硅片生产企业硅料采购成本持续攀升分析

硅片生产企业硅料采购成本持续攀升分析 一、 硅片生产企业硅料采购成本持续攀升 2020年以来，受光伏发电逐步实现平价上网、行业投资回暖、叠加多晶硅产能扩张周期较长等因素影响，多晶硅价格持续上涨，多晶硅价格在2019年初至2020年一季度保持稳定；2020年4月初至2022年6月末，多晶硅致密料价格由7．3万元/吨上升至27．2万元/吨。硅片生产企业硅料采购成本持续攀升。 二、 全球金刚线行业现状及竞争分析 金刚线是金刚石切割线的简称，还被称为之为钻石切割线或者钻石线。工业上许多硬质材料都是用切割钢线或者更高质量的金钢线来切割的，比如光伏领域的多晶硅切片，单晶硅，晶棒，金钢线是光伏硅片切片过程中的重要耗材，已实现全面应用。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场，占总需求量90%以上。金刚线价值量在1-2分/W，略高于硅片生产过程中的坩埚、热场等其他耗材。 2020年全球金刚线需求量达5595万公里，金刚线产值达26．66亿元。硅片细线化、大尺寸、薄片化发展趋势确定，有望带动线耗不断提升。预计2025年全球金刚线需求量达18010万公里，金刚线产值达48．52亿元。 金刚线制造与应用最早起源于美、日等发达国家。从早期全球范围来看，日本和美国的金刚线供应商具有国际竞争优势。日本旭金刚石工业株式会社（Asahi）、日本联合材料株式会社（ALMT）、美国DMT等国际知名企业在金刚线制造领域处于世界领先地位。2015年以来，中国企业生产规模及生产效率逐渐提高，生产成本逐渐下降，实现了反超。目前美畅股份、高测股份、恒星科技、三超新材、岱勒新材等中国企业已占据绝大部分市场份额。其中美畅股份金刚线出货量遥遥领先，2021年达4540．82万公里，行业呈现一超多强竞争格局。 三、 光伏行业高景气，带动金刚线需求放量 平价上网叠加双碳背景，全球光伏需求放量高增。尽管受硅料产量限制，2021年内光伏行业全球及国内市场保持高景气度，CPIA统计数据显示2021年内全球光伏新增装机量高达170GW，同比增长30．77%。全球几大主流市场中，欧盟实现装机25．9GW，同比增长34%；美国实现装机26．8GW，同比增长39．6%；印度实现装机11．89GW，同比增长218%。2021年内我国实现光伏装机54．88GW，同比增长13．9%，其中分布式光伏新增装机29．28GW，占比高达53．4%，史上首次突破50%；户用光伏新增装机21．6GW，同比增长113．3%，创历史新高。 四、 金刚线行业的技术水平及发展趋势 金刚线作为硬脆材料切割的重要耗材，直接决定了下游切片厂商切片的质量和成本。金刚线在切割过程中要承受高频率的往复运动和较大的张力，金刚线的金刚石分布密度和固结强度、金刚石切割能力、钢线的抗疲劳性能等方面都直接影响金刚线的性能。本行业研发、生产技术工艺复杂，技术迭代较快，制程控制严苛，各个生产环节对技术工艺人员的要求较高。 在行业的主要应用方向硅切片领域，近年受硅料价格上涨、N型电池片渗透率提高等因素影响，线径细线化的演进速度进一步提高，较小的线径和介质粒度有利于降低切削损耗和生产成本。根据CPIA《中国光伏产业发展路线图（2021版）》，2021年金刚线母线直径已下降至43-56μm。目前，行业内主流厂商已掌握35μm规格碳钢线（对应母线直径约40μm）生产技术，逼近碳钢丝母线的物理性能极限。 硅片切割过程中，母线需要有足够的力学性能，40μm以下的钢丝存在破断拉力偏小、切割能力不足等问题。以钨丝线作为金刚线母线，在强度等方面具备优势，进一步细线化空间大，有希望成为金刚线母线发展的主要方向之一。如钨丝线能克服产能、线长、品质稳定性等产业化难点，得到广泛应用，将有望进一步降低金刚线线径，从而推动下游光伏行业降本增效。 