一、多晶硅基础知识

    多晶硅，是单质硅的一种形态，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。多晶硅高温熔融状态下，具有较大的化学活泼性，几乎能与任何材料作用。具有半导体性质，是极为重要的优良半导体材料，但微量的杂质即可大大影响其导电性。多晶硅的需求主要来自于半导体和太阳能电池。按纯度要求不同，分为电子级和太阳能级。

      二、多晶硅主流生产技术：改良西门子法、硅烷法、冶金法。

西门子法通过气相沉积的方式生产柱状多晶硅，为了提高原料利用率和环境友好，在前者的基础上采用了闭环式生产工艺即改良西门子法。改良的西门子法虽拥有最大的市场份额，但因其技术的固有缺点—产率低，能耗高，成本高，资金投入大，资金回收慢等，经营风险也最大，（高壁垒）。

硅烷法是将硅烷通入以多晶硅晶种作为流化颗粒的流化床中，使硅烷裂解并在晶种上沉积，从而得到颗粒状多晶硅。硅烷热分解法与西门子法相比，其优点主要在于：硅烷较易提纯，成本相对较低，产品纯度高。但因硅烷法制造成本较高，易燃、易爆、安全性差，国外曾发生过硅烷工厂强烈爆炸的事故。

冶金法。经过冶金提纯制得纯度在99.9999%以上用于生产太阳能电池的多晶硅原料的方法。冶金法在为太阳能光伏发电产业服务上，存在成本低、能耗低、产出率高、投资门槛低等优势，通过发展新一代载能束高真空冶金技术，可使纯度达到6N以上，并在若干年内逐步发展成为太阳能级多晶硅的主流制备技术。——未来大主流，但关键技术我国还没掌握

    ps：冶金级硅的提炼并不难。它的制备主要是在电弧炉中用碳还原石英砂而成。这样被还原出来的硅的纯度约98-99%，但半导体工业用硅还必须进行高度提纯（电子级多晶硅纯度要求11N，太阳能电池级只要求6N）。而在提纯过程中，有一项“三氯氢硅还原法（西门子法）”的关键技术我国还没有掌握，由于没有这项技术，我国在提炼过程中70%以上的多晶硅都通过氯气排放了，不仅提炼成本高，而且环境污染非常严重。我国每年都从石英石中提取大量的工业硅，以1美元/公斤的价格出口到德国、美国和日本等国，而这些国家把工业硅加工成高纯度的晶体硅材料，以46-80美元/公斤的价格卖给我国的太阳能企业。 

     ps：（此篇中的题外话） 我国目前电子级多晶硅多依赖于进口。多晶硅材料的生产技术长期以来掌握在美、日、德等3个国家7个公司的10家工厂手中，形成技术封锁、市场垄断的状况，尤其是电子类应用端。电子级多晶硅是纯度最高的多晶硅材料，相对于太阳能级多晶硅 99.9999%的纯度，电子级多晶硅对于纯度和杂质控制的要求更高，通常要求纯度要达到 99.999999999%（9N~11N）。2019 年全球电子级多晶硅产量约 3.5 万吨，区熔多晶硅产量约 3000 吨，我国进口电子级多晶硅约 3500 吨，其中区熔级多晶硅约 300 吨。

    三、多晶硅生产成本

     直接材料主要为工业硅粉、工业硅和三氯氢硅。其中工业硅是核心原材料。

    预计 2022-2025 年国内工业硅产量稳步增长。2010- 2021 年，我国工业硅生产处于扩张阶段，产能及产量的年均增长率分别达到7.4%、8.6%。据 SMM 数据，2022、2023 年国内工业硅新增产能 89 万吨、106.5 万吨，其中合盛硅业仍占据近半壁江山，新增产能分别为 40 万吨、50 万吨。假设未来工业硅企业仍保持 60%左右的产能利用率及开工率，2022、2023 年国内新增产能大约可带来32 万吨、38.3 万吨的产量增长。据广期所估计，22/23/24/25 年国内工业硅产能约为590/697/671/650 万吨，对应产量为 355/391/418/438 万吨。

      多晶硅生产环节包括电耗、水耗、蒸汽耗量、硅耗、处理费用等。以西门子工艺为例， 据 CPIA 报告，2021 年单炉致密料占比维持 70%-80%，多晶硅平均还原电耗较 2020 年下降 6.1%，为 46kWh/kg-Si。未来随着气体配比的不断优化、大炉型的投用和 稳定生产、以及单晶厂家对于菜花料的试用，还原电耗仍将呈现持续下降趋势， 到 2030 年还原电耗有望下降至 42kWh/kg-Si。目前流化床法还原电耗仅 3kWh/kgSi。

