我國宣布對兩種新興戰(zhàn)略關鍵礦產(chǎn)實施出口管制。
7月3日晚,商務部、海關總署發(fā)布公告,經(jīng)國務院批準,決定對鎵、鍺相關物項實施出口管制,以維護國家安全和利益。公告自今年8月1日起正式實施。出口經(jīng)營者如未經(jīng)許可出口、超出許可范圍出口或有其他違法情形的,將依法受到行政處罰或追究刑事責任。
“鎵”,其實是一個戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源大家族的新成員。很多人對它可能很陌生,但光伏人都知道,“鎵”對于光伏來說,太重要了。
鎵、鍺都是重要的稀有金屬,在半導體材料、新能源等領域應用廣泛。其中,鎵更是被稱為“半導體工業(yè)新糧食”,鍺也是重要的半導體材料之一。
從全球產(chǎn)量來看,中國的鎵、鍺金屬產(chǎn)量占比最高,分別高達90%、68%。另外,市場普遍認為,在美國打壓我國高科技產(chǎn)業(yè)的背景之下,我們對上述兩種稀有金融的出口管制,或許意味著一種對等反制。
01
鎵,真是捧在手里怕化了
鎵,實際上是第一個被“預言”的元素。在元素周期表發(fā)明以后,是“鎵”這種東西,第一次填補了元素周期表中預留的“空位”。
1875年,法國科學家布瓦博得朗在閃鋅礦礦石中首次發(fā)現(xiàn)了鎵,并以法國在西羅馬時期的名字Gallia(“高盧”)命名,元素符號定為Ga。
鎵這種金屬很神奇,熔點很低,只有29.78℃,這個溫度放在手中即可融化。然而,它的沸點卻高達2403℃。因此,鎵也是自然界液相條件下溫差最大的金屬元素。
鎵的用處很多,對于光伏產(chǎn)業(yè)而言,可以稱得上是一種有劃時代意義的稀有金屬。
硅片分為N型、P型。P型、N型主要是根據(jù)硅料摻入雜質(zhì)及導電類型的不同劃分:當硅中摻雜硼、鋁、鎵等,以空穴導電為主時,為P型;當硅中摻雜磷、砷、銻等,以電子導電為主,為N型。
鎵在光伏上的應用,離不開施博士母校——澳大利亞新南威爾士大學的重大發(fā)現(xiàn)。最初,該大學光伏和可再生能源工程學院小組的研究表明,在光伏電池的硅中加入鎵,可以導致非常穩(wěn)定的太陽能電池板,使用壽命中更不容易退化。
簡要說說鎵的原理。
太陽能電池通過利用太陽光的能量來"分解"硅中的負電荷或電子,將太陽光轉(zhuǎn)化為電能。然后,這些電子被收集為電能。然而,將光照在一塊普通的硅上并不能發(fā)電,因為從光中釋放的電子并不都是朝同一個方向流動。為了使電力朝一個方向流動,我們需要創(chuàng)造一個電場。
在目前的硅太陽能電池中,是通過在硅中添加不同的雜質(zhì)原子來實現(xiàn)的,以創(chuàng)造一個比正常硅有更多負電荷的區(qū)域(n型硅)和一個有較少負電荷的區(qū)域(p型硅)。當我們把這兩部分硅放在一起時,我們形成了所謂的"p-n結",這使太陽能電池得以運行,而向硅中添加雜質(zhì)原子的做法被稱為"摻雜"。
最初,人們摻雜硼。但是硼原子有一個弱點,就是陽光照在充滿硼的硅上,會使硅的質(zhì)量下降,這通常被稱為"光誘導的退化",在過去十年中,這個問題一直是太陽能研究的熱門話題。
這種退化的原因相對來說很好理解:當我們制造純硅材料時,我們必須有目的地添加一些雜質(zhì),如硼,以產(chǎn)生驅(qū)動電力的電場。然而,其他不需要的原子也因此而被納入硅中。這些原子之一就是氧,它從坩堝中就被加入到硅中。
當光照在同時含有硼和氧的硅上時,它們會結合在一起,造成一種缺陷,可以捕獲電力并減少太陽能電池板產(chǎn)生的電量。這就意味著為太陽能電池板提供動力的陽光,也會縮減組件的壽命。
