三氯氢硅行业研究报告：光伏需求拉动三氯氢硅进入上行周期.pdf

请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 行业研究 Page 1 证券研究报告 深度报告 基础化工 Table_IndustryInfo 三氯氢硅 行业研究报告 超配 （维持评级） 2021 年 08 月 14 日 一年该行业与 上证综指 走势比较 行业专题 光伏需求拉动三氯氢硅进入上行 周期 三氯氢硅主要用于生产多晶硅、硅烷偶联剂，需求拉动价格暴涨 三氯氢硅（ SiHCl3）又称三氯硅烷、硅氯仿，主要用于生产多晶硅、硅 烷偶联剂，其中多晶硅的应用领域为太阳能电池、半导体材料、金属陶 瓷材料、光导纤维；硅烷偶联剂的应用领域为表面处理、密封塑料、密 封剂、粘接剂和涂料的增粘剂等。受光伏需求快速增长的驱动，三氯氢 硅呈现出供需错配格局，价格大幅上涨。据百川盈孚数据，今年以来光 伏级产品价格由不到 6000 元 / 吨大幅上涨至目前市场价格约 15000-17000 元 /吨，目前厂家税前毛利可达约 10000 元 /吨。 三氯氢硅保持高开工负荷，光伏级三氯氢硅需求快速增长 据百川盈孚数据，目前我国三氯氢硅有效产 能共 56.6 万吨（包含下游企 业自产自用部分）， 2021 年 1-7 月，三氯氢硅产量为 20.53 万吨（外售 量，不包含下游企业自产自用部分），同比增长 9.73%，开工率约 72.5%， 但剔除配套下游多晶硅与硅烷偶联剂的企业，我们预计实际开工率在 90%以上。从需求结构上看，可外售光伏级产能只有约 16.5 万吨，在建 （技改）可外售光伏级产能只有约 3.5 万吨。随着 21H2 下游光伏需求快 速增长，光伏级三氯氢硅紧缺格局有望进一步加剧。根据我们统计， 2020-2022 年国内多晶硅产能分别为 42 万吨、 60 万吨、 95 万吨， 2020-2022 年按照 125GW、 170GW、 230GW 装机量、 1:1.2 容配比计 算，对应多晶硅需求在 45 万吨、 65 万吨、 89 万吨，对应光伏级三氯氢 硅需求在 23 万吨、 33 万吨、 44 万吨，复合年化增速 40%，将大幅拉动 光伏级三氯氢硅需求。 三氯氢硅供需紧缺格局有望进一步凸显，看好行业 1-2 年高景气 根据我们测算， 2021-2025 年多晶硅对于三氯氢硅的需求量分别为 32.7/44.3/52.2/61.5/70.2 万吨， 2021-2025 年硅烷偶联剂对于三氯氢硅 的需求量分别为 18.6/19.9/21.3/22.8/24.4 万吨。因此 2021-2025 年三氯 氢硅总需求分别为 51.4/64.2/73.5/84.36/94.7 万吨，我们认为今明两年 三氯氢硅供需紧平衡，供需缺口分别为 0.4、 5.7 万吨，有望持续维持高 景气度。 投资建议：建议关注具备三氯氢硅产能的相关上市公司 我们建议关注 具备三氯氢硅产能的相关上市公司 三孚股份、新安股份 。 三孚 股份具备 6.5 万吨 /年三氯氢硅、 1000 吨 /年电子级三氯氢硅产能；新安股份 具备 8 万吨 /年三氯氢硅产能。 风险提示 三氯氢硅价格 大幅下跌，新增产能进度高于预期，原材料市场波动剧烈， 下游需求不及预期等。 相关研究报告： PVDF 行业研究报告： PVDF：锂电与光伏 加持下的明星氟聚合物 2021-08-08 化工行业周报： DMC、 EVA 宽幅上涨，纯碱、 氨纶价格持续上涨 2021-08-06 碳酸二甲酯行业点评：电解液 &PC 需求持续 拉动， DMC 价格宽幅上涨 2021-08-05 化工行业 8 月投资策略暨中报前瞻：持续看 好纯碱、氨纶和草甘膦的景气度 2021-08-01 化工行业周报：纯碱价格持续上涨， EVA、 草甘膦价格走高 2021-07-30 证券分析师：杨林 电话： 010-88005379 E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980520120002 证券分析师：薛聪 E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980520120001 联系人：张玮航 电话： 021-61761041 E-MAIL： 证券分析师：刘子栋 E-MAIL： 证券投资咨询执业资格证书编码： S0980521020002 独立性声明： 作者保证报告所采用的数据均来自合规渠 道，分析逻辑基于本人的职业理解，通过合 理判断并得出结论，力求客观、公正，其结 论不受其它任何第三方的授意、影响，特此 声明 0.6 1.1 1.6 A/20 O/20 D/20 F/21 A/21 J/21 上证综指 基础化工 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 2 投资摘要 关键结论与投资建议 三氯氢硅（ SiHCl3）又称三氯硅烷、硅氯仿，主要用于生产多晶硅、硅烷 偶联剂，其中多晶硅的应用领域为太阳能电池、半导体材料、金属陶瓷材料、 光导纤维；硅烷偶联剂的应用领域为表面处理、密封塑料、密封剂、粘接剂 和涂料的增粘剂等。