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光伏和半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)鏈都源于硅。硅構(gòu)成地殼總質(zhì)量的26.4%，廣泛存在于巖石、沙礫、塵土中，相當(dāng)常見。硅通常以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在，儲(chǔ)量豐富，價(jià)格低廉。經(jīng)過處理，硅石和碳質(zhì)還原劑在礦熱爐內(nèi)冶煉成工業(yè)硅。

我國工業(yè)硅生產(chǎn)相對(duì)分散，前10家工業(yè)硅企業(yè)產(chǎn)量占到全國產(chǎn)量的34%左右。從工業(yè)硅開始，光伏與半導(dǎo)體的產(chǎn)業(yè)慢慢產(chǎn)生了分歧。

多晶硅以工業(yè)硅為原料，光伏和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所用的多晶硅純度不同，通常將多晶硅分為電子級(jí)與太陽能級(jí)。用于制備半導(dǎo)體單晶硅的電子級(jí)多晶硅，與制備光伏硅片的太陽能級(jí)多晶硅的區(qū)別，主要就在于對(duì)純度的控制。

太陽能能多晶硅純度要求為99.9999%，小數(shù)點(diǎn)后6個(gè)9，而電子級(jí)多晶硅純度要求至少小數(shù)點(diǎn)后9個(gè)9（9N）。在整個(gè)工藝流程里，電子級(jí)比太陽能級(jí)在原料純度，管道清洗，提純塔，廠房潔凈度等要求都要高得多。

從技術(shù)路線來看，電子級(jí)多晶硅大多數(shù)企業(yè)選用改良西門子法和硅烷CVD法，這兩種方法相對(duì)成熟完善。以改良西門子法為例：該方法主要是借助HCI與硅粉進(jìn)行結(jié)合，形成SiHCl3，然后再將SiHCl3進(jìn)行提純，獲得高純度的電子級(jí)多晶硅。

該方法的主要優(yōu)勢(shì)在于成本低、效率高，提純效果相對(duì)較好，而且對(duì)環(huán)境的污染相對(duì)較低。不過，其劣勢(shì)同樣明顯，那就是改良西門子法所生產(chǎn)的電子級(jí)多晶硅，在產(chǎn)品質(zhì)量上一直不盡如人意。在生產(chǎn)時(shí)，通常要借助較大的還原爐，會(huì)帶來極高的工藝控制要求。

對(duì)于太陽能級(jí)多晶硅，TCS西門子法和硅烷流化床法是最主流的技術(shù)。太陽能多晶硅的改良西門子法的生產(chǎn)流程為：將硅粉和HCl兩種物質(zhì)投入到還原爐中，在一定條件下進(jìn)行反應(yīng)，生成產(chǎn)物三氯氫硅(SiHCl3)。接著通過蒸餾的方式對(duì)SiHCl3進(jìn)行提純。最后對(duì)SiHCl3進(jìn)行還原，采用氣相沉積的方法，在密封環(huán)境中進(jìn)行反應(yīng)，得到高純度的多晶硅。

改良西門子法同電子級(jí)多晶硅的制備類似，優(yōu)點(diǎn)是安全風(fēng)險(xiǎn)適中，純度可以達(dá)到11N，工藝和設(shè)備成熟度高，還原爐易操作，目前成本依然是最低的。缺點(diǎn)是系統(tǒng)較復(fù)雜，沉積電耗和綜合電耗較高。未來高效率單晶硅電池(比如現(xiàn)在正在進(jìn)行量產(chǎn)試驗(yàn)的N型電池)，將要求多晶硅純度達(dá)到電子級(jí)。

未來5至10年內(nèi)，改良西門子法和硅烷流化床法兩種工藝將并存。改良西門子法占主導(dǎo)地位，流化床法的市占率提升需要伴隨設(shè)備的成熟與技術(shù)的支持，在光伏產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)里處在發(fā)展的初級(jí)階段。硅烷流化床法比較適合高電價(jià)地區(qū)，而改良西門子法在低電價(jià)區(qū)域或煤電硅聯(lián)營項(xiàng)目更有競爭力。

從半導(dǎo)體的發(fā)展脈絡(luò)來看，光伏勢(shì)必追求更高效率、更高精度的生產(chǎn)。因此，光伏硅片現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)就是向半導(dǎo)體的大尺寸、高純度、高工藝水平看齊。硅基材料技術(shù)上的統(tǒng)一性會(huì)隨著行業(yè)的演變慢慢體現(xiàn)出來。

中國電子級(jí)多晶硅主要產(chǎn)能在國家電投集團(tuán)黃河水電和鑫華半導(dǎo)體，通威股份有1000噸的電子級(jí)多晶硅產(chǎn)能在建，總共在1萬噸左右。多晶硅環(huán)節(jié)主要依賴進(jìn)口。半導(dǎo)體硅片市場(chǎng)同樣是海外企業(yè)的高度壟斷，信越化學(xué)、SUMCO、Siltronic、環(huán)球晶圓和SK Siltron等龍頭公司占據(jù)97%市場(chǎng)份額。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈原材料的國產(chǎn)替代處于起步階段，國內(nèi)硅片制造主要企業(yè)立昂微、滬硅、中環(huán)，剛剛實(shí)現(xiàn)12英寸大尺寸硅片的國產(chǎn)替代，還需要時(shí)間進(jìn)行量產(chǎn)的驗(yàn)證。國內(nèi)12英寸大尺寸半導(dǎo)體硅片的國產(chǎn)化率較低，主要依賴進(jìn)口。

中國太陽能級(jí)多晶硅則不在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，光是2021上半年就有23.8萬噸的太陽能級(jí)多晶硅出貨。多晶硅產(chǎn)業(yè)龍頭企業(yè)仍在持續(xù)擴(kuò)張產(chǎn)能，光伏產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)已開啟強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、合作共贏的模式。目前中國大陸生產(chǎn)的多晶硅、硅片、電池片、組件在全球的占比分別為76%、96.2%、82.5%和76.1%，光伏產(chǎn)業(yè)鏈領(lǐng)跑世界。

當(dāng)下，光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)也在進(jìn)行半導(dǎo)體領(lǐng)域的橫向拓展嘗試，以光伏業(yè)務(wù)為基本盤，將自身的競爭優(yōu)勢(shì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體這個(gè)正待崛起的賽道。光伏和半導(dǎo)體的路徑正在交匯，在技術(shù)上半導(dǎo)體的工藝給予光伏以充分支持，滿足日益增長的產(chǎn)品質(zhì)量需求。

從宏觀格局上，光伏作為一個(gè)競爭格局相對(duì)成熟的行業(yè)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、供需關(guān)系、發(fā)展路線都給予半導(dǎo)體的崛起充足的指導(dǎo)作用。

光伏與半導(dǎo)體源于硅，它們的發(fā)展必然不是孤立的。在國產(chǎn)替代的大環(huán)境下，光伏與半導(dǎo)體的路線會(huì)形成交匯，二者的協(xié)同效應(yīng)一定會(huì)在更多的環(huán)節(jié)釋放出來，產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

原標(biāo)題： 半導(dǎo)體：向光伏產(chǎn)業(yè)學(xué)習(xí)