Аналитическая справка по мировому рынку поликристаллического кремния 2015 г

АНАЛИТИЧЕСКАЯ СПРАВКА ПО МИРОВОМУ РЫНКУ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ, 2015 Г.

Маркетинговое исследование

Аналитическая справка по мировому рынку поликристаллического кремния, 2015 г.

Август, 2016 г.

Оглавление

Оглавление 2

Приложения (диаграммы, схемы, рисунки) 3

Приложения (таблицы) 4

Методологические комментарии к исследованию 5

1. Обзор мирового рынка поликристаллического кремния, 2015 г. 7

1.1 Основные характеристики исследуемой продукции 7

1.2 Оценка объема мирового рынка, 2015 г. 18

1.3 Оценка текущих тенденций рынка 21

1.4 Оценка структуры рынка по крупнейшим странам-производителям, 2015 г. 23

1.5 Оценка структуры рынка по крупнейшим странам-потребителям, 2015 г. 34

1.6 Профили основных производителей (5 компаний): наименование, контактные данные, цены на продукцию 36

2. Выводы по исследованию 40

2.1 Перспективные рынки сбыта (страны) 40

2.2 Выводы по исследованию 42

3. Информация об исполнителе проекта 43

Приложения (диаграммы, схемы, рисунки)

Рисунок 1 Изображение поликристаллического кремния 7

Рисунок 2 Солнечные батареи с использованием поликристаллического кремния 9

Рисунок 3 Сравнение внешних параметров поликристаллического и монокристаллического элементов 11

Рисунок 4 Процесс производства солнечных батарей из поликремния 12

Рисунок 5 Внешний вид интегральной схемы 13

Рисунок 6 Схема производства поликристаллического кремния 15

Рисунок 7 Соотношение мощности и объема производства поликристаллического кремния в мире, 2015 г. 20

Рисунок 8 Динамика средних цен на поликристаллический кремний в 2014-2015 гг., долл. США/кг 21

Рисунок 9 Структура рынка фотовольтаики по странам-потребителям от натурального выражения, 2015 г. 22

Рисунок 10 Оценка структуры рынка поликристаллического кремния по странам-производителям, 2015 г. 24

Рисунок 11 Структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-потребителей от натурального выражения, 2015 г. 35

Рисунок 12 Структура мирового рынка поликристаллического кремния в разрезе компаний-производителей (от натурального выражения), 2015 г. 37

Рисунок 13 Средние цены на поликристаллический кремний крупнейших компаний-производителей в 2015 г., долл. США/кг 37

Приложения (таблицы)

Таблица 1 Основные характеристики гранулированного поликристаллического кремния и методы их контроля 16

Таблица 2 Оценка объема мирового рынка поликристаллического кремния в натуральном и стоимостном выражениях, 2015 г. 19

Таблица 3 Оценка структуры рынка поликристаллического кремния по странам-производителям, 2015 г. 23

Таблица 4 Структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-потребителей, 2015 г. 34

Таблица 5 Крупнейшие компании-производители поликристаллического кремния в мире, 2015 г. 36

Таблица 6. Профиль компании GCL-Poly Energy 38

Методологические комментарии к исследованию

Настоящее исследование представляет собой маркетинговое исследование мирового рынка поликристаллического кремния.

Период исследования – 2015 г.

Актуальность исследования – август 2016 г.

Объект исследования

Объектом исследования является поликристаллический кремний в мире.

Предмет исследования

Предметом исследования являются производство и потребление поликристаллического кремния в мире, основные производители и потребители.

География исследования

Все страны.

Цели исследования

Изучение основных игроков рынка, ценовой анализ;

Определение объемов рынка в натуральном и стоимостном выражениях;

Изучение структуры рынка;

Выявление основных потребителей продукции;

Определение перспективных рынков сбыта (страны).

Методология исследования

Исследование кабинетное: анализ первичных и вторичных источников информации.

Источники информации

База данных государственных органов статистики;

Данные государственных структур, в том числе таможенных служб и так далее;

Отраслевая статистика;

Специализированные базы данных Агентства MegaResearch;

Международные и российские рейтинги;

Информационные ресурсы участников рынка;

Отраслевые и специализированные информационные порталы;

Материалы сайтов исследуемой тематики (web-ресурсы производителей и поставщиков, электронные торговые площадки, доски объявлений, специализированные форумы, Интернет-магазины).

Региональные и федеральные СМИ;

Порталы раскрытия информации (отчетность открытых акционерных обществ).

Легенда исследования

Основанием настоящего исследование является техническое задание, прописанное в договоре.

Под рынком в данном исследовании понимается рынок поликристаллического кремния в мире.

Обзор мирового рынка поликристаллического кремния, 2015 г.

Основные характеристики исследуемой продукции

Кремний является вторым элементом по распространенности в земной коре после кислорода. Его содержание в литосфере, согласно данным J.P. Riley and Skirrow G. (работа «Chemical Oceanography»), составляет приблизительно 27,6-29,5% в массе. Чаще всего кремний встречается в природе в виде кремнезёма – соединений на основе диоксида кремния SiO2: песок, кварц и кварциты, кремень.

В данном исследовании будет рассмотрен поликристаллический кремний. Поликремний — наиболее чистая форма промышленно производимого кремния и основной материал для микроэлектроники и солнечной энергетики — полуфабрикат, получаемый очисткой технического кремния хлоридными методами и используемый для производства моно- и мультикристаллического кремния.

