多晶硅是光伏上游的重要原料，它的纯度极大地影响着太阳能电池的能量转换效率。在很长的一段时间里，囿于技术门槛高和知识产权保护严密等深层次原因，多晶硅行业几乎被传统改良西门子法统治。而这一格局，或因FBR颗粒硅的大规模量产而被打破。相较于棒状硅，颗粒硅体积小，呈颗粒状，不仅流动性强，还无需破碎，能完全避免掺入杂质的风险。

一、颗粒硅为何受到 热捧

要想搞清楚颗粒硅为何受到 热捧，还要先谈谈多晶硅。

多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，广泛用于光伏、半导体等行业。

棒状硅和颗粒硅是多晶硅原材料里常见的类型。棒状硅是采用目前主流的生产工艺改良西门子法生产，而最近被热炒的颗粒硅则是采用硅烷流化床工艺生产的。

实际上，早在上世纪五六十年代，多晶硅生产的两大技术路线相继问世，其中西门子法通过多次技术迭代一直引领行业前行，成为世界的主流路线，而流化床法作为第二技术路线也在持续进步。

在多晶硅短缺之前，REC硅和MEMC电子材料公司就已经应用流化床反应器（FBR）技术，并在美国华盛顿州摩西湖和德克萨斯州帕萨迪纳生产颗粒状多晶硅。

在2006年REC硅投资建设流化床生产多晶硅，结合硅烷法多晶硅混合投料在下游使用的阶段，流化床技术生产多晶硅的技术优势就引起所有多晶硅制造商的注意，也就是在这个时候，多晶硅制造龙头德国Wacker跟进这一技术的研究。

但是当时，多晶硅主要还是半导体的材料，太阳能(7.08 -0.70%,诊股)光伏产业尚未掀起投资狂潮。而由于安全性较差、炉壁沉积、流态化控制、产品纯度控制等问题，颗粒硅未实现大规模应用，流化床生产半导体用多晶硅显得很遥远。

西门子法多晶硅“最大”的威胁在2008年，因多晶硅紧缺，彼时REC硅和MEMC的优势在晶硅太阳能市场大展神威。由于多晶硅电池比单晶电池的市场更为火爆，颗粒硅可以为西门子法多晶硅填充缝隙，投炉的量会增加20%以上，并且它的生产成本是当时最廉价的方式。

这种优势直接影响当时所有多晶硅生产企业，在投资建设时不得不将颗粒硅作为新的技术风险加以考虑。从这个时候开始，流化床法也开始有了与改良西门子法相竞争的趋势。

2013年以后，由于美国对中国的光伏实施反倾销政策，中国多晶硅市场出现了“过剩”，价格不断下调，直接影响了颗粒硅的收益。而2018年随着“531”新政出台，REC硅宣布停止摩西湖颗粒硅生产线。

因此，从当前的角度来看，颗粒硅并不是“高科技”，更不是“黑科技”，而是六七十年前就有的旧技术。同时，由于改良西门子法的不断更迭进步，颗粒硅在历史的舞台始终只是“最佳配角”的存在。

二、硅料价格猛涨，颗粒硅重回大众视野

当下，颗粒硅重回大众视野，也得益于其一大特性——便宜。

目前，多晶硅主要的生产工艺是改良西门子法，西门子法自1950年代被开发以来，已经发展到第三代，始终是多晶硅最主流的生产工艺，份额占比达95%以上。

因此，通常情况下，改良西门子法多晶硅也被简化称为“多晶硅”。

多晶硅也是一将功臣万骨枯的行业，相关企业打得头破血流，最终呈现强者恒强的局面，价格也不断下探。

回溯光伏产业过去十余年的发展，光伏成本从50元/W下降到了4元/W左右，多晶硅环节的持续降本为光伏平价上网做出了巨大的贡献，而改良西门子法工艺在其中居功至伟。

随着我国光伏、半导体等行业规模的快速扩大，对多晶硅的需求增加，而由于近年来全国多地工业硅限产等原因，多晶硅供给端跟不上需求端，导致我国工业硅价格近两年间持续上涨。

