光伏硅片行业研究：下游需求长期向好，格局优化龙头恒强
（报告出品方/作者：东亚前海证券，段小虎）
光伏硅片：晶硅电池的核心，产业链强势环节
光伏硅片：位于光伏产业链的上游环节，光伏电池片的核心原材料
光伏硅片是光伏电池片的核心原材料，位于光伏主产业链上游环节。光伏硅片，是将硅棒通过切片、抛磨、清洗等工艺形成的高纯片状硅，是重要的半导体材料，在其中掺入微量的第IIIA族元素（硼），可形成P型硅半导体；掺入微量的第VA族元素（磷），可形成N型硅半导体；将N、P型半导体结合在一起，可做成晶硅光伏电池片，将太阳的辐射能转变为电能。根据Solarzoom数据，硅料是光伏硅片的成本核心，占其成本比重高达86%，此外，作为生产设备/辅材的冷却液/金刚线/热场/坩埚的成本占比分别为3%/2%/1%/1%，电力作为主要的能源成本其占比为2%。光伏硅片的下游为光伏电池片，在PERC/TOPCon电池中硅片占电池片成本比重分别为66.2%/62%，是电池片的核心原材料。
光伏硅片：单晶硅片具备显著优势，已成为当前行业主流
光伏硅片根据原料和工艺的不同可分为单晶硅片和多晶硅片。从晶体品质来看，多晶硅是多个微小单晶的组合，中间有大量的晶界，晶格排列是无序的，而单晶硅的晶格排列更为完整，在同样的切片工艺条件下表面缺陷少于多晶硅，位错密度和金属杂质比多晶硅小得多，其少子寿命比多晶硅高出数十倍，从而表现出更高的转换效率；从机械性能来看，多晶硅片的最大弯曲位移比单晶硅片低1/4，因此在电池的生产和运输过程中更易产生破碎、隐裂等问题；从生产工艺来看,单晶硅棒主要使用直拉法生产，多晶硅锭主要使用铸锭法生产，单晶硅棒可以稳定应用金刚线切割工艺，显著降低切片成本，并提高电池转换效率，而多晶硅锭的晶体结构缺陷导致其切割工艺改进难度较大，只能用传统的砂线来切，成本下降空间较为有限。根据CPIA数据，2021年单晶硅片（P型+N型）市场占比约94.5%，随着下游对单晶产品的需求增大，单晶硅片市场占比也将进一步增大；多晶硅片的市场份额由2020年的9.3%下降至2021年的5.2%，未来将呈逐步下降趋势。
工艺流程：拉晶环节——直拉法为主流制备工艺
光伏领域主要使用直拉法制备单晶硅棒。根据长晶方式不同，单晶硅制备技术可分为直拉法和区熔法。光伏领域主要使用直拉法，其主要工艺包括：加料、熔化、缩颈生长、放肩生长、等径生长、尾部生长，通过加热放置于坩埚内的多晶硅原料使其成为溶液，并通过安置在炉体上方的籽晶轴，使得单晶晶种能与硅溶液进行接触。通过籽晶轴转动和上下移动，硅液会沿着籽晶表面凝结和生长，最终形成单晶硅棒。区熔法可以生产出高质量的高纯度单晶，但其对原料、设备和技术的要求较为苛刻，生产的晶体尺寸较小，且生产成本较高，目前主要应用于对硅片要求较高的半导体领域。
行业特征：营运能力及盈利能力处于行业中位
我们选取光伏产业链各环节的龙头代表公司与光伏硅片龙头企业进行比较：1）资产负债率处于中位：硅片企业的资产负债率在50%左右，较组件、电池片、逆变器等环节60%-70%的负债水平偏低，高于硅料、胶膜等环节15%-25%的水平；2）总资产周转率处于中位：硅片企业的总资产周转率整体相对处于中位水平；3）ROE水平处于中位：硅片企业ROE整体相对处于中位水平，高于组件、胶膜、光伏玻璃等环节，低于硅料、电池片等环节。
供需端：光伏装机需求向好，硅片产能快速扩张
需求端：硅料供给释放预期临近，硅片环节将迎来价跌量升
硅料供给释放预期临近，硅片价跌量升将成为未来趋势。2020H2以来，大幅扩产的硅片、电池片、组件环节与扩产周期较长的硅料环节形成了供需错配，硅料价格自2021年初起持续上涨，并逐步占据了产业链中的大部分利润。从价的角度来看，在硅料价格上涨初期，由于存货及订单锁定，硅片环节成为产业链中另一受益者，但随着时间推移硅料一路上扬，时间差红利逐渐消失，硅片的毛利率随之走低。在未来硅料降价的大预期下，硅片环节作为硅料的直接下游环节，由于产能过剩、出货不畅、库存较大等因素，成为产业链竞价下跌的突破口。从量的角度来看，展望2023年，随着硅料新建产能即将迎来集中释放，硅料环节的供需错配将被打破，硅片成本压力将得到缓解，同时产业链利润有望向下游进行转移，经济性的提升将驱动下游装机需求迎来快速增长，硅片的未来需求有望向好。
