合金靶材全景调研与发展战略研究

合金靶材全景调研与发展战略研究 一、 太阳能电池行业 （一）溅射靶材在太阳能电池行业的应用 溅射靶材主要应用于薄膜太阳能电池的背电极环节以及异质结电池的导体层。薄膜太阳能电池由于自身特点目前未成为市场主流的技术路线，对靶材的整体需求影响相对有限；而异质结电池因其具备能量转化高、成本降低空间大等两项核心优势，被广泛认为是下一代主流电池片技术。异质结电池的透明导电膜（TCO）沉积工序需大量使用溅射靶材沉积形成TCO透明金属氧化物导电膜（主要为75-80nm厚的ITO氧化铟锡膜），未来受异质结电池产能快速扩张的带动，太阳能电池用靶材，尤其是ITO靶材的需求将有望进一步增长。 （二）太阳能电池行业概述 随着经济社会的发展，全球能源需求持续增长，能源资源和环境问题日益突出，加快开发利用可再生能源已成为应对日益严峻的能源环境问题的必由之路。光伏是太阳能光伏发电系统（photovoltaicpowersystem）的简称，是一种利用半导体材料的光生伏特效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。光伏产业的价值得到了众多国家的普遍认可，是未来全球先进产业竞争的制高点。光伏产业链分为硅料、硅片、太阳能电池、组件、光伏发电系统五个环节，其中太阳能电池是光伏行业的重要组成部分。随着前沿的下一代晶体硅电池技术异质结电池技术的逐步成熟，异质结电池市场规模有望快速扩大，其在生产过程中需应用溅射靶材，是未来太阳能电池领域用溅射靶材市场需求的主要增长点。 1、太阳能电池行业发展历程 太阳能电池作为光伏产业链的重要环节，其发展历程与光伏产业密切相关。全球光伏发电大规模商业应用可追溯到2004年德国率先推出光伏激励政策。全球光伏产业经过了十余年启动、调整、酝酿后在2015年进入稳定发展阶段，标志性指标为各国光伏发电逐步实现平价上网，行业从过去的补贴思维逆转为市场化盈利思维，光伏行业因而持续保持稳定增长。 我国光伏产业起步略晚但发展迅速，经过多年发展，我国光伏产业链完整、制造能力和市场占比全球领先，2013年-2020年，我国光伏新增装机容量连续8年位居世界第一，已成为全球最重要的光伏应用市场之一。 2、太阳能电池行业发展现状及未来发展趋势 （1）太阳能电池的主要技术路线 太阳能电池是实现光能向电能转化的关键环节。根据所用材料的不同，太阳能电池可分为三大类：第一类为晶体硅太阳能电池，包括单晶硅和多晶硅，其研发及市场应用较为深入，光电转化效率高，占据了目前电池片主要市场份额；第二类为薄膜太阳能电池，包括硅基薄膜、化合物类以及有机类，但由于原材料稀缺或含毒性、转换效率低、稳定性差等缺点，市场应用较少；第三类为新型太阳能电池，新型太阳能电池以价格昂贵的稀土为原料且主要用于航空航天领域，现阶段暂不在市场推广之列。 为进一步提高光电转换效率和降低制造成本，主流太阳能电池技术晶体硅电池的新兴技术不断涌现，发展前景广阔。根据硅衬底不同，晶体硅电池分为P型电池和N型电池。P型电池的PERC技术是当前晶体硅电池的主流技术，N型技术是下一代晶体硅电池技术，具有制程短、转换效率高、抗衰减、温度系数低等特点，有利于提高光伏发电量、降低发电成本。N型技术中，异质结（HJT）技术是一种将薄膜电池技术和晶体硅电池技术结合发展起来的一种高效电池技术，与同质结相比有更宽的禁带宽度和电池效率提升潜力，性能优势明显，是公认的未来主流发展方向。异质结电池生产需大量应用溅射靶材，是未来太阳能电池领域溅射靶材市场需求的主要增长点。 （2）太阳能电池市场的现状及未来发展趋势 虽然光伏等新能源产业总体保持了快速发展态势，但传统石化能源占能源总体消耗量的比例仍然较高，全球生态环境问题形势依旧严峻。根据国际可再生能源署（IRENA）发布的有关报告，可再生能源占一次能源总供应量的份额必须从2017年的约14%增长到2050年的约65%，太阳能光伏将引领全球电力行业的转型。未来光伏产业的市场空间仍十分广阔。 