1, Demanda final fotovoltaica: la demanda de capacidad instalada fotovoltaica es fuerte, y la demanda de polisilicio se invierte en función del pronóstico de capacidad instalada
1.1. Consumo de polisilicio: el globalEl volumen de consumo aumenta constantemente, principalmente para la generación de energía fotovoltaica
Los últimos diez años, el globalpolisíticoEl consumo ha seguido aumentando, y la proporción de China ha seguido expandiéndose, dirigida por la industria fotovoltaica. De 2012 a 2021, el consumo global de Polysilicon generalmente mostró una tendencia al alza, que aumentó de 237,000 toneladas a aproximadamente 653,000 toneladas. En 2018, se introdujo la nueva política fotovoltaica 531 de China, lo que claramente redujo la tasa de subsidios para la generación de energía fotovoltaica. La capacidad fotovoltaica recién instalada cayó un 18% año tras año, y la demanda de Polisilicon se vio afectada. Desde 2019, el estado ha introducido una serie de políticas para promover la paridad de la red de los fotovoltaicos. Con el rápido desarrollo de la industria fotovoltaica, la demanda de polisilicio también ha entrado en un período de rápido crecimiento. Durante este período, la proporción del consumo de polisilicio de China en el consumo global total continuó aumentando, de 61.5% en 2012 a 93.9% en 2021, principalmente debido a la industria fotovoltaica en rápido desarrollo de China. Desde la perspectiva del patrón de consumo global de los diferentes tipos de polisilicio en 2021, los materiales de silicio utilizados para las células fotovoltaicas representarán al menos el 94%, de los cuales el polisilicio de grado solar y el silicio granular representan el 91%y el 3%, respectivamente, mientras que el polisilicón de grado electrónico que se puede utilizar para las cuentas de chips para el 94%. La relación es del 6%, lo que muestra que la demanda actual de polisilicio está dominada por fotovoltaicos. Se espera que con el calentamiento de la política de doble carbono, la demanda de capacidad instalada fotovoltaica se fortalezca, y el consumo y la proporción de polisilicio de grado solar continuarán aumentando.
1.2. Oblea de silicio: la oblea de silicio monocristalina ocupa la corriente principal, y la tecnología continua de czochralski se desarrolla rápidamente
El enlace directo aguas abajo de Polysilicon es Silicon Wafers, y China actualmente domina el mercado global de obleas de silicio. De 2012 a 2021, la capacidad y la producción de obleas de silicio global y china continuaron aumentando, y la industria fotovoltaica continuó en auge. Las obleas de silicio sirven como un puente que conecta los materiales y baterías de silicio, y no hay carga para la capacidad de producción, por lo que continúa atrayendo a una gran cantidad de empresas para ingresar a la industria. En 2021, los fabricantes chinos de obleas de silicio se habían expandido significativamenteproducciónCapacidad para la salida de 213.5GW, lo que impulsó la producción global de obleas de silicio para aumentar a 215.4GW. Según la capacidad de producción existente y recién mayor en China, se espera que la tasa de crecimiento anual mantenga un 15-25% en los próximos años, y la producción de obleas de China aún mantendrá una posición dominante absoluta en el mundo.