供给端：中国产能占据主导地位
中国企业为硅片主要供应商，近年来产能规模快速扩张。根据CPIA数据，2021年全球硅片产量为233GW，其中中国硅片产量达到227GW，中国的硅片产量占比由2016年的86.63%提升至97.47%，绝对领先地位不可撼动。从产能来看，近年来单晶硅片凭借降本增效的优势迅速形成对多晶硅片的替代，硅片行业的毛利率快速提升，从而吸引了国内各大新老厂商大幅扩张硅片产能，2021年国内硅片产能达407GW，同比增长69.67%，2017-2021年的CAGR高达40.31%；从产能利用率来看，硅片行业开启扩产热潮后，自2017年以来国内硅片产量增速持续低于产能增速，整体产能利用率持续下滑。
结合供需来看：硅片供给受原材料短缺影响，短期供需较为平衡
硅片环节短期供需较为平衡，存在部分闲置产能。我们认为，虽然硅片产能相较于产业链其他环节较为过剩，但不同时期最短缺的原材料供给量决定了硅片环节真正的产出。从2022年来看，硅料环节有限的供给限制了硅片的产出上限，根据我们的不完全统计，2022年硅料的有效产能约为92.3万吨，约对应254GW的装机，与260GW的装机量预测对比处于紧平衡状态。从2023年来看，限制硅料产出的环节转至高纯石英砂，根据中国粉体技术网，100GW的硅片产出需要2-3万吨的高纯石英砂，考虑到在石英砂供给偏紧的形势下部分厂商会选择在坩埚外层及部分内层使用一定比例的国产砂或人造砂，我们假设2023年高纯石英砂的用量为2万吨每100GW，根据EnergyTrend数据，2023年高纯石英砂供应量约为8.75万吨，通过计算可得出2023年高纯石英砂对应的硅片约可支撑346GW的装机，与345GW的装机量预测对比处于紧平衡状态。综合来看，若不考虑上游原材料企业超负荷生产的情况，2022-2023年硅片行业的实际产出与下游需求处于紧平衡状态，行业内存在部分过剩的闲置产能。
发展趋势：高端产能+供应链布局为核心优势
短期——高纯石英砂短缺影响竞争格局
石英坩埚为硅片生产的核心辅材。石英坩埚是光伏单晶炉的关键部件，由高纯二氧化硅石英砂通过模具定型，使用电弧法高温制作而成，其作用是在高温下盛装硅液，并防止杂质进入硅液。石英坩埚基本呈透明状，分为外层和中内层，中内层石英砂影响单晶生长品质，因此一般采用进口石英砂，而外层石英砂一般对石英砂品质要求稍低。
N型硅片需求放量带动石英坩埚需求量提升。石英砂的纯度是影响石英坩埚品质的重要因素，石英砂纯度越低，在高温熔制过程中越容易产生黑点气泡。用作内层砂时，长时间处于高温环境下会使石英坩埚内壁所含气泡受热释放，从而影响到单晶硅片生产的稳定性和成功率。因此内层砂对石英砂的纯度要求更高，价格也更高。与P型硅片相比，N型硅片对于高纯石英砂以及部分辅材的纯度要求更高，且石英坩埚消耗速度更快。
中期——大尺寸需求持续加速
大尺寸硅片降本增效，182/210尺寸迅速普及。相同用料下，增大硅片尺寸可以有效减少拉晶和切片的次数，从而有效降低了单位生产成本；此外，大尺寸硅片与多主栅、半片等组件提效技术相兼容，为组件提供了探寻更高效率的可能性。2018年后出现的M6（166mm）硅片和G12（210mm）硅片相较于当时主流的M2（156.75mm）硅片面积分别增加了12%和81%，近年来凭借其降本增效的优势快速得到普及。2020年6月隆基、晶科、晶澳等7家公司联合倡导建立了M10（182mm)光伏硅片标准，182尺寸硅片在具有较大尺寸的同时，较210尺寸在包装运输、人工安装、载荷能力等方面具有优势，目前已成为下游厂商的主流选择之一。
