¿Qué es el cristal de polisilicio?

Silicio policristalino; silicio policristalino

Propiedades: brillo metálico gris. La densidad es 2,32~2,34. El punto de fusión es 1410 ℃. El punto de ebullición es 2355 ℃. Ácido mixto soluble en ácido fluorhídrico y ácido nítrico, insoluble en agua, ácido nítrico y ácido clorhídrico. La dureza está entre germanio y germanio. Es quebradizo a temperatura ambiente y fácil de romper al cortar. Se vuelve duro cuando se calienta por encima de 800 ℃ y se deforma obviamente a 1300 ℃. Es inactivo a temperatura ambiente y reacciona con oxígeno, nitrógeno y azufre a altas temperaturas. En estado fundido a alta temperatura, tiene una gran actividad química y puede interactuar con casi cualquier sustancia. Tiene propiedades semiconductoras y es un material semiconductor excelente y extremadamente importante, pero una pequeña cantidad de impurezas puede afectar en gran medida su conductividad. En la industria electrónica, se utiliza ampliamente como material básico para la fabricación de radios de transistores, grabadoras, refrigeradores, televisores en color, grabadoras de vídeo y computadoras electrónicas. Se obtiene clorando polvo de silicio seco y gas cloruro de hidrógeno seco en determinadas condiciones, para luego condensarlo, destilarlo y reducirlo.

El polisilicio es una forma de silicio elemental. Cuando el silicio elemental fundido se solidifica en condiciones de sobreenfriamiento, los átomos de silicio se organizan en muchos núcleos en forma de una red de diamante. Si estos núcleos crecen hasta convertirse en granos con diferentes orientaciones cristalinas, los granos se combinarán y cristalizarán en polisilicio. El silicio policristalino se puede utilizar como materia prima para extraer silicio monocristalino. La diferencia entre el silicio policristalino y el silicio monocristalino se refleja principalmente en las propiedades físicas. Por ejemplo, la anisotropía de las propiedades mecánicas, ópticas y térmicas es mucho menos obvia que la del silicio monocristalino en términos de propiedades eléctricas, la conductividad de los cristales de silicio policristalino es mucho menos significativa que la del silicio monocristalino, y Incluso casi no hay conductividad. En términos de actividad química, hay poca diferencia entre los dos. El silicio policristalino y el silicio monocristalino se pueden distinguir en apariencia, pero la verdadera identificación debe determinarse analizando la orientación del plano cristalino, el tipo de conductividad y la resistividad.

1. Visión general de la industria internacional del polisilicio

En la actualidad, los materiales de silicio cristalino (incluidos el silicio policristalino y el silicio monocristalino) son los materiales fotovoltaicos más importantes, con una cuota de mercado de más del 20%. El 90% seguirá siendo el material principal para las células solares durante mucho tiempo. La tecnología de producción de materiales de polisilicio ha estado durante mucho tiempo en manos de 10 fábricas de siete empresas en Estados Unidos, Japón y Alemania, lo que ha resultado en un bloqueo tecnológico y un monopolio de mercado.

La demanda de polisilicio proviene principalmente de semiconductores y células solares. Según los diferentes requisitos de pureza, se divide en grado electrónico y grado solar. Entre ellos, el polisilicio de grado electrónico representa aproximadamente el 55% y el polisilicio de grado solar representa el 45%. Con el rápido desarrollo de la industria fotovoltaica, la demanda de polisilicio en células solares está creciendo más rápido que la del polisilicio semiconductor. Se espera que para 2008, la demanda de polisilicio de grado solar supere la del polisilicio de grado electrónico.

En 1994, la producción total mundial de células solares era sólo de 69 MW, mientras que en 2004 se acercaba a los 1.200 MW, un aumento de 17 veces en sólo 10 años. Los expertos predicen que la industria solar fotovoltaica superará a la energía nuclear y se convertirá en una de las fuentes de energía básica más importantes en la primera mitad del siglo XXI.

