Recyclage d'une variété de matériaux qualifiés de polysilicium pour semi-conducteurs.

1, Demande finale photovoltaïque : la demande de capacité installée photovoltaïque est forte et la demande de polysilicium s'inverse sur la base de la prévision de capacité installée

1.1. Consommation de polysilicium : le volume de la consommation mondiale augmente régulièrement, principalement pour la production d'énergie photovoltaïque

Au cours des dix dernières années, le monde polysilicium la consommation a continué d’augmenter et la part de la Chine a continué de croître, tirée par l’industrie photovoltaïque. De 2012 à 2021, la consommation mondiale de polysilicium a généralement affiché une tendance à la hausse, passant de 237 000 tonnes à environ 653 000 tonnes. En 2018, la nouvelle politique photovoltaïque 531 de la Chine a été introduite, ce qui a clairement réduit le taux de subvention pour la production d’énergie photovoltaïque. La capacité photovoltaïque nouvellement installée a chuté de 18 % sur un an et la demande de polysilicium a été affectée. Depuis 2019, l’État a mis en place un certain nombre de politiques visant à promouvoir la parité réseau du photovoltaïque. Avec le développement rapide de l’industrie photovoltaïque, la demande de polysilicium est également entrée dans une période de croissance rapide. Au cours de cette période, la proportion de la consommation chinoise de polysilicium dans la consommation mondiale totale a continué d’augmenter, passant de 61,5 % en 2012 à 93,9 % en 2021, principalement en raison du développement rapide de l’industrie photovoltaïque chinoise. Du point de vue du modèle de consommation mondiale des différents types de polysilicium en 2021, les matériaux à base de silicium utilisés pour les cellules photovoltaïques représenteront au moins 94 %, dont le polysilicium de qualité solaire et le silicium granulaire représentent respectivement 91 % et 3 %, tandis que électronique-le polysilicium de qualité pouvant être utilisé pour les puces représente 94 %. Le ratio est de 6 %, ce qui montre que la demande actuelle en polysilicium est dominée par le photovoltaïque. On s’attend à ce qu’avec le réchauffement de la politique du double carbone, la demande de capacité photovoltaïque installée devienne plus forte et que la consommation et la proportion de polysilicium de qualité solaire continuent d’augmenter.

1.2. Plaquette de silicium : la plaquette de silicium monocristallin occupe le courant dominant et la technologie Czochralski continue se développe rapidement

Le lien direct en aval du polysilicium est constitué par les tranches de silicium, et la Chine domine actuellement le marché mondial des tranches de silicium. De 2012 à 2021, la capacité et la production mondiales et chinoises de plaquettes de silicium ont continué d’augmenter, et l’industrie photovoltaïque a continué de croître. Les plaquettes de silicium servent de pont entre les matériaux de silicium et les batteries, et il n'y a aucune charge sur la capacité de production, elles continuent donc d'attirer un grand nombre d'entreprises à entrer dans l'industrie. En 2021, les fabricants chinois de plaquettes de silicium ont considérablement augmenté leur capacité de production pour atteindre 213,5 GW, ce qui a permis à la production mondiale de plaquettes de silicium d'augmenter à 215,4 GW. Selon la capacité de production existante et nouvellement augmentée en Chine, on s’attend à ce que le taux de croissance annuel se maintienne entre 15 et 25 % au cours des prochaines années, et la production chinoise de plaquettes conservera toujours une position dominante absolue dans le monde.

Silicium polycristallin peut être transformé en lingots de silicium polycristallin ou en tiges de silicium monocristallin. Le processus de production de lingots de silicium polycristallin comprend principalement la méthode de coulée et la méthode de fusion directe. À l'heure actuelle, le deuxième type est la méthode principale et le taux de perte est essentiellement maintenu à environ 5 %. La méthode de coulée consiste principalement à faire fondre d'abord le matériau de silicium dans le creuset, puis à le couler dans un autre creuset préchauffé pour le refroidissement. En contrôlant la vitesse de refroidissement, le lingot de silicium polycristallin est coulé par la technologie de solidification directionnelle. Le processus de fusion à chaud de la méthode de fusion directe est le même que celui de la méthode de coulée, dans laquelle le polysilicium est d'abord fondu directement dans le creuset, mais l'étape de refroidissement est différente de la méthode de coulée. Bien que les deux méthodes soient de nature très similaire, la méthode de fusion directe ne nécessite qu'un seul creuset et le produit en polysilicium obtenu est de bonne qualité, ce qui est propice à la croissance de lingots de silicium polycristallin avec une meilleure orientation, et le processus de croissance est facile à Automatiser, ce qui peut réduire la position interne du cristal. À l'heure actuelle, les principales entreprises de l'industrie des matériaux d'énergie solaire utilisent généralement la méthode de fusion directe pour fabriquer des lingots de silicium polycristallin, et les teneurs en carbone et en oxygène sont relativement faibles, contrôlées en dessous de 10 ppm et 16 ppm. À l’avenir, la production de lingots de silicium polycristallin sera encore dominée par la méthode de fusion directe, et le taux de perte se maintiendra autour de 5 % d’ici cinq ans.

