工业硅|需求篇之二：多晶硅行业深度梳理

　　CFC金属研究

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　　本文作者 | 王彦青 中信建投期货工业品分析师

　　本报告完成时间 | 2022年12月6日

　　从多晶硅的形成过程看，在熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成了许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来所结晶成的物质就是多晶硅。

　　从产业链来看，多晶硅上游为工业硅，多晶硅对工业硅的需求增速近年来快速增长，随着光伏产业不断发展，下游对工业硅的消费增量或将更多地由多晶硅贡献；中游为多晶硅的生产制备，目前主流工艺为改良西门子法，而硅烷流化床法可用来制备颗粒硅，已实现规模化生产；下游为硅片的生产制造，主要包括多晶铸锭与单晶拉棒两种工艺，其中单晶直拉法是主流工艺。

　　供应方面，全球多晶硅产能和产量集中在中国。2021年以来，受终端光伏装机需求驱动，多晶硅的供不应求有所加剧，与此同时国内新增产能开始加快建设。截至2022年10月，国内多晶硅产能达到了111.15万吨/年，相较2021年底翻了近一倍，预计2022年全年多晶硅名义产能将达到131.15万吨，2023年将达到271.7万吨。

　　需求方面，多晶硅消费领域集中在光伏市场，随着光伏产业景气度不断提高，多晶硅消费量实现了快速增长。2022年1-9月，多晶硅表观消费量为57.58万吨，已经快接近2021年全年水平。

　　成本方面，在多晶硅中，工业硅成本占比最高，其次是电力成本。进一步看，近几年多晶硅硅单耗水平变化幅度不大，但是综合能耗水平在不断下降，助力了多晶硅降本。利润方面，近年来多晶硅供不应求，利润水平不断走高，截至2022年12月初，多晶硅行业毛利23.7万元/吨，毛利率高达79.02%。

　　总的来看，多晶硅与工业硅紧密联系，多晶硅未来有望成为工业硅最重要的下游需求。相关期货品种的上市，不仅可以增强市场流动性，也会使上下游企业保值手段更加丰富，将有助于产业持续健康发展。

　　一、初识多晶硅

　　1.1、多晶硅简介及分类

　　硅元素有晶态和非晶态两种同素异形体，其中晶态硅又可分为多晶硅和单晶硅。在熔融的单质硅凝固时，硅原子以金刚石晶格形态排列成许多晶核，如这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则这些晶粒结合起来，就结晶成了多晶硅。

　　（1）按纯度分类

　　多晶硅是自然界中纯度最高的物质之一，其纯度表征以主体物质的含量多少来表示，即纯度=（总质量-杂质质量）/总质量*100%，通常用“N个9”来表示，例如6N代表99.9999%。根据纯度的不同，多晶硅通常可以分为太阳能级多晶硅和电子级多晶硅两种类型。

　　太阳能级多晶硅（SGS，Solar Grade Silicon），是指纯度在6N-9N的多晶硅，主要用于太阳能光伏晶体硅电池的生产，根据技术指标的差别，又可分为特级品、1级品、2级品和3级品。

　　电子级多晶硅（EGS，Electronic Grade Silicon）一般是指纯度在9N以上的多晶硅产品，主要应用于半导体硅片的生产，应用于电子电力上的硅材料纯度要求更高，需要达到11N以上，产品标准进一步分为三个等级。

　　（2）按表面质量分类

　　按表面质量分类，多晶硅又可分为致密料、菜花料、珊瑚料和复投料。

　　致密料表面颗粒凹陷程度小于5mm，外观无颜色异常，无氧化夹层，价格最高，主要用于拉制单晶硅片；

　　菜花料表面颗粒凹陷深度约为5-20mm，断面适中，质量中档，主要用于制作多晶硅片，亦可作为掺杂辅料用于单晶炉第一层铺底，与致密料共同参与制备单晶硅，但如果菜花料品质较差，还需要单独进行拉晶处理；

　　珊瑚料表面颗粒凹陷深度大于20mm，断面适中，质量不良，价格也较低；

　　复投料是指拉晶过程中所产生的边皮料，由于品质较好，可进行二次循环参与制备单晶硅。

　　（3）按生产工艺分类

　　按生产工艺不同，多晶硅可被划分为棒状硅和颗粒硅，前者采用的是目前主流技术——改良西门子法生产，而后者则是采用硅烷流化床工艺（FBR）生产的（有关改良西门子法和硅烷流化床法的内容，会在后文详细介绍）。改良西门子法生产出棒状硅后，并不能直接供下游使用，需要将其破碎成块状才可用作后续生产，而颗粒硅形状为“豆状”，无需进行破碎即可直接使用，一定程度上避免了硅料的损耗。目前改良西门子法依然是多晶硅生产的主要工艺，所以棒状硅也是目前多晶硅的主要形态，据《中国光伏产业发展路线图（2021年版）》，2021年全球颗粒硅市占率为4.1%，份额相对较小，而棒状硅则为95.9%。