Se informa que el Departamento de Energía de EE. UU. planea instalar 4600 MW para 2065, dentro de 438+00 años, Japón instalará 5000 MW para 2065 y la Unión Europea instalará 6900 MW. Se espera que para 2010 la capacidad instalada acumulada global sea de al menos 18.000 MW. A juzgar por las especulaciones y análisis anteriores, en 2010 se utilizarán al menos 30.000 toneladas de polisilicio en células solares. El cuadro 2 ofrece la previsión de la producción mundial de polisilicio solar. Según análisis de datos extranjeros, la producción mundial de polisilicio en 2005 fue de 28.750 toneladas, incluidas 20.250 toneladas de grado semiconductor y 8.500 toneladas de grado solar. La demanda de grado semiconductor fue de aproximadamente 19.000 toneladas, lo que representa un ligero excedente. La demanda de polisilicio de grado solar es de 15.000 toneladas, cantidad que es escasa. Desde 2006, la demanda de polisilicio de grado solar y polisilicio de grado semiconductor ha sido escasa, y la brecha de capacidad de producción de polisilicio de grado solar es aún mayor.

Según el informe de Japan Rare Metal Impurities del 24 de junio de 2005, la demanda mundial de semiconductores y polisilicio solar es escasa, principalmente debido a la rápida expansión del mercado de energía solar centrado en Europa. Se prevé que el desequilibrio de la oferta de polisilicio será cada vez más grave en 2006 y 2007, y que la diferencia de precio original entre los precios del polisilicio de grado semiconductor y de grado solar se reducirá gradualmente o incluso se eliminará. La producción mundial de células solares en 2005 fue de aproximadamente 1 GW. Si el polisilicio utilizado es de 12 toneladas, * * * el polisilicio requerido es de 12 toneladas. De 2005 a 2065.438+00, la tasa de crecimiento anual promedio de las células solares en el mundo fue del 25% y la tasa de crecimiento global fue de 2065.438+00.

Los principales fabricantes de polisilicio del mundo incluyen Tokuyama, Mitsubishi, Sumitomo, Hemlock, Asimi, SGS, MEMC, Wacker, etc. La mayoría de ellos tienen una capacidad de producción anual de más de 1.000 toneladas. Entre ellos, Deshan, Hemlock y Wacker tienen las mayores escalas de producción, con capacidades de producción anual de 3.000 a 5.000 toneladas.

Las principales características técnicas del polisilicio internacional son las siguientes:

(1) Coexisten múltiples rutas de proceso de producción y la situación de bloqueo y monopolio de la tecnología industrial no cambiará. Debido a que cada planta de producción de polisilicio utiliza diferentes materias primas principales y auxiliares, y el proceso de producción también es diferente, los productos de polisilicio correspondientes tienen diferencias en indicadores técnicos y económicos, indicadores de calidad del producto, usos, métodos de prueba del producto, seguridad del proceso, etc. Cada uno tiene sus propias características técnicas y secretos técnicos. En general, los principales procesos tradicionales para producir polisilicio en el mundo son: proceso Siemens modificado, proceso de silano y proceso de lecho fluidizado. Entre ellos, la capacidad de producción de polisilicio producida por el método Siemens modificado representa alrededor del 80% de la capacidad de producción total del mundo. La situación de monopolio y bloqueo de la tecnología industrializada no cambiará en el corto plazo.

(2) La investigación sobre una nueva generación de tecnología de polisilicio de bajo coste es sin precedentes. Además de los procesos tradicionales (compatibles con niveles electrónicos y solares) y las actualizaciones tecnológicas, han surgido varias tecnologías nuevas para producir polisilicio de grado solar, entre las que se incluyen principalmente: mejorar el proceso de bajo costo del método Siemens utilizando métodos metalúrgicos para extraer silicio de alta calidad; polisilicio de calidad a partir de silicio metálico; preparación directa de sílice de alta pureza; proceso de evaporación a deposición líquida o descomposición térmica, utilizando una solución de aluminio y silicio para preparar silicio de grado solar a baja temperatura; electrólisis salina, etc.

Dos. Descripción general de la industria nacional del polisilicio

El crecimiento de los circuitos integrados, la producción de obleas de silicio y la industria de células solares de mi país han promovido en gran medida el crecimiento de los materiales de polisilicio.