La production de tiges de silicium monocristallin est principalement basée sur la méthode Czochralski, complétée par la méthode de fusion en zone de suspension verticale, et les produits fabriqués par les deux ont des utilisations différentes. La méthode Czochralski utilise la résistance au graphite pour chauffer le silicium polycristallin dans un creuset en quartz de haute pureté dans un système thermique à tube droit pour le faire fondre, puis insérer le germe cristallin dans la surface de la fusion pour la fusion et faire tourner le germe cristallin tout en inversant le creuset. , le cristal germe est lentement élevé vers le haut et le silicium monocristallin est obtenu par les processus d'ensemencement, d'amplification, de retournement d'épaule, de croissance de diamètre égal et de finition. La méthode de fusion de zone flottante verticale consiste à fixer le matériau polycristallin en colonne de haute pureté dans la chambre du four, à déplacer lentement la bobine métallique dans le sens de la longueur polycristalline et à passer à travers le polycristallin en colonne, et à faire passer un courant radiofréquence de haute puissance dans le métal. bobine pour faire Une partie de l'intérieur de la bobine du pilier polycristallin fond, et une fois la bobine déplacée, la masse fondue recristallise pour former un monocristal. En raison des différents processus de production, il existe des différences dans les équipements de production, les coûts de production et la qualité des produits. À l'heure actuelle, les produits obtenus par la méthode de fusion de zone ont une pureté élevée et peuvent être utilisés pour la fabrication de dispositifs semi-conducteurs, tandis que la méthode Czochralski peut répondre aux conditions de production de silicium monocristallin pour cellules photovoltaïques et a un coût inférieur. la méthode traditionnelle. En 2021, la part de marché de la méthode Straight Pull est d’environ 85 % et devrait augmenter légèrement au cours des prochaines années. Les parts de marché en 2025 et 2030 devraient être respectivement de 87 % et 90 %. En termes de silicium monocristallin à fusion localisée, la concentration industrielle du silicium monocristallin à fusion localisée est relativement élevée dans le monde. acquisition), TOPSIL (Danemark) . À l’avenir, l’échelle de production de silicium monocristallin fondu n’augmentera pas de manière significative. La raison en est que les technologies connexes de la Chine sont relativement en retard par rapport au Japon et à l’Allemagne, en particulier en ce qui concerne la capacité des équipements de chauffage à haute fréquence et les conditions du processus de cristallisation. La technologie des monocristaux de silicium fondu dans les zones de grand diamètre oblige les entreprises chinoises à continuer à explorer par elles-mêmes.

La méthode Czochralski peut être divisée en technologie de tirage continu des cristaux (CCZ) et technologie de tirage répété des cristaux (RCZ). À l'heure actuelle, la méthode dominante dans l'industrie est la RCZ, qui est en phase de transition de la RCZ à la CCZ. Les étapes d’extraction et d’alimentation des monocristaux du RZC sont indépendantes les unes des autres. Avant chaque tirage, le lingot monocristallin doit être refroidi et retiré dans la chambre de porte, tandis que CCZ peut réaliser l'alimentation et la fusion tout en tirant. RCZ est relativement mature et il y a peu de marge d’amélioration technologique à l’avenir ; tandis que CCZ présente les avantages d'une réduction des coûts et d'une amélioration de l'efficacité, et se trouve dans une phase de développement rapide. En termes de coût, par rapport au RCZ, qui prend environ 8 heures avant qu'une seule tige ne soit tirée, le CCZ peut grandement améliorer l'efficacité de la production, réduire le coût du creuset et la consommation d'énergie en éliminant cette étape. La production totale d'un seul four est supérieure de plus de 20 % à celle du RCZ. Le coût de production est inférieur de plus de 10 % à celui du RCZ. En termes d'efficacité, CCZ peut réaliser le dessin de 8 à 10 tiges de silicium monocristallin au cours du cycle de vie du creuset (250 heures), tandis que RCZ ne peut en réaliser qu'environ 4, et l'efficacité de production peut être augmentée de 100 à 150 %. . En termes de qualité, le CCZ a une résistivité plus uniforme, une teneur en oxygène plus faible et une accumulation plus lente d'impuretés métalliques, il est donc plus approprié pour la préparation de tranches de silicium monocristallin de type n, qui sont également dans une période de développement rapide. À l'heure actuelle, certaines entreprises chinoises ont annoncé qu'elles disposaient de la technologie CCZ, et la voie des plaquettes de silicium monocristallin de type CCZ-n granulaire est fondamentalement claire et a même commencé à utiliser des matériaux à 100 % en silicium granulaire. . À l’avenir, CCZ remplacera essentiellement RCZ, mais cela nécessitera un certain processus.

Le processus de production de plaquettes de silicium monocristallin est divisé en quatre étapes : tirage, tranchage, tranchage, nettoyage et tri. L’émergence de la méthode de découpage au fil diamanté a considérablement réduit le taux de perte par découpage. Le processus d’extraction des cristaux a été décrit ci-dessus. Le processus de découpage comprend des opérations de troncature, de quadrature et de chanfreinage. Le découpage consiste à utiliser une machine à trancher pour couper le silicium en forme de colonne en tranches de silicium. Le nettoyage et le tri sont les dernières étapes de la production de plaquettes de silicium. La méthode de tranchage au fil diamanté présente des avantages évidents par rapport à la méthode de tranchage au fil de mortier traditionnelle, qui se reflètent principalement dans la courte consommation de temps et les faibles pertes. La vitesse du fil diamanté est cinq fois supérieure à celle de la coupe traditionnelle. Par exemple, pour la découpe d'une seule plaquette, la découpe au fil de mortier traditionnelle prend environ 10 heures, et la découpe au fil diamanté ne prend qu'environ 2 heures. La perte de coupe au fil diamanté est également relativement faible et la couche de dommages causée par la coupe au fil diamanté est plus petite que celle de la coupe au fil de mortier, ce qui est propice à la coupe de tranches de silicium plus fines. Ces dernières années, afin de réduire les pertes de coupe et les coûts de production, les entreprises se sont tournées vers des méthodes de découpage en fil diamanté, et le diamètre des barres omnibus en fil diamanté est de plus en plus petit. En 2021, le diamètre de la barre omnibus en fil diamanté sera de 43 à 56 μm, et le diamètre de la barre omnibus en fil diamanté utilisée pour les tranches de silicium monocristallin diminuera considérablement et continuera de diminuer. On estime qu'en 2025 et 2030, les diamètres des barres omnibus en fil diamanté utilisées pour couper des tranches de silicium monocristallin seront respectivement de 36 μm et 33 μm, et les diamètres des barres omnibus en fil diamanté utilisées pour couper des tranches de silicium polycristallin seront de 51 μm. et 51 µm, respectivement. En effet, les plaquettes de silicium polycristallin présentent de nombreux défauts et impuretés et les fils fins sont sujets à la rupture. Par conséquent, le diamètre de la barre omnibus en fil diamanté utilisée pour la découpe des plaquettes de silicium polycristallin est plus grand que celui des plaquettes de silicium monocristallin, et à mesure que la part de marché des plaquettes de silicium polycristallin diminue progressivement, elle est utilisée pour le silicium polycristallin. La réduction du diamètre du diamant les jeux de barres en fils coupés en tranches ont ralenti.

