多晶硅，是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。
多晶硅可作拉制单晶硅的原料，多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。
在太阳能利用上，单晶硅和多晶硅也发挥着巨大的作用。要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。从国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。
生产工艺、冶炼成本及利润
目前多晶硅生产主要使用三氯氢硅法，也就是改良西门子工艺，其次是硅烷 流化床法。根据 CPIA 数据，我国 2020 年三氯氢硅法生产占比 98%，硅烷法生产 仅占比 2%。
目前流化床颗粒硅工艺有逐步普及的势头，根据 CPIA 数据，2021 年硅烷法 颗粒硅产能和产量小幅增加，颗粒硅市占率有所上涨，同比提升了 1.3 个百分点， 达到 4.1%，棒状硅占 95.9%，未来颗粒硅市场占有率将逐步提升。其主要优势是 电耗低，据硅业分会数据，硅烷流化床法直接电耗为西门子法的 10%，综合电耗 为西门子法的 1/3；其次颗粒硅无需破碎，可以直接拉晶使用，能填补硅块空隙， 提高坩埚装填量，进而提高拉晶产出；颗粒硅大小形状比较均匀，熔化时对拉晶 炉热场扰动小，是重复直拉单晶理想的复投，可以用机器自动加料或连续加料。 而缺点是硅料表面存在悬挂键，使得加料时易跳料，对炉壁寿命造成损伤；颗粒 硅比表面积大，易引入表面污染；硅烷生产存在安全隐患。随着技术发展，颗粒 硅的弊端有望进一步解决。
多晶硅生产环节包括电耗、水耗、蒸汽耗量、硅耗等。以西门子工艺为例， 据 CPIA 报告，2021 年单炉致密料占比维持 70%-80%，多晶硅平均还原电耗较 2020 年下降 6.1%，为 46kWh/kg-Si。未来随着气体配比的不断优化、大炉型的投用和 稳定生产、以及单晶厂家对于菜花料的试用，还原电耗仍将呈现持续下降趋势， 到 2030 年还原电耗有望下降至 42kWh/kg-Si。目前流化床法还原电耗仅 3kWh/kgSi。
2021 年，冷氢化平均电耗在 4.7kWh/kg-Si 左右，同比下降 11.3%，到 2030 年有望下降至 4.1kWh/kg-Si 以下。技术进步的手段包括反应催化剂的开发、提 高工艺环节中热能回收利用率、提高反应效率等。 2021 年，多晶硅平均综合电耗已降至 63kWh/kg-Si，同比下降 5.3%。未来随 着生产装备技术提升、系统优化能力提高、生产规模增大等，预计至 2030 年有 望下降至 55kWh/kg-Si。目前硅烷流化床法颗粒硅综合电耗较三氯氢硅法棒状硅 低 40%-50%。预计到 2030 年，通过余热利用降低蒸发量，精馏塔排出的物料再回 收利用降低残液处理水耗等措施，可将耗水量控制在 0.09t/kg-Si 的水平。
2021 年，多晶硅平均水耗在 0.1t/kg-Si 的水平，同比下降 16.7%。新疆地 区气候干燥，蒸发量大，水耗较行业平均值高。 2021 年企业蒸汽耗量均值为 18.4kg/kg-Si 左右，同比下降 20%，在新疆等 寒冷地区蒸汽耗量较其他地区高。随着企业还原余热利用率提升、提纯、精馏系 统优化等，2030 年企业蒸汽耗量将降至 8.8kg/kg-Si。因为西门子法还原温度高， 利用热能可生成较多蒸汽，外采蒸汽需求较低，目前甚至部分企业不需要外采蒸 汽，而硅烷流化床法蒸汽消耗约 20kg/kg-Si。 2021 年，硅耗在 1.09kg/kg-Si 水平，基本与 2020 年持平，且近 5 年变化 幅度不大。随着氢化水平的提升，副产物回收利用率的增强，预计到 2030 年将 降低到 1.07kg/kg-Si。
百川盈孚数据，2022 年 5 月中旬，多晶硅总生产成本约为 6 万元/吨，成本 受工业硅价格和电价影响权重较大，其中工业硅占比 43%，电费占比 28%，三氯氢硅用来模拟计算氯气成本。但也要注意多晶硅行业生产利润率达到 80%，这也是 驱动企业增产扩产的主要动力。
来源：未来智库
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