根据中国有色金属工业协会硅业分会提供的数据显示，从2021年年初到2022年6月份，单晶复投料的价格上涨了超过2倍。截至7月份第三周跟踪数据显示，硅料价格最高已经触及31万元/吨，相比2021年初上涨了250%，创下了近10年来的新高。

根据硅业分会估测，2022年，全年国内硅料产量预计约78万吨，硅料总供应量约88万吨。根据国家能源局的预测，假设全球2022年光伏装机在240-280GW之间，按1GW装机需要消耗约0.35万吨硅料计算，预计2022年硅料需求区间约为84-98万吨左右，整体看硅料供应仍略有不足。

此时，对于部分技术规模优势不足的硅料企业而言，颗粒硅生产在理论上具备一定的成本优势，又让其重回大众视野，成了部分企业“奔赴”的产业。

三、颗粒硅的自动化、低碳化优势

改良西门子法降电耗近瓶颈，硅烷流化床法优势明显。过去，改良西门子法通过改进 物料循环体系、增强能量回收利用显著降低生产过程综合电耗，从而实现降本。根据 CPIA 数据，2021 年以改良西门子法为主导的多晶硅生产平均综合电耗已降至 63kWh/kg-Si，相 较于2010年的水平已下降62.9%。其中，三氯氢硅还原环节电耗达46 kWh/kg-Si，占73.0%， 是高能耗的主要原因，且未来进一步下降空间有限。

CPIA 预计 2030 年改良西门子法综合电耗有望降至 55 kWh/kg-Si，换言之，未来下 降空间仅 12.7%。而根据协鑫科技 2021 年报披露，其硅烷流化床法综合电耗仅 14.8 kWh/kg-Si，相较于当前主流水平实现质的飞跃。硅烷流化床法得益于该工艺先天具有的 低能耗优势，或将成为下一代具备成本优势的技术选择。

颗粒硅的自动化优势来源于生产过程连续、人工参与少，且球状形态便于下游拉棒企 业自动化运输与装料。改良西门子法在一炉硅棒长成后，需断电断气降温出炉，手动移出 棒状硅后才能进行下一轮生产；而还原炉产出的产品形态为直径 130mm、长度 2.5m 的棒 状硅，经破碎后的致密料尺寸约 50-100mm，进一步破碎的复投料尺寸约 8-50mm，因此 西门子法的产品从出炉到可用的状态，需经历人工截断、破碎、分选等步骤。从生产过程 来看，改良西门子法属于间断反应，人工介入程度高。而在硅烷流化床法中，籽晶长大到 一定程度后，会因为重力掉落收集，从而排出流化床，同时反应物硅烷气通过喷嘴持续注 入，实现连续生产；产出的颗粒硅产品为直径 1-3mm 的球形，可直接用于单晶硅棒拉制。

对于下游拉棒企业而言，由于颗粒硅产品流动性更好，可以通过自动材料运输、坩埚 装填、重新加料等方式，提高下游硅片企业的自动化程度和生产效率。颗粒硅厂商与拉棒 厂商合作，可以进一步简化从颗粒硅产出到运输、装料的过程。

颗粒硅的低碳化优势来源于生产过程转化效率高、反应温度低、原料易处理。硅烷流 化床法生产颗粒硅的原料是甲硅烷，与三氯氢硅相比，甲硅烷的热稳定性差，受热易于分 解，因此带来两个好处：（a）硅烷流化床法一次转化率高达 98%，而西门子法仅 10-12%；（b）流化床内操作温度约 600-800℃，显著低于西门子法的 1150℃。另外，两种方法的 生产过程中均涉及氯硅烷等杂质，甲硅烷与氯硅烷的熔点、沸点差异更大，因此易于分离， 而三氯氢硅分离难度更高，导致西门子法需要更复杂的精馏系统，并造成更高的能耗。