　　相较于棒状硅，颗粒硅主要有以下几点优势：

　　1．反应原理简洁高效

　　颗粒硅生产工艺为硅烷流化床法，硅烷在分解过程中所需的能耗很低，无需循环副产物，更容易获得高纯度的多晶硅料，且硅烷流化床法的生产流程更加简单，仅需3步工艺流程。

　　2．低耗工艺提升成本优势，单吨毛利更高

　　改良西门子法属于高温还原反应，相较于硅烷流化床法，所需的人力成本更高，能耗、固定资产及运营成本也相对较高。而硅烷流化床法属于催化裂解反应、高自动化产业，实际炉内温度只需加温至600~700℃，有效降低硅料端电耗近80%，并且工艺流程简洁高效，数字化工厂也减少了人工依赖。另据公司的推介材料，在电价水平为0.45元/千克的情况下，相较于棒状硅，颗粒硅的非硅成本中枢可以降低约41%。

　　颗粒硅不仅在成本上更具优势，并且在毛利水平上也要领先棒状硅。以协鑫科技为例，在2022年中报中，该公司颗粒硅单位毛利高达154.7元/公斤，而棒状硅为109.1元/公斤。

　　但不可否认的是，颗粒硅相较于棒状硅也存在一定的缺点：

　　1．容易发生氢跳

　　氢跳现象是指，在使用硅烷流化床法生产颗粒硅时，颗粒硅的表面容易吸附更多氢气，在后端拉棒环节如果未充分加热就与硅液直接接触，容易造成硅液溅出，不仅会导致生产工序中断，还可能会损坏加热线圈和石英坩埚等部件，对拉晶效率和成本产生影响。不过，据协鑫科技推介材料，该公司已通过相关工艺调整，基本解决了氢跳问题。

　　2．易产生杂质

　　在生产过程中，沸腾的硅颗粒容易撞击流化床内壁，内壁上的碳基和金属可能会与颗粒硅一同沉积，进而使生产出的颗粒硅含有杂质。此外，颗粒硅的表面积较大，在包装运输过程中容易沾染外界杂质，从而降低产品纯度。

　　3．存在生产安全隐患

　　制备颗粒硅的过程中需要用到硅烷，但该气体极为活泼，在空气中可能会发生爆炸性燃烧，反应原理为SiH4+2O2=SiO2+2H2O，即使在-180℃的环境下也会与氧气发生剧烈反应，在稀释状态下，硅烷也有可能在空气中自燃。

　　1.2、多晶硅产业发展历程

　　（1）全球多晶硅产业发展历程

　　多晶硅的起源最早可追溯至19世纪，但多晶硅的提纯制备技术则是于20世纪50年代才开始逐步发展。1822年，瑞典化学家Berzelius首先使用钾还原四氟化硅制备出了单质硅，但直到1951年，杜邦公司才用类似的方法建设了全球首家多晶硅提纯工厂，供美国的电子公司生产高频二极管。之后的几年，多家公司投入到了多晶硅的提纯研发中，其中西门子公司所发明的西门子法提纯多晶硅在产业内影响较大，该方法通过使用氢气还原三氯氢硅，在硅芯发热体上沉积硅，实现了多晶硅的提纯，并于1957年实现建厂并进行工业规模化发展。

　　20世纪60年代早期，西门子法制备多晶硅得到了越来越多的公司认可，日本信越、大阪钛、室素电子等公司纷纷采用西门子法来制备多晶硅。20世纪60年代后期，由于稳定性和资源稀缺等原因，半导体行业逐步将原材料由锗转向了硅，多晶硅的市场需求快速增长，摩托罗拉、德州仪器等半导体设备制造商也纷纷开始自主生产多晶硅使用。多晶硅产业进入了快速增长期，产量由20世纪50年代的百公斤量级提升至了20世纪60年代的百吨量级。

　　时间来到20世纪70年代，彩电、台式计算机、电子表等产品走入消费市场，集成电路市场生产规模逐步扩大，多晶硅需求快速增长，越来越多的企业开始加入到硅料生产环节。但70年代爆发了两次石油危机，能源价格暴涨，导致硅料企业严重亏损，行业陷入低迷，硅料生产降本成为了当时产业内最大的诉求。与此同时，也正是因为石油危机的爆发，美国开始大力扶持地面光伏产业的发展，支持低成本多晶硅生产技术的开发，多晶硅产业又重回向上发展的道路。不过，受政策影响，美国能源局和喷气推进实验室的多晶硅研究项目大多没有实现商业化生产。

