回顾：2008物理法多晶硅(上)

Review: UMG in 2008

    作为一个将走入千家万户的基础能源材料，利用的又是地球上任何一个地方都有的阳光，多晶硅必然存在一个更清洁和更低成本的生产方式。  ----Martin Green ?, or Bradley Shi

    这句话，有人说是“世界太阳能之父”马丁格林于2004年就说过的话，但我花了很长时间，也没有找到对这个说法的确实的支持证据。如果他老人家没有说过，那么，就当是我说的吧，反正我是十分赞成这句话的。
    显然，这句话是针对西门子法生产多晶硅而言的。而这个“更清洁、更低成本”的方法，就是物理法，也叫冶金法，国际上叫做UMG。本文后面统一称作物理法多晶硅。
    关于物理法与化学法的区别，笔者在2008年9月常州举行的《第十届中国太阳能光伏会议》的硅材料论坛上，曾给出了一个定义，凡是在工艺中，硅材料本身发生了化学反应的，就叫作化学法；凡是硅在整个处理过程中，不发生化学反应的，就叫作物理法。
    考虑到硅是基质原料，因此，以硅是否发生化学反应来作为区分化学法和物理法的依据，应当是合理而充分的。让我欣慰的是，在2008年12月9日上海召开的《2008国际太阳级多晶硅会议》上，陈朝教授也提出了同样的说法，可以视作学术界对此说法的认同吧。

UMG, not UFO

    图1是西门子公司的代表在2008年12月份在上海举行的《2008国际太阳级多晶硅会议》上展示的。从这幅图片看出，无论是半导体还是光伏应用，现在世界上75%的多晶硅都是采用这种工艺生产的。如果考虑到循环流化床法其实也只不过是西门子法的改进，而锌还原法和硅烷法都是西门子法的变种，那么可以看到，在2005年，UMG的产量可以说为零，但到2010年，西门子法的份额从91%退到了75%，而物理法（MG-SOG），则从零增加到了11%的份额。

图1：各种不同的工艺在2005年和2010年所占的比例

    这个“11%”是西门子公司的预测，我认为还是低估了物理法的份额。但考虑到西门子公司对西门子法可能情有独钟，所以对自己高估一些、对竞争的方法低估一些的心态是可以理解的。但无论如何，物理法能够从“其它（Other)”的方法中独立地脱颖而出，能够以自己的名义单独标示出来，这已经说明了西门子公司对物理法的重视。
    这个重视当然是有足够的理由的。主要原因当然是因为物理法天生具有许多优势。同样规模的多晶硅生产的话，物理法的投资只有西门子法的1/5，生产成本只有1/2，整个过程没有环境污染。
    与许多人的看法相反，其实，UMG不是新技术，也绝对不是来历不明的技术。早在1935年，就有人开始采用物理法进行硅的提纯。从那以后，到1975年，物理法的研究达到了一个小的高潮。那时，人们发现，物理法提纯的纯度理论极限也只能到7N，而一般的半导体器件起码也要求硅的纯度在9N以上。这个时候，西门子法被发明出来，所以，物理法就被丢到墙角，此后多年无人问津。
    但是，在这种方法沉寂了近三十年之后，到了2004年，光伏应用如火如荼地发展了起来。由于太阳能所用的多晶硅只要有6N就可以了，所以冶金法又被人们从墙角尘封的瓦罐中找出来，再次开始了新一轮的研究。尤其是从2006年开始的多晶硅供需不平衡，导致了更多人涌入物理法多晶硅研究的领域里来。

