【研報】半導體行業顆粒硅：多晶硅技術的再次騰飛-20201203（14頁）.pdf

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1、 2020年年12月月3日日 顆粒硅：多晶硅技術的再次騰飛顆粒硅：多晶硅技術的再次騰飛 證券研究報告證券研究報告 （優于大市，維持優于大市，維持） 概要概要 1.顆粒硅簡介：顆粒硅簡介：硅烷法生產的顆粒狀多晶硅硅烷法生產的顆粒狀多晶硅 2.與西門子法的與西門子法的PK：性能更優，成本更低：性能更優，成本更低 3.發展歷程：起源于美國發展歷程：起源于美國MEMC，保利協鑫實現國產化，保利協鑫實現國產化 4.保利協鑫的涅保利協鑫的涅槃槃：十：十年磨一劍年磨一劍 5.風險提示風險提示 2 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 oPtMoOtNqRrNoPtRr

2、MoRtObRdN6MtRnNtRmMfQmNsQlOoOoR9PnNyRuOnPuNMYqQqO 顆粒硅，是硅烷法生產出來的顆粒狀多晶硅。顆粒硅，是硅烷法生產出來的顆粒狀多晶硅。 多晶硅的生產技術主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過氣相沉積的方式多晶硅的生產技術主要為改良西門子法和硅烷法。西門子法通過氣相沉積的方式 生產柱狀多晶硅。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中，生產柱狀多晶硅。硅烷法是將硅烷通入以多晶硅晶種作為流化顆粒的流化床中， 使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。使硅烷裂解并在晶種上沉積，從而得到顆粒狀多晶硅。 資料來源：保利協鑫2020年中期業績

3、報告，海通證券研究所 圖圖：顆粒狀多晶硅顆粒狀多晶硅 顆粒硅簡介：硅烷法生產的顆粒狀多晶硅顆粒硅簡介：硅烷法生產的顆粒狀多晶硅 3 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：柱狀多晶硅柱狀多晶硅 資料來源： 亞洲硅業官網，海通證券研究所 美國美國MEMC公司采用流化床技術實現了批量生產，硅烷經純化后在流化床式分解公司采用流化床技術實現了批量生產，硅烷經純化后在流化床式分解 爐中進行分解，反應溫度為爐中進行分解，反應溫度為730左右，制得尺寸為左右，制得尺寸為1000微米的粒狀多晶硅。微米的粒狀多晶硅。 改良西門子工藝是在傳統的西門子工藝的基礎上，同時具

4、備節能、降耗、回收利改良西門子工藝是在傳統的西門子工藝的基礎上，同時具備節能、降耗、回收利 用生產過程中伴隨產生的大量用生產過程中伴隨產生的大量H2、HCI、SiCI4等副產物以及大量副產熱能的配套等副產物以及大量副產熱能的配套 工藝。工藝。 目前世界上絕大部分廠家均采用改良西門子法生產多晶硅。改良西門子法生產多目前世界上絕大部分廠家均采用改良西門子法生產多晶硅。改良西門子法生產多 晶硅是目前最為成熟、應用最廣泛、擴展速度最快的技術。晶硅是目前最為成熟、應用最廣泛、擴展速度最快的技術。 資料來源：蔡躍明、牟樹榮、曾啟明、鐘雨明、鐘婭玲三氯氫 硅合成與多晶硅還原尾氣全組分干法回收合并新工藝，廖衛

5、兵 改良西門子法制備高純多晶硅料，海通證券研究所 圖圖：顆粒硅生產化學方程式顆粒硅生產化學方程式 顆粒硅簡介：改良西門子法目前應用更廣泛顆粒硅簡介：改良西門子法目前應用更廣泛 4 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：改良西門子多晶硅化學方程式改良西門子多晶硅化學方程式 資料來源：湯傳斌粒狀多晶硅生產概況，海通證券研究所 合成合成 還原還原 熱氫化熱氫化 冷氫化冷氫化 美國美國MEMC顆粒硅能達到電子級標準，用于半導體用單晶生產中。顆粒硅能達到電子級標準，用于半導體用單晶生產中。 總金屬含量滿足光伏硅料特技要求，施主、受主含量總金屬含量滿足光伏硅料

6、特技要求，施主、受主含量接近接近特級特級要求要求，碳含量，碳含量滿足滿足 一級一級要求要求，表面附著硅粉比例低。，表面附著硅粉比例低。 資料來源：光伏測試網微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒 硅-直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 圖圖：顆粒硅質量顆粒硅質量 質量標準：達到電子級標準，滿足光伏級要求質量標準：達到電子級標準，滿足光伏級要求 5 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：棒狀硅標準：棒狀硅標準 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒硅- 直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 顆粒料的易流動性給直拉單晶帶來附加價值：顆粒

