在改良西門子法發(fā)展過程中有十多次嘗試開發(fā)更便宜的替代方案和替代產(chǎn)品，但西門子工藝仍然是生產(chǎn)高純度多晶硅的主要技術(shù)。特別是中國的低成本工廠已經(jīng)將這一過程的生產(chǎn)成本降低到前所未有的水平。

1985年10月在德克薩斯州博蒙特拉馬爾大學(xué)卡爾·尤斯教授在“地面光伏太陽能電池應(yīng)用低成本多晶硅平板太陽能陣列項目研討會”上發(fā)表的論文。列出在多晶硅的生產(chǎn)中大約17種生產(chǎn)工藝方案和其替代產(chǎn)品，隨后改良西門子法生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)和成本優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)出來。17種方案如下：

四氯化硅的鋅還原(拉特爾哥倫布實驗室)

溴硅制程(舒馬赫公司)

三氟化硅鈉還原(S RI International, Inc.)

氯化硅鈉還原(空氣化學(xué)研究)和Universal Silicon, 1rlc.I。

直接電弧爐法(道康寧公司)

二氟化硅傳輸過程(摩托羅拉公司)

二氧化碳碳熱還原(德州儀器公司)

在封閉循環(huán)過程中使用的旋轉(zhuǎn)室反應(yīng)器(德州儀器公司)

大容量電弧加熱器工藝(西屋電氣公司)

氣體熔體補充系統(tǒng)(能源材料公司)

FBR工藝(Qsaka Titanium Co.)

冶金級硅(Heliotronic, G mbh)的精煉方法

硅碳熱還原法制備太陽能電池級硅(西門子研究實驗室)

太陽能級硅的冶金路線(埃肯)

定向凝固鎂硅制備太陽能硅碳化物路線(Enichmico)

硅烷基多晶硅工藝(Eagle-Picher Industries, Inc.)

利用銅硅合金源凈化硅(太陽能研究所)

西門子工藝多晶硅棒和塊是如何制造的

當(dāng)時改良西門子工藝與今天的工藝技術(shù)路線相差不大，工藝流程由冷氫化、精餾和化學(xué)氣相沉積（還原）等幾個主要的工藝操作組成，如圖1工藝路線，反應(yīng)器如圖2所示。后來因為主要的技術(shù)冷氫化、精餾和化學(xué)氣相沉積，技術(shù)在中國保護(hù)期限到期，各大廠商對工藝進(jìn)行優(yōu)化和升級。

為了去除冶金級（MG）硅中 0.5% 到 1.5% 的雜質(zhì)，西門子工藝用生產(chǎn)三氯硅烷（SiHCl3，或簡稱的TCS），一種高度揮發(fā)性的液體，作為中間產(chǎn)品。MG 硅被磨成小顆粒與氯化氫（HCl）反應(yīng)。由此產(chǎn)生低沸點TCS的（31.8攝氏度），可以相對容易地在較高的精餾塔中純化。然后，TCS和氫氣反應(yīng)沉積在高度硅芯上，這些硅芯在還原爐內(nèi)被電加熱至高達(dá)1150°C，反應(yīng)生產(chǎn)出四氯化硅（簡稱STC） 被回重新氫化成TCS，達(dá)到循環(huán)反應(yīng)的目的。這既需要維持冷氫化、還原和尾氣回收，還需要有足夠的物料進(jìn)行反應(yīng)，同時需要盡可能更經(jīng)濟回收和利用整個物料和能量，保持還原在低能耗下高效生產(chǎn)出多晶硅，有一定的技術(shù)和管理難度，需要足夠好的設(shè)備和更高水平技術(shù)人員。

而根據(jù)TCS的精餾程度以及多晶硅塊表面的雜質(zhì)，多晶硅可以達(dá)到不同級別純度：

多晶電池（多級）：99.99999%（7N）至99.99999%（8N）：

單晶電池（單級）：9N至10N的太陽能等級：

半導(dǎo)體電子等級：10N至11N。

西門子法由德國瓦克公司于20世紀(jì)50年代開發(fā)，為半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)超純多晶硅，取得了巨大的技術(shù)進(jìn)步。從20世紀(jì)50年代中期到90年代中期，超純多晶硅專門為半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)。1995年，其在多晶硅需求中所占份額為90%：其余10%作為廢硅從半導(dǎo)體部門到小型光伏（PV）分支生產(chǎn)太陽能電池。