随着异质结电池的量产工艺在近年来逐步成熟，国内外企业均大量布局GW级别异质结电池生产线。根据中信证券不完全统计，截至2021年8月，全球异质结电池的规划产能已经超过120GW，随着设备、关键材料的进一步降本和工艺提升，预计异质结电池量产节奏将进一步加快，从而进一步推动太阳能电池用溅射靶材行业的增长。 二、 溅射靶材平面显示行业市场应用 （一）溅射靶材在平面显示行业中的应用 1、溅射靶材在平面显示行业的具体应用环节 目前主流的LCD、OLED显示技术需使用高性能的溅射靶材制备各类功能薄膜，以实现最终产品的各项性能要求。平面显示用溅射靶材种类十分丰富，包括但不限于ITO靶材、IGZO靶材、钼靶材、硅靶材、铝及铝合金靶材、铜及铜合金靶材、铬靶材、钛靶材、铌靶材等。 平面显示领域，溅射靶材主要应用于ITO玻璃/彩色滤光片镀膜和触控屏面板镀膜两个核心环节。其中，ITO玻璃/彩色滤光片镀膜的生产工艺中，玻璃基板需通过溅射镀膜形成ITO玻璃或彩色滤光片，并经其他加工组装流程形成显示面板。触控屏的生产需进一步将ITO玻璃进行加工处理、经过溅射镀膜形成电极，再与防护屏等部件进行组装。 2、平面显示用溅射靶材市场的现状及未来发展趋势 全球平面显示靶材市场受显示面板出货面积稳步增长带动保持持续平稳增长。根据预计，全球平面显示靶材市场规模将由2018年的476亿元增至2024年的549亿元，年复合增长率2．41%。 国内平面显示靶材市场受全球显示面板出货面积增长和平面显示产业转移、平面显示材料国产化等趋势带动保持持续快速增长的态势，市场前景可期。根据预测，国内平面显示靶材市场规模将由2018年的101亿元增至2024年的291亿元，年复合增长率19．29%。 三、 进入溅射靶材行业的主要壁垒 （一）溅射靶材行业技术壁垒 高性能溅射靶材是典型的技术密集型行业。溅射靶材的性能影响下游客户的镀膜质量，溅射靶材的纯度、致密度和成分均匀性、晶粒等对靶材性能都有一定影响，但不同应用的材料品种和性能要求各有侧重。如平面显示靶材面积大对均匀性、绑定率要求高；半导体靶材对纯度要求高等。以上相关的技术要求都对应了较高的技术门槛，包括粉末制备、塑性加工、热处理和机械加工等技术环节，都对生产厂商的生产技术、机器设备、工艺流程和工作环境都提出了非常严格的要求。长期以来，以美国、日本为代表的高性能溅射靶材生产商在掌握核心技术以后，执行非常严格的保密和专利授权措施，这对新进入行业的企业设定了较高的技术门槛。 （二）溅射靶材行业客户认证壁垒 高性能溅射靶材技术含量高，其产品质量、性能指标直接决定了终端产品的品质和稳定性，属于下游客户在生产中使用的关键材料。因此，高性能溅射靶材行业存在严格的供应商认证机制，同时满足下游客户的质量标准和性能要求，方能成为合格供应商。通常情况下，半导体芯片、平面显示器、太阳能电池等下游客户对溅射靶材供应商的认证过程主要包括供应商初评、产品报价、样品检测、小批量试用、稳定性检测、批量生产等几个阶段，认证过程较为苛刻，认证周期较长。以平面显示行业为例，在客户一条世代线上完成溅射靶材的认证，一般至少需要2-3年的时间。如果该客户拥有多条世代线的，供应厂商若想批量供应至其他世代线，则每一条都必须经过认证，但在没有完成第一条世代线的认证前，无法同时对该客户其他世代线进行认证。因此，在认证过程中供应厂商投入的资金和时间成本，对多数行业内中小企业而言，往往难以承受。由于平面显示行业固定资产投入金额巨大，往往一条高世代线的建设成本为200-300亿元，考虑到产线折旧等因素，引入新合格供应商的成本及风险远高于收益，客户一般倾向于与已通过认证的供应商长期合作，不断加大对该类供应商产线的开放认证。因此，新进入行业内企业面临着较高的客户认证壁垒。 （三）溅射靶材行业资金壁垒 高性能溅射靶材行业亦属于资金密集型产业。一方面，靶材生产企业的固定资产投资较大。