约85%，这是目前主流多晶硅制备技术路线——采用GCL西门子法（改良西门子法）制备棒状硅的市场占有率。

但在去年，多晶硅的另一条制备技术路线——采用硅烷流化床法生产FBR颗粒硅，呈现出强劲增长势头。

其中，位于江苏徐州经济技术开发区的协鑫科技控股有限公司（以下简称协鑫科技）表现十分抢眼。2022年，该公司生产的颗粒硅较2021年同期增长537.3%，目前在硅料市场中的占比从个位数迅速飙升到15%左右。

对于颗粒硅的优势，协鑫科技助理副总裁宋昊认为，颗粒硅成本低是最表象最基础的竞争优势，颗粒硅从碳足迹上带来的贡献和影响其实更大。用经济数据进行衡量，如果使用去年颗粒硅的生产量进行计算，自愿减排协议的交易价格进行测算，颗粒硅所带来的经济收益实际上大于减少的行业成本。

放眼未来，协鑫科技也为光伏行业发展做了很多准备。宋昊介绍：“协鑫科技正在做两件事，其一是CCZ（连续提拉法）应用，因为颗粒硅的形态变化提供了更多的技术可能性，所以协鑫科技在拉晶环节上做了更多的研发；其二是钙钛矿的研发，相对于晶硅，钙钛矿可以节约很大一部分材料成本，并且在效率与便携性能上有较大的优势，所以无论是学术界还是从产业界，都认为钙钛矿是一个明确的发展方向。协鑫科技现已经将钙钛矿16%以上的量产效率，今年在100MW的中试线上大概率可以看到18%以上转换效率的1米×2米甚至更大尺寸的钙钛矿的组件。”

一、多晶硅的生产技术：改良西门子法与硅烷流化床法的工艺比较

目前多晶硅的生产技术主要有两种，即改良西门子法对应的棒状硅，硅烷流化床法对应的颗粒硅。

1、改良西门子法工艺

改良西门子法工艺采用三氯氢硅作原料气，用钟罩式还原炉（化学气相沉积法（CVD）还原炉），炉里倒插上一根根硅芯，再盖上大钟罩。三氯氢硅通过管道导入还原炉，在高温高压的炉内（二十几个大气压），硅芯高温后导电加上催化剂催化，三氯氢硅热分解产生硅单质，沉积在吸附力很强的硅芯上，慢慢长成硅棒。

炉内还有几种平行化学反应，生成二氯二氢硅、氯化氢、氢气等。还原罐里各种气体被抽出分离，分别送回化工过程或还原炉循环（改良西门子冷氢化法闭环生产基本无排放，节能降耗环保）。还原炉里硅棒都长成了。断电、断气，降温冷却8小时，横梁吊起冷却后的钟罩，露出柱样的硅棒。

保利协鑫的全资子公司中能硅业，最早在国内探索西门子法生产多晶硅。曾经是西门子法的领先者。

技术频繁迭代的重资产行业存在这样的问题，后来者没有历史包袱，可以轻装上阵，导致后来者居上。

2、西门子法优劣势

西门子法工艺成熟稳定，过程可控，设备标化，容易复制和扩大。生产的硅料质量好致密度高，一直是全球多晶硅料生产的主要方法，市场占比极高。

但是，作为成熟工艺，西门子法在现有改良的基础上继续提升的空间不大，其主要有两方面的问题：

（1）高能耗，西门子法多晶硅每公斤耗电大约60度，先进水平也能低到45度，这样每吨西门子多晶硅耗电5、6万度。

（2）需要破碎后，才能在后续单晶拉制或多晶铸造晶体的过程中使用。破碎方式人工原始，带入杂质的可能性更大。

3、硅烷流化床法的工艺

流化床把细小的硅颗粒种子铺在有气孔的床层上，从下面通入气态硅化合物（硅烷或三氯氢硅）和其它反应气，气流把硅种吹到飘浮半漂浮的流化状态，加热和受到催化的硅化合物气体分解或与其它气体反应，生成的硅单质沉积在浮动的硅种上，慢慢长成较大的硅粒，几毫米到厘米级别都有，大点的颗粒掉入搜集斗，再由出料管送出流化床反应器。

