近年來,各種晶體材料,特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關高技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,成為當代信息技術產(chǎn)業(yè)的支柱,并使信息產(chǎn)業(yè)成為全球經(jīng)濟發(fā)展中增長最快的先導產(chǎn)業(yè)。單晶硅作為一種極具潛能,亟待開發(fā)利用的高科技資源,正引起越來越多的關注和重視。

目前,我國已成為全球最大的單晶硅生產(chǎn)國。隨著我國單晶硅生產(chǎn)技術的迭代未來我國單晶硅將在能夠提高組件功率、降低成本的大尺寸硅片方向發(fā)展。

單晶硅產(chǎn)業(yè)主要上市公司:目前國內(nèi)單晶硅行業(yè)的上市公司主要有隆基股份(601012)、中環(huán)股份(002129)、上機數(shù)控(603185)、眾合科技(000925)、京運通(601908)、晶澳科技(002459)等。

本文核心數(shù)據(jù):單晶硅產(chǎn)量,單晶硅產(chǎn)能,單晶硅下游需求,單晶硅市場規(guī)模,單晶硅區(qū)域競爭格局,單晶硅企業(yè)競爭格局,單晶硅發(fā)展趨勢

產(chǎn)業(yè)概況

1、定義:晶體材料的重要組成部分

單晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在凝固時硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核,如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒,則這些晶粒平行結合起來便結晶成單晶硅。單晶硅具有準金屬的物理性質(zhì),有較弱的導電性,其電導率隨溫度的升高而增加;有顯著的半導電性。

超純的單晶硅是本征半導體,在超純單晶硅中摻入微量的ⅢA族元素,如硼可提高其導電的程度,而形成P型硅半導體;如摻入微量的ⅤA族元素,如磷或砷也可提高導電程度,形成N型硅半導體。

它在不同的方向具有不同的性質(zhì),是一種良好的半導體材料。由于單晶硅具有顯著的半導電性,作為一種比較活潑的非金屬元素晶體,是晶體材料的重要組成部分,處于新材料發(fā)展的前沿。高性能單晶硅的純度要求達到99．9999%,甚至達到99．9999999%以上,可用于制造半導體器件、太陽能電池、芯片等。

2、產(chǎn)業(yè)鏈剖析:硅片尺寸是關鍵

單晶硅片從上游原材料到中游制造到應用主要分為直拉、區(qū)熔、破方規(guī)、線鋸等步驟。

首先將多晶硅原料在加入氬氣等特氣環(huán)境的條件下,通過直拉或者區(qū)熔的方法獲得單晶硅晶棒,然后通過單晶硅拉晶爐等設備再經(jīng)過破方規(guī)形成方錠。再通過線切、研磨、刻蝕、拋光等流程最后得到光伏級單晶硅片和半導體級單晶硅片。

對于單晶硅片,又可進一步精密加工成太陽能單晶硅電池片、功能性電子元器件、機械器件、集成電路等多種下游材料,最后被廣泛應用于風力發(fā)電、新能源汽車、醫(yī)療器械、航空航天、計算機、智能制造及光伏行業(yè)等。

此外,由于單晶硅片的尺寸大小直接決定了半導體應用中芯片的成本,硅片尺寸越大,將來在制成的每塊晶圓上就能切割出更多的芯片,單位芯片的成本也就更低,因此大尺寸單晶硅的發(fā)展的趨勢。

目前,我國多晶硅原材料供應主要由保利協(xié)鑫、新特能源、中能科技等企業(yè)完成。單晶硅產(chǎn)業(yè)鏈中游硅片制造的主要企業(yè)有隆基、中環(huán)、晶科、晶澳、上技術控等企業(yè)。下游應用市場可分為光伏產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)應用。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程:進入產(chǎn)能規(guī)劃火熱進行階段

單晶硅片已滲透到國民經(jīng)濟和國防科技中各個領域,當今電子通信半導體市場中95%以上的半導體器件及99%以上的集成電路需要用使用單晶硅片。

縱觀單晶硅片的發(fā)展,我國經(jīng)歷了從無到有,從落后到不斷追趕再到接近,不斷實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)和技術上的雙突破。