除厂房投入外，企业需要投入大量的资金购置不同种类的生产设备，同时需要配套先进的检测设备以保障产品质量；另一方面，随着下游应用领域的发展速度不断加快，尤其是终端电子消费品的市场竞争加剧，生产技术标准越来越严格，行业内企业需要不断加大对产品研发、技术装备的投资力度，才能在激烈的市场竞争中持续发展。 （四）溅射靶材行业人才壁垒 高性能溅射靶材的技术及生产工艺涉及到材料学、物理学、化学、工程学等多个学科，技术含量高、工艺复杂，研发和制造需要大批具有深厚专业背景、丰富实践经验的复合型技术人才。 由于前期美国、日本、韩国等跨国集团垄断了高性能溅射靶材的核心技术和关键设备，导致国内高性能溅射靶材产业起步较晚，行业内符合以上条件的专业人才数量较少，对新进入行业的企业形成了一定的人才壁垒。 四、 靶材制备 溅射靶材上游原材料为高纯金属，若金属杂质含量过高，则形成的薄膜无法达到使用所要求的电性能，且在溅射过程中易在晶圆上形成微粒，导致电路短路或损坏，严重影响薄膜的性能。而这对金属提纯的要求极高，且提纯后往往还需配比其他金属元素才能投入使用，这个过程中需经过熔炼、合金化和铸造等步骤，对配比和工艺控制都有极高要求，因此目前高纯铜、高纯钽等原材料都很大程度上由海外厂商把控，国内靶材厂商的采购容易受到限制。 继上游高纯金属原材料环节后，在溅射靶材制造环节，需要进行反复的塑性变形、热处理，需要精确地控制晶粒、晶向等关键指标，再经过焊接、机械加工、清洗干燥、真空包装等工序，工序繁多且精细，工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到溅射靶材的质量和良品率。溅射靶材是一种新型的物理气相镀膜方式，主要是指用电子枪系统把电子发射并聚焦在被镀的材料上，使其被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离材料飞向基片淀积成膜。 溅射靶材的要求较行业高，一般要求如，尺寸、纯度、各项杂质含量、密度、N/O/、尺寸与缺陷控制；较高要求或特殊要求包含、电阻值、晶粒尺寸均匀性、成份与组织均匀性、异物（氧化物）含量与尺寸、超高密度与超细晶粒等等。 溅射靶材根据形状分，可分为方靶，圆靶，异型靶；根据成份分，可分为金属靶材、合金靶材、陶瓷化合物靶材；根据应用不同分，可分为半导体关联陶瓷靶材、记录介质陶瓷靶材、显示陶瓷靶材、超导陶瓷靶材和巨磁电阻陶瓷靶材等；根据应用领域分，可分为微电子靶材、磁记录靶材、光碟靶材、贵金属靶材、薄膜电阻靶材、导电膜靶材、表面改性靶材、光罩层靶材、装饰层靶材、电极靶材、封装靶材、其他靶材。 溅射靶材应用广泛，主要应用于电子及信息产业，如集成电路、、、激光存储器、电子控制器件等；亦可应用于领域；还可以应用于、高温耐蚀、高档装饰用品等行业。 五、 影响溅射靶材行业发展的主要因素 （一）影响溅射靶材行业发展的有利因素 1、溅射靶材行业国家政策大力支持 高性能溅射靶材及下游平面显示、半导体、太阳能电池行业均属于国家政策支持和鼓励的范畴，国家出台了一系列的鼓励政策和指导意见，为行业及下游行业的发展创造了良好的政策环境。同时，为鼓励下游行业使用国产高性能溅射靶材，2015年11月，财政部、发改委、工信部、海关总署、国家税务总局五部委联合发布通知，规定进口靶材的免税期到2018年年底结束。自2019年起，从美国及日本等国家进口靶材需要缴纳关税，增加了进口靶材的成本，从而进一步提高国产靶材的价格竞争优势。这充分显示了我国在重点行业关键材料上进行进口替代的力度与决心。 2、溅射靶材行业下游市场需求持续扩大 高性能溅射靶材是显示面板、半导体、太阳能电池、记录媒体不可缺少的原材料，进而广泛应用于消费电子、智能家电、通信照明、光伏、计算机、工业控制、汽车电子等多个下游应用领域。我国是全球最大的消费电子产品生产国、出口国和消费国，也是全球最大的集成电路半导体消费国和进口国，在最终下游众多生产及消费领域的需求驱动了我国高性能溅射靶材行业快速增长。因此，未来高性能溅射靶材行业高速成长的确定性较高，基本不会受到偶发性或突发性因素影响。随着全球平面显示、半导体、太阳能电池