然而，隨著太陽能產(chǎn)業(yè)的快速增長，情況發(fā)生了變化。2014年多晶硅兩大用途的比例完全逆轉(zhuǎn)，光伏產(chǎn)業(yè)占多晶硅需求的90%，半導(dǎo)體行業(yè)僅占10%。自2004年以來，西門子工藝在多晶硅生產(chǎn)中的市場份額僅一次跌破90%的門檻，即2008年多晶硅短缺達(dá)到頂峰，這就不足為奇了。

2015年以前幾乎所有人都低估了西門子設(shè)備、技術(shù)和管理的進(jìn)步速度。這個過程之所以如此快，主要原因是中國多晶硅產(chǎn)業(yè)的崛起。最初，中國的多晶硅工廠從美國、德國和意大利的供應(yīng)商那里獲得了關(guān)鍵設(shè)備，特別是鹽酸和硅反應(yīng)器、化學(xué)氣相沉積反應(yīng)器。隨后，他們從國內(nèi)供應(yīng)商那里采購了低成本設(shè)備。

除此之外，低原材料價格和勞動力成本以及中國西北地區(qū)的低電價，在這些地方使用西門子工藝的公司，將太陽能級多晶硅的生產(chǎn)成本降低到十年前無法想象的水平。

這個技術(shù)最初由七大多晶硅寡頭壟斷，直到2005年，GCL和OCI是2005年開始進(jìn)入該行業(yè)，是新進(jìn)入幾十家多晶硅制造商中最成功的兩家。在此之前，只有七家公司的寡頭壟斷，統(tǒng)治著市場：

漢姆洛克半導(dǎo)體（美國）

瓦克德國

先進(jìn)的硅材料（AsiMI，今天REC硅/美國）

德山公司（日本）

MEMC 電子材料（美國和意大利）

三菱材料（日本和美國）

大阪鈦技術(shù)（原住友鈦/日本）。

瓦克、三菱、住友和漢姆洛克在1959至1961年期間已經(jīng)開始生產(chǎn)工業(yè)規(guī)模的多晶硅，其余的在1970年代中期至1980年代中期緊隨其后。幾十年來，所有這些產(chǎn)品都專門為半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)電子級多晶硅，今天只有德山和三菱仍然專注于電子級。大阪鈦業(yè)于2018年底停產(chǎn)，MEMC于2015年在美國停產(chǎn)，2011年在意大利停產(chǎn)。

直到20世紀(jì)90年代末，當(dāng)光伏產(chǎn)業(yè)對多晶硅的需求強勁增長時，挪威可再生能源公司（REC）于2002年首次與ASiMI成立合資企業(yè)，隨后于2005年收購該公司，將其部分產(chǎn)能用于太陽能級多晶硅。但從2006年開始，漢姆洛克和瓦克主要在太陽能級多晶硅的新產(chǎn)能上進(jìn)行了大量投資。

OCI公司：高多晶硅純度的化學(xué)技術(shù)

2000年DC化工對未來的市場有著良好的前景，韓國化工集團開始與韓國化學(xué)技術(shù)研究院（KRICT）合作，開發(fā)基于西門子工藝生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)。

OCI在2008年開始在韓國生產(chǎn)多晶硅僅一年后就達(dá)到了極高的硅純度—— 圖片：OCI公司

這是一個明智的戰(zhàn)略決策，因為當(dāng)時多晶硅市場看起來不太好。在1998年半導(dǎo)體行業(yè)低迷和2000年互聯(lián)網(wǎng)泡沫破裂之后，多晶硅行業(yè)一直受到產(chǎn)能過剩的困擾，價格也大幅下跌。

但DC化學(xué)公司押注于太陽能產(chǎn)業(yè)快速增長的多晶硅需求是正確的。2006年8月，該公司開始建設(shè)其第一座多晶硅工廠，年產(chǎn)能為5000噸。該公司甚至有點晚。但那時，現(xiàn)貨市場上的多晶硅價格已經(jīng)從2003年的28美元/公斤飆升至每公斤近300美元。當(dāng)工廠在2008年3月開始商業(yè)化生產(chǎn)時，正是在現(xiàn)貨價格再次開始下跌的最后時刻。

