【必备常识】硅资源资源分布、应用及外贸现状一览

来源:SMM

硅一种非金属元素,是一种半导体材料,太阳能电池片的主要原材料。亦可用于制作半导体器件和集成电路。普遍是以复杂的硅酸盐或二氧化硅的形式,广泛存在于岩石、砂砾、尘土之中。开采出来的硅石要经过工业硅→多晶硅→单晶硅,一步步提炼成才能应用到芯片、光伏产业。相关市场主要有工业硅、单晶硅、多晶硅、硅片、硅圆等市场。


资源分布

国际:虽然资源丰富但世界硅资源分布极不平衡。据资料记载,巴西较为丰富,次之为马达加斯加和危地马拉。加拿大、俄罗斯、美国、法国、意大利、印度、澳大利亚、土耳其、缅甸等30多个国家和地区有少量资源。巴西资源总量以及近几十年来的产量和出口量均占世界首位。不过2011年资料显示,中国已成为全球硅产业最大的生产国和消费国。

国内:硅业分会数据显示,2020年上半年多晶硅产量约20.53万吨,同比增长33.1%。2020年上半年供给市场增量主要来自于永祥股份的 1GW 产能;下半年国内企业计划新增产能为:东方希望3万吨、保利协鑫2万吨,由于韩国OCI 、韩华退出光伏多晶硅市场,国内其他部分企业的产能也在陆续检修、退出。

目前国内已经形成新疆、内蒙和四川三大产业基地布局,而硅片的拉晶环节也将逐步转移到内蒙、四川、云南等低电价地区。


产业应用

1.光伏:单晶硅、多晶硅

在单晶硅中掺入微量的第IIIA族元素,形成p型硅半导体;掺入微量的第VA族元素,形成n型半导体。p型半导体和n型半导体结合在一起形成p-n结,就可做成太阳能电池,将辐射能转变为电能。在开发能源方面是一种很有前途的材料。多晶硅是生产单晶硅的直接原料,是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。被称为“微电子大厦的基石”。

多晶硅的生产工艺其实就是硅的提纯工艺,多晶硅料可分为电子级多晶硅料和光伏级多晶硅料,顾名思义前者进而生产集成电路而后者主要生产光伏材料。两者的区别就在于电子级和光伏级的纯度不同,且两种硅料都有一二三级之分,第三级的纯度最高。通常来说光伏级多晶硅纯度为6-11N,电子级多晶硅为9-12N,N可以简单理解为纯度的表示。从纯度上来说,光伏级多晶硅料是低于电子级的多晶硅料。

将光伏发电行业链分为上中下游。

上游产业为多晶/单晶硅、硅腚、硅片等原材料组成的产业。

中游产业一般由单多晶电池、晶硅组件和薄膜光伏组件组成。

下游产业一般是逆变器、电站EPC系统和运营组成。

我国太阳能光伏行业虽起步虽晚,但是发展迅速,尤其是2013年以来,在政策驱动下,太阳能光伏发电在我国呈现爆发式增长。据国家能源局统计数据显示,2017年,我国光伏发电新增装机容量为53.06GW,创历史新高,2018年,受光伏531新政影响,各地光伏发电新增项目有所下滑,同时持续影响到2019年。2020年上半年,全国光伏发电新增装机11.52GW。

随着光伏市场的不断发展,高效电池将逐渐占据市场的主导地位。根据中国光伏行业协会的预测,未来几年单晶硅电池市场份额逐步增大,2018年单晶硅片市场份额已经超过40%,2019年超过一半,其中N型单晶硅片的市场规模也将逐年提升。

目前因多晶硅企业半数以上产能检修减产,硅料价格继续上涨。国内在产多晶硅企业为11家。其中,正在进行检修的为4家,均集中在新疆地区。中国有色工业协会硅业分会预计,8月份硅料总产出预计将环比下降15%左右。其中,新疆地区多晶硅产量预计环比减少30%,相比6月份的正常产量则大幅减少约48%。

2.芯片半导体:单晶硅、硅片、硅圆

高纯的单晶硅是重要的半导体材料,世界上许多地方都以“硅谷”命名。另外广泛应用的二极管、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路(包括人们计算机内的芯片和CPU)都是用硅做的原材料。

