隨著集成電路制造與太陽能電池等產品對多晶硅需求的增長,我國多晶硅的自主供貨一直存在著嚴重的缺口,特別是近年來多晶硅市場售價的暴漲,已經危及到我國多晶硅下游產業的正常運營,并成為制約我國信息產業和光伏產業發展的瓶頸。最近,中國電子材料行業協會在北京組織召開多晶硅材料“十一五”科技發展戰略研討會,業界的領導、專家以及企業家代表對如何加快我國多晶硅產業的發展進行了深入的探討。
戴國強 多年來,我國在多晶硅的研究和生產方面取得了一定的成績,但離需求的差距還相當大。通過對多晶硅生產發達國家,特別是7個多晶硅主要生產企業的總產量、技術路線以及具體應用需求狀況的分析,我們可以看到他們的態度、目標、預測和策略是什么,在此基礎上,我們更要分析中國的市場機遇又是什么。多晶硅市場不管每年是以17%還是30%的速度增長,對我們國家來說都是相當大的挑戰。
關白玉 國家對材料緊缺的問題已越來越重視,電子信息產業應在節能方面做貢獻。太陽能電池作為綠色能源近期在我國發展很快,必須考慮太陽能級多晶硅的國產化;半導體照明對節能、環保作用明顯,應該加快相應半導體材料的發展。創造更好的環境和手段來促進半導體材料的發展,不僅能緩解能源短缺狀況,而且符合建設節約型社會的宏觀要求。
袁 桐 多晶硅是集冶金、化工、自動控制、電子學以及環保工程等學科為一體的工業化產業。多晶硅材料是硅產品產業鏈中的一個極其重要的中間產品。它是制造硅拋光片、太陽能電池及高純硅制品的主要原料,也是發展信息產業和新能源產業的重要基石。
當前多晶硅在發展半導體產業、新能源產業方面已被擺到越來越突出的位置。近一兩年來,在生產多晶硅產品(特別是用于太陽能電池的多晶硅)的技術路線方面,世界多晶硅主要生產國家正在積極開發新工藝、新設備和新技術。這些研發工作表現得十分活躍,并獲得了眾多的研究新成果和新突破。這也預示著世界多晶硅工業化生產技術一個新的飛躍即將到來。
林必清 從目前半導體產業的發展來看,全球半導體制造業在向中國內地轉移,中國有市場,有產能,但多晶硅材料供應緊張、得不到保障的狀況會對產業的發展造成影響,因此,要建立滿足我國市場巨大需求的多晶硅生產基地,避免受制于人,從而保證集成電路產業戰略資源的安全。從這一意義上來說,建立多晶硅生產基地,對集成電路產業來說比對太陽能產業還要重要。
張 椿 多晶硅生產多年來一直以提高純度,綜合利用,降低成本為宗旨,其純度達到11個“9”,以滿足半導體級多晶硅的需要,而太陽能用多晶硅的純度為6個“9”以上。多晶硅廠過去供給太陽能應用的多是等外品(約占生產總量的10%左右),以及單晶硅的頭尾料和堝底料。由于電子工業的發展速度并不理想,2000年出現了泡沫經濟,擴建后的多晶硅廠產品供過于求,經營相當困難,目前主要是太陽能級多晶硅材料緊缺,因此對于擴大產能,各廠都持謹慎態度。
有國外機構預測,2005年世界多晶硅的產量為2.88萬噸,其中半導體級為2.07萬噸,太陽能級為8100噸。從需求看,半導體級需求量約為1.9萬噸,略有過剩,太陽能級的需求量為1萬噸,呈現供不應求態勢。
嚴大洲 為鼓勵新能源產業的發展,國家發展和改革委員會文件(發改辦高技【2005】509號)明確要求,組織實施“可再生能源和新能源高技術產業化專項”,明確提出“解決我國太陽能電池用多晶硅原料生產和光伏產業鏈發展不平衡的問題”,以促使我國光伏產業的健康發展。我國《可再生能源法》的實施,將會進一步推動太陽能電池行業的發展,為多晶硅創造更廣闊的市場。太陽能電池的發展將大大帶動多晶硅需求的增加。專家預計,2005年我國多晶硅需求將達到3800噸,2010年用于太陽能電池生產的多晶硅將達4365噸,2015年為1.62萬噸。若不以自主知識產權改變國內多晶硅的生產現狀,加快多晶硅生產企業擴建或新建步伐,我國多晶硅產業受制于國際市場的狀況將無法改變,這將危及我國集成電路、半導體器件和光伏產業的發展。
對我國多晶硅產業的狀況如何評價?