Рисунок 1 Изображение поликристаллического кремния

Источник: https://yandex.ru/images

В настоящее время различают поликремний «электронного» (полупроводникового) качества (содержанием примесей менее 1·10-10 %) и поликремний «солнечного» качества (содержанием примесей менее 1·10-5 %) 1 . Сфера применения поликремния разделяется на две основные: фотовольтаика и электроника.

Поликремний «солнечного» качества используется в производстве прямоугольных мультикристаллических блоков, цилиндрических кристаллов, пластин для солнечной энергетики методами направленной кристаллизации, Степанова, Чохральского.

Множество людей в настоящее время до сих пор во многом зависят от таких источников энергии, как газ, дрова, керосин, мазут и прочие. Отсутствие электрической энергии ведет к замедлению их экономического развития, а также наносит гораздо больший вред окружающей среде. Поэтому внедрение альтернативных источников энергии (например, ветер, солнце, вода и так далее) выгодно не только с моральной точки зрения, но и с экономической и экологической также. В перспективе невозобновляемые источники энергии в скором времени заменят источники энергии возобновляемой.

Рисунок 2 Солнечные батареи с использованием поликристаллического кремния

Источник: https://yandex.ru/images

Для производства солнечной энергии используют как монокристаллический, так и поликристаллический кремний. Основные различия моно- и поликристаллического кремния состоят в следующем 2 :

Эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. Монокристаллические панели имеют большую эффективность, чем поликристаллические. Например, сегодняшние монокристаллические панели при их серийном производстве имеют эффективность по преобразованию солнечной энергии максимум 22%, а используемые в космических технологиях достигают 38%. Это связано с чистотой сырья монокристаллов кремния, которая в таких батареях достигает почти 100%. У серийно выпускаемых поликристаллических панелей эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую составляет по максимуму 18%. Такие низкие показатели по эффективности у данного типа батарей связаны с тем, что для их изготовления используется не лишь чистый первичный кремний, но и сырье с переработанных солнечных батарей и пр. Здесь также следует понимать, что чем выше у солнечных батарей эффективность по преобразованию солнечного света, тем их размер будет меньше при одинаковой мощности разных типов батарей;

Внешний вид продукции. У монокристаллических элементов солнечных панелей углы скруглены, а поверхность однородна. Округленность их форм связана здесь с тем, что при производстве монокристаллический кремний получают в цилиндрических заготовках. Поликристаллические элементы солнечных модулей имеют квадратную форму, поскольку их заготовки при производстве также квадратной формы. Цвет поликристаллов неоднороден в связи с тем, что состав поликристаллического кремния также неоднороден и включает в себя множество разнородного кристаллического кремния, а также в незначительном количестве и примеси;

Цена реализации готовой продукции. Стоимость на монокристаллические панели несколько выше (приблизительно на 10%), чем на поликристаллические, что связано с более высокой себестоимостью монокристаллов (более сложный и дорогой процесс производства и очистки исходного монокристаллического кремния).

На рисунке приведено сравнение поликристаллического и монокристаллического элементов.

Рисунок 3 Сравнение внешних параметров поликристаллического и монокристаллического элементов

Источник: http://www.solnechnye.ru/batareya/monokristallicheskie-polikristallicheskie-panely.htm

История использования кремния в солнечной энергетике началась с того, как в лаборатории Белла (Bell Labs, 1950 г.) был изобретен кремниевый солнечный элемент. Во время нефтяного кризиса 1973-74 гг. сразу несколько стран (США, Япония, Германия и др.) запустили программы по использованию фотоэлементов, что привело к установке и опробованию фотоэлектрических систем. Многие из них до сих пор находятся в эксплуатации, а новые солнечные станции появляются каждый год. 3

На рисунке ниже представлен процесс производства солнечных батарей из поликремния.

Рисунок 4 Процесс производства солнечных батарей из поликремния

Источник: http://solarsoul.net/monokristallicheskie-i-polikristallicheskie-solnechnye-elementy-infografika

Поликремний «электронного» качества - весьма распространённый материал в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Возможность получения поликристаллического кремния с электрическим сопротивлением, отличающимся на несколько порядков, а также простота технологии привели к тому, что он используется в технологии интегральных схем с одной стороны в качестве высокоомного материала затворов, нагрузочных резисторов, а с другой в качестве низкоомного материала межсоединений. В последнем случае поликристаллический кремний используется в качестве первого уровня разводки в многоуровневых интегральных схемах. Достоинства разводки на основе поликристаллического кремния заключаются в большей термостойкости по сравнению с металлами. Это позволяет использовать в дальнейшем многие высокотемпературные операции, необходимые при производстве интегральных схем.

Рисунок 5 Внешний вид интегральной схемы

Источник: https://yandex.ru/images

Процесс производства поликристаллического кремния «электронного» качества

Кремний производят из кварцита SiO2, который состоит на 46% из кремния (Si), на 53% из бимолекулярного кислорода (O2) и примесей. При промышленном производстве кремния в электропечи нагревается смесь песка, древесного угля и кокса. Древесный уголь требуется для уменьшения содержания кремнезема в кремнии (SiO2 + 2C = Si + 2CO) – процесс, который чувствителен к его качеству. Углерод также действует как проводник в электрической дуговой печи и основа для реакции.

Примерно при 1650°C начинается химическая реакция: SiO2 отдает один атом кислорода. При этом в громадных количествах генерируется химическое соединение SiO. С одной стороны, газообразный SiO реагирует с образованием CO при «сгорании» углерода, при этом формируется неочищенный или металлургический кремний в расплаве. С другой стороны, газообразный SiO реагирует с кислородом, содержащимся в печном воздухе в вытяжке, снова образуя SiO2, однако, в мельчайших каплях.

