多晶硅上市专题系列一：一文读懂晶硅光伏产业链供需关系

专题报告-多晶硅 多晶硅上市专题系列一： 一文读懂晶硅光伏产业链供需关系 报告日期：2024年11月20日 作为工业硅最主要的下游，光伏产业链最重要的原材料，多晶硅期货即将上市。本片报告作为多晶硅上市专题系列的�一篇，企图从供需角度串联起光伏产业链上下游，展现晶硅光伏的基本格局。 ★晶硅光伏的由来 多晶硅，又被称为硅料，是纯度99%的工业硅经提纯后得到的纯度99.9999%以上的硅单质，下游主要应用方向为晶硅光伏产业。晶硅光伏发电的核心原理是“光生伏特效应”，即在光照条件下，硅半导体内部会产生电位差，从而将光能转换为电能。 ★产业链供需：彼之供给，我之需求 晶硅光伏产业链上下游较为单一，因此，下游的产量直接对应了上有游的需求。研究晶硅光伏产业链的供需，实则是研究从多晶硅到组色件的各个环节的产能与产量。 金我们预计，2024E中国多晶硅/硅片/电池片/组件企业产能将分别 属达到302万吨（1510GW）/1211.5GW/1235GW/1116GW。而目前市场主流三方机构对于2025年的光伏装机需求预期大约在500-630GWDC，也就是说即使是以最乐观的需求看待，当前光伏产业链产能也过剩严重。其中，多晶硅又是主产业链中过剩最为严重的环节。 ★贸易：出口占据半壁江山 晶硅光伏产业链中，多晶硅进出口量均不多，硅片、电池片、组件以出口为主，其中组件出口量最大。欧盟是组件传统的�一大出口目的地，但受其自身需求下降影响，2023年下半年起欧盟从中国的组件拉货量明显放缓。新兴市场的光伏产业发展更为迅速，中国对巴西、印度、沙特、巴基斯坦等国家的组件出口量近年来快速提升。但是为了加强本地制造能力、创造就业机会，部分国家也开始对中国光伏出口提高贸易壁垒。美国一直以来对中国光伏设置了严格的贸易壁垒，除了高额关税外，还要求出口产品皆可“溯源”。贸易壁垒将对未来中国组件出口产生较大影响。 ★风险提示 供给变化超预期。 孙伟东首席分析师（有色金属）从业资格号：F3035243 投资咨询号：Z0014605Tel：63325888-3904 Email：weidong.sun@orientfutures.com 联系人 肖嘉颖分析师（有色金属） 从业资格号:F03130556 Email：jiaying.xiao@orientfutures.com 重要事项：本报告版权归上海东证期货有限公司所有。未获得东证期货书面授权，任何人不得对本报告进行任何形式的发布、复制。本报告的信息均来源于公开资料，我公司对这些信息的准确性和完整性不作任何保证，也不保证所包含的信息和建议不会发生任何变更。我们已力求报告内容的客观、公正，但文中的观点、结论和建议仅供参考，报告中的信息或意见并不构成交易建议，投资者据此做出的任何投资决策与本公司和作者无关。 有关分析师承诺，见本报告最后部分。并请阅读报告最后一页的免责声明。 目录 1、晶硅光伏的由来？5 2、产业链供需：彼之供给，我之需求8 2.1、多晶硅：晶硅光伏的核心8 2.2、硅片：承上启下16 2.3、电池片：技术的秘密20 2.4、组件：可观测的需求26 2.5、硅耗测算：1GW需要多少万吨的多晶硅？30 3、贸易：出口占据半壁江山31 3.1、国内贸易：地域与集中度31 3.2、国际贸易：出口与壁垒34 4、小结36 5、风险提示38 图表目录 图表1：光伏发展方向5 图表2：晶硅光伏产业链示意图6 图表3：N型半导体与P型半导体7 图表4：P型半导体与N型半导体接触形成PN结7 图表5：太阳能级多晶硅国家标准（GB/T25074-2017）8 图表6：电子能级多晶硅国家标准（GB/T12963-2022）9 图表7：块状硅（致密料、菜花料、珊瑚料）与颗粒硅9 图表8：改良西门子法示意图11 图表9：硅烷流化床法示意图11 图表10：2023年年底N型料占比12 图表11：2024年5月N型料占比12 