全球2008：曙光初现

    2008年之前的物理法多晶硅，大多停留在实验室和学术论文的层面。尽管日本JFE在2004年就宣布用电子束和离子束的方法开始了批量的生产，但从那以后，至少到2008年为止，JFE的UMG产能如果还存在的话，也并没有扩产和提高。JFE的客户主要是SHARP。而SHARP的UMG还有一个来源，是新日铁，而据说，新日铁的技术人员也是来源于JFE。
    挪威的Elkem公司2007年也宣布用了一种“新的、类似冶金的”方法来提纯多晶硅，但由于没有说明该硅材料可能带来的衰减，而给自己带来了一些麻烦。
    美国的道康宁公司也宣布了成功用冶金法提纯多晶硅，尽管该公司只能将这种UMG以10%的比例与化学法制成的多晶硅掺在一起混合拉晶。

    进入2008年，UMG反倒有些偃旗息鼓的意思，从年初直到五月份，似乎都没有什么动静，以至于有不少业界专家以为物理法已经销声匿迹、寿终正寝了。
    是加拿大的TIMMINCO打破了这个沉寂的局面。这家从事有色金属冶炼的多伦多上市公司从4月底开始，在一些小范围的财经公司的推介会上谨慎地介绍了自己属下的BSI工厂采用冶金的方法提纯多晶硅供太阳能电池用的消息。到了6月份，这个消息才在公众媒体上公开。
    这个消息使得TIMMINCO一下子超过了Elkem和DC Chemical 成为了物理法提纯多晶硅的明星。该公司从来没有正式公布过自己的指标和数据，但在互联网上，却流传着该公司在那些“推介会”上的PPT文件，从这些文件里的数据看出，该公司的纯度达到了5N，硼除到了0.8ppm以下，磷则在1~3ppm。成本只有15美元，而售价则高达66美元。当然，这些都是“非官方”的消息。该公司还宣布他们的客户名单里，有世界上规模最大的太阳能电池组件公司，那就是德国的Q-Cell。
    这些消息当然足以使该公司的股价从1加元猛升到几十加元。
    六月初，在德国举办的INTERSOLAR会议上，另外一家加拿大注册、生产基地在中国的公司----CSI----宣布已经100%地采用UMG，生产出了E-系列太阳能电池，这种电池的效率为13.3%，而价格则比“普通”的电池便宜15%左右。这个消息的震撼力在于，他们公布的不是研究成果，而是已经有了销售，买家是德国和意大利的两家公司。这意味着，UMG已经进入商业化，尽管是以“经济型”的方式进入的。

    11月，两家美国公司先后宣布，用UMG生产出了太阳能电池。一家是位于加利福尼亚州的CaliSolar，为此，该公司成功地融资了1亿美金，用途是扩充其UMG电池的产能。另外一家是Blue Square Energy, 正试图融资2500万美元。两家公司的UMG转换效率均超过了14%。

    这时，世界由于美国的次贷危机，进入了全球性的衰退。在经济危机的背景下还能进行如此规模的融资，这也显示出了UMG的魅力。

中国：山重水复的上半年
    中国的物理法多晶硅从2005年起进入人们的视线。早在2006年，就有不少公司先后宣布已经成功地用冶金法提纯出了6N多晶硅，但这些宣布成功的物理法多晶硅从来没有在市面上出现过。到2007年，又有许多家公司先后宣布了自己已经成功地生产出了物理法多晶硅（请到http://blog.sina.com.cn/bradley 参见作者的系列博客文章：《物理法多晶硅英雄榜》），有不少冶金法多晶硅项目宣布投产和开工建设，其中有不少还声称签订了数千吨的合同。仅从这些消息看，中国俨然成了物理法多晶硅的大国；但和06年的消息一样，这些消息如果不是假新闻，也不过是醉翁之意不在酒的炒作。
    进入2008年，中国物理法多晶硅似乎开始理性回归。和全球的UMG同步，所有的人突然偃旗息鼓，动静再也不像以前那样大了。
    4月底在北京的九华山庄召开的《多晶硅材料与装备研讨会》上，与会的多个专家和代表都表示，当时采用物理法提纯多晶硅的纯度，仅仅达到5N以上。在被问到何时可以实现大规模生产和应用的时候，大连理工大学谭毅教授表示，应该在“不远的将来”；南安三晶的老板郑智雄则说“我早已经在大规模生产了”；赛维的总裁佟兴雪则从用户的角度表示“两年内都不会考虑采用冶金法多晶硅”；最乐观的看法是，在2008年底，物理法多晶硅将达到两个目标：“可以做出太阳能电池，达到可以大规模生产的程度”。这时，没有人真的相信物理法能够很快进入实用领域。
    到了6月初，在上海召开的国际光伏与硅材料会议，物理法成为了会议的热点议题。在会议主办的“光伏领袖高峰论坛”上，赛维的彭小峰董事长大谈了自己对冶金法多晶硅的兴趣和已经做过的调研工作。而南安三晶的郑智雄则“自爆家丑”，在会上大谈了冶金法多晶硅的缺陷，但他的一句带着福建口音的名言语惊四座：“想用桑塔纳的价格买一辆奔驰，有这个可能吗？”从反面衬托出了多晶硅的成本低的特点。但直到这时为止，物理法多晶硅还是藏在幕后，到底能否使用，似乎没有人可以明确说的出来。

