2018年中國硅片行業(yè)發(fā)展趨勢分析：大尺寸硅片大勢所趨，全方硅片、蜂巢硅片有望成為單晶硅片主流形式[圖]

硅片王密 2019-09-16 06:27 來源：智研咨詢

一、大尺寸硅片

大尺寸硅棒單位質(zhì)量拉制速度更快，生產(chǎn)效率提升導(dǎo)致單瓦硅片能耗、折舊、人工等費(fèi)用降低。以目前通用的 8 英寸拉晶為例，在 450公斤裝料量下，單晶拉棒長度已達(dá) 5.2 米，在廠房空間、設(shè)備尺寸等因素的約束下已基本達(dá)到極限。而如果采用更大尺寸的 12 英寸拉晶，450 公斤裝料量下拉棒長度僅為 2.6 米，為進(jìn)一步提升單晶爐裝料量、降低單位長晶成本提供了空間。

大尺寸拉晶為單晶爐裝料量提升帶來空間

長晶尺寸（英寸）	6	8				12
裝料量（kg）	60	150	300	350	450	450	600
熱場尺寸（英寸）	16	22-24	26-28	26-28	28-32	28-36	28-36
晶棒長度（mm）	1400	1750	3500	4200	5200	2600	3500

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

電池生產(chǎn)設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)加工量一定，大尺寸硅片能夠充分挖掘設(shè)備潛力，提高單位時(shí)間內(nèi)出產(chǎn)電池片功率。盡管電池片非硅成本隨硅片尺寸提高而上升，但兩者上升幅度并不成比例，因此大尺寸硅片的應(yīng)用能夠顯著攤薄電池片非硅成本，尤其是折舊與人工成本。

硅片成本拆分

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

電池片成本拆分

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

光伏硅片早期規(guī)格對(duì)標(biāo)半導(dǎo)體硅片。在 2010 年之前，單晶硅片主要以對(duì)邊距 125mm(6 英寸長晶)的小尺寸硅片為主，并有少量對(duì)邊距 156mm(8 英寸長晶)的硅片。2010 年后，156mm M0 硅片的比例越來越大，并成為行業(yè)主流，125mm 的 P 型硅片則在 2012 年后基本被淘汰。此后，行業(yè)開始嘗試在 8 英寸長晶平臺(tái)的基礎(chǔ)上對(duì)硅片尺寸做微小增加。2013 年底，中環(huán)股份、隆基股份等五家企業(yè)聯(lián)合發(fā)布了 M1(156.75-f205mm)與 M2(156.75-f210mm)硅片標(biāo)準(zhǔn)，在不改變組件尺寸的情況下，M2 通過提升了硅片面積(提升 2.2%)使組件功率提升了 5W以上，迅速成為行業(yè)主流并穩(wěn)定了數(shù)年時(shí)間。

158.75mm 硅片的優(yōu)勢在于現(xiàn)有全部產(chǎn)能均可通過技術(shù)改造進(jìn)行升級(jí)適配，且技改成本較低，即便對(duì)于很老的電池廠，1GW 技改費(fèi)用也可控制在 400 萬元內(nèi)。166.00mm 硅片的優(yōu)勢在于其面積相對(duì)M2 大幅提升了 12.22%，采用該型硅片的 72 型組件功率可達(dá)到 420-430W。同時(shí)該尺寸已接近但并未超過現(xiàn)有設(shè)備的容納極限，技改成本依舊可控。

半導(dǎo)體硅片尺寸發(fā)展路徑

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

不同尺寸光伏硅片規(guī)格

-	邊距 mm	直徑 mm	面積 mm 2	功率測算 W	功率增加比例
6.5	125	170	15482.82	3.41	0
M1	156.75	210	24284.35	5.34	56.85%
M2	156.75	215	24431.55	5.37	57.8%
158.75 準(zhǔn)方	158.75	228	25199.41	5.54	61.86%
166.00 全方	166	238	27554.28	6.06	77.97%