受光伏需求快速增长的驱动，三氯氢硅呈现出供需错配 格局，价格大幅上涨。据百川盈孚数据，今年以来三氯氢硅价格大幅上涨， 产品价格由不到 6000 元 /吨大幅上涨至目前市场价格约 15000-17000 元 / 吨，目前厂家税前毛利可达约 10000 元 /吨。 根据我们统计， 2020-2022 年国内多晶硅产能分别为 42 万吨、 60 万吨、 95 万吨， 2020-2022 年按照 125GW、 170GW、 230GW 装机量、 1:1.2 容配 比计算，对应多晶硅需求在 45 万吨、 65 万吨、 89 万吨，对应光伏级三氯 氢硅需求在 23 万吨、 33 万吨、 44 万吨，复合年化增速 40%，将大幅拉动 光伏级三氯氢硅需求。 根据我们测算， 2021-2025 年多晶硅对于三氯氢硅的需求量分别为 32.7/44.3/52.2/61.5/70.2 万吨， 2021-2025 年硅烷偶联剂对于三氯氢硅的 需求量分别为 18.6/19.9/21.3/22.8/24.4 万吨。因此 2021-2025 年三氯氢硅 总需求分别为 51.4/64.2/73.5/84.36/94.7 万吨，我们认为今明两年三氯氢硅 供需紧平衡，供需缺口分别为 0.4、 5.7 万吨，有望持续维持高景气度。 核心假设或逻辑 （ 1）我们假设 2021-2025 年全球光伏装机量 170/230/280/330/390GW。 （ 2）我们假设 2021-2025 年单晶硅料比例 90/92/94/96/98%，硅单耗为 0.32/0.32/0.31/0.31/0.3 万吨 /GW 。 （ 3 ）我们假设 2021-2025 年多晶硅料比例 10/8/6/4/2% ，硅单耗为 0.33/0.33/0.32/0.32/0.31GW。 （ 4）我们假设多晶硅料对于三氯氢硅的单耗为 0.5 吨 /吨。 （ 5）我们假设未来 5 年功能性硅烷产量复合增速 7.0%，硅烷偶联剂占功能性 硅烷总量 75%，三氯氢硅对硅烷偶联剂单耗在 0.8 吨 /吨。 与市场预期不同之处 （ 1） 我们认为多晶硅企业配套三氯氢硅，可能受到原材料氯碱配套不足制约 ， 实际配套产能有不及预期的可能 ，在光伏装机需求快速增长瞎，光伏级三氯氢 硅供给端有望维持长时间结构性稀缺，带动光伏级三氯氢硅价格继续上涨。 （ 2） 21H2-22H2 国内多晶硅扩产企业较多，产能由 42 万吨 /年增 加至 95 万吨 /年，在每套新装置开车时，每套新装置预计也将形成 2 万吨以上一次性三氯氢 硅补液位和系统清洗需求。 股价变化的催化因素 21H2 光伏需求旺季到来，光伏级三氯氢硅需求有望持续提升，三氯氢硅产品价 格上涨有望超预期。 核心假设或逻辑的主要风险 第一，国际疫情发展不可预期，下游市场需求不及预期。 第 二 ，原材料市场波动剧烈，影响盈利。 第三，新增产能投放进度高于预期。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 3 内容目录 三氯氢硅是一种重要的卤硅烷化合物 . 5 三氯氢硅主要用于生产多晶硅、硅烷偶联剂 . 5 硅氢氯化法是目前三氯氢硅生产企业普遍采用的首选工艺 . 5 光伏拉动三氯氢硅结构性供需紧张，价格大幅上涨 . 6 三氯氢硅产能持续收缩，产品结构性供需紧张 . 6 光伏需求高增三氯氢硅供需错配，光伏级产品价格大幅上涨 . 6 改良西门子法为多晶硅主要生产工艺，多晶硅主要分为电子级和光伏级 . 8 电子级多晶硅用量较小，但对纯度要求极高 . 10 光伏级多晶硅产能高速扩张，大幅拉动光伏级三氯氢硅需求 . 12 硅烷偶联剂是三氯氢硅第二大下游，需求稳定增长 . 15 三氯氢硅供需平衡表 . 16 投资建议 . 17 风险提示 . 17 国信证券投资评级 . 18 分析师承诺 . 18 风险提示 . 18 证券投资咨询业务的说明 . 18 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 4 图表目录 图 1：三氯氢硅产业链上下游 . 