À l'heure actuelle, les plaquettes de silicium sont principalement divisées en deux types : les plaquettes de silicium polycristallin et les plaquettes de silicium monocristallin. Les plaquettes de silicium monocristallin présentent les avantages d'une longue durée de vie et d'une efficacité de conversion photoélectrique élevée. Les plaquettes de silicium polycristallin sont composées de grains cristallins avec différentes orientations de plan cristallin, tandis que les plaquettes de silicium monocristallin sont constituées de silicium polycristallin comme matière première et ont la même orientation de plan cristallin. En apparence, les plaquettes de silicium polycristallin et les plaquettes de silicium monocristallin sont bleu-noir et noir-brun. Étant donné que les deux sont découpés respectivement dans des lingots de silicium polycristallin et des tiges de silicium monocristallin, les formes sont carrées et quasi carrées. La durée de vie des tranches de silicium polycristallin et des tranches de silicium monocristallin est d'environ 20 ans. Si la méthode d'emballage et l'environnement d'utilisation sont adaptés, la durée de vie peut atteindre plus de 25 ans. D’une manière générale, la durée de vie des plaquettes de silicium monocristallin est légèrement plus longue que celle des plaquettes de silicium polycristallin. De plus, les tranches de silicium monocristallin ont également un rendement de conversion photoélectrique légèrement meilleur, et leur densité de dislocation et leurs impuretés métalliques sont beaucoup plus petites que celles des tranches de silicium polycristallin. L'effet combiné de divers facteurs rend la durée de vie des porteurs minoritaires des monocristaux des dizaines de fois supérieure à celle des tranches de silicium polycristallin. Montrant ainsi l’avantage de l’efficacité de la conversion. En 2021, le rendement de conversion le plus élevé des tranches de silicium polycristallin sera d'environ 21 %, et celui des tranches de silicium monocristallin atteindra jusqu'à 24,2 %.

En plus d'une longue durée de vie et d'un rendement de conversion élevé, les plaquettes de silicium monocristallin présentent également l'avantage d'être amincies, ce qui contribue à réduire la consommation de silicium et les coûts des plaquettes de silicium, mais faites attention à l'augmentation du taux de fragmentation. L'amincissement des tranches de silicium contribue à réduire les coûts de fabrication, et le processus de découpage actuel peut répondre pleinement aux besoins d'amincissement, mais l'épaisseur des tranches de silicium doit également répondre aux besoins de la fabrication des cellules et des composants en aval. En général, l'épaisseur des tranches de silicium a diminué ces dernières années et l'épaisseur des tranches de silicium polycristallin est nettement plus grande que celle des tranches de silicium monocristallin. Les tranches de silicium monocristallin sont divisées en tranches de silicium de type N et en tranches de silicium de type P, tandis que les tranches de silicium de type N incluent principalement l'utilisation de la batterie TOPCon et l'utilisation de la batterie HJT. En 2021, l’épaisseur moyenne des tranches de silicium polycristallin est de 178 µm, et l’absence de demande dans le futur les poussera à continuer de s’amincir. Par conséquent, il est prévu que l’épaisseur diminuera légèrement de 2022 à 2024 et qu’elle restera à environ 170 μm après 2025 ; l'épaisseur moyenne des tranches de silicium monocristallin de type p est d'environ 170 μm et devrait chuter à 155 μm et 140 μm en 2025 et 2030. Parmi les tranches de silicium monocristallin de type n, l'épaisseur des tranches de silicium utilisées pour les cellules HJT est d'environ 150 μm, et l'épaisseur moyenne des plaquettes de silicium de type n utilisées pour les cellules TOPCon est de 165 μm. 135μm.

De plus, la production de tranches de silicium polycristallin consomme plus de silicium que les tranches de silicium monocristallin, mais les étapes de production sont relativement simples, ce qui apporte des avantages en termes de coûts aux tranches de silicium polycristallin. Le silicium polycristallin, en tant que matière première courante pour les plaquettes de silicium polycristallin et les plaquettes de silicium monocristallin, a une consommation différente dans la production des deux, ce qui est dû aux différences de pureté et d'étapes de production des deux. En 2021, la consommation de silicium du lingot polycristallin est de 1,10 kg/kg. On s’attend à ce que les investissements limités dans la recherche et le développement conduisent à de légers changements à l’avenir. La consommation de silicium de la tige de traction est de 1,066 kg/kg, et il existe une certaine marge d'optimisation. Elle devrait être respectivement de 1,05 kg/kg et 1,043 kg/kg en 2025 et 2030. Dans le processus de tirage de monocristaux, la réduction de la consommation de silicium de la tige de tirage peut être obtenue en réduisant les pertes de nettoyage et de concassage, en contrôlant strictement l'environnement de production, en réduisant la proportion d'amorces, en améliorant le contrôle de précision et en optimisant la classification. et technologie de traitement des matériaux en silicium dégradé. Bien que la consommation de silicium des plaquettes de silicium polycristallin soit élevée, le coût de production des plaquettes de silicium polycristallin est relativement élevé car les lingots de silicium polycristallin sont produits par coulée de lingots par fusion à chaud, tandis que les lingots de silicium monocristallin sont généralement produits par croissance lente dans les fours monocristallins Czochralski. qui consomme une énergie relativement élevée. Faible. En 2021, le coût de production moyen des tranches de silicium monocristallin sera d'environ 0,673 yuan/W, et celui des tranches de silicium polycristallin sera de 0,66 yuan/W.