据我们测算，颗粒硅创造的碳收益达 2.04-11.56 元/kg-Si。2021 年，协鑫科技获得 法国环境与能源控制署颁发的碳足迹证书，证明公司颗粒硅产品的碳足迹仅为 37kg-CO2/kg-Si（千克二氧化碳当量/千克硅），此前全球最低记录为德国Wacker的57.56， 而改良西门子法棒状硅平均约 71。以下分为保守和乐观两个场景进行测算。保守场景：按照我国目前碳交易价格，假设单位成本为 0.06 元/ kg-CO2。乐观场景：2021 年欧洲碳税高达 50 欧元/吨（折合人民币 0.34 元/ kg-CO2），据此进 行假设。

测算结果显示，硅烷流化床法颗粒硅相较于改良西门子法棒状硅在保守和乐观场景下 分别具有 2.04 和 11.56 元/kg-Si 的潜在碳收益。未来随着碳价格进一步提高、碳边境税等 政策落地，预计颗粒硅生产的碳减排优势将更直接地体现在企业利润中。

四、颗粒硅大有可为，预计2025年占总需求48.7%-64.7%

目前仅有 3 家硅烷流化床法量产企业，技术壁垒高。分别是协鑫科技（收购 SunEdison 相关技术）、REC、天宏瑞科（全称“陕西有色天宏瑞科硅材料有限责任公司”）。其中， 协鑫科技现有江苏徐州 6 万吨硅烷流化床法颗粒硅产能，7m22 新投产乐山 10 万吨项目， 已公告的扩产项目还包括包头 30 万吨与呼和浩特 10 万吨；REC 入局较早，但其位于美 国摩西湖的 1.8 万吨产能于 2019 年停产，现规划于 4Q23 恢复生产、2024 年达到满产；天宏瑞科的技术来源于股东 REC，其现有榆林 1.8 万吨产能，并规划新建 8 万吨。另外， 中来股份、亚洲硅业等企业也宣布布局研发硅烷流化床法技术路线。

预计 2025 年底全球颗粒硅产能达 73.1 万吨，其中协鑫科技占 83%。根据各公司已 公告的颗粒硅扩产计划，我们预计 2022-25 年全球颗粒硅产能 CAGR 达 74%，主要由量 产技术成熟的协鑫科技所贡献。目前未开工的规划产能在后续落地过程中存在不确定性， 因此估算的颗粒硅产能仅供参考。以上述分析作为中性预测，分别设立保守与乐观场景，假设年有效产能为年初与年末 产能的平均值，测算 2022-25 年颗粒硅产量（有效产能）占多晶硅总需求的比：保守场景：假设协鑫科技包头二期与三期项目、天宏瑞科 8 万吨项目建设进度稍慢， 导致 2023-25 年颗粒硅有效产能较中性场景有所下降。

中性场景：根据现有颗粒硅企业已公布的扩产计划测算。乐观场景：考虑到多晶硅建设周期约 12-18 个月（厂房基建周期造成部分差异），后 续颗粒硅企业仍有可能进一步公告扩张，假设协鑫科技 2025 年底产能增加 20 万吨、REC 与天宏瑞科分别增加 4 万吨。

以上数据表明 2025 年颗粒硅产量占多晶硅需求的比达 48.7%-64.7%，在技术扩散有 限的前提下，颗粒硅企业享受技术进步窗口期。从硅烷流化床法的发展历史来看，为了实 现量产经济性与产品品质提升，REC 用了 20 年以上，协鑫科技用了 10 年以上，虽在过 去面临研发速度不及预期的质疑，但协鑫科技徐州、乐山项目的相继投产，及下游硅片客 户纷纷试用后签订长单采购，已证明当前硅烷流化床法的量产可行性与产品可用性，长期 的研发积累也为现有颗粒硅企业构筑专利、Know-how 的技术护城河。

上述测算的前提是颗粒硅技术扩散有限，2025 年之前仍由现有企业主导，彼时颗粒 硅占多晶硅总需求的比仅为 48.7%-64.7%，针对市场关心的 P 型硅片向 N 型转变趋势下 颗粒硅应用比例的上限问题，现存企业尚有较长的窗口期进行品质提升与市场验证。在这 一阶段内，具备量产技术的企业有望享受存量替代的巨大空间、市场扩容、以及低生产成 本带来的超额利润。

文章来源： 鳌头财经，中国电子报，阿尔法工场