Эти капли подвергаются технической обработке для использования в виде микрокремнезема и применяются в качестве теплоизолирующего наполнительного материала, например, в керамических или огнеупорных продуктах. Жидкий кремниевый расплав собирается в нижней части печи, а затем сливается и охлаждается. Получаемый таким образом кремний называется металлургическим кремнием и имеет чистоту как минимум 99%.

Металлургический кремний очищается и обрабатывается с помощью химических процессов. Кремний дробится и реагирует с HCl (газ) для образования трихлорсилана, жидкости с высоким давлением насыщенного пара, которая кипит при 32°C.

Многие примеси в кремнии (алюминий, железо, фосфор, хром, марганец, титан, ванадий и углерод) также реагируют с HCl, образуя различные хлориды. Одной из хороших особенностей галогенов является их способность реагировать почти со всеми веществами. Каждые из этих хлоридов имеют различные точки кипения, и поэтому фракционной перегонкой можно отделить SiHCl3 от большинства примесей. Затем (чистый) трихлорсилан реагирует с газообразным водородом (снова при повышенной температуре) с образованием кремния особо высокой чистоты (EGS) /поликристаллического кремния.

Тем временем кремний достигает чистоты почти 100%. Содержание примесей всего <10-9, это означает, что на 10 миллиардов атомов кремния имеется только 1 загрязнение. Хотя EGS относительно чистый, он находится в поликристаллической форме, которая не подходит для производства приборов. 4

Рисунок 6 Схема производства поликристаллического кремния

Источник: https://yandex.ru/images

Конструкции современных сверхбольших интегральных микросхем (СБИС) требуют создания многослойных структур на кремниевой подложке. Одним из таких слоев является пленка поликремния, которая служит в качестве межсоединений активных элементов МОП-транзисторов, затворных электродов, высокоомных резисторов и диффузионных источников для формирования неглубоких переходов, а также заглубленных контактов. В связи с широким применением пленки должны обладать различными значениями удельного сопротивления, что определяется легированием и зернистостью. Вследствие выше сказанного, важно изучать свойства пленок поликремния. 5

Существует множество способов и методов для проверки качества гранулированного поликристаллического кремния. В таблице ниже приведены данные методы, которые на своей практике использует ЗАО «Электронточмаш».

Таблица 1 Основные характеристики гранулированного поликристаллического кремния и методы их контроля

Источник: http://www.nanoindustry.su/files/article_pdf/1/article_1754_814.pdf

Таким образом, существует множество различных способов для проверки поликремния на качество.

Оценка объема мирового рынка, 2015 г.

Порядок (масштаб) цифр по объемам мирового производства поликристаллического кремния в различных источниках естественно не отличается между собой, однако разница в данных по объемам производства может достигать нескольких тысяч тонн. В масштабах мирового производства эта разница не превышает объемов статистической погрешности, тем не менее необходимо отметить тот факт, что встречаются незначительные расхождения в данных по объемам мирового производства поликристаллического кремния в различных источниках. За основу в ходе исследования были взяты наиболее релевантные данные из годовых отчетов компаний-производителей, данных таможенных служб рассматриваемых стран, а также из различных информационных порталов, в том числе и новостных лент.

Например, по оценке лидера рынка – крупнейшей компании-производителя GCL-Poly Energy – объем мирового рынка поликристаллического кремния в 2015 г. составил около ** тыс. тонн продукции в натуральном выражении. Согласно данным из годового отчета компании, доля их компании в общем объеме производства составляет **%. Другой же лидер рынка, компания Xinte Energy, оценила объем производства поликристаллического кремния в 2015 г. в размере ** тыс. тонн продукции. В своих данных компания опиралась на Ассоциацию полупроводниковой промышленности. По оценке аналитического агентства GTM Research, объем рынка поликристаллического кремния составил **тыс. тонн, и по их прогнозу рынок будет продолжать тенденцию к росту до ** тыс. тонн к 2018 г. 6

В ходе проведения исследования специалистами MegaResearch были проанализированы основные источники информации и была сформирована собственная оценка объема мирового рынка. Оценка проводилась на основании выявления объемов производства поликристаллического кремния в каждой стране. Ниже представлена формула, по которой были проведены исчисления.

Объем мирового рынка (в натуральном выражении) =  Объем производства по странам

Для расчета объема мирового производства поликристаллического кремния в стоимостном выражении была принята средняя стоимость 1 кг продукта в размере ** долл. США/кг. Объем рынка в натуральном выражении вычислялся по формуле ниже.

Объем мирового рынка (в стоимостном выражении) = Объем мирового рынка (в натуральном выражении) * Средняя стоимость за 1 кг

В таблице ниже приведены оценочные данные по объему мирового рынка поликристаллического кремния в натуральном и стоимостном выражениях в 2015 г.

Таблица 2 Оценка объема мирового рынка поликристаллического кремния в натуральном и стоимостном выражениях, 2015 г.

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, интернет-ресурсы, аналитика MegaResearch

Таким образом, объем мирового рынка поликристаллического кремния в 2015 г. в натуральном выражении составил **тыс. тонн.

На 2015 г., по оценке экспертов, мощность мирового рынка поликристаллического кремния в натуральном выражении составила около ** тыс. тонн. На рисунке приведено соотношение мощности и объема производства поликристаллического кремния в мире в 2015 г.

