光伏生死路——烫金的硅片

今年10月全面扭亏的保利协鑫已闻不到死亡的味道，过去多年，忧患一直在折磨着这家公司。早在2009年，保利协鑫创始人朱共山来到位于徐州的多晶硅业务子公司中能硅业时，就叮嘱正在做硅烷流化床项目的中能总工程师蒋立民，“这个项目是保利协鑫今后能不能生存，决定命运的项目。”

此时光伏业还没有遇到寒冬。虽与2008年超过70%的毛利率相比有下跌，但2009年保利协鑫依然拥有36.4%的高毛利率，其每年1.8万吨的产能占据全国产量40%，滚滚而来的利润不难算出。可即便在如此好的时代，朱共山也并没有减弱危机感。

一直到目前为止，保利协鑫在光伏领域都有着不可撼动的地位。作为全球最大多晶硅生产商，保利协鑫占据全球超过20%的市场份额；同时保利协鑫是全球最大硅片生产商，占据全球30%的市场份额，产能高出第二名两倍多。如今，保利协鑫以402亿港元（52亿美元）的市值，超越 First Solar51亿美元的市值，成为全球第一大市值的太阳能企业。这不过距离其进入光伏行业仅七年时间。

2006年，以电厂为主营业务的朱共山下决心进入光伏领域，押注在产业链门槛最高的上游多晶硅环节。这并不是轻易能够玩转的行业，德、美、日已经在多晶硅行业有超过50年的积累，当时国内的多晶硅几乎全部依赖进口。随着光伏行业对多晶硅需求的崛起，多晶硅价格一路疯涨，最高时2008年多晶硅价格高达每公斤500美元，这也吸引了诸多掘金的玩家，但随之而来的是多晶硅价格的崩塌。

现在多晶硅价格跌至每公斤18美元，全球多晶硅巨头悉数亏损，国内80%的多晶硅产能已经由于价格太低无力支撑而停运。“我们是最后亏损，最早复苏的。”保利用协鑫副总裁吕锦标对《环球企业家》说。能在行业严冬时生存下来，在于保利协鑫现在能够做到多晶硅改良西门子法全球最低成本—2011年就开始低于每公斤20美元。而朱共山并不满足于 此。

早在2009年，多晶硅依然处于卖方市场且坐拥高价时，朱共山就已开始考虑新的技术路线。当时，保利协鑫对改良西门子法的持续改进，已经在能耗物耗和反应效率方面做到极致。但诸多竞争对手涌入并在电价更低的四川和新疆建厂。照此发展，保利协鑫有被追赶上的危险。保利协鑫只能避开同质化竞争，选择能耗和成本都更低的技术。经过几种路线考虑之后，最终选定硅烷流化床技术，并将之定为“决定协鑫未来能不能长期生存发展”的项 目。

如今，经过三年研发，2012年保利协鑫千吨硅烷流化床线中试成功。现在开始进行几十倍的产业化放大，计划在2014年万吨级硅烷流化床项目投产，届时保利协鑫将实现惊人的成本—低于每公斤10美元。

而现在行业也开始回暖。可再生能源咨询机构GTM在报告中预测，未来原料价格被低估有望得到纠正，2014年全球多晶硅价格有望上涨高达25%，硅片价格有望提高11%，电池价格提高5%，组件价格将下降1%。不难预测，占有全球最大多晶硅和硅片市场份额的保利协鑫，将是下一轮光伏回暖中最大的赢家。

硅烷法

多晶硅是半导体芯片的原料。过去多年，多晶硅一直由包括德国瓦克（Wacker）在内的传统七大国际生产商把持。光伏行业快速崛起后，其对多晶硅原料需求迅速超过半导体。现在多晶硅应用中，90%用于光伏，只有10%用于半导体。保利协鑫则是光伏业崛起中孕育出来的多晶硅巨头。

保利协鑫在2006年进入多晶硅行业时，最成熟的技术是改良西门子法，这一技术也拥有成熟且公开的设备供应商。保利协鑫在多晶硅行业零积累的背景下，选择了改良西门子法，并开始在徐州搭建多晶硅生产工厂。过去七年时间，其通过设备国产化、自主研发设计关键工艺、对生产持续改进将成本快速降低。2008年保利协鑫多晶硅生产成本还是每公斤66美元，现在已经降到每公斤17美元。