El silicio policristalino para células solares se calcula basándose en el requerimiento de 11-12 toneladas de silicio policristalino para producir una célula solar de silicio policristalino de 1MW. En 2004, la producción de silicio policristalino y células solares monocristalinas de mi país fue de 48,45 MW y el consumo de silicio policristalino fue de aproximadamente 678 toneladas. Sin embargo, la capacidad de producción real ha alcanzado unos 70 MW y la brecha de polisilicio ha alcanzado más de 250 toneladas. A finales de 2005, la capacidad de producción nacional de células solares alcanzará los 300 MW, con una producción real de aproximadamente 1.100 MW, lo que requerirá aproximadamente 1.400 toneladas de polisilicio. Se espera que la producción de células solares alcance los 300 MW en 2010, y una estimación conservadora requiere alrededor de 4.200 toneladas de polisilicio. Por lo tanto, la producción de células solares impulsará significativamente la demanda de polisilicio, como se muestra en la Tabla 3.

En 2005, la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino para células solares de mi país era del 20% al 30%, y la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino para semiconductores era del 80% al 90%. que no pudieron producir a plena capacidad el polisilicio escasea. Se estima que después de la expansión, la producción de los fabricantes de polisilicio aún no puede satisfacer las necesidades del rápido crecimiento.

La oferta mundial de polisilicio para células solares en 2005 fue de aproximadamente 10.448 toneladas, mientras que la demanda de materiales de silicio para células solares en 2005 fue de aproximadamente 22.881 toneladas. Si la demanda de polisilicio para células solares representa el 65% de la demanda total, la demanda de polisilicio para células solares será de aproximadamente 14.873 toneladas. Por lo tanto, la brecha del mercado mundial de polisilicio para células solares alcanzará las 4.424 toneladas. En 2005, faltaban 6.000 toneladas de polisilicio para semiconductores y 4.424 toneladas de polisilicio para energía solar, por un total de 10.424 toneladas. Una grave escasez de suministro ha provocado un aumento de los precios mundiales del polisilicio. El continuo calentamiento actual del mercado del polisilicio ha llevado a varios fabricantes a presentar planes de expansión. Según estadísticas de la Organización Fotovoltaica Internacional, la capacidad de producción mundial de polisilicio alcanzará las 49.550 toneladas en 2008 y las 58.800 toneladas en 2010. Se estima que en 2010 la demanda mundial de polisilicio alcanzará las 85.000 toneladas, con un déficit de 26.200 toneladas. A largo plazo, considerando la futura escasez de energía petroquímica y el fuerte apoyo de varios países a la industria solar, la demanda seguirá creciendo. Según el Plan de Desarrollo de la Industria Fotovoltaica de 2010 de la Federación Europea de la Industria Fotovoltaica, la producción fotovoltaica mundial alcanzará los 15 GW (1 GW = 1000 MW, suponiendo que el 60% de ella utilice polisilicio como materia prima, si el progreso tecnológico consume 10 toneladas de polisilicio por MW). , se estima de forma conservadora que el mundo necesitará al menos 50.000 toneladas de polisilicio solar.

La industria del polisilicio en China comenzó a mediados de los años 50 y 60, con más de 20 plantas de producción. Debido a la dificultad de la tecnología de producción, la pequeña escala de producción, la tecnología atrasada, la grave contaminación ambiental, el alto consumo de energía y los altos costos, la mayoría de las empresas han detenido la producción y se han trasladado a otras industrias.

En 1996, sólo quedaban cuatro empresas: Emei Semiconductor Materials Factory, Luoyang Monocristalino Silicon Factory, Tianyuan Chemical Factory y Prism Industrial Company.

Después de 1995, Prism Industrial Company y Chongqing Tianyuan Chemical Factory cesaron su producción una tras otra. En la actualidad, los principales fabricantes nacionales de polisilicio incluyen Luoyang China Silicon High-Tech Company, Sichuan Emei Semiconductor Factory y Sichuan Guangxin Silicon Industry Company. A finales de 2005, la línea de producción de 300 toneladas de Luoyang China Silicon High-tech Company se puso oficialmente en funcionamiento y también se inició la ampliación de la segunda fase de la línea de producción de polisilicio de más de 65.438 millones de toneladas. La provincia de Henan planea ampliarla a 3.000 toneladas y construir la base industrial de silicio más grande de China. La fábrica (instituto) de materiales semiconductores de Sichuan Emei es la primera empresa en China con tecnología de producción de polisilicio. En 2005, la línea de producción de polisilicio de 220 toneladas invertida por los usuarios de células solares se pondrá en funcionamiento en el primer semestre de 2006. La línea de producción de polisilicio de 1.000 toneladas implementada por Sichuan Guangxin Silicon Industry Company está acelerando su construcción y está previsto que sea puesto en funcionamiento a finales de 2006. Además, Yunnan, Yangzhou, Shanghai, Heihe, Jinzhou, Qinghai, etc.