À mesure que l'épaisseur de la plaquette de silicium diminue et que le diamètre de la barre omnibus en fil de diamant diminue, la production de tiges/lingots de silicium de diamètre égal par kilogramme augmentera et le nombre de tiges de silicium monocristallin de même poids sera supérieur à cela. de lingots de silicium polycristallin. En termes de puissance, la puissance utilisée par chaque plaquette de silicium varie en fonction du type et de la taille. En 2021, la production de barres carrées monocristallines de type p de 166 mm est d'environ 64 pièces par kilogramme, et la production de lingots carrés polycristallins est d'environ 59 pièces. Parmi les tranches de silicium monocristallin de type p, la production de tiges carrées monocristallines de taille 158,75 mm est d'environ 70 pièces par kilogramme, la production de tiges carrées monocristallines de type p de 182 mm est d'environ 53 pièces par kilogramme et la production de tiges carrées monocristallines de type p de 182 mm est d'environ 53 pièces par kilogramme. -Les tiges monocristallines de type 210 mm par kilogramme représentent environ 53 pièces. Le rendement d'une barre carrée est d'environ 40 pièces. De 2022 à 2030, l’amincissement continu des tranches de silicium entraînera sans aucun doute une augmentation du nombre de barres/lingots de silicium de même volume. Le diamètre plus petit de la barre omnibus en fil diamanté et la taille moyenne des particules contribueront également à réduire les pertes de coupe, augmentant ainsi le nombre de tranches produites. quantité. On estime qu'en 2025 et 2030, la production de tiges carrées monocristallines de type p de 166 mm est d'environ 71 et 78 pièces par kilogramme, et la production de lingots carrés polycristallins est d'environ 62 et 62 pièces, ce qui est dû au faible marché. part des tranches de silicium polycristallin Il est difficile de provoquer des progrès technologiques significatifs. Il existe des différences dans la puissance des différents types et tailles de tranches de silicium. Selon les données annoncées, la puissance moyenne des tranches de silicium de 158,75 mm est d'environ 5,8 W/pièce, la puissance moyenne des tranches de silicium de 166 mm est d'environ 6,25 W/pièce et la puissance moyenne des tranches de silicium de 182 mm est d'environ 6,25 W/pièce. . La puissance moyenne de la plaquette de silicium de taille est d'environ 7,49 W/pièce, et la puissance moyenne de la plaquette de silicium de 210 mm est d'environ 10 W/pièce.

Ces dernières années, les plaquettes de silicium se sont progressivement développées dans le sens d'une grande taille, et une grande taille est propice à l'augmentation de la puissance d'une seule puce, diluant ainsi le coût des cellules sans silicium. Cependant, l'ajustement de la taille des tranches de silicium doit également prendre en compte les problèmes d'adaptation et de normalisation en amont et en aval, en particulier les problèmes de charge et de courant élevé. À l'heure actuelle, il existe deux camps sur le marché concernant l'orientation future du développement de la taille des plaquettes de silicium, à savoir la taille de 182 mm et la taille de 210 mm. La proposition de 182 mm s'inscrit principalement dans la perspective d'une intégration industrielle verticale, basée sur la prise en compte de l'installation et du transport des cellules photovoltaïques, de la puissance et de l'efficacité des modules, et de la synergie entre l'amont et l'aval ; tandis que 210 mm est principalement du point de vue du coût de production et du coût du système. La production de tranches de silicium de 210 mm a augmenté de plus de 15 % dans le processus d'étirage des tiges à four unique, le coût de production des batteries en aval a été réduit d'environ 0,02 yuan/W et le coût total de construction de la centrale électrique a été réduit d'environ 0,1 yuan/W. W. Au cours des prochaines années, on s'attend à ce que les tranches de silicium d'une taille inférieure à 166 mm soient progressivement éliminées ; les problèmes de correspondance en amont et en aval des tranches de silicium de 210 mm seront progressivement résolus de manière efficace et le coût deviendra un facteur plus important affectant l'investissement et la production des entreprises. Par conséquent, la part de marché des tranches de silicium de 210 mm va augmenter. Hausse constante ; La plaquette de silicium de 182 mm deviendra la taille dominante sur le marché en raison de ses avantages en matière de production intégrée verticalement, mais avec le développement révolutionnaire de la technologie d'application des plaquettes de silicium de 210 mm, le 182 mm lui cédera la place. De plus, il sera difficile pour les tranches de silicium de plus grande taille d'être largement utilisées sur le marché au cours des prochaines années, car le coût de la main-d'œuvre et le risque d'installation des tranches de silicium de grande taille augmenteront considérablement, ce qui sera difficile à compenser par le économies sur les coûts de production et les coûts du système. . En 2021, les tailles de plaquettes de silicium sur le marché comprennent 156,75 mm, 157 mm, 158,75 mm, 166 mm, 182 mm, 210 mm, etc. Parmi elles, la taille de 158,75 mm et 166 mm représentait 50 % du total, et la taille de 156,75 mm. diminué à 5 %, qui sera progressivement remplacé à l'avenir ; 166 mm est la solution de plus grande taille pouvant être améliorée pour la ligne de production de batteries existante, qui sera la plus grande taille des deux dernières années. En termes d’ampleur de la transition, on s’attend à ce que la part de marché soit inférieure à 2 % en 2030 ; la taille combinée de 182 mm et 210 mm représentera 45 % en 2021 et la part de marché augmentera rapidement à l'avenir. On s’attend à ce que la part de marché totale en 2030 dépasse 98 %.

Ces dernières années, la part de marché du silicium monocristallin a continué d’augmenter et a occupé la position dominante sur le marché. De 2012 à 2021, la proportion de silicium monocristallin est passée de moins de 20 % à 93,3 %, soit une augmentation significative. En 2018, les tranches de silicium présentes sur le marché sont principalement des tranches de silicium polycristallin, représentant plus de 50 %. La raison principale est que les avantages techniques des plaquettes de silicium monocristallin ne peuvent pas compenser les inconvénients en termes de coût. Depuis 2019, comme l'efficacité de conversion photoélectrique des tranches de silicium monocristallin a largement dépassé celle des tranches de silicium polycristallin et que le coût de production des tranches de silicium monocristallin a continué de baisser avec le progrès technologique, la part de marché des tranches de silicium monocristallin a continué d'augmenter, devenant le courant dominant du marché. produit. On s'attend à ce que la proportion de tranches de silicium monocristallin atteigne environ 96 % en 2025, et la part de marché des tranches de silicium monocristallin atteindra 97,7 % en 2030. (Source du rapport : Future Think Tank)

1.3. Batteries : les batteries PERC dominent le marché et le développement des batteries de type N améliore la qualité des produits