流化床法几乎与西门子法同时诞生在上世纪60年代，主要是针对西门子法生产间断、能耗高、硅料需多次破碎、块状料不方便自动装填等问题，提供的另一个解决方向。

流化床法工艺简单，连续生产低能耗，技术和装置壁垒高，尤其是光伏硅料需要的大型生产设备和技术。

协鑫科技在2017年完成对美国SunEdison的收购，从SunEdison手里收购MEMC硅烷流化床技术、CCZ连续直拉单晶技术和资产。

借助SunEdison的研发和技术，又经过了四五年的研发迭代，才形成目前的规模化生产。

目前，流化床法规模化商业运行，仅见于MEMC Solar，REC Silicon公司的美国工厂、REC Silicon与陕西天宏的合资企业天宏瑞科硅材料在陕西榆林的工厂，颗粒硅产能为1.8万吨。目前新增在建产能8万吨，总计9.8万吨。

4、两种工艺各环节对比

改良西门子法工艺成熟，棒状硅品质较高，但是成本下降空间有限。颗粒硅，工艺简洁，技术在不断迭代，调氢等问题通过工艺解决。目前的颗粒硅基本可以用于生产N型硅片。

二、协鑫科技：持续投入见成效

江苏中能硅业科技发展有限公司是协鑫科技光伏产业的发源地。厂区内，闪耀着金属光泽的硅烷反应塔高耸林立，身披蓝色外衣的流化床装置发出阵阵低鸣声。

流化床是孕育颗粒硅的温床。在这里，硅烷气、氢气以及硅籽晶在高温下发生化学反应，生成绿豆大小的颗粒硅。

出于保密需要，协鑫科技组建了完全独立于改良西门子法之外的“秘密工厂”。协鑫科技助理副总裁宋昊回忆，公司百来人组成扁平化的科研团队，在这个“科研特区”，从人事、供应链、设计，到设备运营、安装以及专家、工程师待遇，均“与众不同”。

2011年，第一代流化床第一次开车，颗粒硅分厂上下满怀期望，目标连续开车180天。

半个月后，意外出现了：生成的颗粒硅大若西瓜，将进料口彻底堵死了。“跌跌撞撞”坚持了一年多后，团队决定放弃此前的技术工艺。

调整工艺后，开车时间延长到了68天。但新的问题又来了——热量传不进去，产量不到目标产能的1/10，且成本非常高。

改进加热方式后，采用第三代技术工艺的流化床一次最长开车时间延长到了89天。

虽然离目标还有不小的差距，但正如兰天石评价的：“就像竹笋在土下长了3年，在没有出头的时候，其实根已经非常深了。”

转眼到了2016年，颗粒硅依然箭在弦上，公司内部有了杂音。朱共山不为所动，笃定继续加大投入。同时，他动员所有高管勒紧腰带过日子——工资砍半，奖金停发。但研发费用一分不少，研发人员工资和奖金一分不欠。

又过了3年，协鑫科技颗粒硅产线实现超过180天长周期稳定运行。

虽然开车时长、产量达标了，但颗粒硅品质还很不稳定，总金属杂质含量曾一度高达上百ppbw（十亿分之一，为以质量计数的浓度），且伴有“挂灰”“氢跳”等多个行业难题。

2019年，兰天石接棒，将颗粒硅从科研并入生产进行常态化管理。

终于在2020年，协鑫科技生产的颗粒硅被一步推向客户并获得实证，截至目前，总金属含量低于1ppbw的产品比例已超过85%。

十年磨一剑。2011年至今，协鑫科技在颗粒硅研发及中试装置上已累计投入100多亿元。下一步他们要面对的，是即将到来的N型太阳能电池技术更迭浪潮。

三、协鑫科技具备的综合竞争优势

1、成本上颗粒硅投资额、综合电耗、人工成本更低。

根据2022年年报数据，2022 年多晶硅行业平均综合电耗为 60 kWh/kg-Si，蒸汽耗量均值为 15.0 kg/kg-Si，人均产出量为 58 吨/（人 · 年）。

颗粒硅的 FBR 生产工艺由于流程更短、后处理工序更少、占地空间更小，其投资额约为 7.2亿元/万吨，综合电耗可优化至 13.8 kWh/kg-Si，蒸汽耗量 15.3kg/kg-Si，人均产出量为 133 吨/（人 · 年）。