Рисунок 7 Соотношение мощности и объема производства поликристаллического кремния в мире, 2015 г.

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, интернет-ресурсы, аналитика MegaResearch

Как видно из рисунка выше, заводы по производству поликристаллического кремния в 2015 г. использовали свою мощность, приблизительно, на **%. Например, мощность производства лидера рынка, компании GCL-Poly Energy, по оценке экспертов, составляла ** тыс. тонн продукции в год. Они использовали мощность своего производства на **%. Другой лидер рынка, компания Wacker Chemie AG, загрузила свои мощности практически на **%, а именно, на **%. Объем производственных мощностей компании OCI в 2015 г. составил ** тонн. Ее объем производства составил **% от мощности предприятия. Загруженность мощностей компаний Hemlock Semiconductor и Xinte Energy составили **% и **% соответственно.

Главной проблемой при производстве поликристаллического кремния является ****.

Оценка текущих тенденций рынка

В ходе исследования анализировались как тенденции, которые возникли на рынке поликристаллического кремния раньше 2015 года, но при этом остающиеся актуальными для рынка и в текущий момент, так и тенденции, которые были характерны для рынка только в 2015 году. Основные тенденции на мировом рынке также связаны с изменениями ключевых количественных и качественных показателей рынка. Ключевые тенденции рынка определялись как в ходе анализа официальной статистической информации, так и в ходе общения с различными экспертами рынка.

Существенное увеличение объема рынка в натуральном выражении

Ежегодно с 2002 г. наблюдается тенденция по наращиванию объемов производства поликристаллического кремния. По оценкам экспертов, на протяжении последних ** лет средний темп роста составлял около **%. В 2015 г. прирост производства в мире, по оценке MegaResearch, составил около **%. Данная тенденция связана с увеличением рынка фотовольтаики, который тесно связан с поликристаллическим кремнием. Более подробно данный аспект рассмотрен в пункте 4 раздела 1.3 данного исследования.

Снижение уровня объема рынка в стоимостном выражении

****

Снижение средних цен на реализацию 1 кг поликристаллического кремния

****

На рисунке ниже приведена динамика средних цен на поликристаллический кремний в 2014-2015 гг. в мире.

Рисунок 8 Динамика средних цен на поликристаллический кремний в 2014-2015 гг., долл. США/кг

****

Источник: PVinsights.com

Зависимость объемов потребления поликристаллического кремния от объемов производства PV пластин

****

Рисунок 9 Структура рынка фотовольтаики по странам-потребителям от натурального выражения, 2015 г.

Источник: International Energy Agency, аналитика MegaResearch

Как видно из рисунка выше, большую долю рынка занимает **. Его доля составляет **%. Второе место занимает Германия, доля рынка которой оценивается в ***%.

Уход некрупных игроков с рынка

****

Сохранение антидемпинговых пошлин на ввозимый товар в Китае

****

Оценка структуры рынка по крупнейшим странам-производителям, 2015 г.

Поликристаллический кремний производится во многих странах. Лидерами, как и в прошлые годы, остаются такие страны, как Китай, США, Германия, Южная Корея и так далее. Первое место по объему производства поликремния принадлежит Китаю. В 2015 г. он произвел почти **% поликристаллического кремния в мире, а именно **%. В таблице ниже представлена структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-производителей в 2015 г. (от натурального выражения).

Таблица 3 Оценка структуры рынка поликристаллического кремния по странам-производителям, 2015 г.

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, аналитика MegaResearch

Таким образом, ТОП-5 стран-производителей поликристаллического кремния произвели **% продукции в мире, что составляет ** тонны поликремния. Крупнейшими игроками рынка являются такие компании, как GCL-Poly Energy (Китай), Wacker Chemie AG (Германия), OCI (Корея), Hemlock Semiconductor (США) и Xinte Energy (Китай). Данные компании произвели более **% от мирового объема производства поликристаллического кремния. Более подробно данные компании рассмотрены в разделе 1.6 данного исследования.

На рисунке ниже приведена структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-производителей в 2015 г. от натурального выражения.

Рисунок 10 Оценка структуры рынка поликристаллического кремния по странам-производителям, 2015 г.

***

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, аналитика MegaResearch

Следовательно, как видно из рисунка выше, Китай составляет около ***.

В различных странах используются различные методы получения поликристаллического кремния. Ниже приведены основные из них 7 :

Сименс метод – метод получения поликремния в реакторах водородного восстановления («Сименс-реакторах»).
SiHCl3 + H2 ⟷ Si + 3⋅HCl

Является наиболее распространенным в индустрии. В этом процессе кремний из газовой фазы (различные виды силанов) осаждается на прутках-филаментах в нагретых камерах. При этом стены камер должны охлаждаться, чтобы кремний из газовой фазы не оседал на стенах камеры.

Достоинства

Возможность получения высококачественной продукции с содержанием основного вещества до 99,99999999999%;

Хорошо освоенная технология;

Удовлетворительное соотношение «себестоимость-качество»;

Организация рецикла отходящих побочных продуктов в голову процесса.

Недостатки

Высокие энергозатраты;

Необходимость использования коррозионностойкого оборудования;

Необходимость использования элементарного хлора и утилизации токсичных Cl-содержащих побочных продуктов;

Высокая взрыво-пожароопасность технологии.

Наиболее широко применяемый процесс: обеспечивает 80 % мирового производства поликремния. Позволяет получать материал высокой чистоты в больших объемах. В настоящий момент нуждается в инновации для снижения себестоимости.