Le maillon intermédiaire de la chaîne industrielle photovoltaïque comprend les cellules photovoltaïques et les modules de cellules photovoltaïques. La transformation des tranches de silicium en cellules est l’étape la plus importante dans la réalisation de la conversion photoélectrique. Il faut environ sept étapes pour traiter une cellule conventionnelle à partir d’une plaquette de silicium. Tout d'abord, placez la plaquette de silicium dans de l'acide fluorhydrique pour produire une structure en daim en forme de pyramide sur sa surface, réduisant ainsi la réflectivité de la lumière du soleil et augmentant l'absorption de la lumière ; la seconde est que le phosphore est diffusé sur la surface d'un côté de la plaquette de silicium pour former une jonction PN, et sa qualité affecte directement l'efficacité de la cellule ; la troisième consiste à retirer la jonction PN formée sur le côté de la plaquette de silicium pendant l'étape de diffusion pour éviter un court-circuit de la cellule ; Une couche de film de nitrure de silicium est recouverte sur le côté où la jonction PN est formée pour réduire la réflexion de la lumière et en même temps augmenter l'efficacité ; la cinquième consiste à imprimer des électrodes métalliques sur l'avant et l'arrière de la plaquette de silicium pour collecter les porteurs minoritaires générés par le photovoltaïque ; Le circuit imprimé lors de l'étape d'impression est fritté et formé, et il est intégré à la plaquette de silicium, c'est-à-dire la cellule ; enfin, les cellules ayant des rendements différents sont classées.

Les cellules de silicium cristallin sont généralement constituées de tranches de silicium comme substrats et peuvent être divisées en cellules de type P et en cellules de type N selon le type de tranches de silicium. Parmi elles, les cellules de type n ont un rendement de conversion plus élevé et remplacent progressivement les cellules de type p ces dernières années. Les plaquettes de silicium de type P sont fabriquées en dopant du silicium avec du bore, et les plaquettes de silicium de type N sont constituées de phosphore. Par conséquent, la concentration d'élément de bore dans la tranche de silicium de type n est plus faible, inhibant ainsi la liaison des complexes bore-oxygène, améliorant la durée de vie des porteurs minoritaires du matériau de silicium, et en même temps, il n'y a pas d'atténuation photo-induite. dans la batterie. De plus, les porteurs minoritaires de type n sont des trous, les porteurs minoritaires de type p sont des électrons et la section efficace de piégeage de la plupart des atomes d'impuretés pour les trous est plus petite que celle des électrons. Par conséquent, la durée de vie des porteurs minoritaires de la cellule de type n est plus élevée et le taux de conversion photoélectrique est plus élevé. Selon les données du laboratoire, la limite supérieure de l'efficacité de conversion des cellules de type p est de 24,5 % et l'efficacité de conversion des cellules de type n peut atteindre 28,7 %, de sorte que les cellules de type n représentent l'orientation du développement de la technologie future. En 2021, les cellules de type n (comprenant principalement les cellules à hétérojonction et les cellules TOPCon) ont des coûts relativement élevés et l'échelle de production de masse est encore petite. La part de marché actuelle est d’environ 3 %, ce qui est fondamentalement la même qu’en 2020.

En 2021, l’efficacité de conversion des cellules de type n sera considérablement améliorée et on s’attend à ce qu’il y ait davantage de marge de progrès technologique au cours des cinq prochaines années. En 2021, la production à grande échelle de cellules monocristallines de type P utilisera la technologie PERC et le rendement de conversion moyen atteindra 23,1 %, soit une augmentation de 0,3 point de pourcentage par rapport à 2020 ; le rendement de conversion des cellules de silicium noir polycristallin utilisant la technologie PERC atteindra 21,0 % par rapport à 2020. Augmentation annuelle de 0,2 point de pourcentage ; L'amélioration conventionnelle de l'efficacité des cellules en silicium noir polycristallin n'est pas forte, l'efficacité de conversion en 2021 sera d'environ 19,5 %, soit seulement 0,1 point de pourcentage de plus, et l'espace d'amélioration de l'efficacité future est limité ; l'efficacité de conversion moyenne des cellules PERC monocristallines en lingot est de 22,4 %, soit 0,7 point de pourcentage de moins que celle des cellules PERC monocristallines ; l'efficacité de conversion moyenne des cellules TOPCon de type n atteint 24 % et l'efficacité de conversion moyenne des cellules à hétérojonction atteint 24,2 %, qui ont toutes deux été grandement améliorées par rapport à 2020, et l'efficacité de conversion moyenne des cellules IBC atteint 24,2 %. Avec le développement de la technologie à l'avenir, les technologies de batteries telles que TBC et HBC pourraient également continuer à progresser. À l’avenir, avec la réduction des coûts de production et l’amélioration du rendement, les batteries de type N constitueront l’une des principales orientations de développement de la technologie des batteries.

Du point de vue de la technologie des batteries, la mise à jour itérative de la technologie des batteries est principalement passée par BSF, PERC, TOPCon basé sur l'amélioration du PERC et HJT, une nouvelle technologie qui renverse le PERC ; TOPCon peut être combiné avec IBC pour former TBC, et HJT peut également être combiné avec IBC pour devenir HBC. Les cellules monocristallines de type P utilisent principalement la technologie PERC, les cellules polycristallines de type P comprennent des cellules de silicium noir polycristallin et des cellules monocristallines en lingot, ces dernières faisant référence à l'ajout de germes monocristallins sur la base du processus de lingot polycristallin conventionnel, solidification directionnelle. Un lingot de silicium carré est formé et une plaquette de silicium mélangée à du monocristal et du polycristallin est fabriquée par une série de processus de traitement. Parce qu'elle utilise essentiellement une voie de préparation polycristalline, elle entre dans la catégorie des cellules polycristallines de type p. Les cellules de type n comprennent principalement les cellules monocristallines TOPCon, les cellules monocristallines HJT et les cellules monocristallines IBC. En 2021, les nouvelles lignes de production de masse seront toujours dominées par les lignes de production de cellules PERC, et la part de marché des cellules PERC augmentera encore pour atteindre 91,2 %. Étant donné que la demande de produits pour les projets extérieurs et domestiques s'est concentrée sur les produits à haute efficacité, la part de marché des batteries BSF passera de 8,8 % à 5 % en 2021.