2009年4月，這家韓國制造商更名為OCI公司，成為多晶硅行業(yè)最成功的新進(jìn)入者之一，因為它做了幾件正確的事：

1、得益于豐富的化學(xué)經(jīng)驗和精心的準(zhǔn)備，公司順利地提高了產(chǎn)量。投產(chǎn)即實現(xiàn)了99.9999999%（9N）的高多晶硅純度，2009年提高到10N。

2、OCI也迅速擴產(chǎn)，以達(dá)到規(guī)模經(jīng)濟。到2011年底，其多晶硅工廠的生產(chǎn)能力為42，000噸，由北喬拉省岡山的三家單一工廠組成。

3、公司利用多晶硅短缺帶來的時間窗口，建立了廣泛的太陽能客戶基礎(chǔ)，長期合同，覆蓋約80%的生產(chǎn)能力。

OCI 在其 2010 年年報中宣布了在岡山的另一座多晶硅工廠，產(chǎn)能為 20，000 噸，并設(shè)想了光明的未來，通過擴產(chǎn)實現(xiàn) 62，000噸的總生產(chǎn)能力，成為世界上最大的多晶硅供應(yīng)商。然而，這個夢想并沒有實現(xiàn)，多晶硅市場供過于求迫使OCI在2012年停止了該項目。相反，2015年，公司通過低成本技術(shù)改造，將產(chǎn)能提高了10，000噸，從而達(dá)到 52，000 噸。

馬來西亞新的低成本生產(chǎn)基地

2017 年，OCI 從日本制造商富山購買了新的馬來西亞多晶硅工廠。工廠由水電提供低成本電力。然而，富山未能實現(xiàn)20，000噸的擴產(chǎn)，使其具有更大規(guī)模的競爭力。OCI 在三年內(nèi)將工廠改造為30，000噸的產(chǎn)能。

這確保了OCI在2019年成為世界第三大多晶硅制造商。然而，2020年2月，該公司屈服于中國低成本工廠的價格壓力，關(guān)閉了位于Gunsan的韓國工廠——除了該工廠為半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)電子級多晶硅，產(chǎn)能為6500噸。

GCL：大膽產(chǎn)能擴張

GCL-Poly控股公司在2011/2012年在處于供過于求階段繼續(xù)擴產(chǎn)，充分說明了中國人的心態(tài)，盡管困難重重，仍不斷發(fā)展壯大自己的規(guī)模。該公司將其中國子公司江蘇中能多晶硅技術(shù)開發(fā)公司的產(chǎn)能從25，000噸提升至2011年的65，000噸。其結(jié)果是2012年的產(chǎn)能利用率非常低。但在2013年市場復(fù)蘇和GCL晶圓子公司內(nèi)部多晶硅消費的支持下，江蘇中能走出低谷，于2013年以后成為全球最大的多晶硅制造商。盡管如此，GCL-Poly的債務(wù)負(fù)擔(dān)仍然很高。

GCL-Poly子公司江蘇中能多晶硅工廠位于中國東部江蘇省徐州市 圖像 ：GCL-Poly

2006年7月，江蘇中能在中國東部省份江蘇徐州開工建設(shè)了一個1500噸的小型噸生產(chǎn)設(shè)施，幾乎與OCI同時開工建設(shè)。中能于2007年9月投產(chǎn)后，產(chǎn)能逐步提升至25，000噸。

盡管有規(guī)模經(jīng)濟，但該公司的生產(chǎn)成本仍受到華東地區(qū)高電價的影響。因此，中能于2015年使用自家電廠發(fā)電，其發(fā)電成本是之前電網(wǎng)供電成本的一半。

新疆第二多晶硅廠，電費極低

多年來，中能多晶硅產(chǎn)品的純度一直不高，但足以供應(yīng)GCL的晶圓子公司，使其成為全球最大的多晶硅太陽能晶圓生產(chǎn)商。然而，自2015年全球單晶太陽能晶圓的市場份額開始上升以來，這種模式一直面臨壓力。