5 图 2：硅氢氯化法工艺流程 . 5 图 3：三氯氢硅产能持续收缩，开工率提高 . 6 图 4：三氯氢硅实际开工率处于高位，结构性产能不足 . 6 图 5：三氯氢硅产能持续收缩，开工率提高 . 7 图 6：三氯氢硅成本占比 . 7 图 7：改良西门子法为生产多晶硅的主流方法 . 8 图 8： 多晶硅材料分类及下游应用领域 . 8 图 9： 改良西门子法多晶硅工艺流程图 . 10 图 10：多晶硅需加工为单晶硅后生产芯片 . 11 图 11：我国集成电路产量持续增长 . 12 图 12：半导体设备市场规模扩大 . 12 图 13：晶圆出货量持续创历史新高 . 12 图 14：单晶硅与多晶硅均可用于光伏组件生产 . 13 图 15：多晶硅产量持续增长 . 14 图 16：国内多晶硅产能、产量、开工率 . 14 图 17：我国为多晶硅进口量较大，但进口依赖度降低 . 14 图 18：我国光伏累计装机量快速增长 . 14 图 19：功能性硅烷下游领域需求 . 15 图 20：功能性硅烷按结构分类 . 15 图 21：我国功能性硅烷产能、产量、开工率 . 16 图 22：我国功能性硅烷表观消费量及增速 . 16 表 1： 国内三氯氢硅产能统计：新安股份排名第一，三孚股份排名第二 . 6 表 2： 三氯氢硅成本分拆 . 7 表 3：国内三氯氢硅新增产能统计 . 8 表 4： 多晶硅生产工艺比较 . 9 表 5：多晶硅行业主要厂商的生产技术 . 10 表 6： 电子级多晶硅纯度要求高于半导体级多晶硅 . 11 表 7： 芯片用单晶硅材料要求更高 . 11 表 8：多晶硅企业产能投放进度 . 13 表 9： 光伏有望持续带动三氯氢硅需求增长 . 15 表 10： 2021-2025 年硅烷偶联剂对三氯氢硅需求测算 . 16 表 11：三氯氢硅供需平衡表（万吨） . 16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 5 三氯氢硅是一种重要的卤硅烷化合物 三氯氢硅主要用于生产多晶硅、硅烷偶联剂 三氯氢硅（ Cl3HSi）又称三氯硅烷、硅氯仿，是卤硅烷系列化合物中最重要的 一种产品。 三氯氢硅主要用于生产多晶硅 、 硅烷偶联剂 ， 其中多晶硅主要应用 于太阳能电池、半导体材料、金属陶瓷材料、光导纤维；硅烷偶联剂主要应用 于表面处理剂、无机填充塑料、增粘剂、密封剂、特种橡胶粘合促进剂等领域。 根据国标工业三氯氢硅 GB/T 28654-2018，工业三氯氢硅分为 、 两类， 类用于生产多晶硅， 类用于生产硅烷偶联剂， 类的纯度要求高于 类， 生产难度也更大。 其中，随着我国光伏产业技术不断进步并迈向高端领域，多 晶硅行业已步入规模经济效益阶段，未来 3-5 年仍处于快速增长期；硅烷偶联 剂市场平稳增长，据 QYResearch 数据， 2019 年全球硅烷偶联剂市场规模达到 了 30 亿元， 2020 年我国硅烷偶联剂产能达到 59 万吨。 图 1： 三氯氢硅产业链上下游 资料来源： 三孚股份招股说明书， 国信证券经济研究所整理 硅氢氯化法是目前三氯氢硅生产企业普遍采用的首选工艺 目前，三氯氢硅的合成方法主要有两种：一种是传统的合成方法，即硅氢氯化 法 ：该方法是用冶金级硅粉或硅铁、硅铜作原料与 HCl 气体反应，反应在 330 380和 0.05 3MPa 下进行。 另一种是四氯化硅氢化法 ：该反应为平衡反应， 为提高三氯氢硅的收率，优选在氯化氢存在下进行，原料采用冶金级硅粉通过 预活化除去表面的氧化物后，可进一步提高三氯氢硅的收率，反应在温度 400 800和压力 2 4MPa 下进行。 其中，硅氢氯化法以其技术成熟、适合产业化 生产等特点，是目前三氯氢硅 生产企业普遍采用的首选工艺 ，三氯氢硅的主要 原料为硅粉和氯化氢，在生产中会消耗大量的氯气和氢气，是氯碱企业的一种 很好的平衡氯气提高经济效益的产品。比较适合通过离子膜烧碱生产装置合成 获取氯化氢原料的企业采用，也是目前国内三氯氢硅生产的主流方法。 图 2： 硅氢 氯化法工艺流程 资料来源： 三孚股份招股说明书， 国信证券经济研究所整理 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 6 光伏拉动三氯氢硅结构性供需紧张，价格大幅上涨 三氯氢硅产能持续收缩，产品结构性供需紧张 据百川盈孚数据，目前我国三氯氢硅有效产能共 56.6 万吨（包含下游企业自产 自用部分），较 2020 年和 2019 年分别减少 3 万吨、 9 万吨，供需格局进一步 改善。 