Пиролиз – термическое разложение моносилана (SiH4) в реакторах пиролиза
SiH4 ⟶ Si + 2⋅H2

Получение поликристаллических стержней кремния путем термического разложения моносилана SiH4 производится разложением в CVD реакторах при температурах 850–1000 °С. Образующийся при разложении водород SiH4(Г) ⟶ Si(T) + 2⋅Н2(Г) обладает высокой степенью чистоты и используется в сопутствующем производстве. Получаемый по этой технологии поликремний обладает более высокой степенью чистоты, чем кремний, получаемый восстановлением ТХС.

Достоинства

Сравнительно низкие температурные режимы 850 °С, что приводит к снижению энергозатрат;

Выделяющийся водород можно использовать многократно;

Малый расход энергии;

Процесс пиролиза проводится в Сименс-реакторах, что значительно снижает себестоимость процесса, при этом не теряется качество получаемой продукции;

Организация рецикла водородного газа в процесс;

Отсутствие хлорсодержащих газов в абгазах после пиролиза моносилана.

Недостатки

Высокая стоимость продуктов за счет дороговизны технологических процессов получения моносилана и за счет применения в качестве охладителей сжиженных газов;

Высокая взрывоопасность технологии;

Низкая температура процесса;

Высокие потери с выбросом аморфного кремния в CVD-реакторах при пиролизе.

Материал используется в основном для ограниченного получения монокристаллов высокой чистоты путем бестигельной зонной плавки (БЗП). Побочные продукты реакции могут быть возвращены в процесс, при этом снижается себестоимость.

Водородное восстановление – гидрохлорирование трихлорсилана:

НСL + Si ⟷ SiHCl3

При производстве ТХС образуется парогазовая смесь, содержащая 80–90 % ТХС. Эта смесь конденсируется. В составе конденсата присутствуют побочные продукты синтеза - тетрахлорид кремния SiCl4, гексахлордисилан Si2Cl6, дихлорсилан SiH2Cl2, полисиланхлориды.

На стадии ректификации конденсата проводится выделение ТХС и его очистка от примесей побочных кремнийсодержащих продуктов синтеза и микропримесей бора, фосфора, углерода, металлов. ПКК производится осаждением на поверхности кремниевых стержней-подложек при водородном восстановлении ТХС в CVD-реакторе.

Достоинства

Апробированный процесс;

Давление в реакторе 3–6 бар;

Температура 300—350 °С;

Выход продукта составляет всего порядка 60–70 %.

Недостатки

Большое количество побочной продукции;

Использование в процессе хлористого водорода;

Высокая газовая температура служит причиной загрязнения поликристаллического кремния примесями, переходящими из стенок оборудования.

Тетрахлорид кремния (четыреххлористый кремний, ЧХК), образующийся на стадии водородного восстановления ТХС, является высокочистым продуктом и перерабатывается в ТХС термическим гидрированием, что требует значительного расхода электроэнергии.

Гидрирование (получение трихлорсилана) – Синтез ТХС методом низкотемпературного каталитического гидрирования четыреххлористого кремния (ЧХК):
3⋅SiCl4 + 2⋅H2 + Siмет. ⟷ 4⋅SiHCl3

ЧХК преобразуется в ТХС с использованием рецикла образующихся побочных кремнийсодержащих веществ, что снижает себестоимость и устраняет экологические проблемы.

Достоинства

Работает на связанном хлоре (sicl4), - может работать на рециклированном ЧХК, снижая тем самым выход побочной продукции;

В продуктах реакции отсутствуют химически агрессивные вещества (хлористый водород, хлорсиланы и др.), снижающие чистоту получаемого кремния;

При прочих равных условиях очистка моносилана от большинства нежелательных примесей более эффективна вследствие значительного различия физических и химических свойств моносилана и соединений примесных элементов.

Недостатки

Давление в реакторе до 35 бар;

Температура в реакторе 500–6000 °с;

Выход целевого продукта 85% по отношению к входящему.

Важная особенность гидридной технологии получения ПКК – промышленная реализация компаниями MEMC и REC процесса пиролиза моносилана в реакторе кипящего слоя с получением гранулированного ПКК.

Алкоксисилановый способ - Получение триэтоксисилана с последующим разложением до моносилана и пиролизом моносилана до кремния с осаждением кремния на стержни затравки в реакторе газофазового осаждения.

Содержит 4 стадии:

на 1-й стадии из кремния и безводного этилового спирта получают триэтоксисилан;

на 2-й стадии происходит диспропорционирование триэтоксилана;

на 3-й стадии моносилан, полученный на предыдущей стадии, проходит абсорбционную и абсорбционную очистку. При этом охлажденный тетраэтоксисилан и иные сорбенты абсорбируют углеродные, кислородные и борные примеси.

на 4-й стадии очищенный моносилан разлагается в реакторах псевдокипящего слоя или стержневых реакторах.

Тетраэтоксисилан при этом подвергается гидролизу с получением этилового спирта (возвращается в процесс) и этилсиликата, который выводится из процесса.

Достоинства

Высокая чистота кремния;

Распространенность и неограниченность ресурсов;

Цикличное использование промежуточных продуктов производства;

Возможность изменения ассортимента производимой продукции и сортамента поликристаллического кремния в соответствии с требованием рынка.

Недостатки

Проходит лабораторные испытания;

Не отработана общая технологическая схема, рецикл или утилизация побочных продуктов;

Ввиду применения моносилана требуется большое количество низкого холода;

Сложность с организацией безопасности технологического процесса;

Малотоннажность работавших когда-то производств;

Нецелесообразность строительства новых производств по данной технологии.

