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(jié)合起來便結(jié)晶成單晶硅。單晶硅具有準(zhǔn)金屬的物理性質(zhì)，有較弱的導(dǎo)電性，其電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加;有顯著的半導(dǎo)電性。

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

      它在不同的方向具有不同的性質(zhì)，是一種良好的半導(dǎo)體材料。由于單晶硅具有顯著的半導(dǎo)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(dá)到99.9999%，甚至達(dá)到99.9999999%以上，可用于制造半導(dǎo)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(guān)鍵

      單晶硅片從上游原材料到中游制造到應(yīng)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(shè)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(dǎo)體級單晶硅片。

      對于單晶硅片，又可進(jìn)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(yīng)用于風(fēng)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(dǎo)體應(yīng)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(yīng)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(shù)控等企業(yè)。下游應(yīng)用市場可分為光伏產(chǎn)業(yè)和集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

      產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程：進(jìn)入產(chǎn)能規(guī)劃火熱進(jìn)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(lǐng)域，當(dāng)今電子通信半導(dǎo)體市場中95%以上的半導(dǎo)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(shù)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(jìn)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(chǔ)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(jìn)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(dá)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(yù)計將達(dá)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(jìn)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(jìn)下，我國集成電路行業(yè)主要代表企業(yè)不斷突破技術(shù)壁壘，促進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)致半導(dǎo)體芯片應(yīng)用領(lǐng)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(dǎo)體芯片的需求帶來了新的增量空間。

      據(jù)中國半導(dǎo)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(yīng)用滲透到國民經(jīng)濟和國防科技中各個領(lǐng)域，當(dāng)今電子通信半導(dǎo)體市場中95%以上的半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體單晶硅消費規(guī)模達(dá)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(dá)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(yīng)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(yīng)求現(xiàn)狀可能持續(xù)的預(yù)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(shè)的青睞。

      2、企業(yè)競爭：CR5高達(dá)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(lǐng)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(shù)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(shù)和工藝不斷進(jìn)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(jìn)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(dá)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(rèn)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(yù)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(jìn)一步增長，企業(yè)將進(jìn)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(jìn)一步擴增

      近些年，受日本、美國、德國等發(fā)達(dá)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(yù)計2年內(nèi)完成廠房建設(shè)、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(yīng)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(yù)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(jìn)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(xì)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(jié)合中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測結(jié)構(gòu)，預(yù)計2026年單晶硅(P型和N型)市場份額有望達(dá)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(dǎo)體發(fā)展經(jīng)驗，光伏硅片和半導(dǎo)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)尺寸倡議，提議將182mm(M10)硅片作為標(biāo)準(zhǔn)。

      “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?！按蟪叽纭惫杵梢栽诓辉黾宇~外工藝、設(shè)備和人力消耗的情況下，增加設(shè)備的產(chǎn)能和單塊組件的功率，進(jìn)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”。