图表12：全球和中国多晶硅产能13 图表13：全球和中国多晶硅产量13 图表14：2024E中国多晶硅企业产能梳理14 图表15：国内多晶硅新规划产能梳理15 图表16：2024E海外多晶硅企业产能梳理16 图表17：不同技术路线的硅片占比17 图表18：P/N型硅片渗透率17 图表19：不同尺寸硅片市场占比18 图表20：硅片尺寸类型18 图表21：硅片厚度变化趋势18 图表22：金刚线母线直径变化18 图表23：全球和中国硅片产能19 图表24：全球和中国硅片产量19 图表25：2024E中国硅片企业（含海外基地）产能梳理20 图表26：光伏电池的效率损失类型与升级思路21 图表27：Al-BSF电池与PERC电池结构图22 图表28：光伏电池技术路径结构图23 图表29：光伏电池技术路径对比23 图表30：全球和中国电池片产能24 图表31：全球和中国电池片产量24 图表32：不同电池技术路线平均转换效率25 图表33：不同电池技术路线市场占比25 图表34：2024E中国电池片企业（含海外基地）产能梳理25 图表35：光伏组件结构示意图26 图表36：不同类型组件功率变化27 图表37：单/双面发电组件市场占比27 图表38：不同背板材料市场占比27 图表39：全球和中国组件产能28 图表40：全球和中国组件产量28 图表41：2024E中国组件企业（含海外基地）产能梳理29 图表42：2024E全球组件产能分布30 图表43：2024E全球组件产能分区域占比30 图表44：硅片、电池片、组件单瓦硅耗测算31 图表45：多晶硅产能区域分布32 图表46：单晶拉棒产能区域分布32 图表47：硅片切片产量区域分布33 图表48：电池片、组件产量区域分布33 图表49：2023年两网五大六小两建组件定标容量33 图表50：中国多晶硅进口量34 图表51：中国多晶硅出口量34 图表52：中国硅片出口量35 图表53：中国硅片出口目的地35 图表54：中国电池片出口量35 图表55：中国电池片出口目的地35 图表56：中国组件出口量36 图表57：中国组件出口目的地36 图表58：晶硅光伏产业链各环节开工率37 图表59：多晶硅、硅片库存37 图表60：光伏电池外销厂库存37 图表61：光伏组件工厂库存37 图表62：晶硅光伏产业链供需平衡表38 作为工业硅最主要的下游，光伏产业链最重要的原材料，多晶硅期货即将挂牌上市。本片报告作为多晶硅上市专题系列的�一篇，企图从供需的角度串联起光伏产业链上下游，展现晶硅光伏的基本格局。后续我们也将继续推出系列专题报告（成本测算、合约规则解读、上市首日策略等），帮助投资者们了解多晶硅及其背后的晶硅光伏产业。 1、晶硅光伏的由来？ 即将上市的期货品种是多晶硅，为何我们需要了解晶硅光伏全产业链？多晶硅，又被称为硅料，是纯度99%的工业硅经提纯后得到的纯度99.9999%以上的硅单质，下游主要应用方向为光伏与半导体产业，其中又以光伏为主，占比高达98%。因此，当我们谈论多晶硅时，实际谈论的是整个光伏产业链。 光伏，是利用太阳能发电的一种方式，其发展方向主要分为三代：（1）�一代为晶硅光伏，即以多晶硅为原料制造的光伏；（2）�二代为薄膜光伏，即以非晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等为原料制造的光伏；（3）�三代为有机和化合物光伏，如大热的钙钛矿光伏等。晶硅光伏是目前最普遍和最成熟的光伏技术，市占率达到95%以上。薄膜光伏市占率较低，钙钛矿光伏等仍处于实验室研发和中试阶段，离产业化仍有一定的距离。因此，我们主要讨论的是晶硅光伏产业链。 图表1：光伏发展方向 资料来源：FerroTecChina，东证衍生品研究院 晶硅光伏亦有两条路线。一是多晶路线，即由多晶硅先制成多晶硅锭，再切片成多晶硅片；二是单晶路线，即由多晶硅先制成单晶硅棒，再切片成单晶硅片。后在此基础上加工成单晶/多晶硅电池片、组件，最终与逆变器等其他设备一起组装为光伏发电系统。