行业加速扩产,石英坩埚供不应求

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头部厂商量价齐升。

3月3日,隆基发布150μm厚度的P型M10和M6硅片最新报价,其中P型M10单晶硅片价格为6.5元/片,P型M6单晶硅片价格为5.61元/片,较上次发布价格分别上涨4%和3.89%。

此前,2月17日,隆基曾对硅片价格进行涨价,成为自2022年11月对硅片进行降价以后的首次调高价格,在光伏产业链中,硅片作为硅料的下游环节,价格与硅料价格联系紧密。

硅料价格经过前期大幅上涨后,价格在2022年12月迎来拐点,至2023年1月底跌幅超过41%,春节过后价格又企稳上涨,2月中旬达到阶段性高点,价格较1月底涨幅达到43%,目前价格有小幅下降。

资料来源:wind,钛媒体产业研究部

在目前硅料价格有小幅下降的背景下,硅片价格反而有所提高,从产业链各环节供应以及相关企业对外表态来看,主要是由于石英坩埚供不应求,导致硅片企业产能扩产受到影响,从而推高了硅片价格。

在光伏和半导体领域,石英坩埚是硅棒生产的辅助性耗材,在硅棒生产过程中主要用来盛装熔融硅以用于后续硅棒的生产,本文来对石英坩埚产业进行一下分析。

内层砂依赖进口,属于消耗型器材

石英坩埚由外层、中层和内层组成,其中外层不透明,是高气泡密度区域,受热均匀,保温效果较好;中内层为透明层,均匀致密,气泡密度低,可增强坩埚强度,降低内表面温度,通常内层砂质量分数为40%,中层砂和外层砂质量分数分别为30%。

石英坩埚主要采用电弧法生产,通过将高纯石英砂原料倒入坩埚模具内,待其成型后将模具整体放入电弧炉中,利用石墨电极释放的高温电弧使石英砂融化后,快速冷却形成石英坩埚毛坯。

石英砂为生产石英坩埚主要原材料,石墨电极和石英板等为辅料,石英坩埚成本中原材料成本占比较大,以欧晶科技为例,2021年公司石英坩埚成本中原材料成本占比达到67.79%。

按纯度石英砂可分为低端(3N)、中端(4N)、高端(4N8)和超高纯(5N2),其中外层砂对高纯、低铝、低碱以及抗析晶性等要求较低,已逐步实现国产替代,国产化率较高;内层砂对纯度要求更高,纯度等级需要达到4N8,国产化率较低,主要依赖进口。

单晶硅棒以多晶硅为原料,主要采用直拉法生产,作为单晶炉的关键部件,由于在高温下长时间使用产生的析晶层会引起坩埚破裂,同时其本身产生的微气泡和残留杂质都会对拉出的硅棒造成影响,因此,石英坩埚在一次或几次加热拉晶完成后即会报废,需要定期进行更换,属于消耗性器材。

高纯石英砂供应紧张,大尺寸与长寿命是趋势

全球高纯石英矿床主要分布在美国、澳大利亚、中国、加拿大和巴西等9个国家,其中美国斯普鲁斯派恩矿拥有的白岗岩型高纯石英原材料,提供的高纯石英砂一度超过全球90%,

近年随着高纯石英砂新矿床的陆续发现和投产,低中档高纯石英砂供应逐渐增加。

目前全球仅美国尤尼明、挪威TQC和石英股份三家具备量产高纯石英砂的能力,其中尤尼明和TQC共同开采斯普鲁斯派恩地区的石英矿,垄断着内层砂的供应;相比之下国内石英砂提纯难度更高,石英股份内层砂在纯度方面与进口砂还存在一定差距,国内石英坩埚内层砂主要使用尤尼明的进口砂。

2022年尤尼明石英砂产能为1.3万吨,TQC产能为1.2万吨;TQC计划2023年新增0.6万吨产量,预计2024年产能开始释放,尤尼明暂时无扩产计划;石英股份2022年3.2万吨产能未完全释放,2023年扩产5万吨,2023年石英砂供给呈现出紧缺状态。