半导体硅片是半导体制造的核心材料。硅基半导体材料是目前半导体制造材料中产量最大、应用最广的一种。90%以上的半导体产品是用硅基材料制作的。半导体硅片是由单晶硅锭经过切片、研磨、蚀刻、抛光、外延(如有)、键合(如有)、清洗等步骤制作而成的。半导体硅片属于半导体行业中的半导体材料子行业,是半导体制造行业的上游产业,在半导体制造材料中市场份额占比最高。

按照工艺,半导体硅片分为抛光片、外延片和SOI硅片。单晶硅锭经过切割、研磨和抛光处理后得到抛光片。抛光片经过外延生长形成外延片,抛光片经过氧化、键合或离子注入等工艺处理后形成SOI硅片。SOI硅片主要应用于智能手机、WiFi等无线通信设备的射频前端芯片,亦应用于汽车电子、功率器件、传感器等产品。

半导体硅片向着大尺寸方向不断发展。半导体硅片的尺寸主要有300mm(12英寸)、200mm(8英寸)、150mm(6英寸)、100mm(4英寸)、75mm(3英寸)、50mm(2英寸)等规格。随着半导体制程的不断缩小,芯片生产工艺愈发复杂,生产成本不断提高,成本因素驱动硅片向着大尺寸的方向发展。

将半导体产业链分为上中下游。

上游芯片制造封测支撑行业,主要是半导体设备和材料提供商,设备代表厂商有ASML。

中游半导体制造产业分为集成电路设计、制造、封测三个部分。IC设计厂商有华为、高通、AMD、英伟达。

下游半导体终端应用领域有汽车电子、工业电子、通信、消费电子、PC等领域。

3.冶炼金属:硅铁,工业硅

金属硅广泛应用于冶金、化工、电子等行业。在冶金业中主要是作为非铁基合金的添加剂。硅加入到某些有色金属中时,能提高基体金属的强度、硬度和耐磨性,有时还能增强基体的铸造性能和焊接性能。硅大量应用于铝合金和铝型材工业。金属硅在化工行业主要是用来生产硅基化合物,如硅烷、硅酮、有机硅、硅油等。

硅铁就是铁和硅组成的铁合金。 硅铁是以焦炭、钢屑、石英(或硅石)为原料,用电炉冶炼制成的铁硅合金。由于硅和氧很容易化合成二氧化硅,所以硅铁常用于炼钢时作脱氧剂,同时由于SiO2生成时放出大量的热,在脱氧的同时,对提高钢水温度也是有利的。同时,硅铁还可作为合金元素加入剂,广泛应用于低合金结构钢、弹簧钢、轴承钢、耐热钢及电工硅钢之中,硅铁在铁合金生产及化学工业中,常用作还原剂。

此外还有,金属陶瓷、宇宙航行的重要材料。将陶瓷和金属混合烧结,制成金属陶瓷复合材料,它耐高温,富韧性,可以切割,既继承了金属和陶瓷的各自的优点,又弥补了两者的先天缺陷。可应用于军事武器的制造。

光导纤维通信,最新的现代通信手段。用纯二氧化硅可以拉制出高透明度的玻璃纤维。激光可在玻璃纤维的通路里,发生无数次全反射而向前传输,代替了笨重的电缆。光纤通信容量高,一根头发丝那么细的玻璃纤维,可以同时传输256路电话;而且它还不受电、磁的干扰,不怕窃听,具有高度的保密性。光纤通信将会使21世  纪人类的生活发生革命性巨变。

有机硅塑料是极好的防水涂布材料。在地下铁道四壁喷涂有机硅,可以一劳永逸地解决渗水问题。在古文物、雕塑的外表,涂一层薄薄的有机硅塑料,可以防止青苔滋生,抵挡风吹雨淋和风化。


外贸现状

在我国工业硅的下游需求中,出口占到很重要的一部分,占比约30%,但由于西方国家对我国实行反倾销,我国的工业硅出口效益低;其次铝合金、有机硅和多晶硅是我国工业硅的主要下游应用。

随着国内龙头企业硅料质量的持续提升和价格不断下滑,2020年二季度开始进口硅料的供应量大幅下降,市场份额跌破20%,2019年中国硅料进口硅料市场份额30%,预计2020年全年进口硅料市场的下降比例会更大。根据各海外硅料企业生产运行计划来看,硅业分会预计2020年上半年多晶硅进口量约在5.5万吨左右,预测下半年进口总量或在4万吨以下,月度进口量在6500吨左右。

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