　　20世纪80年代，半导体市场加速发展，头部公司凭借技术优势拿下了越来越多的市场份额，行业集中度不断提升。到了80年代后期，受美国对日本的半导体反倾销政策影响，一批多晶硅企业相继退出了该领域，市场集中度进一步提高。

　　2000年之后，德国EEG法案出台，光伏市场迎来了快速发展期。但当时太阳能级多晶硅的供应来源主要是半导体单晶厂的头尾料，无法满足光伏市场的需求，供需紧张下多晶硅价格持续上涨，越来越多的资本涌入了太阳能级多晶硅领域。

　　现如今，在碳中和指引及能源转型发展下，全球光伏新增装机量连年提升，光伏产业已经成为了多晶硅最重要的消费领域。

　　（2）中国多晶硅产业发展历程

　　早在20世纪50年代，我国的一些研究机构就已经开展了多晶硅的工艺研究工作。北京有色金属研究总院于1955年起，在缺少技术和资料的背景下，就自行摸索了锌还原四氯化硅工艺（杜邦法）和氢还原四氯化硅工艺（贝尔法），后又于1958年开始研究西门子法，并在摸索过程中解决了还原炉的高压启动等工艺，成功生产出了高纯硅材料。

　　我国多晶硅真正实现产业化始于1964年，当时北京有色金属研究院338室内迁至四川峨嵋县，成立了产能803千克/年的多晶硅工厂，并于1965年8月实现了第一炉料产出。之后受大力发展电子工业的指示影响，冶金部号召“利用大厂一角搞半导体”，全国多个地方开始创建多晶硅项目。到了20世纪70年代，多晶硅年产量达到8吨/年，但行业发展逐步进入了盲目扩张时期，工厂技术水平低、生产规模小，改革开放后受市场经济冲击严重，绝大部分多晶硅企业因亏损而相继停产或转产。到了1996年只剩下了峨眉半导体材料和洛阳单晶硅厂两家。

　　为了逆转行业颓势，国家开始大力支持大型多晶硅工厂的发展。2003年，洛阳中硅在国家发改委重点行业结构调整专项资金的支持下，建成了年产300吨多晶硅产业化项目，并于2005年10月投产，标志着多晶硅规模化生产技术体系形成。此后受太阳能级多晶硅市场需求爆发影响，国内资本大举进入多晶硅领域，产业规模迅速扩大，技术水平也在不断提升。

　　不过，资本涌入导致多晶硅产能虚增严重，2009年时国内拟建产能达10万吨以上。政府部门开始将多晶硅产业认定为产能过剩行业，又受相关负面新闻影响，被扣上了“高能耗、高污染”的帽子，银行业也对多晶硅企业收紧银根，导致多晶硅扩产、技改受到了一定抑制。到了2013年的时候，国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，国内光伏产业开始快速发展，叠加海外针对中国开展双反，国内需求迎来爆发。在之后的时间里，国内涌现出了新特能源、大全新能源、亚洲硅业等一系列优秀的多晶硅企业，技术水平不断提升优化。

　　时间来到近两年，随着光伏产业进入“平价上网”时代，国内新增光伏装机量不断突破新高，对应的硅料需求也在连年增加。但受产能不足、疫情扰动、突发安全事故等因素影响，2021年以来多晶硅呈现供不应求的局面，价格不断攀升，到了2022年已经出现了“拥硅为王”的现象，即价值链的大部分利润集中在多晶硅企业手中。但硅料价格高企也对光伏产业的健康发展产生了一定影响，政府部门多次呼吁多晶硅产业合理发展运营，避免哄抬价格、囤货居奇等现象。时间来到2022年Q4，随着新增产能不断释放，硅料价格也开始逐步企稳，后市或将回落至合理区间，有望推动光伏产业更加持续健康发展。

　　二、产业链探析

　　从产业链来看，多晶硅上游为工业硅，中游为多晶硅的生产制备，下游为硅片制造中的多晶铸锭与单晶拉棒，终端应用领域包括半导体和光伏两个领域。

　　2.1、上游：多晶硅未来或成为工业硅消费增量的主要贡献者

　　从多晶硅对上游的需求来看，2021年国内多晶硅对工业硅的需求量为62.3万吨，2010年-2021年复合增长率达到了17.99%，增长速度超过了同期有机硅对工业硅的需求增速。随着未来光伏产业不断发展，多晶硅也将实现快速放量，届时下游对工业硅的消费增量或将更多地由多晶硅贡献。

