颗粒硅工艺对比及投资成本分析

正文目录

1.颗粒硅：工艺决定低耗基因，CCZ更添应用潜质

1.1.

西门子鳃组词 法VS流化床法——主流的多晶硅生产工艺

1.2. 工艺对比：弱放热反应，分解温度和电耗低，连续转化效率高

1.3. 投资成本：Capex显著低于棒状硅，建设周期短

1.4. 拉晶重新装料：单筒装料量高出25%，熔化速率高

1.5. 拉晶连续加料：颗粒硅+CCz实现效率提升和N型硅片品质升级

1.6. 长晶成本：颗粒硅免破碎，长晶环节成本降低19%。

1.颗粒硅：工艺决定低耗基因，CCZ更添应用潜质

1.1.西门子法VS流化床法——主流的多晶硅生产工艺

西门子法和硅烷流化床法是多晶硅主流工艺。根据沉积工艺的不同，化学

法多晶硅可以分为西门子法和流化床法。根据发生进入核心CVD或流化床反应

器的反应原料不同，又分为三氯氢硅法、硅烷法、四氯化硅法、二氯二氢硅法

等。根据不同生产原料和沉积技术，可组合为三氯氢硅寒假记事 西门子法、硅烷西门子

法、三氯氢硅流化床法、硅烷流化床法等。

图表 1：多晶硅工艺路线

西门子法，流化床法

化学法

（95%以上）

根据反应原料的不同

三氯氢硅法，硅烷法，四

氯化硅法，二氯二氢硅法

多晶硅

生产工艺

冶金法

（不足5%）

三氯氢硅西门子法，硅烷西门

子法，三氯氢硅硫化床法，硅

烷流化床法

钠还原四氟化硅法

镁还原四氟化硅法

其他工艺

高纯试剂还原高纯二氧化硅

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硅料是光伏产业的基础原材料，是光伏的上游环节。目前硅料可以分为两

种类型：块状硅和颗粒硅。

颗粒硅：是光伏硅料环节的新一代技术，生产工艺为硅烷流化床法。颗粒

硅形似球状，直径在2mm左右，大小近似绿豆，纯度可排骨玉米汤 达6N。

棒状硅：是目前光伏硅料供应的主流，生产工艺多为西门子法。工艺相对

成熟，致密料为块状形态，纯度可达6-11N。通过化学气相沉积的方法，生产

棒状硅和块状硅。

图表 2：颗粒硅产品示意图

图表 3：块状硅产品示意图

颗粒硅历史：REC、MEMC枸杞叶汤的功效与作用 开发数年，协鑫、天宏实现工业放大

国外企业发展：

早在1952年，美国联碳公司（REC前身）就开发出将硅烷分解沉积在固定

床上硅颗粒表面的技术，这也是流化床技术最早的雏形。至1961年，杜邦公

司申请了使用三氯氢硅为原料在流化床内生产颗粒硅的专利，颗粒硅首次出现

在大众视野。

MEMC公司（后被Sun Edison收购）：于1987年成功研制硅烷流化床法颗

粒硅，但由于纯度、成本等问题，产能未能进一步放大。

REC：2006年，美国REC集团旗下REC Silicon公司，开始建设流化床颗

粒硅生产线，到 2010 年 REC 颗粒硅总产能达到 10500 吨/年，2012年推出

第三代流化床反应器 FBR-B，单炉年产能达 900 吨后，但后来由于多晶硅工

艺的迅速进步叠加中美双反，产业开一封陌生女人的来信 始出现亏损。未来韩国企业韩华将成为REC

Silicon最大股东，并计划于2023年重启位于美国摩西湖的颗粒硅制造工厂，

重启颗粒硅的生产。

国内企业发展：

协鑫科技：2010年前后开始布局硅烷流化床工艺，2012年江苏中能的硅

烷气首期装置调试成功，并顺利产出合格的高纯度硅烷气，2016年收购美Sun

Edison(原MEMC)的硅烷流化床技术专利，2021年正式量产。

天宏超拽女生头像 瑞科：2014年成立，是陕西有色和REC的合资公司，双方 2014 年在

榆林投资建了1.8万吨产能，配备了16台1200吨/年的流化床，由于成本和

品质问题，一直到2020年才逐渐投产，天宏瑞科的技术全部来自REC。

1.2. 工艺对比：弱放热反应，分解温度和电耗低，连续转化效率高

硅烷流化床法优势明显：流化床反应过程中籽晶与硅烷气接触面积大，转

换效率浪漫创意 高（单次转换效率高达99%）;硅烷的分解温度低,硅烷流化床法流程短，

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没有改良西门子法复杂的回收系统，综合能耗低（降低生产电耗超75%）的优

势明显。

本质原因：在流化床反应温度下，硅烷分解摩尔反应焓为负，为热力学上

的弱放热反应,而西门子法三氯氢硅分解主反应为吸热反应。

图表 4：颗粒硅硅烷流化床法和改良西门子法工艺对比

生产方法改良西门子法硅烷流化床法

产品形态棒状硅、块状硅颗粒硅

工业化生产情况工艺成熟，适合大规模工业化生产基本成熟，少部分企业已经实现量产

2021年市占率95.90%4.10%

反应温度/℃1150-1200约 550-700

电耗约60度/kg约20度/kg

硅沉积方式在还原炉内还原出的硅沉积在硅芯表面在流化床反应器内制备出的硅沉积在预先加入的硅粒表面

沉积效果硅只在硅芯表面沉积温度一致, 硅粒表面大,沉积快，效率高

转化率10%-20%大于90%

生产连续性批杨子姗身高 次生产，需进行装、拆炉连续性不间断生产

副产物产生大量副产SiCl4需要通过氢化处理副产物少，污染性排放少

产品纯度产品纯度高，可生产电子级多晶硅产品纯度略低于西门子法

图表 5：硅烷分解反应摩尔反应焓变图表 6：三氯氢分解反应摩尔反应焓变

流程对比一：硅烷流化床法——SiH制备、流化床反应，回收流程少

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高纯SiH制备：将SiCl、H、冶金硅和HCl为原料在流化床高温（500℃

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以上）高压（20bar以上）下氢化生成SiHCl，通过歧化加氢反应生成SiHCl、

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SiH。

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流化床反应：SiH和H底部通入有小颗粒硅粉晶种的流化床反应炉内连续

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热解为颗粒硅。在外部加热器的作用下，硅烷在600～800℃的温度下在硅晶种

表面发生化学气相沉积，使硅晶种长成尺寸较大的近球形颗粒。

图表 7：硅烷流化床法生产多晶硅

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