Was ist Polysilizium, welche Rolle spielt es in Solarmodulen und gibt es soziale und staatliche Bedenken hinsichtlich seiner Herstellung? Hier ist ein Primer.
Polysilizium, eine hochreine Form von Silizium, ist ein wichtiger Rohstoff in der Solar-Photovoltaik (PV) -Lieferkette. Zur Herstellung von Solarmodulen wird Polysilizium bei hohen Temperaturen zu Ingots geschmolzen, die dann zu Wafern geschnitten und zu Solarzellen und Solarmodulen verarbeitet werden.
Quelle: National Renewable Energy Laboratory, 2021
Wie Polysilizium hergestellt wird
Drei sind drei Haupttechnologien zur Herstellung von Polysilizium.
Das ‚modifizierte Siemens-Verfahren‘ ist derzeit die dominierende Technologie in China. Trichlorsilan (TCS) wird unter Verwendung von zwei bereit verfügbarem metallurgischem Silizium (von 95-99% Reinheit) und flüssigem Chlor hergestellt.
Nach destillativer Reinigung wird das TCS verdampft und mit Wasserstoffgas vermischt. In einem Absetzungsreaktor werden Silikon slimrods bis zu 1 100C erhitzt und das Überschreiten der Gasgemischergebnisse inhigh-Reinstsilizium, das auf der Oberfläche der Stangen niedergelegt wird. Dieser Prozess wird fortgesetzt, bis ein bestimmter Durchmesser (typischerweise 150-200 mm) erreicht ist.
Das Wirbelschichtreaktorverfahren (FBR) und das verbesserte metallurgische Siliziumverfahren (UMG) sind die beiden anderen Technologien.
- FBR verbraucht deutlich weniger Strom bei höherer Umwandlungsrate durch Verwendung von Siliziumkeimpartikeln anstelle von Silizium rods.It ist eine weniger ausgereifte Technologie und nur wenige Polysiliciumproduzenten currentlyuse es in einigen ihrer Anlagen.
- UMG nutzt physikalische Methoden, um Verunreinigungen direkt aus dem Siliziummetall zu extrahieren, anstatt chemische Prozesse, die den Energieverbrauch reduzieren. Mit UMG hergestelltes Silizium weist jedoch keine so hohe Reinheit auf wie die beiden anderen Methoden und wird daher nicht häufig verwendet.
Jüngste Markttrends in der Polysiliciumindustrie
Die Polysiliciumindustrie hat sich zunehmend konsolidiert, wobei die fünf größten Unternehmen laut BNEF 73% der weltweiten Produktion im Jahr 2020 gegenüber 60% im Jahr 2017 ausmachten. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass einige Unternehmen in den letzten Jahren nach einer Überkapazitätsphase ihre Kapazitäten stillgelegt haben. Diese Unternehmen konnten nicht mit Billigherstellern konkurrieren, die in einem Niedrigpreisumfeld einen größeren Umfang und eine größere Effizienz aufweisen.
Darüber hinaus verhängte China Zölle auf Polysiliciumimporte.Davon profitierten lokale Erzeuger, die bereits einen Kostenvorteil gegenüber internationalen Wettbewerbern hatten. Auf China entfielen 77% der weltweiten Polysiliciumproduktion im Jahr 2020. Die Herstellung findet hauptsächlich in Xinjiang, Yunnan oder Sichuan statt, wo Strom billiger ist und der Rohstoff in der Nähe ist.
Nachdem Störungen in der Lieferkette im 3. Quartal 2020 zu höheren Preisen für Polysilicium führten, sind die Preise seit Anfang 2021 aufgrund der Marktengpässe deutlich weiter gestiegen.
In Erwartung einer starken Nachfrage – die Solarinstallation wird in den nächsten drei Jahren voraussichtlich um 15% pro Jahr zunehmen (laut BNEF) – haben nachgelagerte Waferunternehmen die Kapazität im Jahr 2020 um 45% gesteigert.
Diese wachsende Nachfrage von Waferfirmen, die Polysilizium zur Herstellung von Wafern verwenden, hat zu einem Ungleichgewicht zwischen Angebot und Nachfrage geführt. Ein Hersteller geht davon aus, dass das Angebot bis Mitte 2022 knapp bleibt, wenn neue Kapazitäten in Betrieb genommen werden.
Was ist mit den Arbeitspraktiken in China?
Im Juni 2021 erließ der US-Zoll- und Grenzschutz einen ‚Withhold Release Order‘ gegen einen großen Lieferanten von metallurgischem Siliziumpulver wegen Vorwürfen, Zwangsarbeit eingesetzt zu haben. Die Durchsetzung erfolgt wahrscheinlich über nachgelagerte Unternehmen, an die dieser Lieferant verkauft. Dies könnte Ladungen in die USA detailliert beschreiben, bis die Quelle der Lieferkette klar ist.
Da die USA jedoch weniger als 2% der chinesischen PV-Exporte ausmachen (Durchschnitt der letzten drei Jahre), glauben wir, dass lokale Unternehmen Produktionsstätten außerhalb von Xinjiang, wo sich dieser Hauptlieferant befindet, nutzen können, um den US-Markt zu bedienen.
Unabhängig davon haben die USA andere chinesische Unternehmen auf die schwarze Liste gesetzt, dass ihre Mitarbeiter an Menschenrechtsverletzungen in Xinjiang beteiligt waren. Zumindest einige der vom Handelsministerium aufgeführten Unternehmen sind große Hersteller von monokristallinem Silizium und Polysilizium, die in der Solarpanelproduktion verwendet werden.
Eine potenzielle Marktauswirkung könnte eine weitere Verschärfung des Polysiliciummarktes sein, insbesondere wenn eine Prämie für Polysilicium entsteht, das außerhalb von Xinjiang bezogen wird, das aufgrund seiner niedrigen Stromkosten eine kostengünstige Produktionsregion ist. Dies könnte dazu führen, dass die Preise für Polysilizium steigen und ein höheres Niveau halten. Die Kosten für Modulhersteller könnten steigen, da sie ihren Supply-Chain-Audit-Trail nachweisen müssen.
ERWÄGUNGSGRUND, 2021 https://www.recsilicon.com/technology/rec-silicons-fluidized-bed-reactor-process/
Quelle: Bernreuter Forschung, 2021 https://www.bernreuter.com/polysilicon/production-processes/
Aus der CBP-Erklärung: „Diese Anordnung zur Zurückhaltung der Freilassung zeigt, dass wir weiterhin die Menschenrechte und die internationalen Arbeitsnormen schützen und einen faireren und wettbewerbsfähigeren globalen Markt fördern, indem wir die Verpflichtung der Biden-Harris-Regierung zur Beendigung der Zwangsarbeit erfüllen.“
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