2021 年 1-7 月，我国三氯氢硅产量为 20.53 万吨（外售量，不包含下游 企业自产自用部分），同比增长 9.73%，开工率约 72.5%，但剔除配套下游多 晶硅与硅烷偶联剂的企业，我们预计实际开工率在 90%以上。从需求结构上看， 我国电子级三氯氢硅仍大量依赖进口，目前只有美国、日本、德国等国有大规 模生产电子级三氯氢硅的能力，国内仅三孚股份（ 1000 吨）、沁阳凌空和洛阳 中硅拥有部分产能；光伏级三氯氢硅生产难度也较大，部 分多晶硅生产企业拥 有配套的三氯氢硅产能，并非所有企业都有光伏级三氯氢硅生产技术，可外售 光伏级产能只有 16.5 万吨，在建产能只有约 3.5 万吨。随着下游光伏需求快速 增长，导致光伏级三氯氢硅供给紧缺； 硅烷偶联剂 表现尚可，但普通级三氯氢 硅供给未出现明显短缺。国内企业主要以生产三氯氢硅用于硅烷偶联剂为主。 图 3： 三氯氢硅产能持续收缩，开工率提高 图 4： 三氯氢硅实际开工率处于高位，结构性产能不足 数据来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 数据来源：百川盈孚，国信证券经济研究所整理 光伏需求高增三氯氢硅供需错配，光伏级产品价格大幅上涨 受光伏需求快速增长的驱动，三氯氢硅呈现出供需错配格局，价格大幅上涨。 据百川盈孚数据，今年以来三氯氢硅价格大幅上涨，产品价格由不到 6000 元 / 吨大幅上涨至目前市场价格约 15000-17000 元 /吨，目前厂家不含税毛利可达约 10000 元 /吨。 表 1： 国内三氯氢硅产能统计：新安股份排名第一，三孚股份排名第二 企业 有效产能（万吨） 备注 新安化工 8 可产光伏级，自用为主 唐山三孚 6.5 可产光伏级，外售 江西晨光 6 自用为主 河南尚宇 6 可产光伏级，外售 新疆大全 6 自用为主 江西宏柏新材料 5 自用为主 内蒙古达康 4 山东新龙 4 宁夏福泰 4 可产光伏级，外售 -15 -10 -5 0 5 10 15 0 10 20 30 40 50 60 70 2017 2018 2019 2020 2021年 1-7月 有效产能（万吨，左轴） 产量（万吨，左轴） 40 45 50 55 60 65 70 75 18/9 19/1 19/5 19/9 20/1 20/5 20/9 21/1 21/5 三氯氢硅行业开工率（ %） 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 7 表 1： 国内三氯氢硅产能统计：新安股份排名第一，三孚股份排名第二 恒利赢硅业 3 永祥硅业 2 自用为主 盛森硅业 1.1 德山化工 1 总计 56.6 数据来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 图 5： 三氯氢硅产能持续收缩，开工率提高 图 6： 三氯氢硅成本占比 数据来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 数据来源： 公司公告 ，国信证券经济研究所整理 表 2： 三氯氢硅成本分拆 价格 单价 单耗 三氯氢硅单价（不含税） 15,000 三氯氢硅成本 5,320 其中： 硅粉（不含税） 4,050 15,000 0.27 氯化氢（不含税） 800 800 1 能源动力 170 人工 90 折旧 60 其他 150 毛利率 64.53% 数据来源： 百川盈孚 ， 公司公告， 国信证券经济研究所 预测 短期内光伏级三氯氢硅供给扩张压力较小。 根据环评报告，除东方希望明确将 新建一套 7 万吨产能的三氯氢硅合成装置外（预计在 2022 年 6 月建成投产）， 其他多晶硅企业扩产时暂未大规模配套三氯氢硅产能的计划。多晶硅生产企业 需要供应商的三氯氢硅质量稳定，供货及时，对供应商的资质认证较为严格， 一般需通过产品测试、样品试用、小批量采购、大批量采购等多个阶段，一经 确立合作关系，不会轻易更换供应商，因此即使有新进入三氯氢硅行业 的企业， 短期内对类三氯氢硅的供给影响有限。而电子级三氯氢硅生产壁垒极高，暂 无需担忧产能扩张问题。 