招期新能源多晶硅系列专题研究一：N型硅料引领未来，生产成本突破4万

期货研究报告|商品研究 专题报告 招期新能源多晶硅系列专题研究一：N型硅料引领未来，生产成本突破4万 2024年06月14日 新能源专题报告 多晶硅，作为光伏产业链的核心原料，正迎来其市场的快速发展期。然而，现货市场价格的剧烈波动给行业参与者带来不小的风险管理挑战。在这种背景下，期货及衍生品等风险管理工具的推出显得尤为迫切。为此，本系列报告旨在深入剖析多晶硅市场的多个维度，以助于行业更好地准备迎接多晶硅期货的上市。本篇报告将重点关注供应端，提供多晶硅的基础信息和当前供应格局的全面概述。  多晶硅简介：多晶硅，作为光伏和半导体产业的关键材料，根据纯度差异划分为冶金级、太阳能级和电子级。随着技术发展，N型硅料因其更长寿命和高温下更高效率而在市场上占据越来越重要的地位。在全球光伏需求的强劲推动下，多晶硅市场正从半导体主导逐渐转向光伏产业，并预计将维持需求增长的态势。其生产主要依赖改良西门子法和硅烷流化床法，分别产出棒状硅和颗粒硅。 多晶硅供给现状：国外产能方面，截至2023年底，全球多晶硅产能达到225.6万吨，其中中国产能占比高达93%，位居首位。海外产能主要分布在德国、美国和马来西亚，但受到电力成本等因素的影响，其增长速度相对较慢。国 内产能方面，新疆以32%的产量占比领先，而内蒙古则得益于政策支持、产 业链集群效应以及较低的电力成本，吸引了大量企业投资，是未来增量主要来源。竞争格局方面，多晶硅行业展现出高度集中化，CR5企业的产能占比达到85%，其中龙头企业的竞争优势尤为显著。技术发展方面，N型硅料以 其更高的转换效率和可靠性，正迅速扩大其市场份额和需求，标志着光伏产业技术升级和市场结构的重要转变。 多晶硅成本统计：多晶硅的生产成本主要包括硅粉消耗、综合电耗、水耗、蒸汽耗量、人力成本、折旧等费用。其中硅材料的消耗和电力的消耗为主要部分，约65%。根据2023年各企业的年报数据显示，随着技术的进步和生产 效率的提升，多晶硅的生产成本已突破4万元每吨。这一成本下降趋势反映了行业技术成熟度的提高以及规模经济效应的显现。 风险提示： 敬请阅读末页的重要声明 光伏装机量不及市场预期、产业链价格持续下降、海外市场贸易保护措施 研究员：颜正野 联系电话：075582763240 邮箱：yanzhengye@cmschina.com.cn执业资格号：Z0018271 等 正文目录 一、多晶硅基础概述4 （一）分类：光伏产业核心、技术不断创新4 （二）发展历程：从技术封锁到全球领先6 （三）产业链：从电子核心到光伏主导，需求持续增长7 （四）生产工艺：改良西门子法与硅烷流化床法的对比8 二、多晶硅供给10 （一）全球供给：中国主导生产，德国、美国、马来西亚为关键海外中心10 （二）中国供给：新疆位居首位、内蒙古增量潜力10 （三）竞争格局：行业将继续维持高集中度格局11 （四）技术趋势：N型渗透率加速增长12 三、多晶硅生产成本分析13 （一）成本剖析：工业硅与电力成本占比超六成13 （二）成本突破：2024多晶硅生产成本已降至4万元/吨以下13 图表目录 图1：不同表面质量多晶硅价格（元/千克）5 图2：2023-2030年棒状硅和颗粒硅市场占比变化预测趋势6 图3：2006-2017年我国多晶硅产量占比大幅增长7 图4：多晶硅光伏产业链8 图5：改良西门子法生产工艺流程9 图6：硅烷流化床法生产工艺流程9 图7：2023年国内多晶硅主产地产能分布11 图8：2024年多晶硅规划产能分布11 图9：中国多晶硅产量、产能和CR5集中度情况11 图10：2023-2024年中国多晶硅企业产能情况12 图11：多晶硅用工业硅价格走势（元/吨）13 图12：多晶硅主产区全年电价范围（元/千瓦时）13 图13：2024年多晶硅企业产量成本结构图14 表1：太阳能级多晶硅产品标准（GB/T25074-2017）4 表2：电子级多晶硅产品标准（GB/T12963-2022）4 表3：N/P硅料特质对比5 表4：棒状硅和颗粒硅近两年产能和产量统计6 表5：2021-2023年全球多晶硅产能、产量统计（万吨）10 表6：硅料上市企业销售情况表11 一、多晶硅基础概述 多晶硅是单质硅的一种形式，是呈灰色或黑色且有金属光泽的等轴八面体。