　　从原料标准看，多晶硅所要求的工业硅牌号以4210#为主，同时搭配5210#、4410#、5530#等牌号混合使用，通常多晶用工业硅中硅的含量在99%左右即可。此外，为了便于反应，工业硅通常被磨成粉状以供多晶硅企业生产使用，即99硅粉。值得一提的是，在现货交易中，除了主成分含量要求以外，多晶硅企业通常还会对工业硅中的微量元素含量有要求，各个企业的要求因工艺特点存在差异，国家标准要求如图表16。

　　2.2、中游：改良西门子法为主流工艺，硅烷流化床法已实现规模化生产

　　产业链中游为多晶硅的生产制备。主要工艺方法可以划分为两大类：以化学提纯为基础的西门子法、流化床法，以及以冶金提纯为基础的物理法。据《当代多晶硅产业发展概论》，化学法是生产多晶硅的主流工艺技术，在化学法生产中，根据沉积工艺不同可分为西门子法和流化床法，根据反应发生原料的不同又可分为三氯氢硅法、硅烷法、四氯化硅法、二氯二氢硅法等；而根据不同的反应原料和沉积技术，可组合为三氯氢硅西门子法、硅烷西门子法、硅烷流化床法等。目前优化后的第三代三氯氢硅西门子法（简称“改良西门子法”）是多晶硅生产的主流工艺，但也有部分企业出于降本考虑，开始关注颗粒硅，从而也投建了硅烷流化床法的产能，因此下文我们将重点介绍这两种工艺。

　　（1）改良西门子法

　　西门子法由德国西门子公司在1955年率先使用，西门子公司将三氯硅烷和氢气通入钟罩式反应器中，从而在炽热的硅芯/硅棒表面沉积出多晶硅。西门子法的核心环节在于化学沉积工艺（CVD），在CVD炉中，首先将发热体（一般为硅芯）加热到一定温度，然后将预热后的高纯原料气体按一定配比注入到CVD炉中，之后产生的高纯硅会沉积在发热体上。

　　在过去几十年，业界对西门子法不断改进，技术工艺经历了三代演变，目前业界所使用的改良西门子法就是第三代西门子法。改良西门子法的主要流程包括三氯氢硅（简称TCS）的合成、TCS的提纯、TCS的氢还原和反应尾气的回收等步骤。

　　1.TCS的合成

　　纯净的SiHCl3常温下是无色易挥发的透明液体，带有强烈气味，密度约1.33kg/L，沸点31.5℃。合成TCS的工艺流程为：

　　①HCl经过深度冷冻、浓硫酸深度脱水处理后，纯度达到99%；

　　②原料硅粉由压缩空气送至加料罐，自沸腾氯化炉顶部经螺旋加料器连续加入炉内，同时加入催化剂氯化亚铜，二者比例为350：3；

　　③HCl气体从沸腾炉底部中心，通过分布板进入炉内，在加热至280℃-320℃的情况下发生反应：

　　④如果温度控制不当，反应生成的SiCl4、SiH2Cl2等副产物会明显增加，涉及化学反应包括：

　　⑤生成的气体经过旋风分离器、袋式除尘器、三氯化铝除尘器后，进入冷凝器，冷凝后的TCS和四氯化硅（简称STC）进入储料罐，不凝尾气在进入淋洗塔除去HCl气体后，会对剩余的H2进行回收。

　　2.TCS的提纯

　　在上文所述的合成流程中，最终生成的TCS含量在85%-90%，反应产物中含有一定的氯化物杂质。提纯TCS的方法是精馏，即利用TCS和其中的氯化物及氢化物杂质的蒸汽压、沸点的不同进行分离，从而提纯TCS。

　　精馏过程是在精馏塔内完成的，会经历冷氢化和合成料提纯、还原回收料提纯、高沸物分离、低沸物分离等过程，精馏之后TCS的纯度可以提高至9N以上。

　　3.TCS的氢还原

　　还原工序是产出高纯硅料的关键，决定了产品质量的好坏。基本反应原理是，以携带气（H2）与提纯后的TCS混合形成气相，二者按一定比例混合后送入SiHCl3反应系统——氢还原炉，TCS和摩尔比为0.1-0.35，在硅芯发热体（1080℃-1100℃）上沉积Si。