0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000 12,000 14,000 16,000 18,000 20/8 20/10 20/12 21/2 21/4 21/6 光伏级三氯氢硅 83% 6% 3%2% 6% 原材料 能源动力 人工 折旧 其他 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 8 表 3： 国内三氯氢硅新增产能统计 企业 有效产能（万吨） 备注 新安化工 2.5 2021 年 10 月，技改可产光伏级 天祥化工 1 2021 年 12 月 东方希望 7.5 2022 年 6 月 数据来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 改良西门子法为多晶硅主要生产工艺，多晶硅主要分为电子级和光伏级 多晶硅和单晶硅是单质硅的不同形态，多晶硅由 工业硅经一系列反应提纯后 得 到，单晶硅则由多晶硅进一步加工得到。 多晶硅 和单晶硅 的应用领域 包括 太阳 能电池、半导体材料、金属陶瓷材料、光纤 。根据技术指标，多晶硅可分为冶 金级多晶硅、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅，电子级多晶硅杂质浓度显著低 于太阳能级，掌握生产技术的企业较少。 从工艺上来说，生产高纯多晶硅的生产路线有西门子法、改良西门子法、硅烷 流化法、冶金法（物理法）等。 改良西门子法安全环保，是应用最广的多晶硅 生产工艺路线。 近年来，改良西门子法产量占比持续提高，硅烷流化床产量呈 现下降的趋势，据中商产业研究院数据， 2020 年全球多晶硅改良西门子法产量 51.11 万吨，占比 98.1%；硅烷流化床产量 0.99 万吨，占比 1.9%。 。 图 7： 改良西门子法为生产多晶硅的主流方法 图 8： 多晶硅材料分类及下游应用领域 数据来源： 中商产业研究院 ，国信证券经济研究所整理 数据来源：立昂微 招股说明书 ，国信证券经济研究所整理 （ 1）西门子法 是早期的多晶硅生产工艺，以氢气还原高纯度的三氯氢硅，加热 到 1100后沉积在硅芯上得到多晶硅。 （ 2）改良西门子法 在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化的工 艺，实现原料的循环利用有效降低了成本同时对环境污染较小。 （ 3）硅烷流化法 是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料在流化床内高温 高压的条件下生成三氯氢硅，随后对三氯氢硅歧化、加氢生成二氯二氢硅继而 产生硅烷气。主产物硅烷气通入加油小颗粒硅粉的流化床反应炉继续热分解， 生成粒状多晶硅。 （ 4）冶金法 主要通过高纯工业硅进行水平区熔单向凝固城硅锭，除去其中的金 属富集区域和外表部分后，继续粉碎清洗转入等离子体融解炉以去除硼杂质， 二次水平区熔单向凝固成硅锭， 重复上述去皮粉碎清洗的步骤后转入电子束融 解炉以去除磷和碳杂质，直接生成高纯多晶硅。 38.50 42.57 42.93 49.70 51.11 53.50 1.50 1.47 1.67 1.10 0.99 1.10 0 10 20 30 40 50 60 2016 2017 2018 2019 2020 2021E 万吨 三氯氢硅法生产多晶硅 硅烷法生产多晶硅 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 9 表 4： 多晶硅生产工艺比较 工艺 优点 缺点 改良西门子法 工艺成熟，应用经验丰富，产品质量高，转化率低 工艺流程长，投资高周期长，能耗高，转化率低，生产连续性低。 硅烷流化法 副产物少，能耗低，生产连续性高，转化率高 硅烷易燃易爆，安全性差，纯度稍低 冶金法 成本低，能耗低，无污染 产品质量不稳定，杂质多，还有技术问题未解决 资料来源： CNKI，国信证券经济研究所整理 改良西门子法技术成熟，产品质量最高，可以达到电子级多晶硅的纯度。 大约 95%以上的厂家用高效回收副产物的冷氢化技改后的三氯硅烷法生成多晶硅， 但在其主要技术框架下每个企业又有不同的技术特点和核心关键技术。目前， 改良西门子法技术已经相对成熟，技术较为稳定。改良西门子法本质上是一个 单质元素化学提纯，即粗硅变成高纯晶硅的过程， Cl 和 H 元素仅在系统内转化 和传递，理论上为零消耗。但伴随杂质的排放和物料传递， Si、 Cl 和 H 不可避 免存在流失，造成物料额外消耗，根据三孚股份招股说明书，企业实际生产过 程中 生产 1 吨多晶硅需要耗用三 氯氢硅约为 1-1.5 吨， 随着工艺进步，目前单 耗比例约 0.5 吨左右 。 相比于改良西门子法，硅烷流化床法具有投资强度低、 能耗低、人员需求少等竞争优势。但硅烷易燃、易爆，且沸点低导致提纯难度 大，加上硅烷流化床法生产的产品纯度不高而使其仍然未大规模应用。冶金法 制备的多晶硅纯度低，而且尚有许多技术问题还未解决，目前国内仅有零星的 小厂如宁夏银星等在用此方法。 