全球多晶硅行业前景展望

  据CPIA 数据，目前全球主流的多晶硅生产方法是改良西门子法，国内外 95%以上的多晶硅是采用改良西门子法生产的。

  改良西门子法制备多晶硅过程中，首先将氯气与氢气结合生成氯化氢，然后与工业硅破碎研磨后的硅粉反应生成三氯氢硅，进一步通入氢气将其还原生成多晶硅。

  多晶硅可融化冷却后制成多晶硅锭，也可通过直拉法或区熔法生成单晶硅。相比多晶硅，单晶硅由晶体取向相同的晶粒组成，因此具有更为优越的导电性与转换效率。

  多晶硅锭和单晶硅棒均可进一步切割加工为硅片、电池，进而成为光伏组件的关键部分，应用于光伏领域。

  除此之外，单晶硅片还可通过反复的打磨、抛光、外延、清洗等工艺形成硅晶圆片，作为半导体电子器件的衬底材料。

  多晶硅杂质含量要求严格，行业具有高资产金额的投入以及高技术壁垒特征。由于多晶硅纯度会极度影响到单晶硅拉制环节，因此纯度要求极为严格，多晶硅纯度最低为99.9999%，最高则无限接近于 100%。

  国家标准对杂质含量提出明确要求，并以此将多晶硅分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，其中硼、磷、氧、碳元素含量是重要参照指标。

  《多晶硅行业准入条件》规定企业一定有健全的质量检验管理制度，产品质量标准严格符合国家标准；准入条件还对多晶硅生产企业的规模及能耗提出要求。

  比如太阳能级、电子级多晶硅项目规模分别大于 3000 吨/年、1000 吨/年，新建和改扩建项目投资中最低资本金比例不能低于 30%，因此多晶硅属于资金密集型产业。

  据 CPIA 统计，2021 年投产的万吨级多晶硅生产线设备投资所需成本小幅上升为 1.03 亿元/千吨，原因是大宗金属材料价格的上涨，预计未来投资成本将随着生产装备技术的进步以及单体规模的提高而下降。

  根据规定，太阳能级、电子级直拉用多晶硅还原电耗应当分别小于 60 千瓦时/千克、100 千瓦时/千克，对能耗指标要求较为严格。

  多晶硅生产倾向属于化工行业，生产的全部过程较为复杂，技术路线、设备选型、调试运行等环节门槛高，生产的全部过程中多次涉及复杂的化学反应，控制节点数量达千级以上，新进入者很难快速掌握成熟工艺。

  因此多晶硅生产行业存在较高的资金及技术壁垒，也推进着多晶硅厂商对工艺流程、包装及运送过程进行严格的技术优化。

  多晶硅，属于单质硅的一种形态，由晶面取向不同的晶粒组成，主要是通过工业硅加工提纯而来。多晶硅外观呈灰色金属光泽，熔点约为 1410℃，常温下不活泼，熔融状态下较为活泼。

  多晶硅具有半导体性质，是很重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。

  多晶硅的分类方式较多，除了上文提到的依照国家标准划分等级，这里介绍较为重要的三种分类方式。

  按纯度要求及用途不同，可以将多晶硅分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。太阳能级多晶硅大多数都用在光伏电池的生产制造，而电子级多晶硅作为芯片等生产的原材料，大范围的应用于集成电路产业。

  太阳能级多晶硅的纯度为 6~8N，即要求杂质总含量低于10 -6，多晶硅的纯度需达到 99.9999%以上。而电子级多晶硅纯度要求更为严格，最低为9N，目前最高可达 12N。

  电子级多晶硅生产难度较大，国内掌握电子级多晶硅生产技术的企业较少，仍较为依赖进口。

  目前太阳能级多晶硅产量远大于电子级多晶硅，前者大约为后者的 13.8 倍，预计随光伏装机量的迅猛提升，太阳能级多晶硅的需求增速将高于电子级多晶硅。

  根据硅料掺入杂质及导电类型的不同，可分为 P 型、N 型。当硅中掺杂以受主杂质元素，如硼、铝、镓等为主时，以空穴导电为主，为 P 型。

  当硅中掺杂以施主杂质元素，如磷、砷、锑等为主时，以电子导电为主，为 N 型。P 型电池主要有 BSF 电池和PERC 电池两种，2021 年 PERC 电池在全球市场中的占比已超越 91%，BSF 电池被淘汰出局。

  在 PERC 替代 BSF 的期间，P 型电池转换效率从不足 20%提升到超过23%，即将逼近 24.5%的理论上限。

  N 型电池的理论上限为 28.7%，且 N 型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低等优点，因此企业纷纷开始布局 N 型电池的量产线。