“改良西门子法成本再要下降，空间越来越小，到天花板了。”蒋立民告诉《环球企业家》。2009年，保利协鑫开始启动硅烷流化床项目，这是一种成本更低的技术路线。

从硅的转化率来看，改良西门子法在还原炉中的一次转化率只有10%，硅烷流化床法能够达到98%。改良西门子法的反应温度高达1100度，硅烷流化床的反应温度为500到600度，后者能耗也更低。硅烷法的反应面积远远大于改良西门子法，亦能进一步降低能耗。而且，与改良西门子法每三天就要打开装置相比，硅烷法可以在封闭空间内持续反应，持续进料和输出产品。

可是这项技术却很难掌握。硅烷流化床法在过去只被两家企业实现过商业化，一家是挪威的REC，另一家是美国的MEMC，其对供应商和工艺流程的保密性要求都极高。即便是做得最成功的项目，至今也有没有解决反应效率和产品纯度等问题。

保利协鑫执行总裁舒桦介绍，当保利协鑫决定启动硅烷流化床项目时，内部出现了不同的声音：改良西门子法在市场中每年有几十亿的营收，坐拥高达36.4%的毛利率，在如此舒适的市场环境下为何要投几亿来冒风险？“我们有时候也比较矛盾，这个硅烷法出来，要革自己的命。改良西门子法我们已经做到最优了。但技术进步就是这样，这条线革上条线的命，这代技术革上一代技术的命”，吕锦标对《环球企业家》说，“技术进步日新月异，要把自己的过去和追赶者一起甩掉。”

硅烷流化床法的原理是，成份是四氢化硅的硅烷气在流化床的反应器中，跟特别细碎的种子硅粉发生气固反应，在高温下，硅烷气分解成硅和氢气，整个反应过程固体越来越多。“就像炒豆子、豆子越来越大的过程。”蒋立民如此形容。

其难点之一在于，颗粒硅会在生成过程中由于剧烈反应而不停地撞到流化床反应炉的内壁，如果内壁材料选用得不好，会让颗粒硅沾上杂质而纯度不高。国外现在通过硅烷流化床法做出的颗粒硅纯度不高就是由这个原因造成的。另一难点在于，这个气固反应的过程中固体越来越大，如何及时地把符合标准的颗粒硅送出去，又不让作为种子的硅粉同时出去，也不能让颗粒硅越积越多堵住硅烷气进来的入口，这对流化床反应炉的结构设计有非常高的要求。在这个动态的反应过程中，如何加热、在不同段控制不同温度，也是非常复杂的过程。

“任何项目攻克，最关键的还是人和团队。”舒桦说。

舒桦介绍，保利协鑫早在2008年就在美国华盛顿州里奇兰设立研发中心，吸引行业内最顶尖的外籍专家加入，从事改良西门子法的系统优化和硅片技术创新。研发中心地点设在美国，就是为让这些外籍专家有离家更近的工作地点。现在这个研发团队超过三十人。同时，中能硅业也在徐州搭建了硅烷流化床项目的专项课题组，有从半导体和化工行业、精密设备制造业找来的各色人才，包括此前做化工设计院的院长，团队有二十多人。

硅烷流化床项目经

过前期研发后，保利协鑫决定在2009年开始做每年1000吨产能的中试线。这条中试线仅设计就花了2010年、2011年两年的时间。这期间，来自设备和工艺领域的各门类专家都集中到中能。中能课题组的20多个成员面临者强度更高的工作节奏，在设计最后的五个月，课题组所有人工作时间从早八点半到晚上十点半，每天工作十四个小时，周末无休。2011年春节放假三天后，大年初三的早上，课题组成员就全部到中能开始工作。

为解决颗粒硅沾上流化床反应炉内壁杂质的问题，课题组找到外部合作方，一起对内壁材料进行设计，最后选择出一种特殊材料；在结构设计上，最初讨论出20多种方案，并从中挑选出一种做中试设计。

蒋立民在中能办公室的书柜中，有一半的空间摆放着从中试项目试验中做出来的一批批产品。如果反应顺利，生产出来的产品应该是直径为几毫米的颗粒硅。蒋立民的书柜里摆着长宽都超过1米的片状硅体，体积比标准颗粒硅产品大了100万倍。还有布满小孔的超过一个拳头的硅块，这些都是中试试验中生产出来的失败产 品。