当熔融的元素硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形式排列成多个晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，结合起来就结晶成多晶硅。如果晶面取向相同，则结晶成单晶硅。多晶硅室温下质脆，切割时易碎裂。加热至800℃以上有延性，1300℃时显示明显变形。 （一）分类：光伏产业核心、技术不断创新 1.按纯度要求及用途不同 多晶硅用纯度表征主体物质的含量多少，常用“N个9”来表示，例如6N代表99.9999%。按纯度多晶硅可分为冶金级多晶硅、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。 冶金级多晶硅（MG-Si），一般含硅量为5N-6N，主要应用包括航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料以及建筑、纺织、汽车、机械等领域。 太阳能级多晶硅（SoG-Si），纯度介于冶金级硅与电子级硅之间，纯度一般在6N-9N 之间，主要用于光伏电池的生产制造。 特级品 1级品 2级品 3级品 施主杂质浓度/10-9 ≤0.68 ≤1.40 ≤2.61 ≤6.16 受主杂质浓度/10-9 ≤0.26 ≤0.54 ≤0.88 ≤2.66 氧浓度/（atoms·cm-3） ≤0.2*1017 ≤0.5*1017 ≤1.0*1017 ≤1.0*1017 碳浓度/(atoms·cm-3） ≤2.0*1016 ≤2.5*1016 ≤3.0*1016 ≤4.0*1016 少数载流子寿命/µs ≥300 ≥200 ≥100 ≥50 基体金属杂质含量（ng/g）Fe、 Cr、Ni、Cu、Zn ≤15 ≤50 ≤100 ≤100 表面金属杂质含量（ng/g）Fe、 Cr、Ni、Cu、Zn、Na ≤30 ≤100 ≤100 ≤100 表1：太阳能级多晶硅产品标准（GB/T25074-2017） 资料来源：国家标准化管理委员会、招商期货 电子级多晶硅（SEG-Si），一般要求含硅量在9N以上，主要作为芯片等电子元器件生产的原材料，广泛应用于集成电路产业。 特级品 电子1级 电子2级 电子3级 施主杂质浓度/cm-3 ≤0.15*1013 ≤0.25*1013 ≤0.5*1013 ≤1.5*1013 受主杂质浓度/cm-3 ≤0.15*1012 ≤1.5*1012 ≤2.5*1012 ≤5.0*1012 碳浓度/cm-3 ≤1.0*1015 ≤2.5*1015 ≤2.5*1015 ≤5.0*1015 基本金属杂质含量（Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总含量）/ng/g(ppbw) ≤0.1 ≤0.3 ≤0.5 ≤2.0 表面金属杂质含量（Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、 K、Na、Ti、Mo、W、Co总含量）/ng/g(ppbw) ≤0.1 ≤0.5 ≤1.0 ≤5.0 表2：电子级多晶硅产品标准（GB/T12963-2022） 资料来源：国家标准化管理委员会、招商期货 2.根据硅料掺入杂质类型的不同 纯净的硅是半导体，其本身导电性不强，但是通过添加少量的掺杂元素，可以显著提高其导电性。按照掺杂元素多晶硅可分为P型和N型。 类别 N型硅料 P型硅料 质量标准 电子二级以上 电子三级及太阳级 元素掺杂掺杂�价元素掺杂三价元素 （磷（P）、砷（As）等）（硼（B）、铝（AI）、镓（Ga）等） 表3：N/P硅料特质对比 外观质量致密料致密料、菜花料、珊瑚料 载流子自由电子空穴 工艺流程N型、P型差别不大 初始投资额N型材料更高端，后端洁净环境更好，初始投资额更大 循环回收N型料品质更高，可循环回收重新用于硅料 资料来源：Wind、招商期货 N型产品寿命要比P型长，且高温条件下电池效率更高。