洞悉光伏主产业链系列四：光伏硅片：下游需求长期向好，格局优化龙头恒强

光伏硅片：下游需求长期向好，格局优化龙头恒强 ——洞悉光伏主产业链系列四 2022.12.08 东亚前海证券分析师段小虎资格证书：S1710521080001 理性投资专业融资 RATIONALINVESTMENTPROFESSIONALFINANCING 核心观点 •晶硅电池的核心，产业链强势环节。光伏硅片，即太阳能级单晶硅片，是制备光伏晶硅电池的重要材料，其位于光伏产业链中游，上游为硅料，硅料占硅片成本比重约86%；下游为电池片，硅片占电池片成本比重约在62-66%。硅片的制备工艺主要包括拉晶和切片，单晶炉和切片机为核心生产设备。综合来看，光伏硅片企业的营运能力及盈利能力较其他环节企业处于中位。 •光伏装机需求向好，硅片产能快速扩张。需求端：全球碳中和进程不断加速，经济性进一步提升引领新增光伏装机需求向好，高壁垒的硅片行业景气度将同步提升，其盈利能力也有望随着硅料供给趋缓迎来改善，我们预测22/25年全球光伏硅片市场空间将分别达到2588/3260亿元。供给端：近年来硅片企业加速扩产，硅片环节的名义产能较为过剩，但高端产能占比较低，目前行业老玩家隆基绿能+TCL中环市占率合计超50%，形成双寡头格局；以上机数控、双良节能、高景太阳能为代表的新玩家凭借大尺寸产能快速入局，行业格局或将迎来重塑。结合供需来看：虽然硅片环节存在部分闲置产能，但受原材料短缺的限制，短期供需较为平衡。 •高端产能+供应链布局将成为硅片企业的核心竞争优势。从短期来看：使用高纯石英砂制成的石英坩埚为硅片生产的核心辅材，N型硅片需求放量带动石英坩埚需求量提升，在当前高纯石英砂供给紧缺的格局下，签订石英坩埚长协单的硅片企业的开工率将得到保障；从中期来看：大尺寸硅片降本增效优势显著，182/210尺寸于近年来迅速普及，其未来需求将迎来进一步提升；从长期来看：N型电池转换效率更高，未来将取代P型电池成为主流，N型硅片需求将同步受益，同时N型技术还将助力推动硅片薄片化发展，薄硅片有利于进一步降低硅耗，N型硅片有望迎来快速放量。 •投资建议：我们看好具备大尺寸、N型技术储备及产能，同时在供应链管理上具备优势的硅片龙头企业，相关标的：隆基绿能、TCL中环、上机数控、双良节能。 •风险提示：政策落地不及预期；产能扩张超预期；N型技术研发不及预期。 目录 CONTENTS 01/光伏硅片：晶硅电池的核心，产业链强势环节 1.1.产品简介：制备光伏晶硅电池的重要材料 1.2.工艺流程：拉晶和切片为核心工艺 1.3.行业特征：营运能力及盈利能力处于行业中位 02/供需端：光伏装机需求向好，硅片产能快速扩张 2.1.需求：2025年硅片行业市场规模有望达3260亿元 2.2.供给：新老玩家并进，整体产能较为过剩 2.3.结合供需来看：硅片行业短期供需较为平衡 03/发展趋势：高端产能+供应链布局为核心优势 3.1.短期：高纯石英砂短缺影响竞争格局 3.2.中期：大尺寸需求持续加速 3.3.长期：N型技术将成为主流 04/核心标的 05/风险提示 引言 •随着全球碳中和进程不断加速，叠加光伏发电成本持续下行，经济性不断提升，光伏装机需求高增长确定性较强。我们将对光伏全产业链进行全面及深入的研究，旨在基于长期看好光伏产业链发展的情况下，作出深入研究并为投资者提供参考。光伏产业链主要分为主产业链和辅材产业链，主产业链中主要包括硅料、硅片、电池片、组件及光伏电站环节，辅材产业链中根据不同生产环节分类，主要包括：1）硅片生产环节——热场材料、金刚线；2）电池片生产环节——银浆；3）组件封装环节——光伏玻璃、胶膜、背板、边框、接线盒等等；4）电站发电环节——逆变器、支架、汇流箱、电缆等等。本篇报告为光伏主产业链系列报告第四篇，将聚焦于主产业链上游的硅片环节。 图表1：光伏产业链示意图 资料来源：海优新材招股说明书，东亚前海证券研究所 1 光伏硅片：晶硅电池的核心，产业链强势环节 1.1.