　　反应方程式为：

　　同时，反应过程中也会发生SiHCl3的热分解以及SiCl4的还原反应，方程式分别为：

　　此外，还可能发生如下反应：

　　可以发现，在TCS氢还原中发生的反应多为可逆反应，所以还原炉内的反应过程十分复杂，抑制各种逆反应和副反应成为了生产中的技术壁垒。此外，据《当代多晶硅产业发展概论》，西门子法制备多晶硅的电耗成本大概占多晶硅总生产成本的1/3，多晶硅还原电耗占总电耗的50%-60%，所以TCS氢还原是多晶硅生产中最为关键、也是成本相对更高的环节。另据中国光伏行业协会《2021-2022年中国光伏产业年度报告》中的数据，2021年多晶硅还原电耗为45kWh/kg-Si，少量企业的还原电耗可以做到40kWh/kg-Si。

　　4．尾气回收

　　在多晶硅的还原生产过程中，还原炉内的TCS一次转化率只有6%-20%，大量的TCS随尾气一同排出，如果不加以回收，会对生产成本及效率产生不利影响。并且，尾气中还包含大量有害物质，不加回收处理便直接排放的话，也会对生态环境造成危害。因此，尾气回收也是多晶硅生产的重要环节。目前，尾气回收主要采用美国CDI公司的吸附分离法，运用该方法，97%以上的HCl和H2均可得到回收。

　　5.SiCl4氢化

　　据《当代多晶硅产业发展概论》，采用西门子法制备多晶硅时，每生产1吨高纯硅材料，会同时产生15-20吨SiCl4。对于富余的SiCl4，企业通常会对其氢化，将副产物SiCl4转化为多晶硅生产原料SiHCl3，从而实现闭环生产，以提高利用率，降低生产成本。

　　目前主要的氢化工艺有热氢化、氯化、冷氢化三种，分别涉及如下反应：

　　热氢化：SiCl4+H2→SiHCl3+HCl（1000-1200℃，SiHCl3含量15%-20%）

　　氯化：2SiCl4+Si+H2+HCl→3SiHCl3（550℃，（36个大气压，SiHCl3含量24%以上）

　　冷氢化：3SiCl4+Si+2H2→4SiHCl3（550℃，20个大气压，SiHCl3含量20%-24%）

　　（2）硅烷流化床法（FBR）

　　流化床法的基本原理是，原料气体入口在底部，气体从底部进入反应器后上升至加热区，在加热区气体原料分解为固体硅颗粒；从底部不断进入的气体流速会使颗粒硅处于悬浮状态，悬浮的颗粒会不断外延生长，当达到足够重量时，颗粒硅会沉降到底部的容器中；而反应的副产物会从顶部管路排出；最终的多晶硅产物为颗粒硅。

　　流化床法的主要原料是硅烷或氯硅烷，但相较于其他氯硅烷，硅烷能在更低的温度下进行反应，同时硅烷的提纯也更容易，所以在长期的工业实践中，硅烷流化床法的技术已经越来越成熟。据《当代多晶硅产业发展概述》，硅烷流化床法的沉积温度在650℃-800℃，转换效率可以达到95%以上。但是硅烷流化床法也存在一定缺点，例如生成的产品纯度不高，内壁容易沉积硅粉等。

　　据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》的数据，2021年江苏中能（协鑫科技子公司）的硅烷流化床法产能达到了3万吨/年，产量0.7万吨，天宏瑞科颗粒硅产能1.8万吨/年、产量1.37万吨，硅烷流化床法已经实现了规模化生产。2022年硅烷流化床法的产能进一步扩张，据协鑫科技《2022年中期业绩报告推介材料》，该公司预计至2022年底，其硅烷流化床法生产颗粒硅的名义产能将达到26万吨。

　　2.3、下游：主要用于直拉法生产单晶硅片

　　多晶硅下游为硅片的生产制造。硅片制造的流程是，通过铸锭技术或拉棒技术将多晶硅料加工为多晶硅铸锭或硅棒，再通过切片加工为硅片。从多晶硅产业链的角度来看，硅料直接下游为多晶铸锭与单晶拉棒，所以此处本文将主要介绍这两种技术。

　　（1）多晶铸锭

　　铸锭法的流程是，将多晶硅料放在石英坩埚中，利用周围的石墨加热器加热，使得硅原料在坩埚中熔化。然后在坩埚上部温度保持的同时，从坩埚底部开始逐渐降温，此时坩埚底部的熔体开始形核、结晶，之后采用定向凝固的方法使得形核晶体从底部垂直生长，最终生长出取向性较好的柱状多晶硅晶锭。但随着行业的发展，铸锭法性价比低的特点日益凸显，现阶段企业生产已经基本不再采用，导致铸锭法生产制备的多晶硅片的市场份额越来越低。