上游供給情況: 產(chǎn)量逐年上升,CR5格局逐漸穩(wěn)定

隨著科技不斷進步,多晶硅的使用范圍也不斷擴大,不僅成為了信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎材料,并且也是太陽能轉(zhuǎn)化為光能的理想介質(zhì)。國家十分重視硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,2005年國家發(fā)改委將6英寸以上的單晶硅、多晶硅和晶片列為國家重點鼓勵發(fā)展產(chǎn)業(yè)項目,極大推動了中國光伏產(chǎn)業(yè)和電子信息工程的發(fā)展速度,使中國硅材料生產(chǎn)進入新的蓬勃發(fā)展階段。

根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示,2015-2020年中國多晶硅產(chǎn)量不斷增加;2020年,全國多晶硅產(chǎn)量達39．2萬噸,同比增長14．6%。其中,排名前五企業(yè)產(chǎn)量占國內(nèi)多晶硅總產(chǎn)量87．5%,其中4家企業(yè)產(chǎn)量超過5萬噸。2021年隨著多晶硅企業(yè)技改及新建產(chǎn)能的釋放,產(chǎn)量預計將達到45萬噸。

國內(nèi)產(chǎn)能方面,硅料行業(yè)C5格局漸穩(wěn)固,中國多晶硅市場集中度不斷提高,2019年中國多晶硅行業(yè)前五企業(yè)市場占有率為69．30%;2020年中國多晶硅行業(yè)前五企業(yè)市場占有率為87．5%,較2019年提升了18．20%;市場集中度進一步提高。

下游發(fā)展情況:光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速

1、太陽能光伏發(fā)電在我國呈現(xiàn)爆發(fā)式增長

我國太陽能光伏行業(yè)雖起步較晚,但發(fā)展迅速,尤其是2013年以來,在國家及各地區(qū)的政策驅(qū)動下,太陽能光伏發(fā)電在我國呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,2017年,我國光伏發(fā)電新增裝機容量為53．06GW,創(chuàng)歷史新高,2020年,全國光伏新增裝機4820萬千瓦,同比增長59．50%。

截至2021年Q1,全國光伏發(fā)電新增裝機5．56GW,相對于2020年一季度疫情影響下的極低值、四季度搶裝潮下的極高值,已回歸多年平均水平。

由于擁有較為有利的生產(chǎn)成本優(yōu)勢,我國已經(jīng)成為全球最大的太陽能電池片和電池組件生產(chǎn)制造基地。2013年以來,我國太陽能電池片產(chǎn)量規(guī)模穩(wěn)步提升,帶動光伏產(chǎn)業(yè)對單晶硅需求穩(wěn)步增長。據(jù)中國光伏協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù),2020年,我國電池片產(chǎn)量約為134．8GW,同比增長22．2%。

2、集成電路制造行業(yè)市場規(guī)模不斷提升

在我國政策的促進下,我國集成電路行業(yè)主要代表企業(yè)不斷突破技術壁壘,促進我國集成電路行業(yè)的發(fā)展,其中中芯國際目前已能夠生產(chǎn)n+1  nm的集成電路,雖不能完全替代7nm的芯片,但也能在短時間內(nèi)解決我國機場電路短缺的問題。

根據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,2015-2020年我國集成電路市場規(guī)模呈逐年增加趨勢。2020年我國集成電路市場規(guī)模為8848億元,較2019年增加17．00%。

目前我國消費電子、汽車電子、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的新需求導致半導體芯片應用領域快速擴張。以智能手機為例,隨著手機雙攝像頭、指紋識別、人臉識別、無線充電等新功能的普及,單臺手機所需的芯片數(shù)量快速增加。

同時,汽車電子、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)近年來呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢,對各類控制芯片和管理芯片的需求呈現(xiàn)高速增長態(tài)勢,為半導體芯片的需求帶來了新的增量空間。

據(jù)中國半導體行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計,2015-2020年中國芯片市場規(guī)模逐年增長,2020年為8848億元,同比增長17%。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、供給:2020年產(chǎn)量和產(chǎn)能均出現(xiàn)大幅增長