按此计算，FBR 颗粒硅的生产工艺较改良西门子法棒状硅其投资额下降约 28%、综合电耗降低约 77%、人均产出量提升约 29%。

徐州的颗粒硅产线，模块投入较早。根据2022年年报公布，徐州基地顆粒硅生产综合电价为0.65元/kwH。

2023年2月，公司徐州基地顆粒硅生產現金成本37.2913元╱kg，製造成本43.73元╱kg，低于同行业竞企的成本。

乐山和包头的产线进入满产不久，产线还在爬坡和调试。一季度协鑫未公布乐山和包头的成本数据。

乐山和包头的电价远低于徐州的电价，等产线稳定后，颗粒硅的生产成本有望继续下降。根据机构统计目前协鑫的颗粒硅成本处于最低的位置，后续有望继续下降。

2、品质超预期提升，徐州、乐山和包头三基地联动，赛马式竞争，产品提升迅速提升。可满足N型硅片的使用。

根据公司今年一季度公布的品质提升曲线数据，产品飞速迭代。

随着顆粒硅有效产出的增加，品质迅速提升：顆粒硅总金属含量＜3ppbw，产品比例由22年一季度的18.3%，提升至22年四季度的80.3%，一季度已提升至96%。总金属含量≦1ppbw，产品比例已超过75%，完全滿足n型時代需求。

根据最新的纪要，到今年五月份，总金属含量≦1ppbw，产品比例已达到99%。在总金属含量0.5ppbw以下，仍有50%的颗粒硅达到要求。为N型时代的到来，做好了准备。

3、采用特殊的营销策略，助力颗粒硅迅速抢占市场，满产满销。

协鑫在今年上半年单月产能达到2万端，还有逐月还有增量。

采用适当低价策略，在硅料价格处于高位及下降过程中，始终保持比棒状硅的致密料低10元/公斤，迅速抢占市场份额，保持满产满销。

硅料作为工业大宗商品，颗粒硅作为新一代产品，最初在产线大规模应用，有一定的难度。

协鑫建设两个全颗粒产线的示范项目：徐州光伏5GW顆粒硅单晶示范应用项目和宁夏协鑫光伏5GW顆粒硅N型单晶示范项目。

一方面，通过示范项目不断迭代，提升颗粒硅品质。另外一方面，加大下游客户的接受度。CCZ与颗粒硅适配应用，未来示范项目的成功经验将完全开放给市场。

2022年以隆基、中环、上机、晶澳等头部硅片厂商，不断加大对颗粒硅的采购比例。

截止至一季度，由于颗粒硅的产能有限，颗粒硅基本用于掺杂使用，掺杂比例在15%~20%。

部分客户的采购比例达到了每月硅料采购量的50%以上，这个对于上游供应商而言，比例已经非常高了。截止至目前，颗粒硅市场占有率为15%。

4、能源消耗低，创国内外最低硅料碳足迹，提升组件未来竞争力。

颗粒硅于 2021 年获得法国国家能源署颁发的碳足迹认证证书。每千克颗粒硅碳排放量在 37 千克 CO2，打破了瓦克此前创下的每功能单位 57.559 千克 CO2 当量的全球记录，创下国内外最低硅料碳足迹纪录。

基于颗粒硅较为明显的低碳属性，使用颗粒状生产的大尺寸 PERC 组件已获法国碳足迹认证，碳足迹平均值为 400—450 千克 CO2/千瓦，较未使用颗粒硅的同型号组件产品碳排放平均值降低 28%，具有较为明显的低碳属性。

未来碳交易趋于成熟后，颗粒硅生产的组件更具备竞争优势。

5、颗粒硅+CCZ工艺或将有效提升拉晶产能与效率

颗粒硅形似球状，2mm 左右粒径，具有良好的流动性、填充性，可以直接拉晶使用，能填补硅块空隙，提高坩埚装填量，从而提高拉晶产出。

同时，颗粒硅大小形状比较均匀，熔化时对拉晶炉热场扰动小，具有单次投料量多，熔化效率高，免破碎等多重优势，是未来大规模应用CCZ技术（即连续直拉单晶硅技术）的必要条件。

也就是为未来连续自动化生产，大幅提高下游的生产效率，而降低成本。2022 年年报的数据，公司 CCZ 单台拉晶炉单产可达到 185 千克/天，已实现 200 兆瓦的中试产能。

6、储备研发新一代光伏技术钙钛矿电池。

协鑫科技子公司昆山协鑫光电材料有限公司（协鑫）1mx2m的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线，公司已具有大面积组件综合研发生产能力。

当前公司大面积钙钛矿组件光电转换效率已达16%，2023年底有望突破18%。

文章来源： 臻进投资，科技日报，证券日报