Представляет собой экологически чистую бесхлорную технологию получения ПКК.

Диспропорционирование ДХС и ТХК до ТХС - Метод получения ТХС. Производство моносилана методом каталитического диспропорционирования ЧХК:
2⋅SiHCl3 ⟷ SiH2Cl2 + SiCl4
2⋅SiH2Cl2 ⟷ SiH3Cl + SiHCl3
2⋅SiH3Cl ⟷ SiH4 + SiH2Cl2

ТХС, получаемый в процессе диспропорционирования, последовательно превращается вначале в дихлорсилан SiH2Cl2, монохлорсилан SiH3Cl, затем в моносилан SiH4, который, благодаря инертности по отношению к ряду конструкционных материалов значительно легче очистить от примесей, чем хлорсодержащие соединения кремния. ЧХК, отделяемый после диспропорционирования, возвращают в процесс синтеза ТХС, обеспечивая замкнутый рецикл хлора.

Достоинства

По предварительной оценке, с учетом реализации тетраэтоксисилана, даже при малой мощности установки получения поликристаллического кремния (350 кг в год) и использования Сименс-реактора, себестоимость ПКК будет ниже существующего уровня. Основная доля всех затрат будет связана с энергопотреблением. В случае использования вместо Сименс-реактора менее энергоемкой технологии - пиролиза моносилана в «кипящем» слое кремния - себестоимость ПКК может снизиться на 50 % и более.

Недостатки

Создание низких температур;

Использование абсолютированного спирта;

Необходимость реализации попутных продуктов;

Низкие объемы производства (малотоннажность).

Помимо ПКК выходной продукцией являются: моносилан, газовые смеси моносилана, тетраэтоксисилан, коллоидный раствор диоксида кремния или аэросил (мелкодисперсный порошок двуокиси кремния), отличающиеся очень высокой степенью чистоты.

При изменении конъюнктуры рынка технологический процесс позволяет менять ассортимент и пропорции производимой товарной продукции:

ПКК электронного качества для электронной промышленности;

ПКК солнечного качества для фотоэнергетики;

ПКК для инфракрасных фотоприемников и детекторов ядерных частиц;

Высокочистый моносилан и его смеси с водородом и аргоном;

Тетраэтоксисилан особой чистоты;

Кремнезоль.

Фторидо-гидридная технология – метод получения гранулированного ПКК.

Стадия 1. Производство тетрафторида кремния в кипящем слое Siмет. Фторуглеродные газообразные соединения и углеводороды конвертируются в метан. SiF4 очищается в регенерируемом абсорбере от следов HF и H2O и конденсируется. Низкокипящий водород с примесью метана сжигается с получением полезной теплоты.

Стадия 2. Производство гидрида кальция в кипящем слое гранулированного Siмет.

Стадия 3. Производство моносилана в барботажном реакторе в ионном расплаве тройной смеси солей, содержащей гидрид кальция. Отработанный солевой расплав, содержащий предельное количество фторида кальция, подвергается рециклу, в процессе которого CaF2 отделяется фильтрацией, а смесь солей возвращается в процесс. Моносилан очищается на сорбентах и фильтруется для удаления механических частиц.

Стадия 4. Производство гранулированного поликристаллического кремния в кипящем слое частиц кремния в моносилан-водородной смеси. Выделяющийся водород используется заново в процессе получения гидрида кальция (стадия 2) и повторно на стадии 3.

Достоинства

Высокая избирательность процесса в отношении примесей, находящихся в шлаке;

Высокий выход кремния за счет селективности и экзотермического характера химических реакций;

Невысокие затраты энергии.

Недостатки

Невысокая чистота материала;

Большой выход побочного продукта;

NaAlF4;

Не отработана общая технологическая схема, рецикл или утилизация побочных продуктов.

Используется компанией MEMC на заводе в Пасадене, США. Объем — 2700 тонн в год.

Карботермическое восстановление - метод получения ПКК. Прямое карботермическое восстановление. Восстановление кремнезема в рудовосстановительных печах происходит при 2073–2673 К по реакции:

SiO2 + 2⋅C ⟶ Si + 2⋅CO с затратой тепла 701,4 кДж/моль.

SiO2 + 3 ⋅ C ⟶ SiC   +   2 ⋅ CO

2 ⋅ SiO2   +   SiC ⟶ 3 ⋅ SiO   +   CO

2 ⋅ SiO ⟶ Si   +   SiO2

SiO + SiC ⟶ 2 ⋅ Si   +   CO

SiO2 + 2 ⋅ SiC ⟶ 3 ⋅ Si   +   2 ⋅ CO

SiO2 + 2 ⋅ C ⟶ Si   +   2 ⋅ CO

Достоинства

Из процесса исключается Cl;

Высокий выход кремния;

Невысокие затраты энергии;

Высокая экологичность.

Недостатки

Низкое качество готового продукта — рафинированного кремния;

Обязательна переработка методом направленной кристаллизации;

Проходит лабораторные испытания;

При успешном технологическом опробовании может обеспечить потребности солнечной энергетики в низкоэффективных и поэтому дешевых солнечных батареях;

Возможна реализация при создании вертикально интегрированной компании, изготовлении и инсоляции солнечными элементами.

Метод проходил малые промышленные испытания на заводах компаний «Сименс» (Германия), «Элкем»(Норвегия), «Дoу Корнинг» и «Эксон» (США), Nippon Sheet glass, Kawasaki Steel Corp. (Япония), однако не был использован в промышленных масштабах.