GCL應(yīng)對了這一挑戰(zhàn)，在中國西北部的新疆維吾爾自治區(qū)新建了一座產(chǎn)能為4.8萬噸的多晶硅工廠，并將徐州中能的產(chǎn)能降至4.2萬噸。新疆新工廠于2018年10月投產(chǎn)，主要從三個方面應(yīng)對挑戰(zhàn)：

1、GCL與世界第二大單晶太陽能晶圓生產(chǎn)商中環(huán)半導(dǎo)體建立了戰(zhàn)略聯(lián)盟，中環(huán)收購了新疆GCL新能源材料科技有限公司27%的股份，該公司是多晶硅廠的控股公司。雙方還成立了內(nèi)蒙古中環(huán)GCL，這是一家單晶硅的合資企業(yè)。

新的多晶硅廠設(shè)計用于生產(chǎn)高純度材料，供給單晶硅片的產(chǎn)能預(yù)計為100%。（當(dāng)時據(jù)說實際產(chǎn)出只有50% 用于單晶）。

通過從附近的燃煤電廠獲得極低的電價，新疆GCL能夠以非常低的成本生產(chǎn)。2020年7月裝置發(fā)生重大爆炸，推遲了產(chǎn)能提升至6萬噸的計劃。

瓦克和漢姆洛克：命運不同的頂級多晶硅制造商

2011年5月，多晶硅現(xiàn)貨價格開始低于平均合約價格，這些合同成為一個問題。Wacker 首先試圖通過向客戶提供額外的出貨量，而不支付更多費用來解決這種情況，一方面稀釋了合同價格，另一方面又確保了其產(chǎn)量的下降。然而，隨著多晶硅供過于求的增長，這一戰(zhàn)略并沒有成功，公司不得不重新談判其長期合同。

在美國和歐盟與中國的各種貿(mào)易爭端中，瓦克一直站在幸運的一邊。2013年，歐盟與北京就從中國進(jìn)口太陽能電池板達(dá)成最低價格協(xié)議后，中國商務(wù)部也與瓦克就從德國兩家工廠進(jìn)口多晶硅一事達(dá)成了同樣的協(xié)議。它使這些貨物從2014年開始免除任何懲罰性關(guān)稅。

2016 年，瓦克在美國田納西州查爾斯頓附近開設(shè)了一家新的多晶硅工廠 - 圖片：瓦克化學(xué)

這使得瓦克能夠維持在中國的客戶群，2016年，該公司在美國田納西州新建了20，000噸多晶硅工廠，此后，該公司甚至連續(xù)四年成為全球最大的多晶硅制造商，直至2019年。

田納西工廠最初向中國以外的客戶銷售太陽能級產(chǎn)品，以避免中國對從美國進(jìn)口的多晶硅征收高額關(guān)稅。在這些市場幾乎消失之后，該工廠主要為半導(dǎo)體行業(yè)生產(chǎn)電子級多晶硅。

中國對漢姆洛克半導(dǎo)體征收進(jìn)口關(guān)稅懲罰

漢姆洛克這位前多晶硅市場領(lǐng)導(dǎo)者在2012年失去了太陽能多晶硅的地位，當(dāng)時的管理層在現(xiàn)貨價格暴跌時堅持長期合同中鎖定的高價多晶硅，一些客戶拒絕執(zhí)行高價合同，這促使制造商將貨物拖上法庭，最終拖累了自身的發(fā)展。最終讓漢姆洛克失去優(yōu)勢地位位置是在2013年中國對從美國進(jìn)口的多晶硅征收高額關(guān)稅。因此，該公司實際上失去了最大的多晶硅市場。從此Hemlock 在田納西州新建的12，000噸工廠從未投產(chǎn)，最終成為2014 年多晶硅行業(yè)最大的投資擱淺。該公司從此滑落出世界十大多晶硅制造商。

新特、大全、通威、東方希望：中國多晶硅產(chǎn)業(yè)成就者

2013年中國對多晶硅進(jìn)口征收關(guān)稅，是國內(nèi)多晶硅產(chǎn)業(yè)擴張的開局信號。自那時以來，四家制造商已進(jìn)入前臺：

新特能源（TBEA的子公司）

大全新能源

通威（四川永祥的父母）

東望新能源。

2013 年至 2017 年間，新特的產(chǎn)能從17，000噸 增長到36，000噸，幾乎翻了一番。盡管大全和四川永祥在2013年仍相對規(guī)模較小（產(chǎn)能分別為6，150噸和4，000噸），但到2017年，它們的規(guī)模增長到20，000噸。新人東希望在2017年立即投產(chǎn)20，000噸。