7、料的易流動性給直拉單晶帶來附加價值： 1、減少了破碎環節，塊狀硅需要破碎，破碎成本、減少了破碎環節，塊狀硅需要破碎，破碎成本1-3元元/公斤；公斤； 2、對石英加料筒的內壁沖擊損耗低，延長石英筒使用壽命；、對石英加料筒的內壁沖擊損耗低，延長石英筒使用壽命； 3、顆粒硅填充性好，加料桶可以多裝、顆粒硅填充性好，加料桶可以多裝15-20%的顆粒硅，避免大塊料堵塞的問題；的顆粒硅，避免大塊料堵塞的問題； 4、可以結合自動加料到加料筒，也能使用外置復投裝置，節省人力和加料時間。、可以結合自動加料到加料筒，也能使用外置復投裝置，節省人力和加料時間。 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒

8、硅- 直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 圖圖1：塊狀硅容易損壞石英筒塊狀硅容易損壞石英筒 性能更優：單晶連續投料的優選性能更優：單晶連續投料的優選 6 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖2：顆粒硅不容易損壞石英筒，并且填充性好顆粒硅不容易損壞石英筒，并且填充性好 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒硅-直拉單晶 復投料的首選， 海通證券研究所 直拉單晶工藝分為直拉單晶工藝分為RCZ（多次拉晶）和（多次拉晶）和CCZ（連續直拉）。（連續直拉）。CCZ晶棒拉制與加料晶棒拉制與加料 熔化同時進行，省去了單晶棒冷卻的時間，大大提升了

9、工業生產效率。熔化同時進行，省去了單晶棒冷卻的時間，大大提升了工業生產效率。CCZ法在法在 坩堝所允許的壽命周期內可完成坩堝所允許的壽命周期內可完成8-10根的晶棒拉制，而根的晶棒拉制，而RCZ目前僅可完成目前僅可完成4-5根拉根拉 制。制。 移動式自動復投技術是移動式自動復投技術是CCZ與與RCZ的核心差異，目前的核心差異，目前FBR（硅烷流化床法）生產（硅烷流化床法）生產 的高品質顆粒硅產品可作為的高品質顆粒硅產品可作為CCZ的最佳用料。保利協鑫通過收購的最佳用料。保利協鑫通過收購SunEdison的部的部 分資產取得了分資產取得了FBR硅烷流化床法的技術硅烷流化床法的技術，我們認為有望，

10、我們認為有望形成技術協同。形成技術協同。 資料來源： 協鑫集團搜狐號，海通證券研究所 圖圖1：CCZ技術原理技術原理 性能更優：顆粒硅能滿足性能更優：顆粒硅能滿足CCZ直拉單晶直拉單晶 7 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 資料來源：觀研網，海通證券研究所 圖圖1：顆粒硅可以實現自動復投顆粒硅可以實現自動復投 使用使用60%顆粒硅顆粒硅+40%循環料，單晶成品率及單爐月產出與產線基本持平；循環料，單晶成品率及單爐月產出與產線基本持平； 顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒頭尾少子壽命，不影響晶棒棒尾部碳含量顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒頭尾少子壽命，不影響

11、晶棒棒尾部碳含量 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒硅- 直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 圖圖：顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒頭：顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒頭 尾少子壽命尾少子壽命 拉晶效果：顆粒硅可替代原生多晶硅拉晶效果：顆粒硅可替代原生多晶硅 8 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒尾：顆粒硅取代原生多晶硅不影響晶棒尾 部碳含量部碳含量 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒硅- 直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 改良西門子法多晶硅生產的西門子工藝，其原理就是在改

12、良西門子法多晶硅生產的西門子工藝，其原理就是在1100左右的高純硅芯上左右的高純硅芯上 用高純氫還原高純三氯氫硅，生成多晶硅沉積在硅芯上。改良西門子工藝是在傳用高純氫還原高純三氯氫硅，生成多晶硅沉積在硅芯上。改良西門子工藝是在傳 統的西門子工藝的基礎上，同時具備節能、降耗、回收利用生產過程中伴隨產生統的西門子工藝的基礎上，同時具備節能、降耗、回收利用生產過程中伴隨產生 的大量的大量H2、HCI、SiCI4等副產物以及大量副產熱能的配套工藝。等副產物以及大量副產熱能的配套工藝。 美國美國MEMC公司采用流化床技術實現了批量生產，其以公司采用流化床技術實現了批量生產，其以NaAlH4 與與SiF4

13、 為原料制為原料制 備硅烷，硅烷經純化后在流化床式分解爐中進行分解，反應溫度為備硅烷，硅烷經純化后在流化床式分解爐中進行分解，反應溫度為730左右，左右， 制得尺寸為制得尺寸為1000微米的粒狀多晶硅。微米的粒狀多晶硅。 資料來源：色選機網援引中國粉體網，海通證券研究所 圖圖：改良西門子生產過程：改良西門子生產過程 成本更低：流化床工藝反應溫度更低成本更低：流化床工藝反應溫度更低 9 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 資料來源：湯傳斌粒狀多晶硅生產概況，海通證券研究所 圖圖：流化床生產過程：流化床生產過程 相比傳統工藝，相比傳統工藝，FBR不僅生產技