  据CPIA 预测，2022 年 N 型电池占比将从 3%大幅度的提高至 13.4%。预计未来五年内，将迎来N 型电池对 P 型电池的迭代。

  根据表面上的质量的不同，可划分为致密料、菜花料和珊瑚料。致密料表面颗粒凹陷程度最低，小于 5mm，外观无颜色异常、无氧化夹层，价格最高；

  菜花料表面颗粒凹陷程度适中，为 5-20mm，断面适中，价格中档；而珊瑚料表面凹陷较为严重，深度大于20mm，断面疏松，价格最低。

  致密料大多数都用在拉制单晶硅，菜花料、珊瑚料则大多数都用在制作多晶硅片，企业日常生产中可在致密料中掺杂不低于 30%的菜花料来生产单晶硅，从而节约原料成本。

  但菜花料的使用会在某些特定的程度上降低拉晶效率，企业需在两者之间进行权衡后选择正真适合的掺杂比例。

  近期致密料与菜花料的价差基本稳定在3 元/ 千克，若价差进一步拉大，则企业在单晶硅拉制中有可能考虑掺杂更多的菜花料。

  多晶硅的生产流程大体分为两步，第一步先将工业硅粉与无水氯化氢反应得到三氯氢硅和氢气，经反复蒸馏提纯后分别得到气态三氯氢硅、二氯二氢硅以及硅烷；

  第二步是将上述高纯气体还原成晶体硅，而还原步骤在改良西门子法和硅烷流化床法中不一样。 改良西门子法生产技术成熟，产品质量高，是目前应用最为广泛的生产技术。

  传统的西门子生产法是用氯气和氢气合成无水氯化氢，氯化氢和粉状工业硅在一定的温度下合成三氯氢硅，然后对三氯氢硅进行分离精馏提纯，提纯后的三氯氢硅在氢还原炉内进行热还原反应，从而得到沉积在硅芯上的单质硅。

  改良西门子工艺则在此基础上，同时配备了回收利用生产的全部过程中伴随产生的大量氢气、氯化氢、四氯化硅等副产物的配套工艺，最重要的包含还原尾气回收与四氯化硅再利用技术。

  尾气中的氢气、氯化氢、三氯氢硅、四氯化硅通过干法回收得以分离出来，氢气和氯化氢可再用于与三氯氢硅的合成与提纯，三氯氢硅直接回收进入热还原炉内进行提纯，四氯化硅经氢化后生成三氯氢硅可用于提纯，这一步骤也被称为冷氢化处理。

  企业通过实现闭路生产，明显降低原材料以及电力的消耗量，从而有效节约生产所带来的成本。

  我国采用改良西门子法生产多晶硅的成本包括原材料、能耗、折旧、处理费用等，行业技术进步显著带动成本下移。

  其中原材料主要是指工业硅和三氯氢硅，能耗包含电力及蒸汽，处理费用则是指生产设备的检查、修理费用。

  根据百川盈孚对 2022 年6 月上旬多晶硅生产成本的统计，原材料是占比最高的成本项，在全部成本中占到41%，其中硅元素的来源以工业硅为主。

  行业中常用硅单耗代表单位高纯硅产品所耗费的硅量，计算方式是将外购工业硅粉、三氯氢硅等含硅物料全部折成纯硅计算，再扣除外售氯硅烷按含硅比折成的纯硅数量。

  据不完全统计，多晶硅行业前五名企业（通威集团、大全新能源、保利协鑫、新特能源、东方希望）硅耗水平均低于行业中等水准，已知其中大全新能源、保利协鑫 2021 年硅耗分别为 1.08 kg/kg-Si、1.05 kg/kg-Si。

  占比第二高的是能源消耗，合计占比 32%，其中电力占总成本的比例为 30%，表明用电价格及效率仍是多晶硅生产的重要影响因素。

  衡量用电效率的两大指标分别是综合电耗及还原电耗，还原电耗是指三氯氢硅和氢气发生还原反应生成高纯硅料的过程，其电耗包括硅芯预热、沉积、保温、结束换气等工艺过程中的电力消耗。

  2021 年，随技术进步和能源的综合利用，多晶硅生产的平均综合电耗同比下降 5.3%至 63kWh/kg-Si，平均还原电耗同比下降 6.1%至 46kWh/kg-Si，未来有望进一步下降。折旧也是构成成本的重要项，其占比达 17%。

  值得注意的是，根据百川盈孚数据，2022 年 6 月上旬多晶硅生产总成本约为 55816 元/吨，市场中多晶硅均价约为 260000 元/吨，毛利率高达70%以上，因此吸引着大量企业投资建设多晶硅产能。