但這還不是全部，新特、大大全和通威的共同點是，2018/2019年產(chǎn)能大幅躍升至約8萬噸。他們所有的新產(chǎn)能都致力于低成本的高純度多晶硅，并且這三家都與中國最大的單晶太陽能晶圓制造商隆基公司建立了供應(yīng)合同。Longi 將其晶圓產(chǎn)能從2017年底的15 GW提高到2021年底的105 GW，提高7倍。

這解釋了新特、大全和通威的大規(guī)模產(chǎn)能擴張，東方希望并不渴望以生產(chǎn)高純度材料而聞名，但也在雄心勃勃的擴張過程中，據(jù)報道現(xiàn)在的目標(biāo)是在2021年開始擴產(chǎn)30，0000噸。

新的世界市場領(lǐng)導(dǎo)者通威憑借其更為深遠(yuǎn)的計劃，在2023年將產(chǎn)能超過30萬噸的。此外由于2021年火熱的多晶硅市場也吸引了眾多資本投入到這一領(lǐng)域。晶諾、潤陽股份、海南皓梵、寶豐能源都在西部地區(qū)建立自己的工廠，而且毫無例外的都是使用西門子法，而且這一產(chǎn)能超過100，0000噸。

硅烷法生產(chǎn)多晶硅

在改良西門子法生產(chǎn)多晶硅作為半導(dǎo)體材料時，為了獲得更高純度的多晶硅，在美國能源部支持下，聯(lián)合碳化物公司(UCC，REC硅的前身)，開發(fā)高純多晶硅技術(shù)，最終設(shè)計了一個每年100噸的實驗開發(fā)單元(EPSDU)，生產(chǎn)半導(dǎo)體材料，該工藝可以生產(chǎn)更高純度的多晶硅，隨后該公司與日本小松電子金屬公司(Komatsu Electronic Metals)達(dá)成了一項許可協(xié)議，以獲得商業(yè)化硅烷分解生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)。

其主要工藝包括氯硅烷氫化、氯硅烷精餾、氯硅烷歧化硅烷、硅烷精餾和硅沉積等幾個加工操作。由于硅烷比氯硅烷對于雜質(zhì)更易分離，這種方法可以生產(chǎn)出世界最純凈的多晶硅，這在半導(dǎo)體領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

但是由于硅烷是一種化學(xué)活性很高的氣體，用西門子爐子來生長多晶硅時，結(jié)晶過程很難控制，所以沒有被歐美主流多晶硅廠商采用，下圖是硅烷分解生成多晶硅，溫度與結(jié)晶狀況分析。2010年中國的六九硅業(yè)試圖通過該技術(shù)生產(chǎn)低成本多晶硅，但是失敗了，中國仍有一些實驗線在進(jìn)行測試，試圖生產(chǎn)更低成本的多晶硅。

硅烷分解率與溫度和濃度關(guān)系

2005年REC硅使用該方法生產(chǎn)太陽能級多晶硅，當(dāng)時該方法生產(chǎn)的多晶硅品質(zhì)很高，成本較低，總電耗成功降低至每公斤60kw/h，隨后REC硅又開發(fā)出顆粒硅技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，將硅烷法多晶硅與顆粒硅混合使用，有效的降低了生產(chǎn)成本，并希望借此技術(shù)引領(lǐng)多晶硅的發(fā)展，但事與愿違的是隨后中國的關(guān)稅政策打破這一宏大的愿景，中國多晶硅制造商使用改良西門降低將成本降低至前所未有的35元每公斤。

永恒而強悍的競爭者：流化床反應(yīng)器技術(shù)

早在多晶硅短缺之前，REC硅和MEMC電子材料公司就已經(jīng)應(yīng)用流化床反應(yīng)器（FBR）技術(shù)在美國華盛頓州摩西湖和德克薩斯州帕薩迪納生產(chǎn)顆粒狀多晶硅。