“已经想到试验时会产生奇怪的东西，但没有办法想象，怎么会产生这么大的东西。”蒋立民拿着那块巨大的片状硅体对《环球企业家》 说。

2012年5月，中试项目终于成功产出达标的颗粒硅，且纯度能够实现11个九（即99.99999999999%）。目前市场上销售的颗粒硅产品纯度仅为6到7个九。

两年的时间进行项目设计，一年的时间搭建中试项目并成功产出，在硅烷流化床项目中已经是非常快的速度。德国、日本不少老牌多晶硅生产商也曾进行过硅烷流化床项目的研发，至今没有推出技术产业化的计划。

在多晶硅行业中已经有数十年经验的老专家，也觉得保利协鑫的速度“不可理喻”。在前期研究工作做完后，画出工艺流程图在老专家看来需要三个月。蒋立民当时定下的时间是一个月，最终工艺流程图也是一个月画完了。

“我们工作的节奏和方式是，可以八小时外、周末全部用来工作，也感染了外聘的专家和协作单位。他们本来的理念是不加班，后来也跟着我们周末一起工作。”蒋立民说。

产业化

制造业中，最终能占据市场主导地位的一定不是所谓的“好技术”，而是能成功产业化的技术。在晶硅电池中，效率低于单晶的多晶占据市场主导份额，被称为二代光伏技术的薄膜技术市场接受度也远不如晶硅技术。

硅烷流化床技术能否在多晶硅领域得到更广的应用，在于能否成功将这一技术产业化。中试项目完成后，保利协鑫课题组紧接着开始将技术产业化，对中试项目进行几十倍的放大。中试单条硅烷气产线的产能从1000吨/年放大十几倍，单个流化床反应炉放大到6000吨/年。从全球范围内来看，还从来没有设计出应用于硅烷流化床的超过1200吨/年的项目。

“我们单台反应炉就是别人的5到10倍，这是朱共山董事长提的目标，要做就做人家做不了的事情。”蒋立民说。过去七年在多晶硅行业的积累，让朱共山深谙技术在大系统释放的规模效应。过去保利协鑫在改良西门子法上的成功也得益于此，大产能的搭建和扩容，让保利协鑫在建设成本和生产成本上都具有强竞争力。

通过硅烷气产线和流化床反应炉的搭配，保利协鑫实现全球第一个产能超万吨的硅烷流化床产业化项目。

为了加快进程，课题组把已经设计出来的二代和三代流化床反应炉都投入到第一个产业化项目中。计划在2014年底前实现万吨硅烷流化床项目量产，实现10美元/公斤成本的电子级颗粒硅，这对所有多晶硅生产商而言，都是致命的杀手锏。

回溯保利协鑫历史，产业化一直是其拿手好戏。保利协鑫曾从零开始突破硅片生产，并成功将高效硅片技术产业化。2009年，朱战军正在负责中能第三期多晶硅业务的基建工程，突然被朱共山委以新任。朱的新任务就是在中能硅业徐州多晶硅工厂旁搭建一个硅片工厂，并负责工厂建成后的运营管理。硅片的生产设备主要是铸锭炉和拉晶炉，将中能产出的硅料在铸锭炉中加工成硅锭，硅锭在切片工厂加工成硅片后再被送到电池和组件工厂，并最终生产出终端的光伏电池板。

当时硅片市场供不应求，多晶硅和单晶硅的发展方向亦不清晰。朱战军告诉《环球企业家》，仅方案设计修改就多达九次，从最初500MW多晶硅加上300MW单晶硅的规划，到最后确定为3.5GW的多晶硅。2009年9月开始动工，2010年1月就开始有硅锭产出。“当时市场对硅片需求非常大，建好一个炉子就生产一台，其他生产线继续建。”朱战军说。伴随硅材料工厂的建设，保利协鑫收购了一个300MW的切片工厂，再通过在下游客户电池工厂旁边布局切片厂，迅速在9个月内建起了3.5GW的硅片产能，位列全球首位。

