2018年中國硅片行業發展趨勢分析：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

大尺寸硅棒單位質量拉制速度更快，生產效率提升導致單瓦硅片能耗、折舊、人工等費用降低。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 5.2 米，在廠房空間、設備尺寸等因素的約束下已基本達到極限。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

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電池生產設備單位時間內加工量一定，大尺寸硅片能夠充分挖掘設備潛力，提高單位時間內出產電池片功率。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

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電池片成本拆分

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光伏硅片早期規格對標半導體硅片。在 2010 年之前，單晶硅片主要以對邊距 125mm(6 英寸長晶)的小尺寸硅片為主，并有少量對邊距 156mm(8 英寸長晶)的硅片。2010 年后，156mm M0 硅片的比例越來越大，并成為行業主流，125mm 的 P 型硅片則在 2012 年后基本被淘汰。此后，行業開始嘗試在 8 英寸長晶平臺的基礎上對硅片尺寸做微小增加。2013 年底，中環股份、隆基股份等五家企業聯合發布了 M1(156.75-f205mm)與 M2(156.75-f210mm)硅片標準，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，迅速成為行業主流并穩定了數年時間。

158.75mm 硅片的優勢在于現有全部產能均可通過技術改造進行升級適配，且技改成本較低，即便對于很老的電池廠，1GW 技改費用也可控制在 400 萬元內。166.00mm 硅片的優勢在于其面積相對M2 大幅提升了 12.22%，采用該型硅片的 72 型組件功率可達到 420-430W。同時該尺寸已接近但并未超過現有設備的容納極限，技改成本依舊可控。

半導體硅片尺寸發展路徑

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不同尺寸光伏硅片規格

-	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 準方	158.75	228	25199.41	5.54	61.86%
166.00 全方	166	238	27554.28	6.06	77.97%

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2019 年 8 月 15 日，正式推出基于 12 英寸長晶技術的“夸父”系列硅片產品，包含 M12（210mm-f295）、M10（200mm-f281）、M9（192mm-f270）三種規格。隨著光伏硅片邁入 12 英寸時代，產業鏈各環節均有望實現大幅度降本增效，助推平價上網進程。考慮到硅片尺寸的標準化、統一化需求，以及進一步增尺寸的技術約束，12 英寸將成為未來相當長時間內的行業主流規格。

長晶圓棒橫截面積較大時單位質量拉晶耗時較短，也即相同時間內產能更高，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，大尺寸硅片單位質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%。可見大直徑拉棒能提供相當可觀的長晶成本優勢。

受益于拉晶環節成本優勢，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）。考慮到大直徑拉晶一定程度上會導致硅料損耗增加，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、組件環節生產設備一般具有固定通量，大尺寸硅片應用在一定程度上擴大了以功率計量的設備產能，從而攤薄單瓦投資/折舊成本。此外，化學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，M9、M10、M12 規格硅片分別將電池片環節的非硅成本降低了 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 規格硅片分別將電池片環節的總成本降低了 8.66%、10.41%、12.62%。

常規組件封裝時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對齊主柵的難度，也方便企業的生產經營管理。若采用大尺寸硅片生產大功率組件，則還能實現接線盒、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 480W，BOS 成本降幅高達 9.6%。

不同硅片尺寸下的典型組件版型對比

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%

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單晶硅棒的拉制，縱向溫度梯度要大，這是單晶生長的驅動力，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。因為徑向溫差是熱應力來源，會導致增殖位錯，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，大直徑拉棒會增加硅棒重量，一定程度上提高了硅棒結構損壞的風險，從而對生產企業的提拉工藝提出更高要求。在后續的運輸、截斷、開方、粘棒、切片等環節，大體積高重量的硅棒加工處理難度也較高，需要進行全新的工藝設計。

單晶爐是硅棒生長的核心設備，目前主流單晶爐熱屏內徑達 300mm，可生產 240mm 直徑硅棒。而若要生產 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格的裝料系統。大尺寸單晶爐產能更高，能夠顯著節約單位產能投資。對于開方、切片環節，一方面設備容量需要增大，另一方面設備精度、穩定性等參數也需要提高。

擴散爐、PECVD 是下游電池生產核心設備，其空間容量大小決定了采購硅片尺寸的上限。以國內電池設備龍頭捷佳偉創為例，其主打產品擴散爐有效內徑 320mm，最大裝片量 1200 片/批；PECVD爐膛有效內徑為 450mm，可承載 416 片 M0 硅片/舟。根據設備要求，硅片周線需能被擴散爐內徑包絡，并且硅片邊距應小于 PECVD 內徑。目前主流下游設備通過小幅技改即可兼容 166mm 大尺寸硅片。隨著下游設備廠商進一步更新產品設計和配套解決方案，電池、組件環節對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險，增加硅切片邊緣表面機械強度、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。

全方硅片規格

標準規格	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

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類方硅片規格

標準尺寸	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

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硅片選型的本質是在提高硅棒利用率和組件效率之間進行權衡。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，組件高效化導致留白區域功率損失提高。因此，全方硅片應用優勢凸顯，有望成為未來單晶硅片主流形式。

2017-2019 年硅料價格（單位：元/kg）

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對于電池和組件環節，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。對于硅片環節，生產全方單晶硅片唯一需要改變的就是在長晶環節生長直徑更粗的硅棒。

受到下游高效組件需求爆發驅使，以晶科為代表的一體化廠商及下游電池組件生產商主動導入 158.75mm 全方硅片（G1）。晶科不僅在去年四季度的時候實現了全面的產能切換，將自己全部 5GW 單晶硅片產能都切換為 158.75 規格，還在外部市場大量采購該規格硅片。

同邊距全方/類方硅片生產成本比較

規格	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（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%

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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 82.7%，較 M2 硅片高出 12 個百分點，較全方硅片高出 19 個百分點。相對于 M2 硅片，蜂巢硅片面積提高 17.3%，能在更大程度上攤薄電池、組件環節加工成本。

蜂巢硅片整體生產流程與普通硅片類似，均需經過拉棒、截斷、開方、切片等流程。與普通硅片不同的是蜂巢硅片進行六邊開方。在生產過程中重點需要解決大尺寸硅片工藝均勻性、劃裂片、碎片控制等技術難點。

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

蜂巢組件與常規 M2 組件對比

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