  多晶硅制造商减少相关成本的途径有两个，一是缩减原材料成本，二是降低电力消耗。

  原材料方面，厂商能够最终靠与工业硅厂商签订长期合作协议，或者建设上下游一体化产能来降低原材料成本。比如合盛硅业的多晶硅生产工厂基本依靠自身工业硅供应。

  电力消耗方面，厂商能借助低电价与综合能耗改善来降低电力成本，其中综合电耗中约 70%为还原电耗，而还原也是制取高纯晶硅的关键环节。

  因此国内多数多晶硅产能聚集在新疆、内蒙古、四川和云南等低电价区域，但随着双碳政策的推进，获取大量且低廉的电力资源难度较高，因此降低还原电耗是当今较为可行的降本方式。

  目前降低还原电耗的有效方法是增加还原炉中硅芯的数量，从而扩大单台产量，目前国内主流还原炉型是 36 对棒、40 对棒以及 48 对棒，即将迎来从 48 对棒炉型向 60 对棒、72 对棒炉型的升级，但与此同时也对公司制作技术水平提出了更高的要求。

  相较于改良西门子法，硅烷流化床法的优势有三个，一是电耗低，二是拉晶产出高，三是更加有助于与较为先进的 CCZ 连续直拉技术相结合。

  据硅业分会数据，硅烷流化床法的综合电耗为改良西门子法的 33.33%，还原电耗为改良西门子法的 10％，硅烷流化床法具有非常明显的能耗优势。

  拉晶方面，颗粒硅的物理特性可令其更容易充分填充单晶硅拉棒环节的石英坩埚，根据 REC 的测试结果，相比 100%的块状多晶硅，50%/50%混合法块状多晶硅和颗粒硅可增加单炉坩埚装料量 29%，同时减少 41%的装料时间，明显提高单晶硅的拉制效率。

  颗粒硅的直径小且流动性好，更适合搭配 CCZ 连续直拉法。目前中下游单晶拉制环节的主要技术为 RCZ 单晶复投法，是一根单晶硅棒拉制完成后再复投加料拉晶， 而 CCZ 连续直拉法可以在一定程度上完成加料熔化与晶棒拉制一起进行，省去了单晶硅棒冷却的时间，因此生产效率较高。

  CCZ 连续直拉法的加快速度进行发展，也将带动对颗粒硅的需求上涨。虽然颗粒硅具有某些缺点，比如摩擦产生的硅粉较多、表面积大易吸附污染物、熔化时氢结合为氢气易引起跳料，但依据相关颗粒硅企业最新公告，这样一些问题正在改进中且已取得一定进展。

  硅烷流化床工艺成熟于欧美国家，我国企业引入后处于起步阶段。早在上世纪80 年代，以 REC 和 MEMC 为代表的国外颗粒硅就开始对颗粒硅生产进行探索，并实现规模化生产。

  其中 REC 在 2010 年颗粒硅总产能达到 10500 吨/年，且相较同期的西门子法同行具备至少 2-3 美元/kg 的成本优势，但 2015 年之后由于中国双反政策的实施、产品难以满足单晶拉制需要，公司颗粒硅生产停滞不前最终停产，转向与中国合资建立了陕西天宏，从事颗粒硅的生产；

  原公司的收购方韩华宣布要于 2023 年实现美国1.8 万吨年产能的复产。同时，MEMC 的颗粒硅技术也在加快速度进行发展，2008 年 MEMC 美国工厂的颗粒硅年产能已达 6000 吨，后来公司在 2017 年被保利协鑫收购，所有专利权也随之转让。

  目前，国内颗粒硅制造厂商主要有保利协鑫和陕西天宏两家，其中保利协鑫于 2019 年实现量产，截止 2021 年底其颗粒硅产能为 3 万吨。

  目前公司在徐州、乐山、包头三大基地共规划了 50 万吨颗粒硅产能；天宏瑞科 2021 年底产能为 2 万吨，在建产能为 8 万吨。

  工业硅是多晶硅制备的核心原材料，预计 2022-2025 年国内工业硅产量稳步增长。2010- 2021 年，中国工业硅生产处于扩张阶段，产能及产量的年均增长率分别达到7.4%、8.6%。

  据 SMM 数据，2022、2023 年国内工业硅新增产能 89 万吨、106.5 万吨，其中合盛硅业仍占据近半壁江山，新增产能分别为 40 万吨、50 万吨。

  假设未来工业硅企业仍保持 60%左右的产能利用率及开工率，2022、2023 年国内新增产能大约可带来32 万吨、38.3 万吨的产量增长。

  据广期所估计，22/23/24/25 年国内工业硅产能约为590/697/671/650 万吨，对应产量为 355/391/418/438 万吨。叠加工业硅其余两大下游领域的增速较缓，国内工业硅产量基本能满足多晶硅生产。