五、 金刚线切割光伏晶硅效率最佳 金刚线切割对比传统游离砂浆切优势明显。金刚石莫氏硬度高达10，是切割及研磨脆硬材料的理想工具。切割作业通过金刚石线与切割物件之间的高速磨削运动完成，而金刚石线则是通过一定方法，将金刚石微粉颗粒以一定分布密度均匀地固结在高强度钢线基体上制成。金刚线切割最早于2007年用于蓝宝石，后在2010年开始用于光伏硅片切割。从晶体硅料到硅片经历切方、截断及切片三个环节，其中切方及截断环节为保证切割速度及切割效率，通常选用较粗线径的金刚线，一般线径为250-350微米；而切片环节出于原材料利用率及成本考量，通常选用线径较细的金刚线，一般线径为50-70微米。金刚线对比游离磨料砂浆切割方式，具有切割速度快（4-5倍切割速度）、出片率高（硅片出片量超出15-20%）及环境污染小等全方位优势。 金刚线切割渗透率高，细线化趋势明显。金刚线早期由日本厂商研发生产，价格极为高昂，2014年前日本产金刚线每米价格可达人民币3元。国内厂商实现突破后，金刚线价格显著下降，国产金刚线价格目前已低于0．05元/米。为契合光伏电池组件的薄片化，晶硅切割用金刚线呈现明显的细线化趋势。金刚线母线线径及金刚石颗粒介质粒度与硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和介质粒度有利于提高产品质量、降低切削损耗和生产成本。然而，母线线径变细后最小破断拉力降低，因此对切片设备稳定性提出更高要求。目前国内头部金刚线厂家都已生产母线线径40微米以下的金刚线。 金刚线成本占比低，质量要求高。Solarzoom数据显示，基于M10硅片的单晶PERC组件生产成本合计约1．07元/W，而其中金刚线成本为0．01元/W，由此可得金刚线在组件端成本占比仅0．93%。然而，硅片切割环节较为精密，金刚线线径约为人头发的一半，采用金刚线布线密集，一旦出现断线，则造成整根硅棒报废。因此硅片厂商高度重视金刚线质量，保证断线率最小化。 碳钢母线是主流，钨钢母线短期难替代。硅料价格高企背景下，推进金刚线细线化，增加单位硅料出片率可有效降本。现有金刚线主要基于碳钢母线，母线线径理论极值或为33m，而钨钢母线理论极值或为20m。因此业内头部企业纷纷展开钨钢母线研究，推进相关技术储备。然而，最新美畅股份投关记录显示，钨钢母线在产能、成本及工艺方面存在缺陷，中期内仍难以取代碳钢母线。美畅股份同时积极投资布局碳钢母线产能，推进母线自产，侧面也证明了钨钢母线中期内难以取代碳钢母线的结论。 六、 光伏行业高景气，金刚线行业乘风起 金刚线主要用于晶体硅、蓝宝石、磁性材料等硬脆材料切割。金刚线指通过工序将金刚石微粉固结在高强度母线上形成的线锯。金刚线与被切割物间形成相对高速磨削运动，达到切割的目的。 从产业链的角度来看，上游主要为原材料，具体包括母线、金刚石微粉、金属镍以及工字轮等，中游为金刚线制造环节，通过镀镍、上砂、水洗等工序进行金刚线生产；下游市场方面，金刚线主要用于晶体硅切割和蓝宝石切割，其中晶体硅切割包括开方、截断以及硅片切割，开方和截断环节使用较粗的金刚线（250μm以上），硅片切割则采用较细的金刚线，目前主流产品规格迭代至33-38μm；蓝宝石切割对金刚线线径要求居中，通常采用100-250μm的规格。 七、 原材料成本占比较高 从生产工艺看，金刚线目前主流工艺为电镀。通过电镀工艺在母线上沉积一层金属镍，金属镍层包裹金刚石微粉颗粒，使得金刚石颗粒被固结在母线上，从而具备高速运动下的切割能力。树脂工艺由于金刚石固结度低、切割效果较差，目前已基本被淘汰。电镀金刚线主要原材料为母线和金刚石微粉，辅材包括镍、化学品（氨基磺酸镍、硼酸等）、包装材料（工字轮）等。母线：固结金刚石颗粒的基线，一般为高碳钢丝，由拉丝厂商将盘条拉制为不同直径的钢线（即黄丝），再将黄丝进一步拉为微米级钢丝（即母线）。