技改提高了改良西门子法的副产物利用率和产品质量，短期内技术迭代可能性 小。 早年间改良西门子法因为处理副产物 SiCl4技术落后，还原炉电极频繁损伤 等因素而饱受诟病。因为发生加氢还原反应的还原炉是改良西门子法生产装置 中的核心设备，炉内每根件电极的工作状态和可靠性都是直接决定还原炉安全 运行以及多晶硅的品质、能耗、产量高低的关键因素。发展至今，改良西门子 法通过不断改进还原炉、冷氢化技改、精馏技术改进等有效手段，已经做到了 能耗降低、高副产物利用率、安全环保，高产品质量的水平。短期内其他技术 迭代改良西门子法的可能性较小， 预计未来多晶硅生产技术改进对三氯氢硅消 耗量的影响有限，三氯氢硅需求主要取决于下游多晶硅产能及太阳能电池组装 业务需求 。 三氯硅烷法产物多为棒状多晶硅，硅烷流化法多为流化床粒状多晶 硅。两种多晶硅料在硅片铸锭或者拉晶的过程中配合使用，可以增加装料量降 低成本。多晶硅的生产技术对产品的质量和成本控制十分关键，是进入多晶硅 主要的行业壁垒之一。应用于光伏行业的多晶硅产品中，单晶硅片用料的价格 高于多晶硅片用料，需求缺口大。同时电子级多晶硅价格较太阳能级多晶硅工 艺要求高，价格也更高。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 10 图 9： 改良西门子法多晶硅工艺流程图 资料来源： CPIA， 国信证券经济研究所整理 表 5： 多晶硅行业主要厂商的生产技术 公司名称 生产成本概况 产品结构 生产技术 新疆大全 具有全球唯一一家单体 7 万吨的多晶硅工厂，位于原材 料硅粉产出丰富且低电价的新疆地区，有规模效应和成 本优势 全部用于光伏行业，单晶硅片用料占比 达 99%，质量达到电子级标准 改良西门子法 通威股份 部分产能分布在内蒙古低电价地区， 2020 年全年平均生 产成本 3.87 万元 /吨 单晶硅片用料占比 98% 改良西门子法 江苏中能 新疆基地产量已超过江苏基地，具备一定的成本优势 / 改良西门子法、硅 烷硫化床 (FBR)技 术 新特能源 产能地处新疆，具有低电价保障，在改进多晶硅生产工 艺后，成本逐渐下降 2019 年出售给单晶硅片客户的产品占 总销售量超 80% 改良西门子法 东方希望 在新疆建有自备电厂，多晶硅业务受益于其集团内电解 铝、工业硅、碳素等业务，成本较低 / 改良西门子法 亚洲硅业 与新疆、内蒙等地的同行业企业相比，电价略高，在生 产成本方面存在一定劣势 2020 年单晶用料出货占比在 98%以上 改良西门子法 德国瓦克 多晶硅产线投产较早，与国外厂商相比成本优势较大， 但不及国内厂商 同时供应电子级和太阳能级客户，销售 比例约为 1： 4 改良西门子法 韩国 OCI 在国外厂商中成本控制出色，但成本高于国内厂商 / 改良西门子法 数据来源： CNKI， 国信证券经济研究所整理 电子级多晶硅用量较小，但对纯度要求极高 在半导体领域，需要将多晶硅制成单晶硅后使用，半导体级单晶硅对纯度要求 极高，需要达到 11N-13N 级别。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 11 图 10： 多晶硅需加工为单晶硅后生产芯片 资料来源：立昂微 招股说明书 ，国信证券经济研究所整理 表 6： 电子级多晶硅纯度要求高于半导体级多晶硅 电子级多晶硅 太阳能级多晶硅 电子 1 级 电子 2 级 电子 3 级 特级品 1 级品 2 级品 3 级品 施主杂质浓度（ 10-9） 0.15 0.25 0.30 0.68 1.40 2.61 6.16 受主杂质浓度（ 10-9） 0.05 0.08 0.10 0.26 0.54 0.88 2.66 氧浓度（ atoms/cm3） 1.0*1016 - - 0.2*1017 0.5*1017 1.0*1017 1.0*1017 碳浓度（ atoms/cm3） 4.0*1015 1.0*1016 1.5*1016 2.0*1016 2.5*1016 3.0*1016 4.0*1016 基体金属杂质浓度（ 10-9） 1.0 1.5 2.0 15 50 100 100 表面金属杂质浓度（ 10-9） 5.5 10.5 15 30 100 100 100 数据来源： 神工股份招股说明书 ，国信证券经济研究所整理 用于半导体行业的半导体级单晶硅材料根据用途可分为蚀刻用材料和芯片用材 料。 蚀刻用材料用于蚀刻设备的硅部件，是晶圆蚀刻环节的核心耗材；芯片用 材料则直接作为晶圆的原材料，将 硅单晶锭切割而成的薄片 即 硅晶圆 。芯片用 材料对单晶硅的要求更高，需求量也更大。 