  2021 年中国工业硅产能 538.5 万吨，对应产量 321.3 万吨，其中多晶硅、有机硅、铝合金分别消耗 62.3 万吨、89.8 万吨、64.9 万吨，除此以外还有近 78 万吨的产量用于出口。

  2021 年多晶硅、有机硅、铝合金对工业硅的消耗占比分别为 19%、28%和 20%，有机硅比重最高，多晶硅和铝合金均在 20%左右。

  2022-2025 年，有机硅产量增速预计保持在10%左右，铝合金产量增速低于 5%水平，因此我们大家都认为 2022-2025 年可用于多晶硅用途的工业硅数量较为充足，完全能满足多晶硅生产的需求。

  近年来，全球多晶硅产量逐年增加，且逐渐向我国聚集。2017-2021 年，全球多晶硅年产量从 43.2 万吨一路上涨至 63.1 万吨，其中 2021 年增长最快，增速达 21.11%。

  期间全球多晶硅生产逐渐向我国集中，我国多晶硅产量占比从 2017 年的 56.02%上升到2021 年的 80.03%。

  对比 2010 年与 2021 年全球多晶硅产能前十名企业，可以发现其中中国企业数量由 4 家上升到了 8 家，部分美国、韩国企业产能占比大幅下降，掉出了前十名的队伍。

  比如 HEMOLOCK、OCI、REC 以及 MEMC；产业集中度明显提升，行业前十名产能合计占比由 57.7%上升至 90.3%，2021 年产能占比超过 10%的中国企业有五家，分别是协鑫科技、永祥股份、新特能源、新疆大全和东方希望，合计占比达 65.7%。

  多晶硅产业逐渐向我国转移的原因主要有三个，一是我国多晶硅生产企业在原材料、电力及人工成本方面具备显著优势，国内外工业硅价差较大，每吨价差可超万元，且国内电价、工人工资低于国外，因此国内整体生产成本远低于国外，且还将随着技术进步而不断下降；

  二是我国多晶硅产品质量不断提升，多数在太阳能级一级品水平，个别先进企业在纯度要求更高的电子级多晶硅生产技术方面取得突破，逐渐迎来国产电子级多晶硅对进口的替代，例如新特能源特变电工、亚洲硅业正在积极推进电子级多晶硅项目建设；

  三是我国下游硅片制造环节产生大量多晶硅需求，2021 年国内硅片产量占全球总产量的比重高于 95%，使得国内多晶硅自给率逐步提升，对海外多晶硅企业的市场造成一定挤压效果。

  2017-2021 年，我国多晶硅年产量稳步提升，主要集中在新疆、内蒙古、四川等电力资源丰富的地区。2021 年，我国多晶硅产量从 39.2 万吨上升至 50.5 万吨，增幅达28.83%。

  产能方面，我国多晶硅产能总体呈上升趋势，但 2020 年有所下降，原因是国内部分生产厂商停产，例如 2019 年底停产的江苏康博、宁夏东梦、盾安光伏以及大幅减产的洛阳中硅。

  我国多晶硅企业的产能利用率自 2018 年起连续提升，2021 年产能利用率达 97.12%。分省份看，2021 年我国多晶硅产量主要集中在新疆、内蒙古、四川等电价低廉地区，其中新疆产量为 27.04 万吨，在国内总产量中占比过半。

  我国多晶硅行业具有高集中度的特点，CR6 值为 77%，且未来有进一步上升趋势。多晶硅生产属于高资金、高技术壁垒的行业，项目建设、投产周期通常长达两年及以上，新厂商进入该行业较为困难。

  从未来三年已知的计划扩产及新建项目看，行业内寡头厂商凭借自身技术、规模优势，将继续扩张自身产能，垄断地位将继续上升。

  经测算，2022-2025 年我国多晶硅供给将迎来大规模增长，2025 年国内多晶硅产量将达到 119.4 万吨，带动全球多晶硅产量规模扩大。

  2021 年随着国内多晶硅价格大幅上涨，各大厂商纷纷投资建设新产线，同时吸引着新厂商加入该行业，由于多晶硅项目从建设到投产至少需要一年半到两年，因此 2021 年的新建产能一般在 2022 下半年、2023 年实现投产。

  这与目前各大厂商已公布的新建项目计划十分吻合，2022-2025 年的新增产能主要集中在 2022 和 2023 年，之后随着多晶硅供需以及价格的逐渐稳定，行业内总产能也会逐步稳定下来，即产能增速逐渐减小。