中国2008：峰回路转的下半年

    但形势很快发生了变化。两天后，苏州阿特斯宣布用100%的物理法多晶硅生产出了太阳能电池的消息，给了中国物理法多晶硅的业者很大的鼓舞，同时，也带来的很大的压力。
    九月份，宁夏银星多晶硅宣布用冶金法的多晶硅制成电池，并且已经安装了100KVA的物理法多晶硅制成的太阳能发电站。江西赛维宣布已经与德国Q-CELL公司签订了总量为2万吨的硅片加工合同，这个消息的震撼之处在于，这些硅片的材料，全部是UMG。
    这样的背景下，九月下旬在常州举行的国际太阳能会议上，物理法已经成了一个热门的话题。南昌大学周浪教授在会上介绍了在西班牙光伏展上多家太阳能巨头力挺冶金法多晶硅的情况；浙江大学杨德仁教授则介绍了物理法多晶硅的有关技术方面的情况；上海普罗新能源有限公司也在会议上介绍了自己在物理法多晶硅方面的进展，并给出了详尽的成份数据和硅片、电池片的数据，包括磷硼的含量、硅片的电阻率和少子寿命以及电池片的光电转换效率。本次会议上，尽管也有个别老行尊站出来力劝大家不要用物理法多晶硅，但是，绝大多数业内人士对冶金法的怀疑不再是能不能用，而是何时可以大规模用的问题。

    常州会议结束后的一个多月，在11月初，常州天合也宣布，成功地用冶金法多晶硅生产出了太阳能电池，效率达到14%。成为中国继阿特斯之后第二个采用冶金法多晶硅生产电池的企业。不久，阿特斯也传出开始使用国内的物理法多晶硅。

年底的价格暴跌

    多晶硅的价格是在11月份的一个月内跌下来的。金融海啸被确定为向世界性的经济危机转变，是11月的事情。国际形势一片萧条。

    由于本来就临近圣诞与新年，往年的订单在这个时候也会减少。但经济危机使大家担心明年的市场是否会大幅下降。因此，在订单减少的情况下，大家都希望能够将现金握在手中，为此，许多人不敢存货，而将库存拼命地抛出，根本不计成本。

    首先是太阳能电池片的价格暴跌了40%以上，从每瓦28元跌到了每瓦15元人民币。连带导致硅片的价格下降，每片125的单晶硅片的价格从50元以上跌到了25元。而不少人手中所存的多晶硅因为来源比较复杂，成本也高低不一，在这种情况下，原生多晶硅的现货价格从320万人民币跌到了120万/吨。回收料就更加复杂和险峻，原来以200多万一吨买来的，现在30万元一吨也无人问津。