目前，一线大厂的N型硅料比例已超50%，且仍有持续提升的趋势。 3.按表面质量的不同 多晶硅可划分为致密料、菜花料和复投料。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，主要用于拉制单晶硅、适用于制造高效率的光伏电池。菜花料表面颗粒凹陷程度适中，为5-20mm，成本较低，可与致密料共同参 与制备单晶硅，从而节约原料成本。复投料属于致密料的一种，是拉晶产生的头尾或边皮料，一般品质较好，可以作为填充硅料二次循环使用，降低资源浪费。 图1：不同表面质量多晶硅价格（元/千克） 多晶硅复投料多晶硅致密料多晶硅菜花料 350 300 250 200 150 100 50 0 Jan-21May-21Sep-21Jan-22May-22Sep-22Jan-23May-23Sep-23Jan-24May-24 资料来源：SMM、招商期货 4.根据生产工艺的不同 当前主流的多晶硅生产技术主要有改良西门子法和硅烷流化床法，产品形态分别为棒状硅和颗粒硅。据《中国光伏产业发展路线图（2023年版）》，改良西门子法生产工艺相 对成熟，目前主流产品为棒状硅。随着2023年硅烷法颗粒硅产能和产量的增加，颗粒硅市场占比有所上涨。2023年颗粒硅占比达到17.3%，棒状硅占82.7%。 统计（万吨） 类型 2022 2023 同比 棒状硅 100.5 172.2 71.3% 颗粒硅 15.8 37.8 139% 棒状硅 75 125 66.7% 颗粒硅 6.1 22.1 262% 表4：棒状硅和颗粒硅近两年产能和产量统计 产能产量 资料来源：Wind、招商期货 图2：2023-2030年棒状硅和颗粒硅市场占比变化预测趋势 资料来源：中国光伏产业发展路线图（2023-2024年）、招商期货 （二）发展历程：从技术封锁到全球领先 技术封锁与产业化示范线：新中国成立初期，受发达国家技术封锁和市场垄断影响，中国多晶硅行业增长缓慢，年产量不足全球总产量的0.5%，市场几乎完全依赖进口。2005 年，洛阳中硅建成国内首条300吨/年多晶硅产业化示范线，标志着技术自主化和规模化生产体系的初步形成。 需求激增与政策调控：随后，随着全球光伏应用的推进，多晶硅需求激增，价格从2008 年的22美元/kg飙升至500美元/kg，涨幅达2172.7%。高利润吸引资本涌入多晶硅行业，导致产能过剩。2009年"国发38号文"将多晶硅定为高耗能、高污染产品，指出光伏发电市场发展滞后，国内太阳能电池98%用于出口，文件出台有效遏制了盲目投资和重复建设。 市场调整与行业洗牌：国家开始收紧项目审批，银行收紧信贷，多晶硅扩产、技改受限。2009年全球次贷危机导致光伏市场增速下滑，多晶硅价格从500美元/千克降至40美元/千克，部分企业亏损。2011年，受太阳能光伏市场增速放缓和国外倾销影响，多晶硅价格继续大跌，企业亏损严重，部分停产破产。2013年上半年，全国在产企业仅剩7家（江苏中能、大全新能源、亚洲硅业、新特能源、黄河上游、四川永祥、神州硅业），价格跌至15美元/千克，多家工厂倒闭。 政策支持与市场复苏：直到2013年，国务院将多晶硅从产能过剩行业名单中移除，国内光伏市场开始规模化发展。中国对美韩多晶硅实施反倾销、反补贴措施，国内企业逐步复产。国内发布一系列光伏扶贫专项计划等项目，多晶硅生产开始向能源价格较低的西北等地区转移，技术水平也不断提升。 100我国产量占比其他产量占比 80 60 40 20 44.9 48.5 50.6 54.7 32.7 32.7 16.9 25.6 26.7 0 0 2.5 6.9 200620072008200920102011201220132014201520162017 图3：2006-2017年我国多晶硅产量占比大幅增长 资料来源：Wind、招商期货 市场冲击与平价上网政策：2018年，随着531光伏新政的出台，政策补贴下调的力度和速度都远超预期，国内光伏市场增量需求下滑，多晶硅需求