1.4. Modules : Le coût des cellules représente l'essentiel, et la puissance des modules dépend des cellules

Les étapes de production des modules photovoltaïques comprennent principalement l'interconnexion et le laminage des cellules, et les cellules représentent une part importante du coût total du module. Étant donné que le courant et la tension d’une seule cellule sont très faibles, les cellules doivent être interconnectées via des barres omnibus. Ici, ils sont connectés en série pour augmenter la tension, puis connectés en parallèle pour obtenir un courant élevé, puis le verre photovoltaïque, EVA ou POE, la feuille de batterie, EVA ou POE, la feuille arrière sont scellés et pressés à chaud dans un certain ordre. , et enfin protégé par un cadre en aluminium et un bord d'étanchéité en silicone. Du point de vue de la composition des coûts de production des composants, le coût des matériaux représente 75 %, occupant la position principale, suivi du coût de fabrication, du coût de performance et du coût de la main-d'œuvre. Le coût des matériaux dépend du coût des cellules. Selon les annonces de nombreuses entreprises, les cellules représentent environ les 2/3 du coût total des modules photovoltaïques.

Les modules photovoltaïques sont généralement divisés en fonction du type, de la taille et de la quantité des cellules. Il existe des différences dans la puissance des différents modules, mais ils sont tous en phase de montée. La puissance est un indicateur clé des modules photovoltaïques, représentant la capacité du module à convertir l’énergie solaire en électricité. Il ressort des statistiques de puissance des différents types de modules photovoltaïques que lorsque la taille et le nombre de cellules dans le module sont les mêmes, la puissance du module est monocristallin de type n > monocristallin de type p > polycristallin ; Plus la taille et la quantité sont grandes, plus la puissance du module est grande ; pour les modules monocristallins TOPCon et les modules à hétérojonction de même spécification, la puissance de ces derniers est supérieure à celle des premiers. Selon les prévisions du CPIA, la puissance des modules augmentera de 5 à 10 W par an au cours des prochaines années. De plus, le conditionnement des modules entraînera une certaine perte de puissance, comprenant principalement une perte optique et une perte électrique. Le premier est dû à la transmission et à l'inadéquation optique des matériaux d'emballage tels que le verre photovoltaïque et l'EVA, et le second fait principalement référence à l'utilisation de cellules solaires en série. La perte de circuit causée par la résistance du ruban de soudage et de la barre omnibus elle-même, ainsi que la perte de désadaptation de courant causée par la connexion parallèle des cellules, la perte de puissance totale des deux représente environ 8 %.

1.5. Capacité photovoltaïque installée : les politiques des différents pays sont évidemment motivées et il existe un énorme espace pour de nouvelles capacités installées à l'avenir.

Le monde est fondamentalement parvenu à un consensus sur l'objectif de zéro émission nette dans le cadre de la protection de l'environnement, et l'économie des projets photovoltaïques superposés a progressivement émergé. Les pays explorent activement le développement de la production d’électricité à partir d’énergies renouvelables. Ces dernières années, des pays du monde entier se sont engagés à réduire leurs émissions de carbone. La plupart des principaux émetteurs de gaz à effet de serre ont formulé des objectifs correspondants en matière d'énergies renouvelables, et la capacité installée d'énergies renouvelables est énorme. Sur la base de l'objectif de contrôle de température de 1,5 ℃, l'IRENA prévoit que la capacité mondiale d'énergie renouvelable installée atteindra 10,8 TW en 2030. De plus, selon les données de WOODMac, le niveau de coût de l'électricité (LCOE) de la production d'énergie solaire en Chine, en Inde, aux États-Unis et dans d’autres pays, le niveau est déjà inférieur à l’énergie fossile la moins chère et va encore diminuer à l’avenir. La promotion active des politiques dans divers pays et l'économie de la production d'énergie photovoltaïque ont conduit à une augmentation constante de la capacité installée cumulée de l'énergie photovoltaïque dans le monde et en Chine ces dernières années. De 2012 à 2021, la capacité installée cumulée du photovoltaïque dans le monde passera de 104,3 GW à 849,5 GW, et la capacité installée cumulée du photovoltaïque en Chine passera de 6,7 GW à 307 GW, soit une augmentation de plus de 44 fois. En outre, la capacité photovoltaïque nouvellement installée en Chine représente plus de 20 % de la capacité installée totale dans le monde. En 2021, la capacité photovoltaïque nouvellement installée en Chine s’élève à 53 GW, soit environ 40 % de la nouvelle capacité installée dans le monde. Cela est principalement dû à la répartition abondante et uniforme des ressources énergétiques légères en Chine, au développement en amont et en aval et au fort soutien des politiques nationales. Au cours de cette période, la Chine a joué un rôle énorme dans la production d'énergie photovoltaïque, et la capacité installée cumulée représentait moins de 6,5 %. a bondi à 36,14%.

Sur la base de l'analyse ci-dessus, le CPIA a donné des prévisions pour une nouvelle augmentation des installations photovoltaïques de 2022 à 2030 dans le monde entier. On estime que dans des conditions à la fois optimistes et conservatrices, la capacité mondiale nouvellement installée en 2030 sera respectivement de 366 et 315 GW, et la capacité nouvellement installée de la Chine sera de 128,105 GW. Ci-dessous, nous prévoirons la demande de polysilicium en fonction de l’ampleur de la capacité nouvellement installée chaque année.

