光伏行业:UMG-Si目标市场投资PV还是VC
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火法工艺:冶金硅——炉外精炼(吹氧、造渣)—真空溶炼(真空造渣、真空吹气)——定向凝固.湿法工艺:冶金硅——湿法冶金(粉碎、酸浸、离子交换去渣)—真空溶炼(真空造渣、真空吹气)——定向凝固采用达到或者接近3N级的MG-Si,通过炉外精炼或湿法冶金工序能将硅提纯至4N级,剩余杂质构成是:铁铝钙约80ppm、磷约5—0ppm、硼约1—2ppm,其余杂质10ppm左右;经过真空熔炼步骤后,通常硅纯度能达到5N级。两种工艺路径在设备投入、能耗指标、环保处理方面各有特点。再加上各公司在研发过程中,工艺各环节采用的具体路径、工艺参数、试剂选择,设备选择等方面存在差异,在两大基本工艺思路的基础上,各公司的具体工艺存在差异。采用火法工艺的代表公司主要有加拿大Tim(已量产)、Solar Value、川崎制铁、新日铁等,下图所示的是Solar公司的工艺路径。
此外,国内部分UMG-Si制备的技术源头来自于JFE日本川崎制铁,其工艺路线为:冶金硅在真空环境下加热熔化,用电子束轰击掉磷,在Ar(氩)气体中熔化后用等离子焊枪(Plasma Torch)喷吹去除B(硼),最后通过定向凝固提纯。但必须指出的是,等离子束去杂质成本较高,JFE也仅建有500吨/年的生产线。采用湿法工艺的代表性公司主要有已经量产的挪威Elkem、美国道康宁旗下的HEMLOCK、Wacker试验线、Bayer AG等。Elkem的工艺流程:步骤一:将冶金级Si熔融,并通入气体,将磷与硼氧化成气体排出。例如通入氯气(Cl2)将P与B氧化成PCl3与BCl3气体,真空抽出。步骤二:采用强酸(HCl、HF、HNO3等)将可溶性杂质溶解去除。步骤三:以方向性固化方式,去除尚存之金属杂质。
2、物理法参与者“鱼龙混杂”
太阳能光伏市场在过去的10年中年均增长率达41.3%,而过去的六年平均增速更是达到49.5%。高纯硅市场,光伏行业从原来半导体行业的配角摇身变为主要应用市场。因此,在多晶硅高涨的价格以及光伏行业光明的未来指引下,寻找低成本专门制造SG-Si级别的思路被视作可行。国外涉及UMG-Si开发的主要厂商有如冶金行业的Elkem、JFE川崎制铁、新日铁等,以及化学法多晶硅老牌厂商如hemlock等。
国内物理法提纯硅起步几乎是同步于大规模的化学法多晶硅投资,除了多晶硅暴利驱动因素,国内成熟的冶金硅生产对物理法提纯硅提供了支撑,而且其相对化学法的巨额投资,投资规模小的物理法可能的高投资收益比更容易找到“下注者”。
国内的物理法项目主要参与者由原来从事冶金硅生产的企业,如福源硅业、南安三晶;也有资本市场的投资人,如尚硅光伏、广济硅材料;当然最多的模式还是教授加投资人的“类尚德模式”,如绍兴碧晶、荆门珈伟、河南迅天宇等。然而,这纷乱的物理法提纯硅的热潮中,各行其道的研发路径,最终成功者几何?这众多的国内投资中,有宣布达到6N级产品问世但随后销声匿迹的,也有如河南迅天宇仅能量产4—5N但确获得了IDG4000万美金风险投资。
3、实际进展差强人意
第一,6N级UMG-Si的量产技术尚未成功。国际上已实现量产且握有实际订单的UMG-Si生产商Elkem、BSI均仅能达到5N级别;国内有企业号称产出6N级的UMG-Si,但未见量产报道;必须提醒的是,试生产出6N产品是较易实现的,甚至有厂商用化学法高纯硅同纯度不够的UMG-Si产品共同回炉既生产所谓达到6N级别的UMG-Si。