2006年REC硅在摩西湖破土動工，擁有一個新的硅烷工廠和一個新的流化床反應(yīng)器(FBR)技術(shù)設(shè)施，這是當(dāng)時世界上同類設(shè)備中最大的。迄今為止，REC硅仍是一家能夠建立新的大型FBR工廠的公司。最初，2006年在美國華盛頓州摩西湖，并不斷擴產(chǎn)，2017年在中國陜西省榆林市建立第二家工廠。

在2006年REC硅投資建設(shè)流化床生產(chǎn)多晶硅，結(jié)合硅烷法多晶硅混合投料在下游使用的那個階段，流化床技術(shù)生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)優(yōu)勢就引起所有多晶硅制造商的注意，也就是在這個時候，多晶硅制造龍頭德國Wacker跟進(jìn)這一技術(shù)的研究，但是當(dāng)時多晶硅主要還是半導(dǎo)體的材料，流化床生產(chǎn)半導(dǎo)體用多晶硅顯得很遙遠(yuǎn)，最主要的威脅是在2008年多晶硅的緊缺，這個時候REC硅和MEMC的優(yōu)勢在晶硅太陽能市場大展神威，當(dāng)時由于多晶硅電池比單晶電池的市場更為火爆，顆粒硅可以為西門子法多晶硅填充縫隙，投爐的量會增加20%以上，并且它的生產(chǎn)成本是當(dāng)時最廉價的方式。這種優(yōu)勢直接影響當(dāng)時所有多晶硅生產(chǎn)企業(yè)，在投資建設(shè)時不得將顆粒硅作為新的技術(shù)風(fēng)險加以考慮。從這個時候開始，流化床成為西門子法永恒而強悍的競爭者。

2013年以后，由于美國對中國的光伏實施反傾銷政策，隨后中國對產(chǎn)自美國的太陽能級多晶硅征收67%關(guān)稅，再之后就是上文中涉及的中國西門子多晶硅成本的大幅下降，多晶硅不斷降價，直接影響了顆粒硅的收益，直到2018年531中國光伏能源新政策出臺，REC硅宣布停止摩西湖顆粒硅生產(chǎn)線。

迄今為止，阻礙FBR方法達(dá)到更高市場滲透率有四個障礙：

1、技術(shù)受到許多專利的保護(hù)。在中國的神州硅、亞洲硅業(yè)都試圖研發(fā)這個技術(shù)，避開現(xiàn)有專利技術(shù)，毫無例外到目前都沒有成功。

2、復(fù)雜的流體動力學(xué)需要大量的時間、經(jīng)驗和資本從實驗室中試到工業(yè)規(guī)模。目前僅有REC硅和MEMC成功研發(fā)出大規(guī)模生產(chǎn)多晶硅的技術(shù)，韓國韓華與MEMC在韓國建立流化床生產(chǎn)線，但是由于硅烷氣生產(chǎn)和流化床調(diào)試，遲遲達(dá)不到設(shè)計要求，2018年該廠宣布停止顆粒硅的開發(fā)。2016年GCL收購MEMC技術(shù)，但是直到2020年才對外宣布顆粒硅達(dá)到設(shè)計預(yù)期。與此同時，REC硅在2015年榆林的項目開始建設(shè)，因復(fù)雜的流體動力學(xué)調(diào)試進(jìn)展困難重重，這期間都耗費大量的時間和金錢，直到2021年才計劃將這一技術(shù)繼續(xù)擴大到更大規(guī)模。

3、必須使用襯里來防止反應(yīng)器壁污染多晶硅顆粒，從而推高成本。

4、低耗電量的優(yōu)勢被產(chǎn)出大量無法使用的硅粉塵所吞噬。在流化床反應(yīng)器中，硅烷通過兩種主要途徑進(jìn)行熱分解，形成硅和無定形硅粉，在這一反應(yīng)中可以提高反應(yīng)的溫度來阻止無定形硅粉的形成，但是在較高溫度時易在反應(yīng)器中形成顆粒狀多晶硅細(xì)粉，可以通過過添加種晶緩解這個情況，但是受到反應(yīng)動力學(xué)影響，很難完全轉(zhuǎn)化成多晶硅顆粒，硅粉在顆粒硅的比例中由于其運行狀態(tài)不同，會有5~15%的硅粉被氫氣帶出來，這部分硅粉會吞噬一部分低電耗所帶來的優(yōu)勢。