1.6. Prévision de la demande de polysilicium pour les applications photovoltaïques

De 2022 à 2030, sur la base des prévisions du CPIA concernant l’augmentation mondiale des installations photovoltaïques dans des scénarios à la fois optimistes et conservateurs, la demande de polysilicium pour les applications photovoltaïques peut être prédite. Les cellules sont une étape clé pour réaliser la conversion photoélectrique, et les plaquettes de silicium sont les matières premières de base des cellules et l'aval direct du polysilicium, elles constituent donc une partie importante de la prévision de la demande de polysilicium. Le nombre pondéré de pièces par kilogramme de barres et lingots de silicium peut être calculé à partir du nombre de pièces par kilogramme et de la part de marché des barres et lingots de silicium. Ensuite, en fonction de la puissance et de la part de marché des tranches de silicium de différentes tailles, la puissance pondérée des tranches de silicium peut être obtenue, puis le nombre requis de tranches de silicium peut être estimé en fonction de la capacité photovoltaïque nouvellement installée. Ensuite, le poids des tiges et des lingots de silicium requis peut être obtenu en fonction de la relation quantitative entre le nombre de tranches de silicium et le nombre pondéré de tiges et de lingots de silicium par kilogramme. En outre, en combinaison avec la consommation pondérée de silicium des tiges de silicium/lingots de silicium, la demande de polysilicium pour la capacité photovoltaïque nouvellement installée peut enfin être obtenue. Selon les résultats prévisionnels, la demande mondiale de polysilicium pour les nouvelles installations photovoltaïques continuera d'augmenter au cours des cinq dernières années, atteignant un pic en 2027, puis diminuant légèrement au cours des trois prochaines années. On estime que dans des conditions optimistes et prudentes, en 2025, la demande annuelle mondiale de polysilicium pour les installations photovoltaïques sera respectivement de 1 108 900 tonnes et 907 800 tonnes, et que la demande mondiale de polysilicium pour les applications photovoltaïques en 2030 sera de 1 042 100 tonnes dans des conditions optimistes et prudentes. . , 896 900 tonnes. Selon la part de la Chine dans la capacité photovoltaïque installée mondiale, la demande chinoise de polysilicium à usage photovoltaïque en 2025 devrait être respectivement de 369 600 tonnes et 302 600 tonnes dans des conditions optimistes et conservatrices, et de 739 300 tonnes et 605 200 tonnes à l’étranger respectivement.

2, Demande finale de semi-conducteurs : l'échelle est beaucoup plus petite que la demande dans le domaine photovoltaïque et une croissance future peut être attendue

En plus de fabriquer des cellules photovoltaïques, le polysilicium peut également être utilisé comme matière première pour fabriquer des puces et est utilisé dans le domaine des semi-conducteurs, qui peut être subdivisé en construction automobile, électronique industrielle, communications électroniques, appareils électroménagers et autres domaines. Le processus du polysilicium à la puce est principalement divisé en trois étapes. Tout d’abord, le polysilicium est étiré en lingots de silicium monocristallin, puis découpé en fines tranches de silicium. Les plaquettes de silicium sont produites par une série d’opérations de meulage, de chanfreinage et de polissage. , qui est la matière première de base de l’usine de semi-conducteurs. Enfin, la plaquette de silicium est découpée et gravée au laser dans diverses structures de circuits pour fabriquer des puces présentant certaines caractéristiques. Les plaquettes de silicium courantes comprennent principalement les plaquettes polies, les plaquettes épitaxiales et les plaquettes SOI. La plaquette polie est un matériau de production de puces à haute planéité obtenu en polissant la plaquette de silicium pour éliminer la couche endommagée sur la surface, qui peut être directement utilisée pour fabriquer des puces, des plaquettes épitaxiales et des plaquettes de silicium SOI. Les tranches épitaxiales sont obtenues par croissance épitaxiale de tranches polies, tandis que les tranches de silicium SOI sont fabriquées par liaison ou implantation ionique sur des substrats de tranche polis, et le processus de préparation est relativement difficile.

Grâce à la demande de polysilicium du côté des semi-conducteurs en 2021, combinée aux prévisions de l'agence concernant le taux de croissance de l'industrie des semi-conducteurs au cours des prochaines années, la demande de polysilicium dans le domaine des semi-conducteurs de 2022 à 2025 peut être estimée approximativement. En 2021, la production mondiale de polysilicium de qualité électronique représentera environ 6 % de la production totale de polysilicium, et le polysilicium de qualité solaire et le silicium granulaire représenteront environ 94 %. La plupart du polysilicium de qualité électronique est utilisé dans le domaine des semi-conducteurs, et d'autres polysilicium sont essentiellement utilisés dans l'industrie photovoltaïque. . On peut donc supposer que la quantité de polysilicium utilisée dans l’industrie des semi-conducteurs en 2021 est d’environ 37 000 tonnes. En outre, selon le futur taux de croissance composé de l'industrie des semi-conducteurs prévu par FortuneBusiness Insights, la demande de polysilicium destiné à l'utilisation de semi-conducteurs augmentera à un taux annuel de 8,6 % entre 2022 et 2025. On estime qu'en 2025, la demande de le silicium polycristallin dans le domaine des semi-conducteurs sera d'environ 51 500 tonnes. (Source du rapport : Future Think Tank)

3, Polysilicium Importation et exportation : les importations dépassent de loin les exportations, l'Allemagne et la Malaisie représentant une proportion plus élevée

En 2021, environ 18,63 % de la demande chinoise de polysilicium proviendra des importations, et l’ampleur des importations dépasse de loin l’ampleur des exportations. De 2017 à 2021, la structure des importations et des exportations de polysilicium est dominée par les importations, ce qui peut être dû à la forte demande en aval de l'industrie photovoltaïque qui s'est développée rapidement ces dernières années, et sa demande de polysilicium représente plus de 94 % du marché. demande totale ; En outre, l'entreprise ne maîtrise pas encore la technologie de production de polysilicium électronique de haute pureté, de sorte qu'une partie du polysilicium requis par l'industrie des circuits intégrés doit encore dépendre des importations. Selon les données de la Direction de l'industrie du silicium, le volume des importations a continué de diminuer en 2019 et 2020. La raison fondamentale de la baisse des importations de polysilicium en 2019 était l'augmentation substantielle de la capacité de production, qui est passée de 388 000 tonnes en 2018 à 452 000 tonnes. en 2019. Dans le même temps, OCI, REC, HANWHA Certaines entreprises étrangères, telles que certaines entreprises étrangères, se sont retirées de l'industrie du polysilicium en raison de pertes, de sorte que la dépendance à l'égard des importations de polysilicium est beaucoup plus faible ; bien que la capacité de production n'ait pas augmenté en 2020, l'impact de l'épidémie a entraîné des retards dans la construction de projets photovoltaïques et le nombre de commandes de polysilicium a diminué au cours de la même période. En 2021, le marché photovoltaïque chinois se développera rapidement et la consommation apparente de polysilicium atteindra 613 000 tonnes, entraînant un rebond du volume des importations. Au cours des cinq dernières années, le volume net des importations chinoises de polysilicium s'est situé entre 90 000 et 140 000 tonnes, dont environ 103 800 tonnes en 2021. On s'attend à ce que le volume net des importations chinoises de polysilicium reste autour de 100 000 tonnes par an de 2022 à 2025.