硅具有优良的半导体特性，较其它 半导体材料成本优势 明显 ，故而成为全球应用广泛的重要集成电路基础材料 ， 并在未来仍有望保持最主流半导体材料的地位 。 表 7： 芯片用单晶硅材料要求更高 类别 微缺陷率 尺寸 应用领域 蚀刻用单晶硅材 料 微陷率参数对后续工艺的重要性水平相对较低，相关指 标达到一定标准后即可满足后续先进工艺要求 主流晶体尺寸覆盖 13-19英寸 蚀刻设备硅部件 芯片用单晶硅材 料 对微陷率参数要求严格，需控制材料内部微陷率保持低 水平甚至接近零才能满足 主流尺寸为 6、 8、 12 英寸 晶圆制造所需硅片 数据来源： 神工股份招股说明书 ，国信证券经济研究所整理 半导体行业景气上行，为多晶硅带来增量需求。 汽车方面，虽然从 2018 年起， 我国汽车产量呈现下降趋势，但是新能源汽车产量快速增长，一辆新能源汽车 需要的芯片数量几乎可以达到燃油汽车的两倍， 2021 年上半年，汽车总产量以 及新能源汽车产量均出现回升，上半年汽车产量为 1279 万辆，同比增长 28.25%，接近 2016 年水平，新能源汽车产量为 128.4 万辆，同比增长 224.24%， 已超过 2019 年全年产量， 2023 年，全球新能源汽车销量有望达到 1200 万辆， 对芯片需求保持旺盛； 手机方面 ，手机产量从 2017 年开始逐年减少； 电脑方 面 ， 2020 年，疫情催生居家办公需求，对 PC 和笔记本的需求量均 大幅增长， 据 Canalys 和 IDC 统计， 2020 年前笔记本电脑销量较为稳定，保持在 1.85 亿 台 /年的水平， 2020 年则增至 2.33 亿台，同比增长增长 24.5%，全球 PC 出货 量 3.03 亿台，同比增长 13.1%， 2021 年上半年，全球 PC 出货量 1.68 亿台， 同比增长 33.55%，疫情对人们办公习惯的影响仍在，未来两年内电脑需求难以 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 12 下降。据国家统计局数据，我国集成电路产量已保持多年快速增长，由 2015 年的 1087.2 亿块增长至 2020 年的 2612.6 亿块， 2021 年上半年产量 1712 亿 块，同比增长 48.1%。 半 导体行业产能扩张将带来更多的生产设备需求，中国大陆半导体设备市场规 模快速扩大。 据 SEMI 统计， 2015-2020 年，全球半导体设备销售额由 365.3 亿美元增长至 711.9亿美元，中国大陆销售额由 49亿美元增长至 187.2亿美元， 市场占比则由 13.41%上升至 26.30%； 2013-2020 年，全球晶圆出货量由 90.67 亿平方英寸增长至 124.07亿平方英寸， 2021年上半年出货量同比增长 14.59%。 蚀刻用材料和芯片用材料均有望受益于半导体市场规模扩大。 图 11： 我国集成电路产量持续增长 图 12： 半导体设备市场规模扩大 数据来源： Wind，国信证券经济研究所整理 数据来源： SEMI，国信证券经济研究所整理 图 13： 晶圆 出货量持续创历史新高 资料来源： SEMI，国信证券经济研究所整理 光伏级多晶硅产能高速扩张，大幅拉动光伏级三氯氢硅需求 目前我国太阳能级多晶硅产量约占全球的 80%，并且有望于 2022 年达到 90%。 电子级多晶硅生产难度较大，国内掌握电子级多晶硅生产技术的企业较少，仍 依赖于进口，目前进口多晶硅以半导体级为主。 因此国内光伏行业发展对三氯 氢硅需求的带动更明显。 在光伏领域，可将多晶硅制成多晶硅锭，再由多晶硅 锭生产多晶硅片，也可将 多晶硅 制成单晶硅棒，再由单晶硅棒生产单晶硅片。 0 10 20 30 40 50 60 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 集成电路产量（亿块，左轴） YoY（ %，右轴） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2015 2016 2017 2018 2019 2020 中国大陆（亿美元 ) 中国台湾（亿美元 ) 其他（亿美元 ) -10 -5 0 5 10 15 20 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021H1 全球晶圆出货量（百万平方英寸，左轴） YoY（ %，右轴） 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 13 图 14： 单晶硅与多晶硅均可用于光伏组件生产 资料来源： 大全能源招股说明书 ，国信证券经济研究所整理 多晶硅生产进一步集中于国内， 改良西门子法 和 硅烷流化床法 占 绝对主流，三 氯氢硅有望充分受益于国内多晶硅产能扩张。 