    这种情况下，物理法多晶硅的成本优势变得比较微妙了。第一，多晶硅的需求减少，使得供需不平衡的局面缓解，导致对物理法的需求减少很多；第二，化学法多晶硅的价格下降，使得物理法的纯度的弱势更显突出，掺料的需求也不再迫切。这一切，会导致了中国的物理法多晶硅进入了销售呆滞期。

    但同时，随着价格下降，化学法多晶硅的边际利润的减少，许多化学法多晶硅也开始担心多晶硅的价格何时才是底部。因为目前中国的化学法多晶硅的成本比国外普遍高出近一倍，因此，如果国外大厂扩产的产能一旦释放，那么，多晶硅的价格可能就会跌到比国内厂商的成本还低的程度。这时，国外厂家依然有可观的利润，而国内的化学法的厂家则局势将大大地不妙。

    而物理法多晶硅由于天生具有的成本优势，不仅是国外的西门子法的最有力的竞争者，而且也会使自己立于不败之地。因此，不少新的投资者，包括一些化学法多晶硅的投资者，也将目光转向了物理法。

    2008年12月9日，在上海召开的《2008国际太阳级多晶硅会议》上，来自峨嵋半导体厂的丁中江副总经理在发言时谈到：“长期来看，改良西门子法不会是光伏产业的多晶硅主流工艺。在各种新的多晶硅生产工艺上，冶金法应该排在第一，是最有希望的。”

    这番话表明，多晶硅业界的主流已经有这样的看法：物理法不仅值得重视，而且必须给予重视。

前仆后继的多晶硅公司
    曾几何时，物理法多晶硅似乎成为了点金为石的手段。许多人一哄而上，到处都成了物理法多晶硅的战场。
    进入2008年，经过上半年的沉寂，不少公司退出了这个角逐的领域。主要原因还是由于物理法多晶硅虽然有诸多的好处，但技术难度并不像想象的那么容易，一鼓作气，再而衰，三而竭。连续几板斧见不到效果，许多搞技术的人觉得气馁，投资的人心里也没了底。
    但是，依然还是有人在坚持着，而且还取得了不错的进展。这些人可以大致分为三类：
    第一类，是原本搞金属硅的。利用自己对硅的理解和从外面的世界得到的一些知识，开始了提纯工作。这些公司大多技术路线比较粗糙，没有系统的考量，由于主要经济来源是从金属硅来的，因此多晶硅的提纯技术进展是否好，基本不影响自己的生计；但也正因为如此，所以没有大的决心和动力，属于“有枣没枣打一竿子”的心理。
    第二类，是许多技术不成熟的公司，但还有一定的资金。这些公司今年的在提纯技术方面基本没有什么进展，因此现在处于骑虎难下的局面，只能硬着头皮，坚持在做着。这样的公司，往往因为不能向投资者承认自己的技术还不成熟，因此，造成问题的解决更加困难。这些公司还能生存多久，取决于他们的烧钱速度。因为，一次投资者的投入在见到承诺的效果之前，不会贸然继续投入的。
    第三类，是那些技术路线比较明确，而且在今年取得了长足的进展的公司。这些公司的阶段性产品已经开始为下游厂家认同。通常，这样的公司有比较完整的技术团队，也有比较充裕的资金。由于技术进展比较顺利，因此，后续融资也不会是大的问题。这些公司下一步要做的，只是要将已经取得的成多以大批量的规模稳定住，并且进一步提高产品的质量。
    在上面这三类公司，都有可能继续做下去，但也会不断地有公司退出。这次的金融危机，会加速变化，能够做下去的，会做得更好些，有些顶不住的，会退出得更快些。

    总之，2008年的物理法多晶硅，虽然表面上没有比2007年更火，甚至还倒退了一些。但实际上，却是有了本质的进展，甚至可以说是飞跃。借用毛泽东在井冈山所写的文章的一句话，“它是站在海岸遥望海中已经看得见桅杆尖头了的一只航船；它是立于高山之巅远看东方已见光芒四射喷薄欲出的一轮朝日；它是躁动于母腹中的快要成熟了的一个婴儿。”