Реактор псевдосжиженного слоя, FBR - метод получения гранулированного ПКК из силана (SiH4).
Si + SiCl4 + H2 ⟶ Si + H2

В FBR процессе (псевдосжиженного слоя) из ТХС поликристаллический кремний выделяется, осаждаясь на гранулах поликремния вместо прутков-филаментов, используемых в CVD реакторах. Эти гранулы поставляются в камеру, куда снизу поступает нагретый ТХС. Поток газа разжижает гранулы поликремния и заставляет их вести себя как жидкость. При этом происходит разделение ТХС, и кремний из газовой фазы оседает на гранулах. Гранулы увеличиваются по размеру и по массе и выходят из реактора, когда достигают сравнительно большого размера. Как только это происходит, в камеру поставляются новые гранулы — затравки и процесс начинается снова.

Достоинства

Итоговым продуктом является гранулированный кремний, который востребован в полупроводниковой промышленности, так как легко автоматически дозируется в плавильно-ростовых установках Чохральского;

Температурные режимы ниже;

Меньший износ оборудования;

Меньше энергозатраты;

Непрерывный процесс;

Меньше себестоимость.

Недостатки

Чистота материала зависит от чистоты входящих продуктов, а также от качества материала, из которого изготовлено оборудование.

Процесс проходит при гораздо более низких температурах, чем «Сименс-процесс», но в ходе реакции может образовываться большое количество аморфного кремния;

В случае плохого поддержания кипящего слоя длительность процесса в одном реакторе может быть ограничена;

Технология не является крупнотоннажной, отработана только в опытно-промышленных условиях.

Имеются данные о начале опытного промышленного производства в США.

Silicor - метод получения поликремния из металлургического кремния.

Использование смеси кремния и алюминия для получения слитков поликремния направленной кристаллизации с чистотой 99.9999 % используемых в солнечной энергетике.

Достоинства

Низкие энергозатраты;

Низкая себестоимость.

Недостатки

Низкое качество;

Технология реальна только в случае вертикально интегрированного производства с изготовлением и инсоляцией солнечных элементов.

Имеются данные о производстве в США.

Оценка структуры рынка по крупнейшим странам-потребителям, 2015 г.

Объем потребления поликристаллического кремния в мире в 2015 г. — это показатель, который тождественен объему рынка поликристаллического кремния в мире в соответствующий период времени. Объем рынка демонстрирует то, сколько поликристаллического кремния было приобретено (объем потребления) на рынке в отчетный период времени различными потребителями. В разделе 1.2 текущего отчета был определен объем мирового рынка поликристаллического кремния в 2015 г. в стоимостном и натуральном выражении.

При этом отметим, что объем рынка (объем потребления) поликристаллического кремния в стоимостном выражении демонстрирует выручку производителей от продажи продукции различным клиентам на рынке, а не затраты конечных потребителей на приобретение поликристаллического кремния на рынке, так как объем потребления (объем рынка) в стоимостном выражении рассчитывался по среднегодовым ценам производителей.

Расчет структуры рынка велся исходя из анализа данных из открытых источников, экспертных мнений, а также данных внешнеторговых отношений стран мира.

В таблице ниже представлена структура рынка поликристаллического кремния в разрезе компаний-потребителей.

Таблица 4 Структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-потребителей, 2015 г.

Источник: http://www.greentechmedia.com/content/images/articles/top-module-manufacturing-countries.png, интернет-ресурсы, таможенная статистика trademap.com, аналитика MegaResearch

Таким образом, крупнейшим потребителем поликристаллического кремния в мире является Китай. Его доля рынка оценивается экспертам в **% (** тыс. тонн в натуральном выражении). На рисунке ниже приведена структура рынка поликристаллического кремния в разрезе компаний-потребителей, 2015 г.

Рисунок 11 Структура рынка поликристаллического кремния в разрезе стран-потребителей от натурального выражения, 2015 г.

***

Источник: http://www.greentechmedia.com/content/images/articles/top-module-manufacturing-countries.png, интернет-ресурсы, таможенная статистика trademap.com, аналитика MegaResearch

Следовательно, как видно на рисунке выше, ТОП-5 стран-потребителей потребляли в 2015 г. около **% поликристаллического кремния в мире. Абсолютным лидером по объему потребления был Китай. На втором месте США. Доля рынка страны оценивается в 8% и составляет, приблизительно, ** тыс. тонн в натуральном выражении. Третье место, по оценке экспертов, занимала Индия с долей рынка **%.

Полная информация представлена в готовой версии отчета.

Профили основных производителей (5 компаний): наименование, контактные данные, цены на продукцию

Таким образом, объем мирового рынка поликристаллического кремния оценивается аналитиками MegaResearch в размере ** тыс. тонн. Было выявлено более 100 компаний-производителей поликристаллического кремния в мире.

В результате комбинированного использования различных источников получения информации, а также исходя из учета главного критерия определения крупнейших производителей на рынке (объем производства поликристаллического кремния в натуральном выражении в 2015 г.), был сформирован список из 5 крупнейших производителей поликристаллического кремния на мировом рынке, который представлен в таблице ниже. Важно отметить, что в таблице указан объем производства конкретно по поликристаллическому кремнию, а не общий объем производства различных видов продукции у компаний-производителей. При этом необходимо обязательно подчеркнуть, что указан оценочный объем производства поликристаллического кремния.