這些因素導(dǎo)致顆粒硅未能發(fā)揮其全部優(yōu)勢。

但是大量的實驗和目前的下游市場的反饋證明，顆粒硅在成本和質(zhì)量進(jìn)步速度很快。已經(jīng)成為西門子工藝的最強勁的競爭者。至于是否會取代西門子工藝主要還是要看以下因素：

1、中國和全球的電力能源政策，以及顆粒硅的成本和質(zhì)量。顆粒硅的主要優(yōu)勢在于其電耗很低，但是目前所有的西門子工藝都建設(shè)在全球低電價區(qū)域，特別是中國的西部擁有更低的電力成本，且靠近其下游制造商，導(dǎo)致顆粒硅電力成本的優(yōu)勢很難發(fā)揮出來，目前顆粒硅需要在電價在0.3元人民幣以上，才能發(fā)揮出真正的成本優(yōu)勢，大致在電價0.5元人民幣以上時，這個優(yōu)勢才會特別明顯。如果中國和全球仍有比較低廉的電力資源，提供生產(chǎn)場地，西門子工藝仍然可以彌補其產(chǎn)品的成本缺點。

當(dāng)然中國的碳交易市場會給低能耗產(chǎn)品增加一部分利潤，但是仍然很難填補所有低電價帶來的優(yōu)勢，最近的分析認(rèn)為顆粒硅的成本與塊狀硅現(xiàn)有成本的接近，其自身降低成本速度也決定其產(chǎn)品替代速度。

另外有專業(yè)人士分析認(rèn)為，新的HJT電池技術(shù)的發(fā)展會帶動對高品質(zhì)多晶硅的需求。隆基最新的電池HJT技術(shù)需要使用到低硼高阻的硅片，降低少數(shù)載流子的復(fù)合中心，提升電流密度。這種硅片對于多晶硅而言，產(chǎn)品質(zhì)量約接近制造IC芯片的等級越好。無論是西門子法還是流化床都需要提升其產(chǎn)品質(zhì)量，來滿足下游客戶的使用。西門子法提升產(chǎn)品的質(zhì)量需要進(jìn)行更大的投入。顆粒硅產(chǎn)品提升僅需要更換更好的襯里材料，襯里作為耗材使用，本身的成本不會有太大的提升，顆粒硅會不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量最終替代西門子塊硅。

另一種看法是西門子會轉(zhuǎn)向生產(chǎn)更高質(zhì)量的電子級產(chǎn)品，延緩這個過程的到來，顆粒硅很難找到一款合適的的襯里材料，顆粒硅會回到與塊狀硅混合使用的階段，用最小成本代價，彌補質(zhì)量的不足。現(xiàn)在還沒有一個比較清楚的結(jié)論，來判斷哪種方法能夠生產(chǎn)性價比更高的產(chǎn)品，兩個的質(zhì)量和成本處于旗鼓相當(dāng)階段，無法判斷誰更生一籌，也無法預(yù)測兩者研發(fā)時間的節(jié)點。

2、流化床技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，在市場上推廣的速度。流化床技術(shù)生產(chǎn)出成本更低更優(yōu)質(zhì)的多晶硅，同時需要不斷提升多晶硅使用的比例。將多晶硅塊與FBR中的顆粒按照1：1的比例進(jìn)行混合，可以縮短填充熔爐的時間40%，提高生產(chǎn)效率，還可以降低部分電耗。在制備單晶時，需要雙方的技術(shù)和工藝做出優(yōu)化調(diào)整，在下游的調(diào)試和配合也很關(guān)鍵。

3、顆粒硅的擴產(chǎn)規(guī)模和速度。目前的西門子多晶硅占據(jù)主流市場，顆粒硅的占比較小，能否快速擴產(chǎn)形成規(guī)模優(yōu)勢，主要受到技術(shù)研發(fā)的速度和其生產(chǎn)的成本和質(zhì)量。

4、CCZ技術(shù)的發(fā)展。顆粒硅是為CCZ技術(shù)開發(fā)的，CCZ被認(rèn)為是下一代單晶硅生產(chǎn)產(chǎn)品的革命性技術(shù)，顆粒硅擁有非常良好的流動性，是CCZ技術(shù)最好使用的產(chǎn)品，會直接替代西門子法生產(chǎn)的瓜子料。