随着国内以更快的速度投放多晶 硅产能，我国多晶硅产能占比进一步提升。世界产能排名前 10 的企业中有 7 家中国企业， 2020 年国内多晶硅产能占比 75.16%， 2021 年底有望达到 81.72%。多晶硅企业几乎均采用以三氯氢硅为原材料的 改良西门子法 和 硅烷流 化床法 ， 多晶硅扩产有望带来同比例的三氯氢硅增量需求 。 表 8： 多晶硅企业产能投放进度 公司名称 2020 年 2021 年 2022 年 保利协鑫 8.5 10.5 20.5 通威股份 8 18 33 大全新能源 7 8 12 新特能源 7.2 8.5 8.5 东方希望 4 7 7 亚洲硅业 2 5 8 其他 4.3 5.5 6 国内合计 42 62.5 95 数据来源： 公司公告， CPIA， 国信证券经济研究所整理 下游需求旺盛，多晶硅产能产量进一步释放。 据 CPIA 数据， 2010 年至 2020 年，全球多晶硅产量由 16 万吨增至 52.1 万吨， CAGR 达到 12.53%。 2020 年， 中国大陆和全球多晶硅产能分别为 45.7 万吨和 60.8 万吨， CPIA 预计， 2021 年有望分别达到 63.5 万吨和 77.7 万吨，同比增长 38.95%和 27.80%。 国内多 晶硅开工率持续提高，全球多晶硅产能逐步紧张。从开工率看， 2021 年 7 月， 国内行业开工率超过 90%； 从进出口数据看， 2021 年上半年，我国多晶硅进 口量约 6 万吨，净出口约 5.69 万吨，并且进口量逐月增长，据 CPIA 数据， 2020 年国外多晶硅产能共 16.5 万吨，国外多晶硅产品还需满足国外需求，因此我们 判断国内外多晶硅产能均偏紧张。 未来 2 年内全球多晶硅产能仍较紧张，根据 多晶硅产能测算， 2021 年全球多晶硅对三氯氢硅需求有望超过 35 万 吨。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 14 图 15： 多晶硅产量持续增长 图 16： 国内多晶硅产能、产量、开工率 数据来源： CPIA，国信证券经济研究所整理 数据来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 图 17： 我国为多晶硅进口量较大，但进口依赖度降低 资料来源： 百川盈孚 ，国信证券经济研究所整理 利好政策频繁出台，支持光伏行业快速发展。 据国家能源局数据， 2020 年，我 国光伏新增装机量 48.2GW，同比大幅增长 81.7%；截至 2021 年 5 月底，我 国太阳能发电装机容量 263.58GW，同比增长 24.7%。在碳中和背景下，国家 能源局提出了到 2030 年实现风电光伏装 12 亿千瓦以上的目标， 据中国光伏行 业协会预测： 2021-2025 年我国光伏新增装机量有望达 355-440GW，至 2025 年，我国光伏的年新增装机容量有望达到 90-110GW。 图 18： 我国光伏累计装机量快速增长 资料来源： Wind，国信证券经济研究所整理 -40 -20 0 20 40 60 80 100 0 10 20 30 40 50 60 全球多晶硅产量（万吨，左轴） 全国多晶硅产量（万吨，左轴） 全球产量 YoY（ %，右轴） 全国产量 YoY（ %，右轴） 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 0 10 20 30 40 50 国内多晶硅产能 国内多晶硅产量 国内多晶硅产能利用率 国内产量占全球比重 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2017 2018 2019 2020 2021H1 出口量（万吨，左轴） 进口量（万吨，右轴） 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 50 100 150 200 250 300 2017 2018 2019 2020 2021H1 光伏累计装机容量（ GW，左轴） YoY（ %，右轴） 请务必阅读正文之后的免责条款部分 全球视野 本土智慧 Page 15 单晶硅组件市占率快速提高。 单晶硅材料的电学性能优于多晶硅材料，更易于 制备高转换效率的晶硅电池， 单晶硅光伏组件的光电转换率高于多晶硅光伏组 件。 随着单晶的拉晶技术进步 、 金刚线切片技术的产