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

2019 年 8 月 15 日，正式推出基于 12 英寸長晶技術(shù)的“夸父”系列硅片產(chǎn)品，包含 M12（210mm-f295）、M10（200mm-f281）、M9（192mm-f270）三種規(guī)格。隨著光伏硅片邁入 12 英寸時(shí)代，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)均有望實(shí)現(xiàn)大幅度降本增效，助推平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)程?？紤]到硅片尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化需求，以及進(jìn)一步增尺寸的技術(shù)約束，12 英寸將成為未來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)的行業(yè)主流規(guī)格。

長晶圓棒橫截面積較大時(shí)單位質(zhì)量拉晶耗時(shí)較短，也即相同時(shí)間內(nèi)產(chǎn)能更高，單位能耗、折舊等成本要素隨之降低。因此切方剩余率一定時(shí)，大尺寸硅片單位質(zhì)量方棒拉制成本也較低。M12 長晶直徑約為 300mm，156.75 全方片長晶直徑約為 225mm；M12 面積約 44096mm 2 ，較 156.75 全方片的24568mm 2 高出 79.49%；M12 單片拉晶成本約 0.7077 元，較 156.75 全方片的 0.5345元僅高出 32.40%?？梢姶笾睆嚼裟芴峁┫喈?dāng)可觀的長晶成本優(yōu)勢。

受益于拉晶環(huán)節(jié)成本優(yōu)勢，大尺寸硅片非硅制造成本較低。以 M9、M10、M12 為例，三類硅片分別有望取得 1.80 分/W、2.13 分/W、2.59 分/W 的非硅成本降幅（較 156.75 全方片）?？紤]到大直徑拉晶一定程度上會(huì)導(dǎo)致硅料損耗增加，大尺寸硅片的單瓦硅料成本略有上升。綜合來看，M9、M10、M12 大尺寸硅片的總成本分別較 156.75 全方片低 3.73%、4.38%、5.25%。

電池、組件環(huán)節(jié)生產(chǎn)設(shè)備一般具有固定通量，大尺寸硅片應(yīng)用在一定程度上擴(kuò)大了以功率計(jì)量的設(shè)備產(chǎn)能，從而攤薄單瓦投資/折舊成本。此外，化學(xué)試劑等耗材的單瓦用量，亦隨硅片面積增大而減小。以 156.75 全方片為基準(zhǔn)，M9、M10、M12 規(guī)格硅片分別將電池片環(huán)節(jié)的非硅成本降低了 15.26%、18.49%、22.49%。若綜合考慮原材料硅片的成本降低，則 M9、M10、M12 規(guī)格硅片分別將電池片環(huán)節(jié)的總成本降低了 8.66%、10.41%、12.62%。

常規(guī)組件封裝時(shí)電池片與電池片之間存在一定間隙，采用大尺寸硅片能減少同功率等級(jí)組件中的電池片用量，從而減少間隙留白，提高封裝密度。此外，較少的電池片用量能夠降低串焊時(shí)對(duì)齊主柵的難度，也方便企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營管理。若采用大尺寸硅片生產(chǎn)大功率組件，則還能實(shí)現(xiàn)接線盒、人工、折舊等成本的攤薄，并顯著降低 BOS 成本。以 M12 硅片 50版型組件為例，其功率可達(dá) 480W，BOS 成本降幅高達(dá) 9.6%。

不同硅片尺寸下的典型組件版型對(duì)比

硅片尺寸	M2	G1	M6	M9	M10	M12
組件版型	72 半片版型	72 半片版型	72 半片版型	50 半片版型	50 半片版型	50 半片版型
組件尺寸（mm）	992*2000	1002*2008	1052*2115	1002*2008	1052*2115	1123*2167
電池片數(shù)量	72	72	72	50	50	50
功率（W）	380	395	430	400	435	480
功率提升（W）	0	15	50	20	55	100
功率增幅（%）	0.00%	3.95%	13.16%	5.26%	14.47%	26.32%
組件效率（%）	19.15%	19.63%	19.32%	19.32%	19.55%	19.72%
組件效率提升（%）	0.00%	0.48%	0.17%	0.73%	0.40%	0.57%