袁 桐 多年來,我國多晶硅的自主供貨存在著嚴重的缺口,無論是半導體用還是太陽能電池用的多晶硅基本都靠進口,特別是由于近年多晶硅市場售價的暴漲,已經危及到我國多晶硅下游眾多企業的正常運營,甚至影響到企業的生存問題,并成為制約我國信息產業和光伏產業發展的瓶頸。
朱黎輝 我國要建立百噸級的多晶硅項目,國家正式立項已有三次,但最后都沒有建成,主要原因有三方面:一是市場驅動力沒有現在大;二是國家資金有限;三是技術指標與國外有差距。
嚴大洲 我國多晶硅工業起步于20世紀50年代,60年代中期實現了小規模產業化,70年代初曾盲目發展,生產廠多達20余家,但由于生產規模小、工藝技術落后、環境污染嚴重、消耗大、成本高,絕大部分企業因虧損而相繼停產或轉產,到2004年只剩下兩家工廠,生產能力僅為100噸/年,多晶硅實際產量約80噸。到2005年,隨著“863”項目支持的洛陽中硅高科技有限公司300噸/年產業化項目的投產,全國多晶硅產能將達到400噸/年,由于投產后需要一段時間才能達產,預計2005年全國多晶硅產量約為180噸。
我國多晶硅產業在發展過程中存在哪些問題?與國外的主要差距是什么?
簡水生 21世紀是能源危機的世紀,也是綠色能源革命的世紀,我們要抓住機遇實現跨越式發展。太陽能照在地球的能量是我們人類所需能量的上萬倍,太陽能照在我們國土上的能量相當于2.4萬億噸標準煤產生的能量。現在的核心問題是價格問題,現在太陽能價格太貴了,而半導體照明雖然能節省90%的能量,但要實現應用,效率還要提高8倍,價格也要降低100倍,因此加速我國多晶硅及光電子材料循環經濟工業基地建設很有必要。
楊玉安 國內多晶硅與國外相比,差距主要體現在如下幾方面:生產規模小;同類產品生產單位能耗高(尤其是電單位能耗);千噸級工藝及裝備技術的可靠性、先進性、成熟性以及各子系統相互間的匹配性,有待生產運行驗證,有待于完善與改進。
陳紹章 我國多晶硅在工業生產方面與國際先進水平的差距主要表現在四個方面:一是工藝、設備落后,導致物料與電力消耗過大;二是生產規模小,現在公認最小經濟規模為1000噸/年,而我國現階段企業30噸/年~50噸/年就是大的了;三是超高純產品(B<0.03ppb)難以獲得;四是成本沒有競爭力。
對我國多晶硅的市場與產業前景如何判斷?
陳紹章 雖然一段時間內國際多晶硅市場需求旺盛,國內市場缺口很大,但應該看到,我國多晶硅產業基礎差、底子薄,國外又對我們進行技術封鎖;如果出現遍地開花、搞重復建設的局面,對這個行業的發展將極為不利,因此,建議政府和行業主管部門加強管理,新建項目一定要謹慎,最好選擇現有具備條件的1個到2個工廠走改建擴產之路,而較為合理的經濟規模在每年2500噸。
嚴大洲 全世界電路級多晶硅生產與銷售按實際需求調整,產銷基本平衡。為加速普及太陽能發電,世界各國無不下大力氣開發和利用太陽能技術,導致太陽能電池每年以30%以上的速度呈現跳躍式發展,使得太陽能級多晶硅遠遠不能滿足需求。
2003年世界太陽能電池產量為744兆瓦,多晶硅需求為8700噸以上;2004年世界太陽能電池產量為1000兆瓦,多晶硅需求在1.2萬噸以上。專家預測,2005年世界太陽能電池產量為1300兆瓦,多晶硅需求將達到1.56萬噸以上。由于市場嚴重供不應求,太陽能級多晶硅價格上漲,部分廠家搶購電路級多晶硅,導致全球電路級多晶硅供應緊張,拉動了電路級多晶硅產品價格上揚。在世界范圍內,太陽能級多晶硅的生產與供應已嚴重制約太陽能電池的發展。
李本成 多晶硅核心技術都在國外,但國外從事多晶硅生產的各個公司都在獨立發展,引進技術沒有可能。多晶硅的環保和清潔生產很重要,不能選在人口稠密的地方和旅游區,多晶硅項目風險大,加工時間長,設備調試時間長,花錢多,而且建成后有可能不被市場接受,因此,即使市場短缺也沒人輕易動手。從我國目前的市場情況看,建設兩個5000噸級的多晶硅工廠還是需要和必要的。
如何加快我國多晶硅產業發展?