光伏硅片：位于光伏产业链的上游环节，光伏电池片的核心原材料 •光伏硅片是光伏电池片的核心原材料，位于光伏主产业链上游环节。光伏硅片，是将硅棒通过切片、抛磨、清洗等工艺形成的高纯片状硅，是重要的半导体材料，在其中掺入微量的第IIIA族元素（硼），可形成P型硅半导体；掺入微量的第VA族元素（磷），可形成N型硅半导体；将N、P型半导体结合在一起，可做成晶硅光伏电池片，将太阳的辐射能转变为电能。根据Solarzoom数据，硅料是光伏硅片的成本核心，占其成本比重高达86%，此外，作为生产设备/辅材的冷却液/金刚线/热场/坩埚的成本占比分别为3%/2%/1%/1%，电力作为主要的能源成本其占比为2%。光伏硅片的下游为光伏电池片，在PERC/TOPCon电池中硅片占电池片成本比重分别为66.2%/62%，是电池片的核心原材料。 图表2：光伏硅片成本构成图表3：PERC电池成本构成 图表4：TOPCon电池成本构成 辅材和其他， 电力，2%折旧，2% 冷却液，3%金刚线，2% 热场，1% 坩埚，1% 其他，3% 其他，4.6%能源，4.6% 人工，3.1%折旧，3.1% 浆料， 18.5% 9% 水电，6%人工，3% 折旧，4% 硅片，66.2% 银浆，16% 硅片，62% 硅料，86% 资料来源：Solarzoom，东亚前海证券研究所资料来源：Solarbe，东亚前海证券研究所资料来源：Solarzoom，东亚前海证券研究所 1.1.光伏硅片：单晶硅片具备显著优势，已成为当前行业主流 •光伏硅片根据原料和工艺的不同可分为单晶硅片和多晶硅片。从晶体品质来看，多晶硅是多个微小单晶的组合，中间有大量的晶界，晶格排列是无序的，而单晶硅的晶格排列更为完整，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶硅，位错密度和金属杂质比多晶硅小得多，其少子寿命比多晶硅高出数十倍，从而表现出更高的转换效率；从机械性能来看，多晶硅片的最大弯曲位移比单晶硅片低1/4，因此在电池的生产和运输过程中更易产生破碎、隐裂等问题；从生产工艺来看,单晶硅棒主要使用直拉法生产，多晶硅锭主要使用铸锭法生产，单晶硅棒可以稳定应用金刚线切割工艺，显著降低切片成本，并提高电池转换效率，而多晶硅锭的晶体结构缺陷导致其切割工艺改进难度较大，只能用传统的砂线来切，成本下降空间较为有限。根据CPIA数据，2021年单晶硅片（P型+N型）市场占比约94.5%，随着下游对单晶产品的需求增大，单晶硅片市场占比也将进一步增大；多晶硅片的市场份额由2020年的9.3%下降至2021年的5.2%，未来将呈逐步下降趋势。 图表5：单晶硅与多晶硅产品对比图表6：单晶硅片与多晶硅片外观示意图图表7：2021-2030E各类型硅片市占率变化趋势 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% N型单晶硅片P型单晶硅片铸锭单晶硅片多晶硅片 20212022E2023E2025E2027E2030E 资料来源：CPIA，东亚前海证券研究所资料来源：鹏芃科艺，东亚前海证券研究所资料来源：CPIA，东亚前海证券研究所 1.2.工艺流程：拉晶环节——直拉法为主流制备工艺 •光伏领域主要使用直拉法制备单晶硅棒。根据长晶方式不同，单晶硅制备技术可分为直拉法和区熔法。光伏领域主要使用直拉法，其主要工艺包括：加料、熔化、缩颈生长、放肩生长、等径生长、尾部生长，通过加热放置于坩埚内的多晶硅原料使其成为溶液，并通过安置在炉体上方的籽晶轴，使得单晶晶种能与硅溶液进行接触。通过籽晶轴转动和上下移动，硅液会沿着籽晶表面凝结和生长，最终形成单晶硅棒。区熔法可以生产出高质量的高纯度单晶，但其对原料、设备和技术的要求较为苛刻，生产的晶体尺寸较小，且生产成本较高，目前主要应用于对硅片要求较高的半导体领域。 步骤介绍 图表8：直拉法拉晶流程示意图图表9：直拉法拉晶流程主要步骤 加料将多晶硅原料及杂质放入石英坩埚内，杂质的种类依电阻的N或P型而定。