     截止2022 年 5 月中旬，多晶硅总生产成本约为 6 万元/吨，成本 受工业硅价格和电价影响权重较大，其中工业硅占比 43%，电费占比 28%，三氯氢硅用来模拟计算氯气成本。

      多晶硅生产厂商降低成本的途径有两个，一是缩减原材料成本，二是降低电力消耗。

    四、硅料与光伏产业关系

       光伏产业链大致可分为上游多晶硅、中游硅片、电池片、组件，以及下游光伏发电系统三大环节。其中，多晶硅作为光伏产品制造的基础原材料，其市场占有率在90%以上，而且在今后相当长的一段时期也依然是太阳能电池的主流材料。

     多晶硅产业具有产能投资金额大、技术工艺复杂、投产周期长等特点，具备较高的进入壁垒，行业附加值较高。多晶硅产品的纯度将直接影响硅片的性能，进而影响光伏组件的转换效率， 最终影响终端光伏电站的经济效益，因此多晶硅产品质量是相关公司赖以生存和发展 的基石。

      要使太阳能发电具有较大的市场，被广大的消费者接受，就必须提高太阳电池的光电转换效率，降低生产成本。而当前光伏正面临着两大历史性的拐点：第一是从欧洲市场转向中美日市场；第二是从政府补贴逐渐转向平价上网。光伏发电设备制造始终围绕提高转换效率和降低生产成本方面发展。从国际太阳电池的发展过程可以看出其发展趋势为单晶硅、多晶硅、带状硅、薄膜材料（包括微晶硅基薄膜、化合物基薄膜及染料薄膜）。

        ps：2021 年投产的万吨级多晶硅生产线设备投资成本小幅上升为 1.03 亿元/千吨，原因是大宗金属材料价格的上涨，预计未来投资成本将随着生产装备技术的进步以及单体规模的提高而下降。

    五、中国多晶硅工业发展简要历程

      我国多晶硅以进口为主，可以看到近年随着国内多晶硅产能不断提升，2021 年中国多晶硅进口 10.7 万吨，同比增加 12.7%，2017 年-2021 年进口复合增速为 -9.3%。目前国内进口占表观消费比例已降至 20%以下。

       第一阶段：行业起步中国多晶硅工业起步于20世纪50年代，60年代中期实现了产业化，到70年代，生产厂家曾经发展到20多家，但由于工艺技术落后，环境污染严重，消耗大，成本高等原因，产能无扩大。期间，我国的光伏产业高度依赖于硅料进口，导致国内光伏产业长期受制海外硅料企业。

       第二阶段：行业破冰。1997-2005在国家支持下，开始逐步突破技术封锁，2005年后受太阳能级多晶硅市场需求，国内资本疯狂涌入，多晶硅产业规模迅速扩大，年产量从两三百吨发展至两万吨，使得我国光伏产业原材料的自给率由几乎为零提高至50%左右，摆脱了光伏产业原材料依赖进口的局面。

      第三阶段：行业洗牌。2009年“国发38号文”，将多晶硅行业定为产能过剩行业，加上国外倾销压制和信贷紧缩使我国多晶硅产业陷入泥潭。至2013年上半年，全国在产的多晶硅企业仅为7家，多数产能在1000到3000吨之间的多晶硅工厂倒闭。

     第四阶段：行业大发展。2013年，国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，并发文将多晶硅从产能过剩行业中摘除，国内光伏市场开始规模化扩大，再加上我国相继对美、韩、德等出台多晶硅反倾销、反补贴等政策，我国多晶硅产业迎来黄金发展期。  由于“能源革命带动”，多晶硅需求量继续加大，在市场缺口加大、价格不断上扬的刺激下，国内涌现出一股搭上多晶硅项目的热潮。

      据 CPIA 数据，全球多晶硅产能产量的 快速增长更多受益于中国的增产，中国产量占比由 2010 年的 33%增至 2021 年的 78%。截至2021年底，全国多晶硅生产企业共13~14家，产量达万吨级以上企业8家，总产能约48万吨。