單晶硅片的應用滲透到國民經(jīng)濟和國防科技中各個領域,當今電子通信半導體市場中95%以上的半導體器件及99%以上的集成電路需要用使用單晶硅片。隨著中國半導體產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,中國單晶硅片產(chǎn)能的擴張迅速。

據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會硅業(yè)分會統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2019年底,我國單晶硅片產(chǎn)能為115GW,占全球的97．6%。2020年隨著我國單晶硅項目的建成,我國單晶硅片產(chǎn)能顯著增加,據(jù)各公司公報統(tǒng)計得到2020年,我國單晶硅片產(chǎn)能約為235．3GW。

截至2019年底,我國單晶硅片產(chǎn)量為90GW,同比增長63．6%。前瞻根據(jù)中國光伏協(xié)會公布的2020年我國硅片產(chǎn)量161．3GW及我國單晶硅片占硅片市場占比測算得到2020年我國單晶硅產(chǎn)量約為146GW。

2、需求:2020年半導體單晶硅消費規(guī)模達到19．8億元

據(jù)中國有色金屬工業(yè)協(xié)會硅業(yè)分會統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2019年底,我國單晶硅片產(chǎn)量為90GW,同比增長63．6%,2020年我國單晶硅產(chǎn)量約為146GW。根據(jù)單晶硅行業(yè)龍頭企業(yè)的產(chǎn)銷率為98．9%估算,2020年我國單晶硅銷量約為144．39GW。

根據(jù)前瞻測算,2019年我國單晶硅行業(yè)市場規(guī)模達到234．43億元,2020年初步估計市場規(guī)模上升至380．29億元。

3、價格:2021年以來價格連續(xù)十次向上跳漲

2021年以來多晶硅價格的持續(xù)上漲,一方面是硅料供應基本無增量的同時,硅片擴產(chǎn)增量陸續(xù)釋放,供需階段性不匹配支撐價格持續(xù)上漲;另一方面是市場對于全年硅料供不應求現(xiàn)狀可能持續(xù)的預判,使下游更加堅定地及時采購硅料。  由于多晶硅的價格上漲國內(nèi)各類型單晶硅片的平均價格均實現(xiàn)不同程度的上漲。

以國內(nèi)單晶硅的龍頭企業(yè)隆基為例,5月25日,隆基股份公布6月硅片價格,M10、M6、G1全面上漲。其中M10由5．39元/片上漲至5．87元/片,漲價0．48元/片;M6硅片由4．49元/片上漲至4．89元/片,漲價0．4元/片;G1硅片由4．39元/片上漲至4．79元/片,漲價0．4元/片。

產(chǎn)業(yè)競爭格局

1、區(qū)域競爭:多集中在西部和北部區(qū)域,尤其是云南地區(qū)和內(nèi)蒙古

從單晶硅規(guī)模較大的幾家企業(yè)2021年規(guī)劃產(chǎn)能分布的情況來看,我國單晶硅產(chǎn)業(yè)多集中在西部和北部區(qū)域,尤其是云南地區(qū)和內(nèi)蒙古,多家龍頭企業(yè)在這兩個地區(qū)有單晶硅規(guī)劃產(chǎn)能項目布局,其次是四川地區(qū),也受到單晶硅企業(yè)產(chǎn)能投資建設的青睞。

2、企業(yè)競爭:CR5高達88．1%,隆基和中環(huán)呈現(xiàn)雙寡頭競爭格局

中國企業(yè)在硅片制造領域占據(jù)絕對優(yōu)勢。憑借規(guī)模制造優(yōu)勢和不斷提高的技術水平,硅片已經(jīng)成為中國企業(yè)占有份額最高的主要光伏產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)。隨著硅片制造技術和工藝不斷進步,硅片的價格不斷下降,這較大程度的降低了光伏行業(yè)的發(fā)電成本,促進了光伏行業(yè)的發(fā)展。

我國硅片產(chǎn)量總體呈逐年增長態(tài)勢,2020年硅片產(chǎn)量為161．3GW,主要以156．75mm和158．75mm硅片為主,大硅片已成發(fā)展趨勢。我國硅片行業(yè)代表企業(yè)主要有隆基股份、晶澳科技和億晶光電等,行業(yè)市場集中度較高且不斷提升,2020年行業(yè)CR5為88．1%。