　　在此后的技术实践中，也有公司突破了铸锭单晶技术，不过由于转换效率低、良率低等问题，铸锭单晶也在逐步退出市场。

　　据《中国光伏产业发展路线图（2021年版）》，2021年多晶硅片市场份额下降至5.2%，铸锭单晶市场占比仅为0.3%。

　　（2）单晶拉棒

　　拉棒技术包括悬浮区熔法（FZ法）和直拉法（CZ法）两种，相较而言，直拉法生长单晶难度较小、成本更低，更适合单晶硅棒的生产。

　　直拉法的原理为，将高纯度多晶硅放置在石英坩埚中加热熔化，再将单晶硅籽晶插入熔体表面，待籽晶于熔体熔合后，慢慢向上提拉籽晶，晶体便会在籽晶下端生长，形成单晶硅棒。

　　经过CZ法的技术发展，目前生产工艺以多次投料复拉法（RCZ法）为主，RCZ法节省了拆装炉换产的实践，而且石英坩埚可以重复利用，成本下降潜力大，目前正在向着更大装料量、更多晶棒数量、更高晶体拉速的方向发展。据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》，在RCZ法的赋能下，2021年单晶炉单炉投料量已达到2800kg，较2020年提升47.4%。

　　CZ法的另一种技术进步是连续拉晶法（CCZ法），可以实现一边加料一边拉晶的连续生产，晶体长度更长，能够进一步节省加料时间，生产效率更高。从技术发展上看，目前直拉法正在由RCZ向CCZ过渡。

　　据《中国光伏产业发展路线图（2021年版）》，目前市场上量产的太阳能级单晶硅棒均是由直拉法生产，2021年n型单晶硅片与p型单晶硅片市场占比已经达到了94.5%。

　　三、供应：中国是全球主要供应国，

　　2022年产能不断释放

　　3.1、全球：中国产能产量连续多年高居全球首位

　　据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》的数据口径，2021年全球多晶硅有效产能为77.4万吨，相较上年增加27.3%，多晶硅产量64.2万吨，相较上年增加23.2%，全球多晶硅新增产能约16.6万吨（含扩产或新建项目的投产），新增产能主要集中在中国。

　　2021年中国以62.3万吨产能和50.6万吨产量连续多年高居全球首位，分别占比全球总产能的80.5%和总产量的78.8%。从趋势上看，全球的多晶硅产业的重心正在不断向中国转移，主要原因或是中国的能源条件、生产成本等方面更具优势。据《2021-2022中国光伏产业年度报告》，海外多晶硅企业生产成本普遍高于7美元/kg，其中OCI为7美元/kg，Wacker为9美元/kg，Hemlock为10-11美元/kg，而国内多晶硅生产成本可以做到低于7美元/kg。

　　分企业来看，2021年全球前十的多晶硅企业总产量约59.53万吨，占全球总产量的92.70%，世界前五的多晶硅企业产量之和为45.3万吨，约占全球总产量的70.60%，产量高度集中。

　　3.2、中国：新增产能不断释放

　　具体看中国方面。据百川盈孚数据口径，2020-2021年国内多晶硅产能相对稳定，维持在55.65万吨/年的水平；但2021年以来，受终端光伏装机需求驱动，多晶硅的供不应求有所加剧，国内新增产能开始加快建设；到2022年，前期新增产能陆续释放，同时在高额利润驱动下，也有不少新玩家入局、老玩家扩产，国内产能不断增加。截至2022年10月，国内多晶硅产能达到了111.15万吨，相较2021年底翻了近一倍。

　　从产能角度看，我国多晶硅产业集中度相对较高，前六名产能合计占比超50%，产能主要集中在乐山永祥（通威股份旗下）、新疆大全、新特硅材料、协鑫科技（新疆）、亚洲硅业（青海）、新特能源等企业。

　　产量方面，根据百川盈孚数据，2020年-2021年我国多晶硅产量相对稳定，随着新增产能陆续释放，2022年产量开始快速增长。2022年10月，我国多晶硅产量8.04万吨，相较去年同期增长91.43%。从开工率来看，2022年Q3多晶硅开工率出现明显下滑，一方面是受某企业出现安全事故影响，多家硅料厂开展检修自查所致，另一方面，部分新增产能投产，产能爬坡过程拖累整体产能利用率的提升。

　　从进口数据看，2021年我国进口多晶硅11.42万吨，相较2020年略有增加，但总体变动相对稳定。分国家和地区看，据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》，德国、马来西亚、日本是我国前三大多晶硅进口国，来自这三个国家的进口量达到了9.3万吨。展望未来，随着多晶硅产能不断释放，自给能力不断提升，未来多晶硅的进口依赖程度或将逐步降低。