杂质种类 有硼，磷，锑，砷 熔化 加完多晶硅原料于石英埚内后，长晶炉必须关闭并抽成真空后充入高纯氩气使之维 持一定压力范围内，然后打开石墨加热器电源，加热至熔化温度（1420℃)以上,将多晶硅原料熔化 缩颈生长 当硅熔体的温度稳定之后，将籽晶慢慢浸入硅熔体中。由于籽晶与硅熔体场接触时 的热应力，会使籽晶产生位错，这些位错必须利用缩颈生长使之消失掉。缩颈生长是将籽晶快速向上提升，使长出的籽晶的直径缩小到一定大小（46mm）由于位错线与生长轴成一个交角，只要缩颈够长，位错便能长出晶体表面产生零位错的晶体 放肩生长长完细颈之后，须降低温度与拉速，使得晶体的直径渐渐增大到所需的大小 尾部生长 在长完等径部分之后，如果立刻将晶棒与液面分开，那么热应力将使得晶棒出现位 错与滑移线。于是为了避免此问题的发生，必须将晶棒的直径慢慢缩小，直到成一尖点而与液面分开。这一过程称之为尾部生长。长完的晶棒被升至上炉室冷却一段时间后取出，即完成一次生长周期 等径生长长完细颈和肩部之后,借着拉速与温度的不断调整,可使晶棒直径维持在正负2mm之间，这段直径固定的部分即称为等径部分。单晶硅片取自于等径部分 资料来源：ofweek，东亚前海证券研究所资料来源：candela，东亚前海证券研究所 1.2.工艺流程：加工环节——切片为核心加工工艺 •切片为核心加工环节，金刚线技术进步助力硅片实现薄片化。单晶炉拉制出硅棒后需经截断、开方、磨倒、切片4道主要工艺形成单晶硅片，其中截断工艺将硅棒切割成所需长度；开方工艺将截断后的圆柱形硅棒加工成长方体；磨倒工艺将方棒进行磨面、抛光、倒角；工艺工序将磨抛后硅棒切割加工为硅片，是硅片加工流程中最重要的环节，也是实现硅片薄片化的关键。光伏硅片切割主要分为游离磨料砂浆切割和固结磨料金刚线切割两类，后者较前者具有切割速度快、硅片品质高、成本低、切割液环保等优点，2017年以来金刚线切割已在单晶领域完全取代了砂浆切片。 图表11：切片流程示意图 资料来源：Solar.IN-EN，东亚前海证券研究所 图表10：切片流水线示意图 资料来源：高测股份招股说明书，东亚前海证券研究所 图表12：砂浆切割（左）与金刚线切割（右）示意图 资料来源：高测股份招股说明书，东亚前海证券研究所 1.3.行业特征：营运能力及盈利能力处于行业中位 •我们选取光伏产业链各环节的龙头代表公司与光伏硅片龙头企业进行比较： 1）资产负债率处于中位：硅片企业的资产负债率在50%左右，较组件、电池片、逆变器等环节60%-70%的负债水平偏低，高于硅料、胶膜等环节15%-25%的水平； 2）总资产周转率处于中位：硅片企业的总资产周转率整体相对处于中位水平； 3）ROE水平处于中位：硅片企业ROE整体相对处于中位水平，高于组件、胶膜、光伏玻璃等环节，低于硅料、电池片等环节。 图表13：各代表企业资产负债率（%）图表14：各代表企业总资产周转率图表15：各代表企业摊薄ROE（%） 2022Q1-Q32021 2022Q1-Q32021 2022Q1-Q32021 上机数控（硅片） 天合光能（组件）爱旭股份（电池片）阳光电源（逆变器）晶澳科技（组件）固德威（逆变器） 隆基绿能（组件+硅片）福莱特（光伏玻璃）TCL中环（硅片） 通威股份（电池片+硅料） 上机数控（硅片）福斯特（胶膜） 大全能源（硅料） 通威股份（电池片+硅料） 大全能源（硅料）上机数控（硅片）爱旭股份（电池片） 隆基绿能（组件+硅片）固德威（逆变器）TCL中环（硅片）晶澳科技（组件）阳光电源（逆变器）福斯特（胶膜） 福莱特（光伏玻璃） 天合光能（组件） 爱旭股份（电池片） 福斯特（胶膜）通威股份（电池片+硅料） 隆基绿能（组件+硅片） TCL中环（硅片） 天合光能（组件）晶澳科技（组件）固德威（逆变器） 大全能源（硅料）阳光电源（逆变器）福莱特（光伏玻璃） -5515253545556575 00.20.40.60.811.2 -505