具體到單晶硅行業(yè)來看,就目前整個競爭格局而言,隆基、中環(huán)和晶科從產(chǎn)能來看在國內(nèi)市場份額合計達到72．2%,而且目前處于第一梯隊的隆基產(chǎn)能優(yōu)勢明顯,中環(huán)股份雖聚焦大硅片近年來產(chǎn)能有所增加,但是短期內(nèi)超越隆基較為艱難,其他公司還需要一定的時間爬坡,所以目前單晶硅片的寡頭格局已經(jīng)清晰,前瞻產(chǎn)業(yè)研究院認為未來5年內(nèi)單晶硅行業(yè)寡頭格局還將保持。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景及趨勢預測

未來我國單晶硅的發(fā)展呈現(xiàn)以下三種主要的趨勢。在需求和政策的雙重鼓勵之下,我國單晶硅的產(chǎn)能將進一步增長,企業(yè)將進一步擴增產(chǎn)能。第二是單晶硅中,N型單晶硅片的發(fā)展份額將逐年增大,同時大尺寸硅片也將成為各單晶硅公司的未來發(fā)展重點。

1、產(chǎn)能進一步擴增

近些年,受日本、美國、德國等發(fā)達國家需求影響,單晶硅銷售市場火爆,帶動國內(nèi)外單晶硅制造企業(yè)銷量激增。在國際上,從2014年開始,光伏制造商龍頭便紛紛試探性布局高效單晶產(chǎn)品。

2016年2月,韓國LG公司斥資4．35億美元擴大其電池生產(chǎn)線,宣稱計劃到2020年,將其N型單晶硅電池生產(chǎn)產(chǎn)能翻三倍。

2020年,環(huán)球晶圓宣布中德分公司擴建12英寸硅晶圓產(chǎn)能,預計2年內(nèi)完成廠房建設、機臺安裝和量產(chǎn)。同時,國內(nèi)光伏產(chǎn)品制造商龍頭布局單晶產(chǎn)品,單晶產(chǎn)品供應商也是銷售火爆。

2、N型單晶硅片的市場份額將逐年增大

據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預測,隨著下游對單晶產(chǎn)品的需求增大,單晶硅片市場占比也將進一步增大,且 N  型單晶硅片占比將持續(xù)提升。未來多晶硅片的市場份額呈逐步下降趨勢,但仍會在細分市場保持一定需求量。鑄錠單晶市場占比未來市場份額保持平穩(wěn)。結合中國光伏行業(yè)協(xié)會預測結構,預計2026年單晶硅(P型和N型)市場份額有望達98%。

3、硅片大尺寸化成為趨勢

在摩爾定律的驅(qū)動下,硅片尺寸呈現(xiàn)從4寸→6寸→8寸→12寸的路徑變化,參考半導體發(fā)展經(jīng)驗,光伏硅片和半導體類似,都是朝著大尺寸方向演變。因為總面積相等的情況下,單個硅片尺寸越大,電池片數(shù)量越少,焊帶、遮光面積越少,轉(zhuǎn)換效率越高。

1981年—2012年:以100mm、125mm為主;2012年—2018年:以156mm(M0)、156．75mm(M2)為主;2019年,隆基以存量電池產(chǎn)線能接受的極限尺寸為邏輯,推出166mm(M6)硅片,比M2面積大出12．2%;同年中環(huán)參考半導體經(jīng)驗,繼續(xù)推出210mm(M12,G12)硅片,表面積比M2硅片提升了80．5%;2020年七家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布標準尺寸倡議,提議將182mm(M10)硅片作為標準。

“大尺寸”硅片有助于提高組件功率、降低成本已成行業(yè)共識。“大尺寸”硅片可以在不增加額外工藝、設備和人力消耗的情況下,增加設備的產(chǎn)能和單塊組件的功率,進而降低上游、中游單瓦組件所需要攤銷的人力、折舊、管理等成本,同時降低下游系統(tǒng)BOS成本。因此未來大尺寸的硅片將成為單晶硅企業(yè)的“兵家必爭之地”。