Les importations chinoises de polysilicium proviennent principalement d'Allemagne, de Malaisie, du Japon et de Taiwan, Chine, et les importations totales de ces quatre pays représenteront 90,51 % en 2021. Environ 45 % des importations chinoises de polysilicium proviennent d'Allemagne, 26 % de Malaisie, 13,5% du Japon et 6% de Taiwan. L'Allemagne possède le géant mondial du polysilicium WACKER, qui est la plus grande source de polysilicium à l'étranger, représentant 12,7 % de la capacité de production mondiale totale en 2021 ; La Malaisie possède un grand nombre de lignes de production de polysilicium de la société sud-coréenne OCI, qui proviennent de la ligne de production originale en Malaisie de TOKUYAMA, une société japonaise acquise par OCI. Il existe des usines et certaines usines qu'OCI a transférées de Corée du Sud vers la Malaisie. La raison de cette délocalisation est que la Malaisie offre un espace d'usine gratuit et que le coût de l'électricité est inférieur d'un tiers à celui de la Corée du Sud ; Le Japon et Taiwan, la Chine ont TOKUYAMA, GET et d'autres sociétés, qui occupent une part importante de la production de polysilicium. un endroit. En 2021, la production de polysilicium sera de 492 000 tonnes, dont la capacité photovoltaïque nouvellement installée et la demande de production de puces seront respectivement de 206 400 tonnes et 1 500 tonnes, et les 284 100 tonnes restantes seront principalement utilisées pour le traitement en aval et exportées à l'étranger. Dans les maillons en aval du polysilicium, les plaquettes, cellules et modules de silicium sont principalement exportés, parmi lesquels l'exportation de modules est particulièrement importante. En 2021, 4,64 milliards de plaquettes de silicium et 3,2 milliards de cellules photovoltaïques ont été exportées de Chine, avec une exportation totale de 22,6 GW et 10,3 GW respectivement, et les exportations de modules photovoltaïques sont de 98,5 GW, avec très peu d'importations. En termes de composition de la valeur des exportations, les exportations de modules en 2021 atteindront 24,61 milliards de dollars américains, soit 86 %, suivies par les plaquettes de silicium et les batteries. En 2021, la production mondiale de plaquettes de silicium, de cellules photovoltaïques et de modules photovoltaïques atteindra respectivement 97,3 %, 85,1 % et 82,3 %. On s'attend à ce que l'industrie photovoltaïque mondiale continue de se concentrer en Chine au cours des trois prochaines années, et le volume de production et d'exportation de chaque maillon sera considérable. Par conséquent, on estime que de 2022 à 2025, la quantité de polysilicium utilisée pour la transformation et la production de produits en aval et exportée à l’étranger augmentera progressivement. Il est estimé en soustrayant la production étrangère de la demande étrangère de polysilicium. En 2025, on estime que le polysilicium produit par transformation en produits en aval exportera 583 000 tonnes vers les pays étrangers depuis la Chine.

4, Résumé et perspectives

La demande mondiale de polysilicium est principalement concentrée dans le domaine photovoltaïque, et la demande dans le domaine des semi-conducteurs n'est pas d'un ordre de grandeur. La demande de polysilicium est tirée par les installations photovoltaïques, et se transmet progressivement au polysilicium à travers la liaison modules photovoltaïques-cellule-wafer, générant ainsi une demande. À l’avenir, avec l’expansion de la capacité photovoltaïque installée mondiale, la demande de polysilicium est généralement optimiste. De manière optimiste, les nouvelles installations photovoltaïques en Chine et à l'étranger entraîneront une demande de polysilicium en 2025 respectivement de 36,96 GW et 73,93 GW, et la demande dans des conditions conservatrices atteindra également 30,24 GW et 60,49 GW respectivement. En 2021, l’offre et la demande mondiales de polysilicium seront tendues, ce qui entraînera des prix mondiaux élevés pour le polysilicium. Cette situation pourrait perdurer jusqu'en 2022 et évoluer progressivement vers une phase d'approvisionnement lâche après 2023. Au cours du second semestre 2020, l'impact de l'épidémie a commencé à s'affaiblir et l'expansion de la production en aval a stimulé la demande de polysilicium, et certaines grandes entreprises ont prévu pour accroître la production. Cependant, le cycle d'expansion de plus d'un an et demi a entraîné la libération de capacités de production fin 2021 et 2022, ce qui a donné lieu à une augmentation de 4,24 % en 2021. Il y a un déficit d'approvisionnement de 10 000 tonnes, les prix ont donc augmenté. nettement. Il est prévu qu'en 2022, dans des conditions optimistes et conservatrices de capacité photovoltaïque installée, l'écart entre l'offre et la demande sera respectivement de -156 500 tonnes et 2 400 tonnes, et l'offre globale sera encore dans un état d'approvisionnement relativement court. En 2023 et au-delà, les nouveaux projets dont la construction a démarré fin 2021 et début 2022 démarreront la production et atteindront une montée en puissance de la capacité de production. L’offre et la demande se relâcheront progressivement et les prix pourraient subir une pression à la baisse. Dans le cadre du suivi, il convient de prêter attention à l'impact de la guerre russo-ukrainienne sur le modèle énergétique mondial, qui pourrait modifier le plan mondial en matière de capacité photovoltaïque nouvellement installée, ce qui affecterait la demande de polysilicium.

(Cet article est uniquement à titre de référence pour les clients d'UrbanMines et ne représente aucun conseil en investissement)