多晶硅系列专题报告

日期 多晶硅系列专题报告 2024 年 03 月 13 日 能源化工研究团队 研究员：李捷,CFA（原油燃料油）021-60635738Lijie@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F3031215 研究员：任俊弛（PTA/MEG）021-60635737Renjunchi@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F3037892 研究员：彭浩洲（尿素/工业硅）028-86630631Penghaozhou@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F3065843 研究员：彭婧霖（甲醇/聚烯烃）021-60635740Pengjinlin@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F3075681 研究员：吴奕轩（纯碱/玻璃）021-60635726Wuyixuan@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F03087690 研究员：刘悠然（纸浆）021-60635570Liuyouran@ccb.ccbfutures.com期货从业资格号：F03094925 多晶硅：产业链中承上启下 观点摘要： ＃summary＃可再生能源发展与应用成为实现“双碳”目标的重要一环。2023年，可再生能源装机量占比超过煤电比例。具体来看，全国可再生能源发电总装机达 15.16 亿千瓦，占全国发电总装机的 51.9%，在全球可再生能源发电总装机中的比重接近 40%。其中，2023 年光伏新增装机量 216.30Gw，较 2022 年的 87.41GW 增长 147.13%。光伏发电量 2939.68 亿千瓦时，同比增长 17.17%，这表明我国光伏产业进入提量增效的高速发展阶段。 多晶硅上承工业硅产业，下启光伏产业。工业硅硅经过氢化，精馏、还原提纯可制备成为多晶硅，多晶硅又可通过单晶拉棒切片、多晶铸锭切片等中间加工环节光伏和半导体材料。多晶硅对工业硅需求量占到约一半。2023 年，工业硅产量达到 374 万吨，根据每吨多晶硅需求工业硅原料 1.15 吨比例，2023 年多晶硅对工业硅需求量高达 164.45 万吨，占到总产量的 43.97%。 多晶硅的国标包括《太阳能级多晶硅》、《流化床法颗粒硅》和《电子级多晶硅》。其中，太阳能级多晶硅和流化床法颗粒硅都分为特极品、1 极品、2 极品和 3 极品。 太阳能级多晶硅的国标强调“表面质量”，即多晶硅免洗或经过清洗后应达到直接使用的要求，其分类主要包括三种：1)致密料：表面颗粒凹陷深度小于 5mm，断面结构致密，外观无异常颜色，无氧化夹层。2)菜花料：表面颗粒凹陷深度 5mm-20mm，外观无异常颜色，无氧化夹层。3)珊瑚料：表面颗粒凹陷深度≥20mm，外观无异常颜色，无氧化夹层。结合现货市场表现来看，致密料价格高于后两个品类，主要用于拉制单晶硅，同时复投料属于致密料的一种，是单晶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；菜花料和珊瑚料价格排在致密料和复投料之后，这两种料主要用于制作多晶硅片，部分企业选择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。 风险提示：宏观经济及政策风险 欧洲光伏政策风险多晶硅新增产能投产不及预期 一、“双碳”目标下光伏产业进入高速发展阶段 从 历史 视角 出 发， 联 合国 于 1988 年 设立 联合 国 间气 候 变化 专门 委 员会（IPCC），从 1992 年开始，各成员国先后谈判签订《联合国气候变化框架公约》、《京都协议书》和《巴黎协定》等具有一定法律约束力的国际性文件。目前，“碳中和”成为国际社会在应对全球气候变化方面形成的共识。