  近两年多晶硅企业产能利用率维持在高位，但新项目产能爬坡需要时间，且新进入的厂商掌握相关制备技术需要一个过程，因此未来几年新建多晶硅项目的产能利用率较低。

  由此可对 2022-2025 年国内多晶硅产量进行预测，预计 2025 年国内多晶硅产量约为 119.4 万吨。海外产能集中度较高，未来三年增产幅度及速度不及国内。海外多晶硅产能主要集中于四家龙头企业，其余皆以小产能为主。

  从产能规模上看，瓦克化学在海外多晶硅产能中占据半壁江山，其位于德国、美国的工厂产能分别是 6 万吨、2 万吨，出于对2022 年及之后全球多晶硅产能急剧扩张可能带来供给过剩的担忧，公司尚处于观望状态，未规划新增产能。

  韩国多晶硅巨头 OCI 在保留国内原有电子级多晶硅产线 万吨的同时，正在逐步将国内的太阳能级多晶硅产线迁移到马来西亚，加上其收购的日本德山位于马来西亚的多晶硅工厂。

  2020、2021 年 OCI 在马来西亚的产能达到 2.7 万吨、3 万吨，实现了低能耗成本且逃避了中国对美、韩多晶硅的高关税，公司规划产能 9.5 万吨但投产日期不明确，预计未来四年以每年 0.5 万吨的水平增加。

  挪威企业 REC 拥有位于美国华盛顿州、蒙大拿州的两个生产基地，年产能分别为1.8 万吨太阳能级多晶硅、0.2 万吨电子级多晶硅，2019 年我国针对美国多晶硅的双反政策出台后，早已深陷财务困境的 REC 选择停产。

  而后受到 2021 年多晶硅价格景气刺激，公司决定于 2023 年底实现华盛顿州项目 1.8 万吨、蒙大拿州 0.2 万吨的重新投产，2024 年可完成产能爬坡。

  Hemlock 是美国最大的多晶硅生产商，主营高纯电子级多晶硅，生产的高技术壁垒导致公司产品在市场上难以被替代，结合公司并未计划几年内新建项目，预计公司产能将在 2022-2025 年保持在 1.8 万吨。

  2021 年以上四家企业之外的企业新增产能为 0.5 万吨，由于缺乏对所有企业投产计划的了解，因此这里假设 2022-2025 年每年新增产能 0.5 万吨。

  根据海外产能情况，推算 2025 年海外多晶硅产量约为 17.6 万吨，这里假设海外多晶硅产能利用率不变。

  2021 年多晶硅价格大涨后，国内企业纷纷加码扩产，相比之下海外企业的新增项目计划较为谨慎。这是由于多晶硅行业主导权已被掌握在我国手中，盲目增产可能带来损失。

  从成本端看，能耗是多晶硅成本的最大组成部分，因此用电价格至关重要，我国新疆、内蒙古、四川等地区具备明显优势。

  从需求端看，作为多晶硅的直接下游，我国硅片产量全球占比超 99%，多晶硅下游产业主要集中在我国，国内生产的多晶硅价格低、运输成本低，需求量得以充分保障，国外多晶硅则恰恰相反；

  其次，我国对美国、韩国的太阳能级多晶硅进口征收较高的反倾销关税，极大抑制了国内对美、韩多晶硅的消费，这种情况下海外企业出于对下游需求的顾虑，谨慎建设新项目；

  近几年国外多晶硅企业受关税影响发展缓慢，部分产线减产甚至关停，在全球产量中占比逐年降低，因此并未在 2021 年多晶硅价格上涨中获取可媲美国内企业的高额利润，财务状况不足以支撑其快速大规模扩张产能。

  基于对 2022-2025 年我国及海外多晶硅产量的分别预测，可以加总得到全球多晶硅产量预测值，预计 2025 年全球多晶硅产量可达 137.1 万吨。

  根据产量的预测值，可以大致得出国内多晶硅产量的全球占比，预计 2022-2025 年国内多晶硅份额逐渐扩大，2025 年可超 87%。

  近十年来全球多晶硅消费量持续上升，我国占比不断扩大，以光伏产业为主导。2012至 2021 年，全球多晶硅消费量总体呈现出上升趋势，从 23.7 万吨上升至 65.3 万吨左右。