就在這時,“鎵”出現(xiàn)了。因為硼并不是我們可以用來制造p型硅的唯一元素。實際上,在元素周期表中,有一整列的元素都比硅少一個負電荷,其中最適合的就是“鎵”。
鎵最大的優(yōu)點就是,它不會與氧氣結合在一起而導致光伏組件退化。但是,鎵的作用雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了二十多年,但一直沒有被使用。
這是為什么呢?因為一家日本公司——信越化學,該公司在半導體硅片領域有接近30%的市占率。在2000年,該公司將摻鎵硅片技術在美國和歐洲申請了專利保護。在專利保護期內(nèi),隆基、晶澳等皆是通過購買授權才獲得使用權。2020年5月,這個硅摻雜鎵的專利過期,行業(yè)才開始迅速從硼轉(zhuǎn)向鎵來制造p型硅,并大大推動了Perc的發(fā)展。
02
限“鎵”,效果會很大
鎵在自然界中通常不會單獨發(fā)現(xiàn)。相反,它是作為精煉廠的副產(chǎn)品以小濃度生產(chǎn)的,這些精煉廠專注于鋅或氧化鋁等其他更主流的原材料。
與銅或石油等其他大宗商品相比,該市場規(guī)模很小——例如,根據(jù)美國政府發(fā)布的數(shù)據(jù),2022年美國進口的金屬鎵和砷化鎵晶圓的價值僅為2.25 億美元左右。但是,它們在戰(zhàn)略行業(yè)的作用,意味著限制措施仍可能產(chǎn)生深遠的影響。
鎵被稱為“半導體工業(yè)新糧食”,被廣泛應用于光伏、磁性材料、醫(yī)療、化工特別是無線通訊、LED等領域。
砷化鎵作為重要的第二代半導體材料,是目前最為成熟、生產(chǎn)量最大的化合物半導體材料之一。鎵用于化合物半導體,它結合了多種元素以提高電視和手機屏幕、太陽能電池板和雷達的傳輸速度和效率。
因此,金屬鎵不僅被中國作為戰(zhàn)略性儲備礦產(chǎn)之一,也先后被歐盟、美國、日本等發(fā)達地區(qū)列入戰(zhàn)略性或關鍵礦產(chǎn)目錄。
從全球產(chǎn)量來看,中國產(chǎn)量占比最高。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)數(shù)據(jù),哈薩克斯坦、匈牙利、德國、烏克蘭分別于2013年、2015年、2016年、2019年停止了鎵生產(chǎn),中國鎵占比全球鎵產(chǎn)量持續(xù)提升。2020年全球粗鎵產(chǎn)量也不過是300噸,其中我國的產(chǎn)量就高達290噸,占全球產(chǎn)量的96%以上。
另外,我國的金屬鎵儲量同樣是全球第一。目前,全球金屬鎵的儲量約為27.93萬噸,而中國的儲量最多,達到19萬噸,占全球儲量的68%。
趕碳號查了下,鎵的價,并不高,每公斤還不到2000塊。這怎么行?!
據(jù)海外金屬行業(yè)情報提供商CRU集團表示,雖然鎵金屬可以替代,但這樣做可能會成本極高。
實際上,鎵并非特別稀有的金屬,但加工成本很高。由于我國長期以來一直以相對便宜的價格出口這些金屬,因此其他地方幾乎沒有開采這些金屬的設施。但如果中國的舉措導致價格飆升,分析師預計其他國家的產(chǎn)量或許也會增加,來滿足需求。
當然,回收也在考慮之中。據(jù)美國地質(zhì)勘探局稱,工廠車間的廢料可以解決部分需求。
除中國外,其他擁有鎵生產(chǎn)能力的國家包括俄羅斯和烏克蘭,因為這些金屬是作為氧化鋁的副產(chǎn)品生產(chǎn)的,以及韓國和日本——作為鋅的副產(chǎn)品。
原標題:光伏曾經(jīng)離不開的“鎵” ,絕對是一種戰(zhàn)略性礦產(chǎn),最近火了!