2020 年 9 月，习总书记在第 75 届联合国大会中提出“中国将二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和”，这标志着“碳中和”及“碳达峰”成为国家层面战略目标。 可再生能源发展与应用成为实现“双碳”目标的重要一环。2023 年，全国累计发电装机容量约 29.2 亿千瓦，同比增长 13.9%。其中，太阳能发电装机容量约6.1 亿千瓦，同比增长 55.2%；风电装机容量约 4.4 亿千瓦，同比增长 20.7%。2023年，可再生能源装机量占比超过煤电比例。具体来看，全国可再生能源发电总装机达 15.16 亿千瓦，占全国发电总装机的 51.9%，在全球可再生能源发电总装机中的比重接近 40%。其中，2023 年光伏新增装机量 216.30Gw，较 2022 年的 87.41GW增长 147.13%。光伏发电量 2939.68 亿千瓦时，同比增长 17.17%，这表明我国光伏产业进入提量增效的高速发展阶段。 期货市场为新质生产力蓄势赋能。期货市场近年来主动适应经济社会发展需求和产业结构变迁，广州期货交易所相继上市工业硅和碳酸锂两项“绿色”期货品种，为新质生产力提供精准适配的期货工具。国内期货交易所也在稳步推进包括碳排放权、电力、天气、再生钢铁原料和多晶硅等涉及新质生产力的期货品种研发工作，不断完善相关品种体系。作为光伏产业的核心原材料，多晶硅市场进入快速发展阶段，现货市场价格波动较为剧烈，行业参与者亟待期货及衍生品等风险管理工具的上市运行。本文开始将陆续发布多晶硅市场专题报告，为投资者介绍重要的品种信息。 数据来源：Wind，建信期货研投中心 数据来源：Wind，建信期货研投中心 二、多晶硅处于“硅”产业链中间位置 多晶硅上承工业硅产业，下启光伏产业。在工业硅上市报告中，我们给各位投资者介绍工业硅处于产业链上游部分，工业硅的下游需求环节主要分为铝合金铸造、有机硅和多晶硅三个方面。首先，铝合金又可分为铸造铝合金和变形铝合金，不同的生产标准对应着不同的工业硅需求量。其次，有机硅化合物的生产以工业硅和氯甲烷气体在催化剂的作用下在流化床反应器内进行气固相催化反应，生成甲基氯硅烷混合单体，然后再通过单体再不同反应工段生成有机硅中间体，有机硅的下游产品包括硅树脂、硅橡胶和硅油等。最后，工业硅硅经过氢化，精馏、还原提纯可制备成为多晶硅，多晶硅又可通过单晶拉棒切片、多晶铸锭切片等中间加工环节光伏和半导体材料。 多晶硅对工业硅需求量占到约一半。2023 年光伏产业技术加快迭代升级，行业应用加快融合创新，产业规模实现进一步增长。根据光伏行业规范公告企业信息和行业协会测算，全国多晶硅、硅片和组件产量再创新高。其中，多晶硅全年产量超过 143 万吨，同比增长 66.9%。硅片全年产量超过 622GW，同比增长 67.5%，产品出口 70.3GW，同比增长超过 93.6%。全国晶硅组件产量超过 499GW，同比增长 69.3%；产品出口 211.7GW，同比增长 37.9%。2023 年，工业硅产量达到 374万吨，根据每吨多晶硅需求工业硅原料 1.15 吨比例，2023 年多晶硅对工业硅需求量高达 164.45 万吨，占到总产量的 43.97%。从未来几年趋势看，多晶硅对工业硅的需求量将是主要增长部分。 三、多晶硅是晶硅光伏产业的核心工业原料 多晶硅是单质硅的一种形态。熔融的单质硅在过冷条件下凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成多晶硅。多晶硅有灰色金属光泽，密度在 2.32-2.34g/cm3之间。熔点 1410℃。沸点 2355℃。溶于氢氟酸和硝酸的混酸中，不溶于水、硝酸和盐酸。硬度介于锗和石英之间，室温下质脆，切割时易碎裂。加热至 800℃以上即有延性，1300℃时显出明显变形。常温下不活泼，高温下与氧、氮、硫等反应。高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，几乎能与任何材料作用。 多晶硅主要为晶体硅太阳能电池的主要工业原料。太阳电池主要分为晶体硅太阳电池、化合物太阳电池（例如砷化镓、铜铟镓硒）、有机太阳电池（例如钙钛矿等）和染料敏化太阳电池。