3. Principales problemas en el desarrollo de la industria

En comparación con el nivel avanzado internacional, la brecha en la industrialización entre los fabricantes nacionales de polisilicio se refleja principalmente en los siguientes aspectos:

1. La capacidad de producción es baja y la contradicción entre oferta y demanda es prominente. En 2005, la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino solar de mi país era del 20% al 30%, y la tasa de operación de las empresas de silicio monocristalino de semiconductores era del 80% al 90%, sin poder alcanzar la capacidad de producción total. La tecnología y el mercado del polisilicio todavía están firmemente en manos de unos pocos fabricantes en Estados Unidos, Japón y Alemania, lo que restringe gravemente el desarrollo industrial de China.

2. La escala de producción es pequeña. La escala económica mínima actualmente reconocida es de 1.000 toneladas/año y la escala económica óptima es de 2.500 toneladas/año. Sin embargo, las empresas de producción de polisilicio de mi país todavía están lejos de esto. escala.

3. La tecnología y los equipos están atrasados, el consumo de material y el consumo de energía de productos similares son demasiado altos y hay muchos problemas de "tres desperdicios". En comparación con los niveles internacionales, el consumo de material y energía de la producción nacional de polisilicio es más del doble y los costos del producto no son competitivos.

4. La confiabilidad, el avance, la madurez y la compatibilidad mutua de cada subsistema de la tecnología de proceso y equipo de 1000 toneladas deben verificarse en las operaciones de producción y deben mejorarse y perfeccionarse aún más.

5. Las capacidades de innovación tecnológica de los fabricantes nacionales de polisilicio no son sólidas e invierten muy poco en investigación básica. En particular, las capacidades de I+D y fabricación de equipos no estándar son deficientes.

6. Cuando los gobiernos y las empresas locales invierten en proyectos de polisilicio, existen preocupaciones ocultas sobre la duplicación de bajo nivel de la construcción.

Cuatro. Contramedidas y sugerencias para el desarrollo industrial

1. Las condiciones del mercado para el desarrollo y la expansión de la industria del polisilicio en China están básicamente dadas y ha llegado el momento. Los departamentos nacionales pertinentes han aumentado su apoyo a la investigación y el desarrollo tecnológico, la innovación tecnológica, la mejora de procesos y la construcción de proyectos en la industria del polisilicio, y han aprovechado oportunidades favorables para desarrollar y expandir la industria del polisilicio de mi país.

2. Apoyar la implementación de la tecnología Siemens mejorada más calificada, acelerar el avance de tecnologías clave para la industrialización de miles de toneladas de polisilicio y formar un proceso de producción de materiales, equipos, control automático, reciclaje, y rendimiento del material que se acerque a los estándares internacionales de productos similares. Una línea de producción de polisilicio industrializada que ahorre energía, sea de bajo consumo, respetuosa con el medio ambiente, orientada al reciclaje y a la conservación para mejorar la competitividad internacional de mi país. polisilicio.

3. Depender de universidades e institutos de investigación científica para fortalecer la investigación básica y con visión de futuro sobre tecnologías de nueva generación de bajo costo, establecer un sistema de conocimiento e innovación tecnológica para la investigación y el desarrollo de energía solar y polisilicio de bajo costo. y obtener derechos de propiedad intelectual independientes sobre procesos y tecnologías de producción.

4. Las autoridades gubernamentales deben fortalecer el macrocontrol y la gestión de la industria para evitar la duplicación de inversiones en proyectos de bajo nivel y garantizar el desarrollo ordenado y sostenible de la industria.