下游需求的快速增加也让石英砂价格持续提高,石英股份外售的石英砂价格从2017年的1.65万元/吨提高至2021年的2.15万元/吨,国产石英砂价格从2022年11月到2023年1月三个月连续涨价1万元/吨,根据上海有色金属网数据,3月3日高纯石英砂报价7.5万元/吨,较2月23日5万元/吨的价格上涨50%。

由于坩埚内层SiO2与熔融硅相接触,生成的SiO会向液体内部和表面挥发,使得晶体中含氧量上升,而较大的坩埚尺寸有利于氧的挥发,从而提升晶棒的质量;另外,坩埚尺寸取决于晶体生长的直径和长度,在硅片大尺寸化趋势下,也使得大尺寸化成为坩埚未来的发展方向。

据CPIA统计,2022年182mm和210mm硅片市场占比之和达到82.8%,预计2023年将会达到93.2%,制备182mm和210mm硅片分别需要拉出10英寸和12英寸晶棒,对应的石英坩埚尺寸分别为30英寸和36英寸以上。

目前国内拉晶生产的主流坩埚尺寸为28英寸,新项目大多采用28-32英寸坩埚,头部厂商如欧晶科技坩埚尺寸已具备40英寸石英坩埚生产能力。

除大尺寸化趋势外,长寿命也是坩埚发展的趋势,传统直拉法下,石英坩埚只能用一次,一次拉出一根晶棒,坩埚成本较高,而连续直拉法可以在拉晶过程中持续向坩埚内填料,产出多根晶棒,从而降低生产成本。

国内开发的长寿命坩埚可连续拉晶200小时以上,如果用美国尤尼明的石英砂做坩埚内壁,寿命可达到450小时以上。

石英坩埚需求大幅增加,头部企业迎来量价齐升

下游组件装机量的快速增加和N型硅片渗透率提高对坩埚需求在大幅增加,由于前期产业链上游硅料价格居高不下,抑制了下游组件的装机需求,随着上游硅料新增产能逐渐释放,价格逐步走低,推动下游组件排产提升,对硅片需求量也大幅增加,进而增加了对石英坩埚的需求。

此外,N型单晶硅片相较于P型单晶硅片,其制备的电池转化效率更高,目前N型单晶硅片渗透率仍然较低,2021年仅为4.1%,未来N型单晶硅片渗透率有望快速提高,而石英坩埚生产N型硅片相较P型硅片寿命更短,也增加了石英坩埚的使用量。

在供给紧张背景下,石英坩埚与石英砂有望迎来量价齐升,由于进口砂产能2023年不会有增加,2023年石英砂新增产能主要来自石英股份,随着石英砂价格持续走高,公司2023年业绩将会有较大幅度增长。

由于石英坩埚头部企业与下游硅片企业进行深度绑定,同时头部坩埚企业石英砂供应也更加稳定,相较于中小坩埚厂在客户与原材料供应方面优势明显,因此,其获益也最大,从产能规划来看,头部企业欧晶科技、晶盛机电和天宜上佳扩产幅度较大。

其中欧晶科技与中环股份进行深度绑定,近三年公司对中环销售额均占公司总营收的85%以上,公司与下游主要客户签有长期协议,同时与尤尼明在签署了2022年至2024年三年的进口石英砂采购协议。

晶盛机电作为半导体和光伏设备公司,2017年开始布局石英坩埚,公司可提供16至32英寸的半导体和光伏石英坩埚,下游主要客户包括中环股份和通威股份等。

天宜上佳通过收购晶熠阳进入石英坩埚领域,下游主要客户包括通威、晶澳和晶科等,目前公司已实现国产砂对进口砂部分替代。

资料来源:公司公告,钛媒体产业研究部

(本文首发钛媒体App,作者|钛媒体产业研究部。想获得更多科股深度分析,可订阅科股宝VIP栏目。)

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