相比多晶硅锭，单晶硅棒由晶体取向相同的晶粒组成，因此具有更为高效的导电性和转换效率。随着技术进步，单晶硅棒路线已经代替多晶硅锭路线成为市场的主流选择。根据CPIA，截至2023年底，单晶技术路线的市场份额达99.2%，多晶占比仅0.8%。因此，后文非特别指明，我们所讨论的均为单晶路线的晶硅光伏。 图表2：晶硅光伏产业链示意图 资料来源：公开资料整理，东证衍生品研究院 在此，我们先对晶硅光伏的发电原理进行简单的说明： 光伏发电的核心原理是“光生伏特效应”，即在光照条件下，硅半导体内部会产生电位差，从而将光能转换为电能。 硅原子最外层拥有4个价电子，在单晶结构中，每个硅原子都和另外4个硅原子相连，并且彼此共用一对电子。这种共用电子对的结构称为“共价键”。在受到光照射后，价电子挣脱原子核成为自由电子，相应得，共价键中失去一个电子，留下一个“空穴”。自由电子和自由空穴统称为“载流子”。但在纯净状态下，硅的自由电子和空穴浓度极低，为了增强导电性，需要在纯硅中掺杂其他元素。 N型半导体（N取自于Negative，由于电子带负电而得名）：在硅晶体中掺入少量五价元素（如磷元素）。硅原子被磷原子取代，磷原子最外层的五个电子其中四个与周围的硅原子形成共价键，多出一个电子不受束缚，成为自由电子。含电子浓度较高的半导体称为N型半导体，其导电性主要由自由电子产生。由于磷元素等在半导体材料中能提供一个电子，因此它们也称为施主杂质。 P型半导体（P取自于Positive，由于空穴带正电而得名）：在硅晶体中参入少量三价元素（如硼元素）。硅原子被硼原子取代，硼原子最外层的三个电子与周围的硅原子形成共价键，但多出一个“空穴”（相当于“正电荷”）。含“空穴”浓度较高的半导体称为P型半导体，其导电性主要由“空穴”产生。由于硼元素等在半导体材料中能提供一个空穴，这个空穴可以吸引别的电子，而在其他的位置形成另一个空穴，因此又被称为受主杂质。 图表3：N型半导体与P型半导体 N型半导体P型半导体 资料来源：晶格半导体，东证衍生品研究院 由于N型半导体多了电子，P型半导体多了空穴，当N型和P型半导体靠近在一起时，其交界处出现电子和空穴的浓度差，导致N区的电子向P区扩散，P区的空穴向N区扩散。作为结果，N区失去电子后会带正电，P区失去空穴后会带负电，从而形成一个由N指向P的“内电场”。显然，电场方向与“电子-空穴”扩散方向相反，从而阻止扩散的继续。最终，N区与P区中间形成动态平衡区，称为“PN结”。 而当太阳光照射到“PN结”上时，部分电子挣脱原子核成为自由电子，即生成更多“电子-空穴对”，生成的电子和空穴会被电场分离。在PN结内部，电场使得电子向N型半导体移动，使得空穴向P型半导体移动，这个过程导致PN结两侧形成电势差。通过外接电路，电子和空穴可以流动形成电流，从而实现“光生伏特效应”。 图表4：P型半导体与N型半导体接触形成PN结 资料来源：公开资料整理，东证衍生品研究院 2、产业链供需：彼之供给，我之需求 从产业链示意图中可以发现，晶硅光伏产业链上下游较为单一，多晶硅的直接下游为硅片，硅片的直接下游是电池片，电池片的直接下游就是组件。在单向化的产业链分布中，下游的产量直接对应了上游的需求。因此，研究晶硅光伏产业链的供需，实则是研究从多晶硅到组件的各个环节的产能与产量。 2.1、多晶硅：晶硅光伏的核心 2.1.1、分类 多晶硅是整个晶硅光伏产业链技术难度最大、资金投入最高、投产时间最长、产能弹性最小的环节，因此也构成了晶硅光伏产业链的核心。在研究多晶硅的供给之前，让我们先简单了解一下多晶硅的基础概念。 （1）根据纯度分类：太阳能级多晶硅与电子级多晶硅 根据纯度不同，多晶硅通常可分为“太阳能级多晶硅”和“电子级多晶硅”两类。 太阳能级多晶硅（SGS,SolarGradeSilicon）：指纯度在6N-9N的多晶硅（硅含量99.9999%-99.9999999%），主要用于光伏晶硅电池的生产。