國強 我們要研究中國在經濟全球化的大鏈條中做什么。在太陽能電池生產方面,日本占了總量的一半,而我國的產業發展特點是成長速度比較快,已經擁有了幾個快速增長并在太陽能電池產業發展中起龍頭作用的企業。
作為半導體制造需要的多晶硅材料,我國下一步也會有大的發展,因為現在國內已經有12英寸晶圓廠投產,8英寸晶圓廠有多條線在運轉,還有幾條線在積極籌備當中,未來還會有新的資金投入半導體制造,這對我國半導體制造用多晶硅也是非常大的挑戰,在這一過程中,我們要采取什么對策,從技術角度又能解決什么問題是要重點考慮的。
我們現在更多地考慮了電耗,關注的是每公斤多晶硅生產電耗是500度、300度還是日本的150度,甚至再低,但實際上我們應該從系統的角度出發,重點考慮一些戰略性問題:我們在技術上需要解決什么問題,多晶硅如何更有效的使用等一系列問題。此外,我們還要從能源、材料以及設備角度去考慮如何為太陽能和半導體生產用多晶硅來提供支撐。
我們要把多年來國家已經積累的技術基礎進行系統集成,國家在中長期戰略規劃中已經明確提出了十六字發展方針,即“自主創新,重點跨越,支撐發展,引領未來”。在支撐發展方面要起到科技的引領作用,我們之前已經和國家發改委有了很好的聯系,我們的研究成果要和國家發改委的產業和行業的計劃緊密地銜接,為下一步形成科技與經濟的聯合體提供科技的支撐。
希望企業和研究單位都制定出自己的發展路線圖,也希望大家能為國家發展戰略路線圖出謀劃策,通過這樣一個路線圖,用經濟的計劃和目標來規劃技術方面必須解決的問題,為下一步有序發展奠定更好的基礎。
簡水生 綠色能源革命,太陽能電池應該唱主角,但為什么沒有列入國家中長期發展規劃?表面的原因是太陽能電池太貴了,但核心的問題是太陽能電池的材料多晶硅的發展存在瓶頸。在太陽能電池多晶硅耗能方面,提高效率是唯一的出路。要降低能耗和成本的有效辦法就是生產薄膜的單晶硅和多晶硅太陽能電池,這是目前全世界都面臨的課題。如果我們能直接生產出十幾微米到二十幾微米、性能牢靠的薄膜太陽能電池,我們國家的能源問題就解決了,價格如果能降低十倍,就能和現在的火力發電相媲美,科技部要重視這個問題,要注重原始性的創新,要有自己獨到的見解。
我們國家應該建立一個多晶硅的基地,這一基地的產值可以到上百億元甚至到上千億元,如果我們能建幾個這樣的基地,我們國家的綜合國力將得到極大的提高。
袁 桐 需求形勢的發展,無論是在擴大我國多晶硅生產規模上,還是在研發探索節省能源,提高生產效率,降低成本,提升效益的多晶硅生產新工藝上,都給我國硅材料產業提出了一個緊迫的重要任務。我國的多晶硅材料面臨重要關卡。
張 椿 我們主張政府主導,多方融資,打破壟斷,自主創新。
現在想上多晶硅項目的地方很多,希望政府能夠組織協調,避免曾發生的單晶硅重復建廠的歷史。另外,多晶硅的老專家很重要,應該組織到一起進行研究。多方融資,多個省,上下游產業鏈,包括民營企業,多方共同建設,共擔風險。從目前來看,國際市場上供需缺口大,但未來價格不可能保證不下跌,而且,多晶硅廠確保生產安全的難度也很大,可能保證5年不出事故,但不能保證10年、20年不出事故。技術上必須自主創新,依靠轉移不可能。
此外,選址很重要,要考慮電力豐富、價格低廉,每度電應在0.2元以下,最好附近要有氯堿工業的地方。
楊玉安 發展壯大我國多晶硅產業的技術條件基本具備,其他條件也準備充分。多晶硅產業屬于投入與產出比小的高技術產業,也屬于資金技術密集型產業。國家和相關需求行業應加大對多晶硅產業技術研發、完善改進及在建項目的支持力度。抓住有利時機,發展壯大我國多晶硅產業,消除制約國內相關行業企業發展壯大的瓶頸,滿足國內相關行業發展的需要。