  2018 年我国 531 光伏新政出台，明确降低光伏发电补贴幅度，当年光伏新增装机量同比下降 18%，多晶硅需求量受到冲击。

  2019 年以来，国家出台多项政策推进光伏平价上网，光伏产业快速发展的同时，多晶硅的需求量也步入高速增长期。

  在这期间，我国多晶硅消费量在全球总消费量中的占比不断上升，从 2012 年的 61.5%上升至2021 年的 93.9%，这主要得益于我国快速发展的光伏产业。

  从 2021 年全球不同类型多晶硅消费格局看，用于光伏电池的硅料起码占到 94%以上，其中太阳能级多晶硅与颗粒硅分别占到 91%、3%，而可用于芯片的电子级多晶硅占比为 6%，可见目前多晶硅需求以光伏为主导。

  预计随着双碳政策的升温，光伏装机量需求更加旺盛，太阳能级多晶硅消费量及占比将继续提升。

  2012-2021 年，全球及中国硅片产能、产量均持续上升，光伏行业持续景气，硅片作为连接硅料与电池的桥梁，且无限制产能的包袱，因此不断吸引大量企业进入该行业。

  2021 年我国硅片厂商大幅扩产，国内硅片产量 213.5GW，带动全球硅片产量增长至 215.4GW，在全球硅片总产量中占比高达 99.1%。

  根据国内外已有产能及国内新建产能，预计未来几年内硅片产量将保持 15-25%的年增长率，我国硅片产量仍在全球范围内保持绝对优势地位。

  多晶硅可制成多晶硅锭或单晶硅棒，其中多晶硅锭的生产工艺主要包括浇铸法和直熔法，目前以第二种为主，损耗率基本保持在 5%左右。

  浇铸法主要是先在坩埚内将硅料熔化，然后浇铸在另一个经过预热的坩埚内进行冷却，通过控制冷却速率，采用定向凝固技术铸造多晶硅锭。

  直熔法的热熔过程与浇铸法相同，也是先在坩埚内直接将多晶硅熔化，但是冷却步骤不同于浇铸法，主要是通过坩埚底部的热交换使熔体冷却，采用定向凝固技术铸造多晶硅。

  虽然两种方法在本质上极为相似，但直熔法只需使用一个坩埚，且生产出的多晶硅产品质量好，有利于生长取向性较好的多晶硅锭，生长过程易自动化，可以使晶体内部位错降低。

  目前太阳能材料行业的龙头企业之一，中环股份一般采用直熔法制多晶硅锭，碳、氧含量较低，控制在 10ppma、16ppma 以下。未来多晶硅锭的生产依然以直熔法为主，五年内损耗率保持在 5%左右。

  单晶硅棒的生产以直拉法为主，立式悬浮区熔法为辅，两者生产出的产品用途存在差异。

  直拉法是在一个直筒型的热系统中，用石墨电阻加热装在高纯度石英坩埚中的多晶硅以使其熔化，然后将籽晶插入熔体表面进行熔接，转动籽晶的同时反转坩埚，籽晶缓慢向上提升，经过引晶、放大、转肩、等径生长、收尾等过程，得到单晶硅。

  立式悬浮区熔法是指将柱状的高纯多晶材料固定于炉室中，将金属线圈沿多晶长度方向缓慢移动并通过柱状多晶，在金属线圈中通过高功率的射频电流，使得多晶柱线圈内部的部分熔化，线圈移过后，熔料再结晶生成单晶。

  由于生产工艺的不同，带来了生产设备、生产成本和产品质量等方面的差异。目前，区熔法制得的产品纯度较高，可用于半导体器件的制作，而直拉法能够很好的满足制作光伏电池用单晶硅的条件，且具有较低的成本，因此是主流方法。

  2021 年直拉法市占率约为 85%，预计未来几年内会有小幅提升，2025 年、2030 年市占率预测值分别为 87%、90%。

  区熔单晶硅方面，当前全球范围内区熔单晶硅的产业集中度较高，排名靠前的公司主要有 Wacker Chemie（德国）、Shin-EtsuHandotai（日本）、Komatsu(日本，已被 Sumco 收购)、TOPSIL（丹麦）。

  国内区熔单晶硅生产商有中环股份、京运通等，其中中环股份的国内市占率在65%以上，产量和市占率已连续 5 年居国内首位。

  未来区熔单晶硅的产量规模不会出现大幅上升，原因是国内相关技术较日本、德国较为落后，尤其是高频加热设备能力和成晶工艺条件，且行业内存在着技术封锁，因此生产大直径区熔硅单晶的技术需要国内企业自身继续摸索。