    六、行业发展状态

      多晶硅杂质含量要求严格，有准入条件，行业具有高资金投入以及高技术壁垒特征。根据规定，太阳能级、电子级直拉用多晶硅还原电耗应当分别小于 60 千瓦时/千克、100 千瓦时/千克，对能耗指标要求较为严格。多晶硅生产倾向属于化工行业，生产过程较为复杂，技术路线、设备选型、调试运行等环节门槛高，生产过程中多次涉及复杂的化学反应，控制节点数量达千级以上，新进入者很难快速掌握成熟工艺。因此多晶硅生产行业存在较高的资金及技术壁垒，也推进着多晶硅厂商对工艺流程、包装及运输过程进行严格的技术优化。

国外： 由垄断，到逐步淡出太阳能硅片产能，提升电子级硅片产能。

      2009年，瓦克退出硅片业务，专注于多晶硅生产，当时其拥有博格豪森一个生产基地，产能1.8万吨，2010年博格豪森基地扩产1.24万吨，2011年扩产0.5万吨，同时，其在农特里茨的生产基地2011年建成投产，产能1.5万吨，总产能增加至5.2万吨。2012-2015年间，受市场影响，瓦克多晶硅产能基本维持稳定。2016年，美国查尔斯顿2万吨产能建成投产，加上德国两大生产基地部分扩产项目，其总产能增至8万吨。瓦克多晶硅同时供应电子级和太阳能级客户，电子级客户占比在20%左右。

代表企业： 德国Wacker，韩国OCI，挪威REC，美国Hemlock等、韩国OCI、Hemlock Semiconductor(HSC)、挪威rec：（REC是硅烷流化床生产工艺的代表，其每年多晶硅产量中，约80%为流化床工艺生产，10%为西门子法生产，还有部分电子级多晶硅产品。）

国内：太阳能硅片产能扩张，占据全球主要份额。电子级硅片受技术封锁限制

      生产工艺： 2021年改良西门子法（三氯氢硅法）生产占比 95.9%，硅烷法生产仅占比 4%。新特能源、通威股份和大全能源为主的多晶硅生产企业的新增产线也基本采用改良西门子法。但此法有“产率低，能耗高，成本高，资金投入大，资金回收慢等，经营风险也最大“的缺点。如果未来薄膜技术、钙钛技术规模发展，将影响多晶硅的需求，对前期有高投入的多晶硅西门子法公司形成巨大的冲击。

       公司分布：多晶硅产能主要分布在新疆、江苏、 内蒙和四川，分别占国内总产能的 47%、14%、12%和 11%，四省产能合计占比 84%。

       企业集中度极强。 截至 2022 年 5 月，产能排名 前 9 的企业合计产能达国内总产能的 87%。但由于近两年多家公司开始涌入 多晶硅赛道，未来 4 年投产计划显示多晶硅供应将快速增加，行业集中度可能下 滑。常规来看，多晶硅产能建设周期约 12-18 个月，产能爬坡周期约 3-6 个月， 整体扩产周期长于下游环节，经调研显示，多晶硅生产有着极高的技术门槛，技术人才的匮乏也是导致很多企业投产进度不及预期的重要原因之一，所以投产计 划的可落地性仍待进一步跟踪观测。

       代表企业：保利协鑫、通威股份、合盛硅业、新特能源、永祥股份、新疆大全、中硅高科、东方希望等。（具体企业研究后续再放）

 市场供应：

        （1）老牌上游企业扩产

         由于近两年硅料价格狂升，国内扩产能动力强劲，2021年至今，至少有14家光伏业内的企业号称要新投、扩产多晶硅，总产能超过229万吨。连汽车行业龙头企业——吉利集团也要投资5万吨硅料，且项目已经开工！预计2022年我国多晶硅产能将达到 95 万吨/年，2022~2024年还有210多万吨产能将逐渐释放。

      （2）下游龙头企业产业链上升

      晶科参股通威，2021年2月18日，通威股份与晶科能源签署《战略合作协议》，就共同投资年产4.5万吨高纯晶硅项目年产15GW硅片项目。

     上机参股协鑫，2021年2月28日，保利协鑫全资子公司江苏中能与无锡上机数控签订战略合作框架协议书，就于内蒙古自治区共同投资建设30万吨颗粒硅的研发及生产项目，及下游应用领域的研发项目进行合作。项目总投资预计为人民币180亿元。项目将分为三期具体实施，第一期设计产能为6万吨，拟投资人民币36亿元。江苏中能拟于合资公司中持股65％，无锡上机拟于合资公司中持股35％。