　　受行业景气度提升、下游需求旺盛、生产利润丰厚影响，2022年多晶硅行业吸引了大量资本青睐，陆续有新建生产项目开工建设。展望未来，2023年新增产能将继续释放，为产业带来更多的供给增量。据百川盈孚数据，2022年10月国内多晶硅产能111.15万吨，如果不考虑产能爬坡、假设新增产能投产时间全部符合预期，那么在111.15万吨的基础上加上协鑫科技包头一期10万吨、江苏润阳宁夏5万吨、晶诺新能源七师一期5万吨产能，则2022年全年多晶硅名义产能或将达到131.15万吨；对于未明确预计投产时间的项目，假设建设周期为15个月，则2023年多晶硅名义产能将有望达到271.7万吨，届时多晶硅的供给端或将迎来大幅增长。

　　四、需求：光伏市场快速发展，

　　贡献多晶硅主要需求增量

　　需求方面，受益于光伏产业的高景气度，新增光伏装机量不断走高，带动多晶硅消费快速增长。据百川盈孚数据，2021年多晶硅表观消费量达到59.55万吨，同比增长20.19%；2022年1-9月多晶硅表观消费量为57.58万吨，已经快接近2021年全年水平。

　　据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》，2021年全球电子级多晶硅产量3.7万吨，太阳能级多晶硅（块状硅+颗粒硅）产量60.5万吨。从产量数据可以推断出，目前多晶硅的终端市场还是集中在光伏领域。

　　4.1、半导体市场

　　半导体市场所需求的多晶硅为电子级多晶硅。电子级多晶硅可分为电子级区熔用多晶硅和电子级直拉用多晶硅，其中电子级直拉用多晶硅市场占比更高，达到90%以上。采用区熔法（FZ）生产的单晶硅晶体中氧、碳含量低，载流子浓度低，电阻率高，主要用于制造IGBT、高压整流器、晶闸管、高压晶体管等高压大功率半导体器件。而直拉法（CZ）生产的单晶硅片广泛应用于集成电路存储器、微处理器、手机芯片和低电压晶体管、电子器件等电子产品。

　　电子级多晶硅的生产主要集中在美国、德国和日本等少数几个国家的多晶硅企业，而中国的电子级多晶硅则依赖海外进口。不过，在国家强基工程、集成电路产业投资基金和02专项的支持下，国内已经有电子气体、区熔用多晶硅和直拉用多晶硅样品进入下游用户认证与试用，随着政策扶持力度加大、企业创新水平提升，未来国内半导体市场领域的多晶硅有望实现国产化供应。

　　从半导体终端市场情况来看，近几年来，受疫情、芯片短缺、产业链环节供给短缺等因素影响，海外部分车企开始停产或部分停产，与此同时，美国加大对中国芯片产业的供应限制，导致全球芯片供应链严重失衡。需求方面，在5G、AI、大数据、新能源汽车等巨大需求推动下，芯片消耗的单晶硅片数量大幅增长，据《2021-2022年中国光伏产业年度报告》中的数据，2021年全球电子级多晶硅市场需求达到3.72万吨，预计2022-2026年复合增长率达到6.4%。

　　4.2、光伏市场

　　光伏市场是多晶硅最重要的终端消费领域。为了共同应对气候变化、实现绿色可持续发展，建立以可再生能源为主的能源体系成为了各个国家的发展目标。在此背景下，全球光伏市场迎来了快速发展，据国际可再生能源机构数据，2021年全球新增光伏装机量132.81GW，同比增长5.74%，累计光伏装机容量达到了843.09GW。同样以国际可再生能源机构数据口径来看，2021年新增光伏装机量位列前茅的国家或地区分别是中国、欧洲、美国和印度，新增光伏装机量分别为52.99GW、23.04GW、19.90GW、10.30GW。

　　正如上文所述，中国是全球光伏产业第一大国。回顾中国光伏产业的发展，大体可以分为萌芽期、快速发展期、产业调整期、补贴政策期、补贴退潮期、市场竞争期等几个阶段。驱动中国光伏产业持续发展的动力包括海外政治因素倒逼、补贴政策变化和技术变革等，随着2021年光伏产业全面进入平价上网时代，市场竞争不断加剧，绿色能源需求也在日益增长，光伏产业再度开启景气周期。