Таблица 5 Крупнейшие компании-производители поликристаллического кремния в мире, 2015 г.

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, PV Magazine, аналитика MegaResearch

Таким образом, крупнейшей компанией-производителем была GCL-Poly Energy (Китай) с долей рынка ** %. Суммарно ТОП-5 производителей произвели ** тонну продукции. На рисунке ниже представлена структура мирового рынка поликристаллического кремния за 2015 г. с выделением ТОП-5 производителей.

Рисунок 12 Структура мирового рынка поликристаллического кремния в разрезе компаний-производителей (от натурального выражения), 2015 г.

***

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, аналитика MegaResearch

Как видно из рисунка выше, ТОП-5 производителей производят ** % поликристаллического кремния. На рисунке ниже представлен сравнительный анализ среднегодовых цен на реализацию готовой продукции (поликристаллического кремния) среди крупнейших компаний-производителей. Средние цены были вычислены, исходя из годовой выручки от реализации поликристаллического кремния и объемов реализации продукции в натуральном выражении. Данные по компании OCI были получены исходя из экспертного мнения, а также с портала http://www.businesskorea.co.kr/english/news/industry/14152-full-operation-polysilicon-price-has-hit-bottom.

Рисунок 13 Средние цены на поликристаллический кремний крупнейших компаний-производителей в 2015 г., долл. США/кг

Источник: годовые отчеты компаний-производителей, интернет-ресурсы, аналитика MegaResearch

Следовательно, наиболее высокая цена на реализованную продукцию была установлена у компании Wacker Chemie AG и составила ** долл. США/кг. Наиболее низкая цена на реализацию продукции принадлежала корейской компании OCI. Китайские компании Xinte Energy и GCL-Poly Energy придерживались одинаковой ценовой политики. Их цены составили *** долл. США/кг соответственно.

Ниже приведены профили крупнейших компаний-производителей поликристаллического кремния в мире.

Не существует канонического определения термина «профиль компании», которое бы регулировало информацию, которая должна в нем (профиле) содержаться. В соответствие с логикой анализа, а также исходя из опыта работы над проектами по исследованию рынка, профиль компании должен содержать краткую информацию, которая бы позволила незаинтересованным лицам сформировать первичное мнение о деятельности той или иной компании. Исходя из этого определения в текущем исследовании в профиле компаний-производителей поликристаллического кремния рассматривалась информация о том, каковы основные финансово-экономические показатели работы компании (при наличии информации в открытых источниках). Естественно в профиле содержалась и наиболее общая контактная информация о компании. При этом в профиль компаний включались также и данные по ценам на производимый поликристаллический кремний.

GCL-Poly Energy

Таблица 6. Профиль компании GCL-Poly Energy

GCL-Poly Energy Holdings — один из ведущих в мире производителей поликремния и полупроводниковых пластин для солнечной энергетики, а также крупнейший в Китае поставщик «чистой энергии», получаемой с помощью когенерации, сжигания мусора, биомассы, солнечной и ветроэнергетики. Компания была образована в 1996 г. и зарегистрирована на Кайманах, а её штаб-квартира расположена в Гонконге. На 2014 г. в компании числилось более 18 тыс. сотрудников, как удаленных, так и в штате. В состав компании входят 8 заводов по производству поликристаллического кремния и кремниевых пластин, 21 электростанция, а также 10 энергетических компаний.

Основным видом деятельности компании является выпуск поликремния «солнечного» и «полупроводникового» качества, моно- и мультикристаллических кремниевых пластин, а также управление «солнечными фермами» по производству электрической энергии из солнечной.

Полная информация представлена в готовой версии отчета.

Выводы по исследованию

Перспективные рынки сбыта (страны)

В ходе проведения анализа рынка поликристаллического кремния были выявлены следующие основные перспективные страны для сбыта продукции:

Индия

Основным достаточно перспективным и динамично развивающимся рынком является рынок Индии. Согласно данным индийской компании CSTEP, в 2015 г. она потребляла около **% поликристаллического кремния, произведенного в мире. Согласно данным таможенных органов, Индия импортировала поликристаллического кремния в размере ** тыс. тонн 8 . Однако по оценке экспертов рынка данные несколько отличаются, так как, по их мнению, данные несколько завышены и в данный объем включен также и реэкспорт. По оценке MegaResearch, объем потребления поликристаллического кремния в Индии в 2015 г. составил около 7 тыс. тонн.

Согласно прогнозам экспертов рынка, а также компании CSTEP, к 2022 г. объем потребления поликристаллического кремния Индией возрастет до **% от общего объема рынка. Данный прогноз основан на данных о планах развития рынка фотовольтаики. По словам Правительства, поставлена цель достичь мощности действующих электростанций в 100 ГВт к 2022 г., большая доля из которых будет принадлежать станциям, действующим на переработке солнечной энергии.

К июлю 2016 г. стало известно о планах трех индийских компаний об открытии производства поликристаллического кремния:

Panchavaktra Power;

Shapoorji Pallonji;

Adani Group.

В планах компании Panchavaktra Power инвестировать * млрд долл. США в строительство производства поликремния. Объем предполагаемого производства составит 6 тыс. тонн в год. Shapoorji Pallonji планирует строительство электростанции мощностью 2000 МВт. Adani Group будет взаимодействовать с другими крупными компаниями для строительства электростанции крупнейшей в Гуджарате.

Тайвань

****

Объединенные Арабские Эмираты

****

Выводы по исследованию

В ходе проведения исследования были сформированы следующие выводы:

Полная информация представлена в готовой версии отчета