设备改造，产能替换，大尺寸背景下硅片技术如何发展？

未来硅片环节的技术发展方向主要以“提效降本”为主。其中提效指的是提升光电转换 效率，目前光伏行业仍以 P 型硅片为主，P 型硅片掺硼元素，硼与硅分凝系数相当，分 散均匀度容易控制，因此制作工艺简单且成本较低，但最高效率有天花板。而 N 型硅片掺磷元素，磷与硅相溶性差，拉棒时磷分布不均，工艺更加复杂。但 N 型硅通常少子寿命较大，电池效率可以做得更高，因此是未来提效的发展方向。

在降本环节中，硅片成本分为硅料成本和非硅成本，非硅成本指的是硅片生产中所消耗 的能源、人力、辅料等与硅料无关的成本。因为硅料成本基本不受硅片企业自身的控制， 而取决于市场供需情况，非硅成本才是硅片企业最能控制的成本。因此，对降本有促进作用的大尺寸和薄片化是未来硅片的发展趋势。

光伏硅片大尺寸有助于提升硅片产能、降低单位投资和拉晶能耗，从而降低电池的非硅 成本。

在 2017 年之前，硅片尺寸的优化空间有限，组件的外形尺寸较为固定。在 2017- 2018 年，边距为 157.25mm、157.5mm、158mm 和 158.75mm 的尺寸接连出现。

2019 年 5 月，隆基股份公布了 166mm（M6）尺寸的硅片，其硅片面积为 27412 平方毫米， 比当前常规产品 M2（156.75mm）大 12.20%。M6 尺寸是现有设备所能升级到的最大尺 寸，在硅片端有着较高的性价比。当前 M6 组件已经在第三批领跑者项目中得到了应用。

2019 年 8 月，中环股份发布了 210mm（G12）尺寸硅片，对硅片的边界再次进行了突 破，该硅片面积达到了 44092 平方毫米，比 M2 大 80.5%。相比于 M6 硅片，G12 硅片的组件功率高出了 100W，大幅降低了下游支架、线缆及逆变器的单瓦成本。但较大的尺寸也对硅片和电池的良率带来了一定的挑战，另外在电池的制作环节以及组件的安装 环节，也均因 G12 的大尺寸而受到了一定的影响。

2020 年 6 月，阿特斯、江苏润阳悦达、江苏中宇、晶澳、晶科、隆基和潞安等 7 家光伏 企业联合发布了《关于建立光伏行业标准尺寸的联合倡议》，建议建立硅片尺寸为 182mm*182mm（M10）的行业标准，并倡导行业标准组织将该尺寸纳入标准规范文件。 

而随后在11 月，天合光能、东方日升、阿特斯、环晟、通威、润阳、中环和上机数控等 8 家企业则发布了《关于推进光伏行业 210mm 硅片及组件尺寸标准化的联合倡议》，建 议在 210-220mm 尺寸范围内，选择 SEMI 标准中确定的硅片尺寸，即将 210+/-0.25mm 作为唯一尺寸，同时依照该硅片尺寸修订SEMI以及光伏行业协会已有的组件尺寸标准。

根据 CPIA 预测，166mm 尺寸市占率将在 2021 年达到最大，182mm 和 210mm 二 者市占率合计或将占据半壁江山，此后成为市场主流。

2020 年市场上硅片尺寸种类多样， 包括 156.75mm、157mm、158.75mm、166mm、182mm、210mm 等，且各占有一定 的市场份额。

其中，158.75mm 和 166mm 尺寸合计占比达到 77.8%，158.75mm 是现 有电池生产线最易升级的方案，而 166mm 是现有电池产线可升级的最大尺寸方案，因此将是近 2-3 年的过渡尺寸；156.75mm 尺寸（包括 157mm）由 2019 年的主流尺寸下 降为 17.7%，预计在 2022 年左右被淘汰；2020 年，182mm 和 210mm 尺寸合计占比约 4.5%，但在 2021 年其占比将快速扩大，或将占据半壁江山，且呈持续扩大趋势。