  直拉法又可分为连续拉晶技术（CCZ）和重复拉晶技术（RCZ），目前行业内主流方法为 RCZ，正处于由 RCZ 向 CCZ 过渡阶段。

  RZC 的单晶拉制与加料步骤是相互独立的，每一次拉制前必须要等待单硅晶棒在闸门室中冷却完毕并移除，而 CCZ 可以实现边拉制边加料熔化。

  RCZ 已较为成熟，未来技术提升空间较小；而 CCZ 具有降本增效方面的优势，正处于快速发展阶段。

  成本方面，相比 RCZ 单根拉棒前需要大约8 小时化料，CCZ 可以通过免去这一步骤来大幅提高生产效率、降低坩埚成本和能耗，合计单炉产量比 RCZ 高 20%以上，生产成本比 RCZ 低 10%以上。

  效率方面，CCZ 在坩埚的寿命周期（250 个小时）内可以完成 8-10 根单晶硅棒的拉制，而 RCZ 只能完成4 根左右，生产效率可提升 100-150%。

  从品质看，CCZ 电阻率更均匀、氧含量更低、金属杂质累积速度更慢，因此更适用于制备 n 型单晶硅片，而 n 型单晶硅片现在也正处于高速发展期。

  目前国内多家企业已宣布具备 CCZ 技术，包括通威集团、天通股份、中环股份和上机数控等，颗粒硅-CCZ-n 型单晶硅片的路线已基本明朗。

  其中天通股份与颗粒硅龙头协鑫科技开展密切合作，已经开始使用 100%颗粒硅料，其他企业多用多晶硅块与颗粒硅的掺杂物。未来，CCZ 会基本取代 RCZ，但需要一定过程。

  单晶硅片生产工艺分为拉晶、切方、切片、清洗分选四个环节，金刚线切片法的出现大幅降低了切片损耗率。

  拉晶环节在上文有所介绍，切方包括截断、开方、磨面倒角操作，切片则是使用切片机将柱状硅单质切为硅片，清洗分选是硅片生产的最终环节。

  金刚线切片法较传统的砂浆线切片优势明显，主要体现在耗时短、损耗低。金刚线速度是传统切割的五倍，比如针对单片硅片切割，传统砂浆线 小时，金刚线 小时左右。

  金刚线切割损耗也比较少，金刚线切割造成的损伤层小于砂浆线切割，有利于切割更薄的硅片。近年来，为了降低切削损耗和生产成本，企业纷纷转而使用金刚线切片法，且金刚线母线 年，金刚线μm，用于单晶硅片的金刚线母线直径降幅较大，且呈不断下降趋势。预计 2025、2030 年，用于切割单晶硅片的金刚线μm，用于切割多晶硅片的金刚线μm。

  这是由于多晶硅片中缺陷及杂质较多，细线容易发生断线，因此用于多晶硅片切割的金刚线母线直径大于单晶硅片，且随着多晶硅片市占率逐渐降低，用于多晶硅片切割的金刚线母线直径降幅趋缓。

  目前硅片主要分为多晶硅片及单晶硅片两种类型，单晶硅片具有使用寿命长、光电转换效率高的优势。多晶硅片由晶面取向不同的晶粒构成，单晶硅片则是以多晶硅为原材料制成的、晶面取向一致的晶粒集合体。

  外观上，多晶硅片、单晶硅片呈蓝黑色和黑褐色，由于两者分别由多晶硅锭和单晶硅棒切割加工而来，因此形状分别为方形及准方形。

  多晶硅片和单晶硅片的使用寿命均在 20 年左右，若封装方式及使用环境较为适宜，使用寿命可达 25 年以上，总的来说单晶硅片的寿命略长于多晶硅片。

  单晶硅片在光电转换效率上也略胜一筹，其位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多,各种因素综合作用使得单晶的少子寿命比多晶高出数十倍,从而表现出转换效率优势。2021 年，多晶硅片的最高转换效率在 21%左右，单晶硅片最高可达 24.2%。

  除了寿命长、转换效率高以外，单晶硅片还具有薄片化的优点，有利于降低硅耗和硅片成本，但需注意碎片率的上升。

  硅片薄片化有助于降造成本，且当前的切片工艺完全能满足薄片化的需要，但硅片厚度还要满足下游电池片、组件制造端的需求。

  总的来说，近年来硅片厚度不断减小，多晶硅片厚度明显大于单晶硅片，其中单晶硅片进一步分为 n 型硅片与 p 型硅片，而 n 型硅片主要包括 TOPCon 电池用途和HJT 电池用途。

  2021 年，多晶硅片平均厚度为 178μm，未来缺乏需求驱使其继续变薄，因此预测 2022-2024 年其厚度小幅下降，2025 年之后厚度维持在 170μm 左右 ；p 型单晶硅片平均厚度在约为 170μm，预计 2025 年、2030 年下降至 155μm、140μm。

  多晶硅片生产耗硅量高于单晶硅片，但生产步骤相对简单，为多晶硅片带来成本优势。多晶硅作为多晶硅片与单晶硅片共同所需的原材料，在两者生产中的消耗量不同，这源于两者在纯度及生产步骤上存在不同。