陳紹章 政府應該加大對多晶硅行業的支持力度。建議行業協會多呼吁,不僅希望得到政府資金支持,還應該出臺對幼稚工業的保護政策(如稅收和補貼、特殊的信貸政策等)。
多晶硅是一個高耗能的產業,國外多晶硅工廠都建在電力資源豐富、價格低廉的地區,建議有關部門研究出臺相應的針對多晶硅行業的電價政策。
加強對多晶硅生產的基礎研究。建議科技部在現有的大型企業里設立國家級的技術研究中心,開展多晶硅的基礎研究,例如太陽能級多晶硅的新工藝技術研究、大型還原爐的研究、副產品綜合利用的研究等。
林必清 在多晶硅領域,依靠技術轉移和與國外企業合資都不太可能,因此,要丟掉幻想,在多晶硅技術研發上下功夫,聯合攻關,研發多晶硅生產新技術、新工藝。
另外,國外多晶硅廠家多元投資的模式可以借鑒,聯合上下游企業通過參股的辦法,多元投資,擴大規模,降低成本,形成完整的自主研發和供應的半導體產業鏈,如果國內生產的產品質量可靠,性價比好,我們會優先采用。
馮地直 目前多晶硅的供應面臨嚴峻的形勢,隨著各國政府對光伏產業推動力的加大,多晶硅供應的短缺局面會加劇,而多晶硅企業的新增產能已被一些企業鎖定,加快中國多晶硅材料產業的發展時不我待,因此呼吁國家制定優惠政策,以支持國內相關企業單位在與國外企業同等成本的前提下,從事新工藝和新技術的研究。
從目前國內的情況看,想上多晶硅項目的企業和地方很多,但多晶硅產業不但技術門檻高,風險大,而且需要一個專業的團隊來保障運行,因此國家有關部門應該對多晶硅項目做嚴格的審批和限制。
對我國多晶硅產業化技術研究發展有什么具體建議?
楊玉安 規模在千噸級以上的電子級多晶硅生產工藝技術的改進完善及在此基礎上的低成本SOG硅生產技術研發,應是制定多晶硅產業技術研究與發展規劃的重點和方向。
在“十一五”期間,為實現采用改良西門子工藝的多晶硅的產業化,建議開展下述課題研究:基于SiHCl3氫還原法的低電耗多晶硅生成反應器技術;干法回收中H2、HCl、SiHCl3、SiCl4混合氣體大能力無油潤滑加壓裝置;SiCl4氫化反應器進料系統控制技術裝置;大型多側線SiHCl3高效提純技術裝置;千噸級多晶硅生產系統自動控制組態技術。
組織多晶硅、硅芯片、太陽能硅電池片制造商聯手研究多晶硅中雜質對太陽能硅電池光電轉換效率的影響,確定SOG硅純度和SOG硅工業經濟學之間的關系,制定太陽能光伏硅電池所需SOG硅質量標準,避免在SOG硅生產中為盲目降低某類雜質而帶來的SOG硅生產成本的增加。
嚴大洲 在我國多晶硅產業技術開發與創新集成方面有以下重點:
在大型節電還原爐技術方面,進一步研究包括36對棒、48對棒的大型還原爐技術,研究與之配套的多晶硅生長工藝、生產設備、供電設備和還原爐啟動設備,使還原爐直接電耗控制在150千瓦時/千克以下,大大降低多晶硅生產成本,滿足1000噸/年、2000噸/年甚至更大規模的多晶硅產業化生產線建設的需求。
二是在高效提純技術創新集成方面,探索適合多晶硅生產的新提純工藝、技術和設備,經創新集成,用于多晶硅生產的原料提純。
三是在副產品回收利用技術開發方面,多晶硅生產中產生大量的四氯化硅,雖然可用氫化技術讓其轉化為三氯氫硅,解決了大量副產品的出路問題,但隨著國內外氣相白炭黑、高純石英和光纖預制棒市場需求的發展,滿足各種品質要求的高純四氯化硅原料的需求量不斷增長,開發適合以上需求的各種高純四氯化硅,進一步解決將該技術實現產業化相關的技術難題,提高副產品四氯化硅的附加值
四是在流化床多晶硅生產工藝開發方面,目前,在國外多晶硅生產技術中,除西門子法生產多晶硅的工藝外,還有硅烷熱分解生產棒狀、粒狀多晶硅工藝以及SiH2Cl2熱分解生產多晶硅工藝,這些方法各具特色,同時存在。