Descripción general de las empresas productoras de silicio semiconductor de China:

Hay más de 40 empresas dedicadas a la producción de silicio semiconductor en China. En 2006, había 17 empresas con ventas superiores a los 100 millones de yuanes.

Base de silicio monocristalino de Ningjin en la provincia de Hebei 1

2 Youyan Semiconductor Materials Co., Ltd.

3. Luoyang Monocristalino Silicon Co., Ltd./Luoyang China Silicon High-Tech Co., Ltd.

4. Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co., Ltd.

5.

6.

7. Compañía Magnética Térmica Shenhe de Shanghai

8. Fábrica de Materiales Semiconductores Emei

9.

10.

11. Compañía Jinzhou Xinri Silicon Materials (Huachang Electronic Materials/Huari Silicon).

12. Tianjin Huanou Semiconductor Technology Co., Ltd.

13. Tecnología electrónica Co., Ltd. de Changzhou Yijing.

14, Changzhou Trina Solar Co., Ltd.

15, Jiangsu Shunda Semiconductor Development Co., Ltd.

16. Xinjiang New Energy Co., Ltd.

17 Nanjing Guosheng Electronics Co., Ltd.

Entre estas empresas se encuentra Ningbo Lili Electronics Co. , Ltd. y Youyan Semiconductor Materials Co., Ltd., Wuxi China Resources Huajing Microelectronics Co., Ltd., Shanghai Hejing Silicon Materials Co., Ltd., Shanghai Shenhe Thermal Magnetic Company, etc. -Siempre me encantó la plata.

Precio nacional del polisilicio monobloque, impuestos incluidos

Las varillas de silicio monocristalino cuestan 2.600 yuanes/kg, las varillas de silicio policristalino cuestan 2.400 yuanes/kg - Changaiyin

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Jiangxi LDK Solar High-Tech Co., Ltd. es el mayor fabricante de obleas de silicio policristalino solar de Asia. La fábrica está ubicada en la zona de desarrollo económico de Xinyu, provincia de Jiangxi. Es una empresa fotovoltaica de alta tecnología que se especializa en I+D, producción y venta de lingotes y obleas de silicio policristalino solar, con la tecnología y los equipos de producción más avanzados del mundo. La empresa tiene un capital registrado de 110,95 millones de dólares y una inversión total de casi 300 millones de dólares. Se puso en funcionamiento en abril de 2006 y la capacidad de producción alcanzó los 100 MW en julio. En agosto, fue seleccionada como una de las "100 principales empresas de Red Herring Asia". En junio de 2000, su capacidad de producción alcanzó los 200 MW y los profesionales internacionales la llamaron el "Milagro de la velocidad de LDK". Ganó el título de "La empresa más prometedora en la industria de nuevos materiales de China en 2006". Actualmente, la empresa está comprometida con convertirse en una "empresa fotovoltaica de clase mundial".

El 1 de junio de 2007, LDK cotizó con éxito en la Bolsa de Valores de Nueva York, convirtiéndose en la IPO individual más grande en la historia de las empresas chinas en los Estados Unidos. LDK es la primera vez que una empresa de Jiangxi cotiza en Estados Unidos y también es la oferta pública inicial más grande en el nuevo campo energético de China.

El proyecto de material de silicio de 15.000 toneladas de la compañía se lanzó oficialmente recientemente en la ciudad de Xinyu, provincia de Jiangxi. La inversión total en activos fijos de este proyecto supera los 1.200 millones de yuanes y se espera que se convierta en uno de los proyectos con la mayor inversión individual y el diseño de mayor capacidad de producción en energía solar del mundo.

Se informa que está previsto que la primera fase del proyecto esté terminada y puesta en funcionamiento antes de finales de 2008, formando una capacidad de producción anual de 6.000 toneladas de materiales de silicio de grado solar después de todos los proyectos; se completen y pongan en funcionamiento en 2009, tendrá una capacidad de producción de 654,38+500.000 toneladas, lo que convertirá a la empresa en un importante productor mundial de materias primas de polisilicio solar.

Fuentes locales dijeron que la implementación del proyecto no sólo aliviará efectivamente los obstáculos como la escasez de materias primas en el desarrollo de la industria fotovoltaica nacional, sino que también mejorará efectivamente la competitividad general de la industria fotovoltaica de China.