“保利协鑫光伏发展历程不长，做事的原则是总站在行业最前端，要么不做，要么做最好。”保利协鑫执行总裁舒桦告诉《环球企业家》。能印证这句话的并非只有其全球第一大的产 能。

2011年上半年，全国开始大量新建光伏项目，从多晶硅到组件。一方面国内光伏产能大幅增加，另一方面欧洲已经开始下调光伏补贴，制造端在快速扩容，而需求端正在收缩。“当时我们已经看到了趋势，未来企业如果没有差异化的创新能力，往后肯定是灾难性的后果。”朱战军介绍，于是，保利协鑫硅材料公司开始搭建研发团队。

除从海外物色的半导体芯片工艺技术开发人才，有一个人是朱战军关注了一年多的，那就是现在的公司研发总监游达博士，当时中科院博士游达来到徐州参加行业会议，朱战军当时作为东道主请参会人员吃饭。饭桌上朱战军意识到，游达是个非常适合做研发的人。“他的思维活跃，很发散，又有很好的理论和行业背景。”朱说。于是敬酒的时候，朱战军发出了邀约，却被游达以“不可能”干脆回绝。朱战军开玩笑地说，日后他一定会让不可能变成可 能。

游达在2011年离开原来的公司加入上海一家小的光伏企业，朱战军辗转到上海再次游说他，后来两人又在苏州见了一次。朱战军说，现在投资光伏的企业那么大，小企业不会有竞争优势。而协鑫未来一定会成为行业内的领头羊，如果游达加入这个进程会加快。这次游达被说服，加入保利协鑫硅材料公司担任研发总监。后来，又有一批刚毕业的硕士和博士加入到硅材料研发团队中。

2011年，一个偶然的机会，美国多晶硅生产商MEMC资深研发科学家代冰与朱共山相识，朱共山抛出橄榄枝后，代冰加入到保利协鑫美国里奇兰研发中心担任研发总监。

后来在朱共山的游说下，代冰从美国回来，到苏州担任保利协鑫首席技术官。彼时，代冰仅35岁。2005年代冰从明尼苏达大学拿到化工博士学位后，在加州大学及美国能源部洛斯阿拉莫斯国家实验室有多年研发经历。转到MEMC做多晶硅之后，代冰做到了MEMC首席技术官的助 理。

找风向

在保利协鑫强力打造研发团队时，2011年光伏市场果然发生逆转，硅片价格由于光伏下游市场需求缩减而迅速下跌，2011年一年硅片价格跌幅就达50%。此时的市场更需要低成本、高效率的产品来抵御全行业价格的快速下 跌。

担任保利协鑫CTO之后，代冰开始负责产品的研发和定位。多年西方市场丛林法则浸淫，代冰要求产品开发必须紧紧围绕市场。

如果把光伏产品市场看做金字塔，位居塔顶的是高效单晶电池，这一产品的特点是转化效率高，价格也贵。位于塔底的是普通多晶电池，虽然效率低，但价格便宜。而在2011年，光伏界大热的概念是类单晶，这种产品位于金字塔中部，稍高于多晶、远低于单晶的价格，能实现接近单晶的效率。

保利协鑫在研发时，选定的方向的是金字塔中部的类单晶。“N型单晶电池的成本过高，保利协鑫的开发策略是紧紧围绕市场。”舒桦 说。

第一款推向市场的产品就是类单晶产品鑫单晶G1，掀起当年类单晶风潮中的一波高潮。保利协鑫一类鑫单晶片达到18.5%以上的平均转化效率，是当年量产类单晶产品中最高的效率。

然而在2011年类单晶风潮中，代冰清楚意识到该类产品存在的巨大风险，该风险来自于类单晶技术当时存在的瓶颈，及其市场定位的模糊。代冰告诉《环球企业家》，“定义一款产品，目标定位一定要是非常精准。类单晶针对的究竟是哪款产品？单晶抑或多晶？不是很精 确。”

虚晃一枪抢占类单晶制高点时，代冰已悄然将研发重点调整为高效多晶硅片开发。当时的目标锁定在台湾半导体企业的高效硅片产品。高效多晶硅片的研发中，很关键的一步是改变了对晶体的认识。通过改变长晶结构，保利协鑫在2012年3月推出17.2%效率的高效多晶硅片鑫多晶S1。而当时类单晶产品哀鸿一片，逐步淡出市场。