　　据国家能源局口径的数据，2021年全国新增光伏装机量54.88GW，成为历年新增光伏装机量规模最大的一年；2022年国内光伏产业高景气度持续，2022Q1-Q3累计新增光伏装机量52.60GW，新增装机规模已经几近赶超2021年全年装机量，同比增长高达105.83%。从结构上看，我们在之前的报告《组件价格涨势汹涌，光伏项目还有利可图吗？》中测算过，发现分布式光伏的收益率要高于集中式，经济性十分明显，因而近两年来分布式光伏的市场份额正在不断提升。2021年，国内分布式光伏装机量29.28GW，占比53.35%，首次超过集中式；2022年前三季度，分布式光伏装机35.33GW，占比高达67.17%。

　　展望未来，在全球达成减碳共识的背景下，国内外光伏刺激政策相继落地，全球光伏装机规模仍将保持较高的新增规模。根据中国光伏行业协会预测，预计2022年全球光伏新增装机量为205-250GW，预计到2030年全球新增光伏装机量将达到315-366GW。此外，由于成本不断降低加上长期购电协议带来的稳定收益，平价项目申报已超预期，未来国内光伏装机规模有望持续增加。预计2022年国内新增光伏装机量将达到85-100GW，2030年国内新增光伏装机量将达到105-128GW。

　　五、成本利润：成本不断下降，

　　利润水平维持高位

　　5.1、成本：硅材料成本占比最高，综合能耗下降明显

　　从近一年的数据可以发现，多晶硅行业成本正在不断下降。据百川盈孚数据，截至2022年12月初，多晶硅行业成本为62941.18元/吨，相较年初下降约11.45%。从成本构成看，据《浅谈多晶硅生产过程成本控制》（李俊杰等，2020），多晶硅生产中硅材料成本占比最高，为31.64%，其次是电力成本，占比27.43%。

　　衡量硅材料成本的指标为硅单耗。硅单耗是指生产单位高纯硅产品所耗费的硅量，主要包括合成、氢化工序，外购硅粉、三氯氢硅、四氯化硅等含硅物料全部折成纯硅计算，外售氯硅烷等按含硅比折成纯硅计算，从总量中扣除。据《中国光伏产业发展路线图（2021年版）》数据，2021年硅单耗约为1.09kg/kg-Si，基本与2020年持平，且近5年变化幅度不大，但随着氢化水平的提升，副产物回收利用率的增强，预计到2030年将降低到1.07kg/kg-Si。

　　相较而言，多晶硅的综合能耗成本下降较为明显。综合能耗包括多晶硅生产过程中所消耗的天然气、煤炭、电力、蒸汽、水等。据《中国光伏产业发展路线图（2021年版）》数据，2021年多晶硅企业综合能耗平均值为9.5kgce/kg-Si，同比下降17.4%。随着技术进步和能源的综合利用，到2030年预计可降到7.6kgce/kg-Si。

　　5.2、利润：供需错配推动利润水平不断走高

　　2021年以来，光伏装机需求快速增长，但上游多晶硅产能相对有限，导致硅料环节持续紧张，价格快速攀升。上文提到，多晶硅行业成本是在不断降低的，所以价格上涨所带来的是利润水平不断走高，据百川盈孚数据，截至2022年12月初，多晶硅行业毛利237058.82元/吨，毛利率高达79.02%。

　　我们认为，目前多晶硅的主要矛盾在于供需失衡，而决定利润水平的也是供需力量的对比。多晶硅本轮暴涨源于供给不足，而随着新增产能不断释放，多晶硅的价格与利润水平也将回归合理水平。

　　六、总结

　　多晶硅产业发展久远，上下游连接紧密，是光伏产业链最重要的环节之一，也是半导体产业链重要的原材料。放眼全球，中国是最主要的多晶硅供应国，新增产能不断释放为产业发展带来了更多的供给增量。多晶硅的供需影响着产业扩张速度，价格水平又在一定程度上决定了产业链的成本中枢。

　　总的来看，我们认为多晶硅未来有可能超过有机硅成为工业硅最重要的下游需求。在全球低碳发展的背景下，新增光伏装机量有望不断突破新高，带动多晶硅持续放量，进而拉动工业硅的消耗。并且多晶硅中硅材料成本占比较高，在硅单耗变化幅度不大的背景下，原材料价格走势或持续对多晶硅成本产生扰动，所以工业硅的价格变动会对多晶硅产生重要影响。

　　待工业硅期货上市后，多晶硅现货企业可以通过对原材料套期保值来实现成本管控。未来，广期所或将继续推出多晶硅期货，届时不仅可以实现跨品种套利、增加期货市场流动性，并且对现货企业而言，保值手段也将更加丰富，将有助于产业持续健康发展。