14、術流程更短、后處理工序更少，還將使投資強度不僅生產技術流程更短、后處理工序更少，還將使投資強度 下降下降30%，生產電耗降低約，生產電耗降低約65%，項目人員需求降低，項目人員需求降低30%。 目前大全新能源投資目前大全新能源投資在在10億元億元/萬噸，投資強度比較大，折舊占比高。以大全新能萬噸，投資強度比較大，折舊占比高。以大全新能 源的源的2020年年Q3為例，多晶硅折舊成本占比為為例，多晶硅折舊成本占比為16%。 資料來源：光伏行研微信公眾號，保利協鑫CTO萬躍鵬顆粒硅- 直拉單晶復投料的首選，海通證券研究所 圖圖：顆粒硅電耗更低顆粒硅電耗更低 成本更低：折舊、電耗更低成本更低：折舊、電

15、耗更低 10 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：大全新能源成本走勢與構成大全新能源成本走勢與構成 資料來源：DQ Q3 2020 Financial Results Presentation，海通證券研究所 美國經過美國經過10余年的開發研究，于余年的開發研究，于1987年建成了生產能力年建成了生產能力1250t/a的粒狀多晶硅生的粒狀多晶硅生 產線，采用在流化床上分解硅烷得到粒狀多晶硅。美國產線，采用在流化床上分解硅烷得到粒狀多晶硅。美國MEMC Pasadena公司是公司是 當時全球唯一生產粒狀多晶硅的廠家。當時全球唯一生產粒狀多晶硅的廠家

16、。 MEMC是全球著名的半導體材料公司，當時公司的硅片市占率一直在是全球著名的半導體材料公司，當時公司的硅片市占率一直在20%左右，左右， 位于全球第二位，粒狀多晶硅基本上自產自銷。位于全球第二位，粒狀多晶硅基本上自產自銷。 資料來源：湯傳斌粒狀多晶硅生產概況，海通證券研究所 圖圖：美國美國MEMC19972000年粒狀多晶年粒狀多晶 硅中硅中Fe和總金屬雜質含量不斷下降和總金屬雜質含量不斷下降 發展歷程：起源于美國發展歷程：起源于美國MEMC 11 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 圖圖：粒狀多晶硅的總金屬雜質含量比塊狀低粒狀多晶硅的總金屬雜質含量

17、比塊狀低 資料來源：湯傳斌粒狀多晶硅生產概況 ，海通證券研究所 2017年，保利協鑫以年，保利協鑫以1.5億美元的全現金方式收購億美元的全現金方式收購SunEdison及其附屬公司及其附屬公司 SunEdison Products Singapore、MEMC Pasadena和和Solaicx的部分技術和資的部分技術和資 產。產。 保利協鑫將獲得電子級硅烷流化床顆粒硅技術及資產、第五代保利協鑫將獲得電子級硅烷流化床顆粒硅技術及資產、第五代CCZ連續直拉單晶連續直拉單晶 技術及資產、包含相關設備及知識產權等。技術及資產、包含相關設備及知識產權等。 2019年，保利協鑫實現關鍵設備國產化及關鍵材

18、料替代，主編國內顆粒硅國標行年，保利協鑫實現關鍵設備國產化及關鍵材料替代，主編國內顆粒硅國標行 標，實現標，實現FBR裝置長周期運行及品質突破，完全滿足主流市場單晶硅料需求。裝置長周期運行及品質突破，完全滿足主流市場單晶硅料需求。 發展歷程：保利協鑫收購發展歷程：保利協鑫收購 MEMC，完成國產化，完成國產化 12 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 多晶硅及硅片技術：多晶硅及硅片技術：2009年7月，保利協鑫收購江蘇中能，躋身全球最大型多晶 硅與硅片供貨商之列。 硅烷流化床法技術：硅烷流化床法技術：2012年10月，保利協鑫的多晶硅硅烷氣首期裝置調試

19、成功， 并順利產出高純度硅烷氣。2013年開始，在改良西門子法多晶硅技術基礎上投入 硅烷流化床新工藝，其萬噸硅烷和3000噸流化床項目于2015年投入試生產。 N型單晶技術：型單晶技術：2015年5月份，保利協鑫旗下成立寧夏協鑫晶體科技發展有限公司， 從2016年第一季度開始生產單晶硅片，潛心于高效N型單晶。 鈣鈦礦技術：鈣鈦礦技術：2016年，協鑫收購了惟華光能58.6%的股權，成為協鑫布局鈣鈦礦 技術的平臺。協鑫集團正在進行鈣鈦礦技術的商業化嘗試。2019年，已率先完成 10MW大面積鈣鈦礦組件中試產線 半導體級多晶硅：半導體級多晶硅：2015年12月，江蘇中能與國家集成電路產業投資基金股份有限 公司成立合資公司，分別擁有50.98%及49.02%權益，于中國建造用作研發、生 產及銷售半導體級多晶硅及其他半導體原材料及電化產品的生產設施，計劃年產 5000噸多晶硅。 保利協鑫保利協鑫的的涅涅槃槃：十年磨一劍，布局前沿科技十年磨一劍，布局前沿科技 13 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明 風險提示風險提示 1.意外安全事故；意外安全事故； 2.全球光伏政策變化；全球光伏政策變化； 3.更新的工藝技術突破。更新的工藝技術突破。 14 請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明請務必閱讀正文之后的信息披露和法律聲明