流化床反應(yīng)器工藝 - 多晶硅顆粒是如何制造的

GCL和REC硅使用單硅烷（SiH4）作為反應(yīng)氣體，在650到700（°C）當(dāng)達(dá)到相應(yīng)的溫度時，硅沉積在種子顆粒上，直到它們長到更大的顆粒，下降到反應(yīng)器的底部。- 與西門子工藝相反，當(dāng)多晶硅棒被收獲時，該工藝被中斷，流化床則能夠連續(xù)生產(chǎn)。

瓦克的流化床反應(yīng)器由三氯硅烷（SiHCl3）或二氯二氫硅（SiH2Cl2）與氫氣一起注入通過底部的噴嘴形成一個流化床，TCS僅在1，000 °C下分解。

顆粒多晶硅流化床反應(yīng)器技術(shù)的新進(jìn)展

GCL-Poly的重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向流化床反應(yīng)器（FBR）技術(shù)，以生產(chǎn)顆粒多晶硅。江蘇中能在2017年從破產(chǎn)的MEMC收購的FBR資產(chǎn)的基礎(chǔ)上，于2020年開始逐步將其傳統(tǒng)的多晶硅工廠轉(zhuǎn)變?yōu)楣柰镕BR工廠。該公司的目標(biāo)是到2022年第一季度達(dá)到54000噸的FBR產(chǎn)能。2020年10月，GCL-Poly 在四川樂山慶祝了第二座產(chǎn)能為 60000 噸的FBR工廠的破土動工，并宣布在中國內(nèi)蒙新建三十萬噸顆粒硅。

于此同時REC硅也在緊鑼密鼓籌劃建設(shè)年產(chǎn)十萬噸顆粒硅，振興其在多晶硅領(lǐng)域的優(yōu)勢。

孤獨存在：升級的冶金級硅

UMG硅錠太陽能工廠的傳送帶上

在多晶硅市場上，升級的冶金級（UMG）硅只是短暫的鼎盛時期，2008年有10家制造商處于頂峰，中國的比亞迪曾經(jīng)對此做出過研發(fā)，在2013年宣布停止該技術(shù)的研發(fā)和生產(chǎn)。由于質(zhì)量低劣，UMG硅只是一種活體，因為它當(dāng)時只能用于與傳統(tǒng)的多晶硅混合。由UMG硅制成的多晶太陽能電池的效率與傳統(tǒng)多晶硅產(chǎn)生的電池相當(dāng)，后來質(zhì)量顯著提高。盡管如此，UMG硅在市場上從未取得真正的突破，隨著單晶太陽能電池的上升，需要多晶硅的純度更高，這使得UMG更難蓬勃發(fā)展。最后一家商業(yè)制造商埃爾凱姆太陽能，2020年春天停止生產(chǎn)。

升級的冶金級硅 - 如何物理凈化

與多晶硅的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)工藝不同，升級后的冶金級（UMG）硅制造商不走化學(xué)路線來凈化冶金級硅（也稱為硅金屬）原料。相反，他們使用物理方法，如硅金屬的真空熔化，通過熔化吹活性氣體，用渣處理它，用酸浸泡粉碎的硅，高溫熔化后定向凝固硅錠。這種方法直接從硅金屬中提取雜質(zhì)，消耗的能量比標(biāo)準(zhǔn)西門子工藝少得多。

最初，UMG 硅的純度僅達(dá)到 99.999%（簡而言之為5個9或5N）。同時，它已改善至6N。

然而，近年來，UMG硅在西門子工藝方面的優(yōu)勢成本面前已變得微不足道。

結(jié)論：西門子仍是主流技術(shù)

只有流化床反應(yīng)器技術(shù)才有機會從西門子的主流工藝中搶占一定比例的市場份額，并對西門子法的技術(shù)提出挑戰(zhàn)。升級后的冶金級硅在光伏市場展開了一場艱苦的戰(zhàn)斗。鑒于中國多晶硅新興巨頭的年產(chǎn)能超過10萬噸，新擴產(chǎn)的的產(chǎn)能除GCL和REC硅以外，均采用西門子法，而且規(guī)模更大，擴產(chǎn)速度更快，所以西門子仍是主流技術(shù)。