保利协鑫产品方向从类单晶改为高效多晶后，国内的硅片生产商也开始掉头朝高效多晶的方向追赶。为保持领先优势，S1推向市场后，保利协鑫按每6个月推出一款新型高效硅片的节奏，分别在2012年10月和2013年5月推出了鑫多晶S2和S3。每款新品相较上一代产品，转化效率上均有0.3到0.4%以上的提升。保利协鑫的高效多晶硅片方向大获成功，鑫多晶S2逐渐成为市场上最具统治力的硅片产品，2013年全年销量预计超过10亿片。S3则偏重于有高需求的高端客户定制。由于保利协鑫的硅片有效率和成本优势，一些自己有硅片生产能力的电池组件企业也停掉了硅片产线，购买保利协鑫的产品。

高效多晶硅片被市场认可，关键在于保利协鑫从研发阶段就开始紧跟最下游的节拍。“我们在研发上更像美国公司，对终端产品有清晰定位，我们想把钱花在刀刃上。”代冰说。保利协鑫的研发自始自终与一线生产紧密结合。研发团队与负责现场技术人员定期会议，探讨最优工程设计便于以后操作、成本降低、加工窗口放大。

正当全行业狂热于高效多晶开发时，代冰已看到高效多晶技术可能存在的临界点，认识上不突破，效率的提升可能面临一个瓶颈。代冰的目光再次聚焦到类单晶产品上，全力以赴实现类单晶技术瓶颈突破。2013年最后一个月保利协鑫将发布新一代鑫单晶产品。代冰告诉《环球企业家》，“保利协鑫从不做市场和技术的追风者，而是始终领先竞争对手一步。”

朱战军认为，研发就像是大海中航行，要寻找风向，并做好改变航向的准备。S2研发过程中，最开始朱战军放手让研发团队尝试各个实现路径，最后有两个小组因为技术路线选择上发生了激烈的争论，最后摆到朱战军面前让他决策。

一种技术路线质量更稳定，成本也更高，另一种则相反。在方向性的选择上，朱战军也咨询了市场部门的意见，现在保利协鑫是否需要一款质量稳定打市场的产品，得到肯定的回答后，朱再询问游达，有没有信心将来产业化后再把成本做下来，游达回复可以做到。“最后拍板选择了质量更稳定的方式，这是S2研发过程中我做的最重要决策。如果整个方向错了，这是大是大非的问题。”朱说。

对于制造，朱战军的理解是，制造是一列沿着固定铁轨往前驶的火车，不能有任何偏差。因此保利协鑫对于生产过程有着严格管控。在硅片工厂的900多台铸锭炉，任何一台想要进行工艺参数的更改，都必须经过严格的工艺验证。每一次工艺改进后，必须对每台铸锭炉连续生产的十个硅锭进行检验，全部达标后才能验收，这个验收由代冰亲自来抓。在切片工厂，每块硅片都由分选机分选出来，所有分选机的参数设置都是一样，以此来保证硅片质量都在一个等级。

这也是保利协鑫的硅片能做到8GW如此巨大的产能后，依然保持硅片产品稳定性的原因，而且在每一次高效多晶硅片推出后，所有产品效率都能稳定提升。加之保利协鑫自身生产硅料，从最上游源头就可进行质量把控，且实现低成本的硅料。保利协鑫的硅片以极高的性价比和稳定性，占据国内能流通硅片市场75%份额，并一直引领市场。

“制造业就是这样，那么多员工，那么多资产，那么多债，每天一睁眼就要面对这些东西。对于保利协鑫来说，没有退路，只能把品质往上提，把成本往下降。”舒桦说。他认为，保利协鑫大规模产能扩容，又经历行业寒冬屹立不倒的关键是，不做重复投资，一直在引领行业最前端技术。行业整合淘汰产能时，最先淘汰的是落后产能。

竞争优势保持得越明显，往前的道路则越顺畅。几年前，保利协鑫美国里奇兰研发中心总裁演讲时以“Best Technology”作为演讲题目。他认为保利协鑫现在就像是在飞行，现已到了六千米高空的层次，还在往上升，等到一万米高空，达到新的层次后，就可以全速前 进。