核心工艺流程主要包括母线预处理、母线预镀镍、上砂和加厚镀镍四个步骤十、市场空间广阔，复合增速40%以上。 下游：行业应用上，硅片切割上金刚线渗透率从2019年开始已经实现100%，作为金刚线的主要下游，光伏需求高增叠加硅片环节加速扩产为金刚线行业带来巨大市场空间。根据CPIA预测，2025年全球光伏新增装机乐观情形下达到330GW，考虑容配比及硅片加速扩产带来的超产，对应495GW硅片需求。线耗：硅片细线化、大尺寸、薄片化发展趋势确定，有望带动线耗不断提升。2017年单晶硅片主流线径65μm，2021年降至43μm，目前主流线径在38μm左右，部分龙头已实现36μm产品批量出货，预计到2025年金刚线线径下降至28μm。目前线耗在50万公里/GW以上，按线径每下降10%、切割速度变慢引起的线耗提升10%计算，细线化导致切割速度下降引起的线耗提升预计在13万公里/GW以上，叠加细线化导致切割力下降以及大尺寸、薄片化带来良率降低等因素，预计到2025年金刚线线耗提升至72万公里/GW。价格：行业低谷时刻已过，未来细线化有望带动单价提升。加上市场格局优化、份额向头部企业集中，预计到2025年，平均价格小幅提升至42元/公里。预计到2025年，光伏领域金刚线需求3．6亿公里左右、市场空间达150亿以上。2021-2025年，金刚线复合增速预计在40%以上。光伏行业持续保持高景气度，上游切割材料环节也受到高度关注。近期，多家金刚线生产企业披露业绩预告，均实现大幅增长。 全球能源结构的转型持续推动光伏行业市场需求的增长，进而带动金刚线行业的发展。金刚线，按应用领域分，包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线，切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料。目前业界存在两种不同类型的金刚线树脂金刚线和电镀金刚线。 金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段，将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上，利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材料进行切割。相对于传统砂浆切割，具有切割速度快、切片品质高、切割损耗小、切割液更环保等优点。 随着电镀金刚石线的制造成品的降低和规模化效应的显现，树脂金刚石线的成本优势也将不复存在。特别是MCCE技术（金属催化化学腐蚀法，即湿法黑硅技术）成功解决了多晶电池表面反射率高的难题，为电镀金刚石线在多晶切片领域大面积推广铺平了道路。 金刚线把金刚石的微小颗粒固结在切割钢线上制成的切割线，使用时将金刚线安装于切割机上，启动切割机使金刚线高速转动，固结于其上的金刚石颗粒进行切割，用于硅棒截断、硅锭开方及硅片切割，其切割性能直接影响硅片质量及组件光电转换性能。据统计，金刚线占单晶硅片的成本比重仅1%，占非硅成本仅6．51%。 目前金刚线的母线材料为高碳钢，高碳钢丝线径进一步降低可能出现力学性能不足的等问题，实验室证实钨丝线径可以更细、承受更大拉力，是未来金刚线母线材料可能的发展方向之一。 2021年以来，随着硅料价格不断上涨，光伏硅片、电池片、组件等下游环节硅成本压力持续增加，迫使下游各环节进一步降本。在此背景下，硅片薄片化与金刚线细线化加速推进。 金刚线直径及微粉粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和微粉粒度有利于降低切削损耗和生产成本，符合硅片生产环节大尺寸及薄片化的发展趋势。目前受材料特性限制，碳钢母线线径逐步接近其材料的物理极限，进一步细线化存在困难。