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

單晶硅棒的拉制，縱向溫度梯度要大，這是單晶生長的驅(qū)動(dòng)力，因此需使用高保溫的材料做熱屏；而徑向溫度梯度需要盡量小以使長晶界面的溫度平坦。因?yàn)閺较驕夭钍菬釕?yīng)力來源，會(huì)導(dǎo)致增殖位錯(cuò)，造成單晶失敗、斷線。徑向溫差是溫度梯度在晶體半徑上的積分，同樣的熱場，溫度梯度不變，但拉晶的直徑越大，徑向溫差就越大，拉晶越困難。

此外，大直徑拉棒會(huì)增加硅棒重量，一定程度上提高了硅棒結(jié)構(gòu)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，從而對(duì)生產(chǎn)企業(yè)的提拉工藝提出更高要求。在后續(xù)的運(yùn)輸、截?cái)?、開方、粘棒、切片等環(huán)節(jié)，大體積高重量的硅棒加工處理難度也較高，需要進(jìn)行全新的工藝設(shè)計(jì)。

單晶爐是硅棒生長的核心設(shè)備，目前主流單晶爐熱屏內(nèi)徑達(dá) 300mm，可生產(chǎn) 240mm 直徑硅棒。而若要生產(chǎn) 12 英寸大尺寸硅片，則需要具備更大尺寸的熱場以及更大規(guī)格的裝料系統(tǒng)。大尺寸單晶爐產(chǎn)能更高，能夠顯著節(jié)約單位產(chǎn)能投資。對(duì)于開方、切片環(huán)節(jié)，一方面設(shè)備容量需要增大，另一方面設(shè)備精度、穩(wěn)定性等參數(shù)也需要提高。

擴(kuò)散爐、PECVD 是下游電池生產(chǎn)核心設(shè)備，其空間容量大小決定了采購硅片尺寸的上限。以國內(nèi)電池設(shè)備龍頭捷佳偉創(chuàng)為例，其主打產(chǎn)品擴(kuò)散爐有效內(nèi)徑 320mm，最大裝片量 1200 片/批；PECVD爐膛有效內(nèi)徑為 450mm，可承載 416 片 M0 硅片/舟。根據(jù)設(shè)備要求，硅片周線需能被擴(kuò)散爐內(nèi)徑包絡(luò)，并且硅片邊距應(yīng)小于 PECVD 內(nèi)徑。目前主流下游設(shè)備通過小幅技改即可兼容 166mm 大尺寸硅片。隨著下游設(shè)備廠商進(jìn)一步更新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和配套解決方案，電池、組件環(huán)節(jié)對(duì)大尺寸硅片的適配性將快速提高。

二、全方硅片

全方硅片形狀近似為正方形，但為降低電池片加工過程中的碎片風(fēng)險(xiǎn)，增加硅切片邊緣表面機(jī)械強(qiáng)度、減少顆粒污染，一般需要將其邊緣磨削呈圓弧狀或梯形（小倒角）。類方硅片四角為大倒角，主因單晶硅棒成本高昂，開方過程中留出大倒角可顯著提高硅棒利用率。

全方硅片規(guī)格

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格	A（mm）硅片邊長	B（mm）倒角長度	β（°）垂直度
156.75	156.75±0.25	1.5±0.5	90±0.3
158.75	158.75±0.25	1.5±0.5	90±0.3
166	166.00±0.25	1.5±0.5	90±0.3
192	192	1.1±0.5	90±0.2
200	200	1.3±0.5	90±0.2
210	210	1.4±0.5	90±0.2

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

類方硅片規(guī)格

標(biāo)準(zhǔn)尺寸	A（mm）硅片邊長	D（mm）直徑	β（°）垂直度
156.75	156.75±0.25	210±0.25；220±0.25	90±0.3
158.75	158.75±0.25	210±0.25；213±0.25；223±0.25	90±0.3
166.00	166.00±0.25	213±0.25；223±0.25；233±0.25	90±0.3