当前，天合光能和环晟已于 2020 年上半年生产出了 G12 硅片。下半年晶科能源、隆基股份和晶澳科技也相继产出了 M10 组件。然而受到认证、运输、玻璃产能、配套设备等 影响，大尺寸组件的产出无法快速提升。预计2021 年硅片的市场份额会以 M6 尺寸为 主，2022-2023 年会以 M10 尺寸为主，到 2024-2025 年会以 G12 尺寸为主。

硅片的大尺寸化不仅为硅片设备，也为电池和组件设备带来了更新需求。

其中，在硅片 的长晶环节，现存的 G1 和 M6 单晶炉需通过零部件改造，即换大的热场来适配 M10。而若要生产G12 硅片，则需进行设备的更新。

对于 PERC 电池片而言，其生产设备，如扩散炉、PECVD 设备、丝网印刷设备及分选机等无法兼容 210mm 尺寸，因此需要进行设备的更新。对于组件环节而言，其核心设备串焊机和层压机均无法兼容 210mm 尺寸，也需对设备进行更新。未来随着大硅片时代的到来，光伏中下游产业链将发生大规模的设备更新及存量替换需求。

另外，薄片化有利于降低硅耗和硅片成本，硅片厚度越薄，单瓦的硅耗越低。目前硅片 切片技术已完全能满足薄片化的需要，但硅片厚度还要满足下游电池片、组件制造端的 需求，因为硅片厚度会对电池片的自动化、良率以及转换效率产生影响。2020 年，多晶硅片平均厚度为180μm，P 型单晶硅片平均厚度在175μm 左右，N 型硅片平均厚度为 168μm，较 2019 年基本持平。目前，用于 TOPCon 电池的 N 型硅片平均厚度为 175μm， 用于异质结电池的硅片厚度约 150μm，用于 IBC 电池的硅片厚度约 130μm。随着硅片尺寸的增大，硅片厚度下降速度将减缓。硅片设备市场空间测算：2021 年全球单晶硅片设备总空间为 203.98 亿元。根据 CPIA 的预计，2020 年全球光伏新增装机量将达 130GW，同比提升 13.14%。在乐 观情况下，预计 2021 全球光伏新增装机量为 170GW，同比增长约 30%。因此，假设自 2021-2023 年，光伏新增装机量年增长率为 30%，在此基础上，我们预计 2021-2023 年全球硅片设备空间为 214.72、257.30 和 362.28 亿元。硅片产能利用率：2019 年全球新增装机量为 114.9GW，硅片产能为 185.3GW，因 此产能利用率为 62%。单晶硅片渗透率：根据《中国光伏产业发展路线图（2020 版）》，2020 年我国单晶 硅片（P 型+N 型）市场占比为 90.2%，2021 年预计单晶硅片市占率为 97%，2023 年为 98%，因此假设 2021-2023 年单晶硅片渗透率为 97%、97.5%和 98%G12 的新增渗透率：假设从 2021 到 2023 年，每年产能缺口中有 20%、30%、40% 是 G12 硅片的扩产规模。G12 替换比例：通过 CPIA 得知，在 2020、2021 和 2023 年，G12 的市场占比为 2%、22%、42%，假设 2022 年为 32%，通过倒推计算 G12 替换比例。非 G12 单晶硅片单位投资成本：隆基股份在 2020 年 4 月发布了《公开发行可转换 公司债券申请文件反馈意见的回复》，其中银川年产 15GW 的单晶硅棒、硅片项目 的生产设备和工具器具的购置费用达 36.35 亿元，由此得出单 GW 的设备和工具器 具费用为 2.42 亿元。假设自 2021-2023 年，投资成本每年下降 5%。G12 单晶硅片单位投资成本：京运通在 2020 年 6 月发布了《2020 年度非公开发行 A 股股票募集资金使用的可行性分析报告》，其中乌海 10GW 高效单晶硅棒项目的设备购置费为 18.05 万，由此得出单 GW 设备价值为 1.8 万元。假设自 2021-2023 年，投资成本每年下降 5%。相关阅读☞☞硅片尺寸的发展趋势及大硅片制造技术
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来源：未来智库，全球光伏整理

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