    晶科、晶澳参股特变电工。特变电工控股子公司新特能源与晶科能源、晶澳科技签订了《投资建设年产10万吨高纯多晶硅绿色能源循环经济项目暨内蒙古新特硅材料有限公司增资扩股协议书》。其中，新特能源增资28.1亿元，晶科能源增资3.15亿元，晶澳科技增资3.15亿元。增资完成后，内蒙古硅材料公司注册资本由6000万元变更为35亿元，新特能源持有内蒙古硅材料公司82%股权，晶科能源、晶澳科技分别持有内蒙古硅材料公司9%股权

     （3）下游企业跨界

       吉利汽车（略）

市场需求：

       2021 年全球光伏新增 183GW，根据 BP 预测，全球光伏在 2030 年有望增加至2500-3300GW。2021 年中国光伏新增 54.88GW，中国光伏 在 2030 年有望增加至 1025-1200GW。 在乐观条件下，全球和中国在 2025 年光伏新增装机量分别为 254GW、93GW，2030 年光伏新增装机量分别为 329GW、121GW；在中性条件下，全球和中国在 2025 年 光伏新增装机量分别为165GW、77GW，2030年光伏新增装机量分别为194GW、91GW。 根据光伏装机量与光伏组件容配比 1.2 和每万吨硅料对应 3.5GW 光伏组件计 算，2025 年全球光伏多晶硅在乐观和中性条件下分别需求 87 万吨和 57 万吨， 2030 年光伏多晶硅在乐观和中性条件下分别需求 113 万吨和 67 万吨。

1. 供应端预测：供需平衡，逐步转向供过于求。

     2030 年中国/全球多晶硅产量或达到 360/373 万吨。  根据投产计划能够正常投产落地、年新增产能对应半年产量和已存产能维持 90%的高开工率假设，预计至 2025 年，中国年产量达 318.4 万吨，海外产能预期 不变，则全球年产量达 331.4 万吨。2025 年-2030 年，在产能过剩的背景下，假 定无新增产能产量，而开工率维持不变，则中国年产量将达 360 万吨，全球年产 量将达 373 万吨。 基于原料工业硅行业的快速投产，预期 2025 年工业硅产能可达 650 万吨， 另外 2021 年工业硅行业开工率仅为 65%，仍有提升空间，多晶硅的预期产出完全 可实现。预计多晶硅在工业硅消费中的占比将从当前的 28%提升至 2025 年的 52%， 光伏对于工业硅定价的边际影响力增强。

     在国内快速扩产的背景下，多晶硅进口将集中在高纯度的电子级多晶硅，数量较小，可忽略不计。基于假设，在海外此前能够保持出口的沿革下，光伏级多 晶硅没有进口需求，而是以下游硅片进口需求代替。所以进出口影响对多晶硅供 需影响将极少。

2. 基于终端的需求预测：中性/乐观情景，2030 年多晶硅消费量或达到 74/121 万吨

     从终端光伏装机和半导体行业来看，多晶硅行业已经进入产能过剩周期。根 据我们对于未来光伏新增装机的预测，以及基于 FortuneBusiness 预测未来半导 体行业的复合增长率 8.6%来计算： 乐观情境下，至 2025 年，全球和中国消费量将分别增至 92 万吨和 32 万吨， 至 2030 年，全球和中国消费量将分别增至 121 万吨和 42 万吨。 中性情境下，至 2025 年，全球和中国消费量将分别增至 62 万吨和 26 万吨， 至 2030 年，全球和中国消费量将分别增至 74 万吨和 31 万吨。

3. 基于硅片的需求预测：2023 年开始全球和中国多晶硅均过剩

    2021 年至今，多晶硅仍表现供不应求，其真正原因是下游硅片产能的高速扩 张所带来的阶段性需求。我们以预测的一种硅片产量发展的情景进行分析，即下 文硅片中的第二种假设情况，若 2022 年硅片产量 475GW，产量过剩 210GW；2023 年硅片产量减产至 100GW，基本可以抵消 2022 年过剩产量；2024 年产量恢复至 310GW，以后每年产量递增 10GW，至 2030 年硅片产量 370GW，每 GW 硅片需 0.3 万 吨多晶硅计算，2023 年开始全球和中国多晶硅均过剩。

        以上整理来自收集，便于整理行业思路和框架思路，仅供参考。