  在单晶拉制过程中，可以通过降低清洗破碎环节的损耗、严格控制生产环境、降低底料比例、提高精度控制、优化降级硅料分级和处理技术等，实现拉棒耗硅量的下降。

  尽管多晶硅片硅耗较高，但由于多晶硅锭通过热熔铸锭的方法生成，而单晶硅棒通常采用直拉单晶炉缓慢生长的方式制造，电耗较高，因此多晶硅片生产成本相对较低。2021 年，单晶硅片的平均生产成本约为 0.673 元/W，多晶硅片则为 0.66 元/W。

  随着硅片厚度下降和金刚线母线直径减小，每公斤等径硅棒/硅锭的出片量将增加，且相同重量单晶硅棒的出片数高于多晶硅锭。功率上，各硅片的使用功率因种类和尺寸而异。

  2021 年， p 型 166mm 尺寸每公斤单晶方棒出片量约为 64 片，多晶方锭出片量约为 59 片。p 型单晶硅片中，158.75mm 尺寸每公斤单晶方棒出片量约为 70 片，p 型182mm 尺寸每公斤单晶方棒出片量约为 53 片，p 型 210mm 尺寸每公斤单晶方棒出片量约为 40 片。

  2022-2030 年，硅片持续薄片化毫无疑问将带来同体积硅棒/硅锭出片数的增多，较小的金刚线母线直径和介质粒度也有助于降低切削损耗，从而增加出片量。

  预计 2025 及 2030 年，p 型 166mm 尺寸每公斤单晶方棒出片量约为 71 和 78 片，多晶方锭出片量约为 62 和 62 片，这是由于多晶硅片的低市占率难以引起技术大幅进步。

  不同类型及尺寸的硅片功率存在差别，据隆基绿能及中环股份公告数据，158.75mm 尺寸硅片折算平均功率约为 5.8W/片，166mm 尺寸硅片平均功率约为 6.25W/片，182mm 尺寸硅片平均功率约为 7.49W/片，210mm 尺寸硅片平均功率约为 10W/片。

  近几年，硅片逐渐向着大尺寸的方向发展，大尺寸化有利于增加单片功率，从而摊薄电池片的非硅成本。但硅片尺寸调整还需考虑上下游匹配和标准化问题，尤其是荷载和大电流问题。

  目前市场上关于未来硅片尺寸发展方向存在两大阵营，分别是以晶科能源、隆基股份和晶澳股份等为代表的 182mm 尺寸，以及以中环股份、天合光能、东方日升为代表的 210mm 尺寸。

  182mm 的提出主要是从垂直产业一体化的角度出发，基于对光伏电池的安装运输、组件的功率和效率、上下游协同性的考虑；

  而 210mm 则主要是从生产成本、系统成本的角度出发，210mm 硅片在单炉拉棒环节中产量提升15%以上，下游电池生产成本降低约 0.02 元/W，电站建设总成本降低约 0.1 元/W。

  未来几年，预计 166mm 以下尺寸的硅片将被逐渐淘汰；210mm 硅片的上下游匹配问题将会逐步得到有效解决，成本成为影响企业投资生产更重要的因素，因此 210mm 硅片市占率将稳步上升；

  182mm 硅片凭借其在垂直一体化生产的优势，将成为市场中主流的尺寸，但随着 210mm 硅片应用技术的突破发展，182mm 将会为其让步。

  更大尺寸的硅片在未来几年也难以在市场中得到广泛应用，这是因为大尺寸硅片的人力成本与安装风险将大大增加，很难被生产所带来的成本、系统成本的节省而抵消。

  166mm 是现有电池产线可升级的最大尺寸方案，将是近 2 年的过渡尺寸，预计 2030 年市占率不足 2%；2021 年 182mm 和 210mm 尺寸合计占比达 45%，未来市占率将快速提高，预计 2030 年合计市占率可超 98%。

  近年来单晶硅市场份额持续提升，已占据市场主流位置。2012-2021 年单晶硅占比从不足 20%上涨至 93.3%，涨幅明显。

  2018 年及市场上的硅片主要以多晶硅片为主，占比达50%以上，主要原因是单晶硅片的技术优势不能覆盖成本劣势。

  2019 年至今，随着单晶硅片的光电转换效率明显超过多晶硅片，且单晶硅片生产成本随技术进步而不断下降，单晶硅片市场份额占比不断提高，成为市场中的主流产品。预计 2025 年单晶硅片占比将达到 96%左右， 2030 年单晶硅片市占率可达 97.7%。