其中，晶体硅太阳电池因为在商业化和规模化的条件下拥有技术、成本、原料和供应链完整等方面的优势从而占据太阳能发电市场主导地位，其市场占有率超过 85%，并将在未来更长一段时间保持领先地位。 光生伏特效应是太 阳能发电的理论基础，由发射极 和硅衬底形成的“ P（Positive）-N（Negative）”结是晶体硅太阳能电池的核心。首先，根据澳洲新南威尔士大学赵建华等提出的一种典型的晶硅电池示意图（a 钝化发射极背面局域扩散和 b 钝化发射极背面全扩散），我们将电池结构由上到下简单地分为 1正面金属电极 2 单层或多层减反射膜 3“P-N”结 4 晶体硅衬底 5 钝化层 6 背面金属电极。其中，N 型硅片的掺杂元素为磷，P 型硅片掺杂元素为硼。 当太阳光直射光伏电池板时，光在 N 区、空间电荷区和 P 区被吸收后将产生光生载流子（电子-空穴对），由于射光强度从表面到太阳电池体内呈现衰减指数，在各处产生的光生载流子的数量是由差别，沿着光强衰减方向将形成光生载流子的浓度梯度，从而产生载流子的扩散运动。当扩散到“P-N 结”区域时，在内建电场作用下空穴载流子漂移到 P 型区，电子载流子漂移到 N 型区，光生载流子出 现分离，如果电池两端连通负载，分离的光生载流子就会对负载进行电力供给产生光生电动势，如果光照持续进行，那么这种电力供应就会源源不断供应下去。 多晶硅在产业链中是拉制单晶硅的核心原料。光伏产业链主要产品线为“工业硅-多晶硅-单晶硅-电池片及组件”。光伏产业发展初期阶段，多晶硅电池片占据主要地位，随着技术的发展与成熟，单晶硅片成为目前市场主流选择。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如，在力学性质、光学性质和热学性质的各向异性方面，远不如单晶硅明显；在电学性质方面，多晶硅晶体的导电性也远不如单晶硅显著，甚至于几乎没有导电性。在化学活性方面，两者的差异极小。多晶硅和单晶硅可从外观上加以区别，但真正的鉴别须通过分析测定晶体的晶面方向、导电类型和电阻率等。多晶硅是生产单晶硅的直接原料，是当代人工智能、自动控制、信息处理、光电转换等半导体器件的电子信息基础材料。终端应用则广泛用于制造光伏组件、半导体、电冰箱、彩电、电子计算机等的基础材料。 数据来源：硅业分会,建信期货研究发展部 四、多晶硅根据国家标准分为三个种类 多晶硅的国标包括《太阳能级多晶硅》、《流化床法颗粒硅》和《电子级多晶硅》。其中，太阳能级多晶硅和流化床法颗粒硅都分为特极品、1 极品、2 极品和 3 极品。 太阳能级多晶硅的国标强调“表面质量”，即多晶硅免洗或经过清洗后应达到直接使用的要求，其分类主要包括三种： 1)致密料：表面颗粒凹陷深度小于 5mm，断面结构致密，外观无异常颜色，无氧化夹层。2)菜花料：表面颗粒凹陷深度 5mm-20mm，外观无异常颜色，无氧化夹层。3)珊瑚料：表面颗粒凹陷深度≥20mm，外观无异常颜色，无氧化夹层。 结合现货市场表现来看，致密料价格高于后两个品类，主要用于拉制单晶硅，同时复投料属于致密料的一种，是单晶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；菜花料和珊瑚料价格排在致密料和复投料之后， 这两种料主要用于制作多晶硅片，部分企业选择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。截止 3 月 6 日，根据硅业分会的统计，复投料成交均价 6.30 万元/吨，环比下降 0.32%；单晶致密料成交均价为 6.04 万元/吨，环比下跌 0.49%；单晶菜花料成交均价 5.63 万元/吨，周度下跌 0.53%。n型颗粒硅成交均价为 6.20 万元/吨，环比上涨 1.64%。整体来看，多晶硅料的价格差异也是由自身品质决定。后续交易所针对期货交割品和替代交割品也会做出更为细致的规定。 太阳能级多晶硅的国标还规定了不同掺杂元素下的相关技术指标。上一部分我们介绍 N 型硅片的掺杂元素为磷，P 型硅片掺杂元素为硼，其不同的元素指标对于导电都有不同影响。 电子级多晶硅又分为特极品、电子