长期——N型技术将成为主流
未来N型电池将取代P型电池成为主流，N型硅片需求将同步受益。根据CPIA统计，2021年，规模化生产的P型单晶电池均采用PERC技术，平均转换效率达到23.1%，N型TOPCon电池平均转换效率达到24.0%，HJT电池平均转换效率达到24.2%，IBC电池平均转换效率达到24.1%，较P型电池增幅显著。未来随着生产成本的降低及良率的提升，N型电池将会是组件电池技术的主要发展方向之一。根据CPIA预测，转换效率更高的N型电池，包括TOPCon电池、HJT电池和背接触电池，会在未来十年内陆续释放产能，随着技术进步和成本降低，最终取代目前PERC电池的垄断地位。
重点公司分析
隆基绿能：硅片与组件龙头，持续扩大一体化产能
单晶硅片推广者，硅片和组件双龙头。公司以半导体业务起家，2007年开始布局并推广单晶硅片，目前已发展成为全球最大的单晶硅片和组件制造企业，已形成了从单晶硅棒/硅片、单晶电池/组件到下游单晶光伏电站应用的完整产业链。2021年公司的硅片业务和组件业务分别占营收的21.04%/72.23%,为公司业绩的主要贡献来源；截至2022H1，公司的光伏产品（硅片+组件）的营收占比达97.30%，公司的业务集中度进一步提升。
一体化产能持续扩张，产能规模维持行业首位。公司2022年计划分别扩产45/23/25GW的单晶硅片/单晶电池/单晶组件，至2022年年底公司单晶硅片/单晶电池/单晶组件产能将分别达到150/60/85GW，硅片和组件的产能规模将继续保持行业首位。
TCL中环：210大尺寸硅片龙头，产能及出货量稳居行业Top2
光伏硅片行业龙头，210大尺寸技术引领者。公司深耕单晶硅材料数十年，于2019年率先推出了210大尺寸硅片并引领其技术发展。2022H1公司核心业务光伏硅片占营收比重达到77.19%，光伏组件和半导体材料业务占营收比重分别为15.03%和4.85%。
硅片产销位居行业前列，210大尺寸产能占比持续提升。截至2022Q3末，公司单晶硅总产能达到128GW，较2022年初提升45.45%，其中210尺寸先进产能占比约70%，同期公司硅片出货量约50.5GW，产能及出货量均位居行业前二位。根据公司规划，2022年底公司单晶硅产能将超过140GW，其中210尺寸先进产能占比将达到90%，公司大尺寸产能将得到进一步扩张。
上机数控：光伏专用加工设备领军者，硅片行业新贵
光伏专用加工设备领军者，硅片行业新贵。公司自2004年进入太阳能光伏行业，是业内光伏专用设备生产商之一，2018年光伏硅片切片机业务国内市占率高达45%。2019年公司在内蒙古包头成立了子公司弘元新材料（包头）有限公司着力拓展单晶硅生产业务，于同年7月出炉第一根单晶棒，2020年公司单晶硅产能达到13GW，仅用一年时间便晋升为硅片行业第三大供应商。从业务结构来看，自2019年公司布局单晶硅业务以来，公司单晶业务营收占比快速提升，至2020年单晶硅已成为公司第一大主营业务，近年来营收占比维持在98%左右。
双良节能：多晶硅还原炉龙头快速转型，硅片领域新型势力
多晶硅还原炉龙头，大力布局硅片完成快速转型。公司凭借溴冷机业务起家，后扩张业务至多晶硅还原炉领域，目前已成为多晶硅还原炉设备龙头，市占率维持在65%以上。2021年公司成立双良硅材料（包头）有限公司大力进军硅片赛道，自2021年3月开始规划硅片业务后仅用不到7个月的时间就成功实现量产，截至2022年H1末公司已实现20GW的硅片产能，成功步入硅片企业第二梯队，2022年末公司硅片实际产能有望达到50GW，将成为仅次于隆基和中环的第三大硅片供应商。
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