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

硅片選型的本質(zhì)是在提高硅棒利用率和組件效率之間進(jìn)行權(quán)衡。一方面，長晶成本下降削弱了硅棒利用率的重要性。另一方面，組件高效化導(dǎo)致留白區(qū)域功率損失提高。因此，全方硅片應(yīng)用優(yōu)勢凸顯，有望成為未來單晶硅片主流形式。

2017-2019 年硅料價(jià)格（單位：元/kg）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

對(duì)于電池和組件環(huán)節(jié)，使用方形的單晶硅片沒有任何障礙、無需增加任何成本就可以帶來功率提升。對(duì)于硅片環(huán)節(jié)，生產(chǎn)全方單晶硅片唯一需要改變的就是在長晶環(huán)節(jié)生長直徑更粗的硅棒。

受到下游高效組件需求爆發(fā)驅(qū)使，以晶科為代表的一體化廠商及下游電池組件生產(chǎn)商主動(dòng)導(dǎo)入 158.75mm 全方硅片（G1）。晶科不僅在去年四季度的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)了全面的產(chǎn)能切換，將自己全部 5GW 單晶硅片產(chǎn)能都切換為 158.75 規(guī)格，還在外部市場大量采購該規(guī)格硅片。

同邊距全方/類方硅片生產(chǎn)成本比較

規(guī)格	158.75（f213)	158.75 全方	差異（全方-類方）	差異比例（全方/類方-1）
邊距（mm）	158.75	158.75	-	-
長晶圓棒直徑（mm）	218	228	10	4.59%
成品圓棒直徑（mm）	213	223	10	4.69%
面積（mm 2 ）	25061.48	25199.28	137.79	0.55%
硅片瓦數(shù)（W/片）	5.5135	5.5438	0.0303	0.55%
切方剩余率（%）	70.33%	64.52%	-5.81%	-
硅料-方棒收料率（%）	86.95%	84.44%	-2.52%	-
硅料成本（元/片)	1.1598	1.2009	0.0411	3.55%
非硅成本（元/片)	0.9249	0.9544	0.0159	1.70%
硅片成本（元/片)	2.0982	2.1553	0.0570	2.72%

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

三、蜂巢硅片

在硅棒直徑同為 210mm 情況下，蜂巢硅片的單晶成品棒利用率高達(dá) 82.7%，較 M2 硅片高出 12 個(gè)百分點(diǎn)，較全方硅片高出 19 個(gè)百分點(diǎn)。相對(duì)于 M2 硅片，蜂巢硅片面積提高 17.3%，能在更大程度上攤薄電池、組件環(huán)節(jié)加工成本。

蜂巢硅片整體生產(chǎn)流程與普通硅片類似，均需經(jīng)過拉棒、截?cái)?、開方、切片等流程。與普通硅片不同的是蜂巢硅片進(jìn)行六邊開方。在生產(chǎn)過程中重點(diǎn)需要解決大尺寸硅片工藝均勻性、劃裂片、碎片控制等技術(shù)難點(diǎn)。

蜂巢組件由電池片、互聯(lián)條、匯流條和絕緣膜組成電池片排版，采用電池串交錯(cuò)排版樣式。蜂巢組件規(guī)格一般有 54 片和 50 片兩種，其中 54 片組件規(guī)格尺寸為 1688mm*992mm，較常規(guī)單晶 M2 硅片組件僅增加2.20%，但發(fā)電面積增加 5.54%。蜂巢組件封裝密度較高主因六邊形拼接消除留白，以及整體封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

蜂巢組件與常規(guī) M2 組件對(duì)比

-	硅片數(shù)	硅片面積（m 2 ）	組件面積（mm）
MWT 蜂巢高效組件	54	1.5468	1688*992
常規(guī)單晶 M2 硅片組件	60	1.4656	1655*990
對(duì)比	減少 10%	提高 5.54%	增加 2.20%