrie verwendet Polysilizium in Elektronikqualität. Ersteres hat einen Reinheitsbereich von 6N-8N, während letzteres eine Reinheit von 9N oder mehr erfordert.
Seit Jahren ist der gängige Produktionsprozess von Polysilizium überall auf der Welt die verbesserte Siemens-Methode. In den letzten Jahren haben einige Unternehmen aktiv die kostengünstigere Silan-Wirbelschichtmethode erforscht, die sich möglicherweise auf das Produktionsmuster auswirken kann. Das nach dem modifizierten Siemens-Verfahren hergestellte stabförmige Polysilizium zeichnet sich durch hohen Energieverbrauch, hohe Kosten und hohe Reinheit aus, während das durch das Silan-Wirbelschichtverfahren hergestellte körnige Silizium durch geringen Energieverbrauch, niedrige Kosten und relativ geringe Reinheit gekennzeichnet ist . Einige chinesische Unternehmen haben die Massenproduktion von Siliziumgranulat und die Technologie zur Verwendung von Siliziumgranulat zum Ziehen von Polysilizium erkannt, diese wurde jedoch nicht umfassend gefördert. Ob granuliertes Silizium in Zukunft ersteres ersetzen kann, hängt davon ab, ob der Kostenvorteil den Qualitätsnachteil, die Auswirkungen nachgelagerter Anwendungen und die Verbesserung der Silansicherheit ausgleichen kann. In den letzten Jahren ist die weltweite Polysiliziumproduktion von Jahr zu Jahr gestiegen und konzentriert sich allmählich auf China. Von 2017 bis 2021 wird die weltweite jährliche Polysiliziumproduktion von 432.000 Tonnen auf 631.000 Tonnen steigen, wobei das stärkste Wachstum im Jahr 2021 zu verzeichnen ist. In diesem Zeitraum konzentrierte sich die weltweite Polysiliziumproduktion immer mehr auf China, und der Anteil Chinas an der Polysiliziumproduktion stieg von 2017 bis 2021 56,02 % im Jahr 2017 auf 80,03 % im Jahr 2021. Von 2022 bis 2025 wird das Angebot an Polysilizium ein großes Wachstum einläuten. Es wird geschätzt, dass die Polysiliziumproduktion im Jahr 2025 in China 1,194 Millionen Tonnen betragen wird und die Produktion im Ausland 176.000 Tonnen erreichen wird. Daher wird die weltweite Polysiliziumproduktion im Jahr 2025 etwa 1,37 Millionen Tonnen betragen.
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