El silicio policristalino se puede convertir en lingotes de silicio policristalino o varillas de silicio monocristalinas. El proceso de producción de los lingotes de silicio policristalino incluye principalmente el método de fundición y el método de fusión directa. En la actualidad, el segundo tipo es el método principal, y la tasa de pérdida se mantiene básicamente en aproximadamente el 5%. El método de fundición es principalmente para derretir el material de silicio en el crisol primero, y luego lanzarlo en otro crisol precalentado para enfriar. Al controlar la velocidad de enfriamiento, el lingote de silicio policristalino está fundido por la tecnología de solidificación direccional. El proceso de fusión en caliente del método de fusión directa es el mismo que el del método de fundición, en el que el polisilicio se derrite directamente en el crisol primero, pero el paso de enfriamiento es diferente del método de fundición. Aunque los dos métodos son de naturaleza muy similar, el método de fusión directa solo necesita un crisol, y el producto Polysilicon producido es de buena calidad, lo que conduce al crecimiento de lingotes de silicio policristalino con una mejor orientación, y el proceso de crecimiento es fácil de automatizar, lo que puede hacer la posición interna de la reducción del error cristalino. En la actualidad, las empresas líderes en la industria del material de energía solar generalmente utilizan el método de fusión directa para hacer lingotes de silicio policristalinos, y los contenidos de carbono y oxígeno son relativamente bajos, que se controlan por debajo de 10ppma y 16ppma. En el futuro, la producción de lingotes de silicio policristalino seguirá dominado por el método de fusión directa, y la tasa de pérdida permanecerá alrededor del 5% en cinco años.
La producción de varillas de silicio monocristalinas se basa principalmente en el método Czochralski, complementado por el método de fusión de la zona de suspensión vertical, y los productos producidos por los dos tienen diferentes usos. El método Czochralski utiliza resistencia al grafito para calentar el silicio policristalino en un crisol de cuarzo de alta pureza en un sistema térmico de tubo recto para derretirlo, luego inserte el cristal de la semilla en la superficie de la fusión para la fusión, y gire el cristal de la semilla mientras invertir el crisol. , el cristal de semillas se eleva lentamente hacia arriba, y se obtiene silicio monocristalino a través de los procesos de siembra, amplificación, giro de hombros, crecimiento de igual diámetro y acabado. El método de fusión de la zona flotante vertical se refiere a fijar el material policristalino de alta pureza columnar en la cámara del horno, mover la bobina de metal lentamente a lo largo de la dirección de longitud policristalina y pasar a través de la columna policristalina, y pasando una corriente de radio de alta potencia en la bobina de metal en el metal para hacer parte del interior de las coilas de coil de coilina y el cultivo de coils, y se mueve la coil de coils, y se mueve la coil de cooil, y se mueve la coilina de la coilina, y se mueve la coilil, y se mueve la coilina de la coilina, y se mueve la coilina de la coilina, y se mueve la coilil, y se mueve la coililia, y se mueve la coilina, y se mueve la coililia y el Moltón, y se mueve el Moltil de la coilina. Recristaliza para formar un solo cristal. Debido a los diferentes procesos de producción, existen diferencias en los equipos de producción, los costos de producción y la calidad del producto. En la actualidad, los productos obtenidos por el método de fusión de zona tienen alta pureza y pueden usarse para la fabricación de dispositivos semiconductores, mientras que el método Czochralski puede cumplir con las condiciones para producir silicio de cristal único para células fotovoltaicas y tiene un costo más bajo, por lo que es el método principal. En 2021, la cuota de mercado del método de extracción recta es de aproximadamente el 85%, y se espera que aumente ligeramente en los próximos años. Se predice que las cuotas de mercado en 2025 y 2030 serán 87% y 90% respectivamente. En términos de fusión del distrito de un solo silicio de cristal, la concentración de la industria del distrito que derrite el silicio de cristal único es relativamente alta en el mundo. Adquisición), Topsil (Dinamarca). En el futuro, la escala de salida del silicio de cristal único fundido no aumentará significativamente. La razón es que las tecnologías relacionadas de China están relativamente al revés en comparación con Japón y Alemania, especialmente la capacidad de los equipos de calentamiento de alta frecuencia y las condiciones del proceso de cristalización. La tecnología de cristal único de silicio fusionado en un área de gran diámetro requiere que las empresas chinas continúen explorando por sí mismas.
El método Czochralski se puede dividir en tecnología continua de tracción de cristal (CCZ) y tecnología de tracción de cristal repetida (RCZ). En la actualidad, el método convencional en la industria es RCZ, que se encuentra en la etapa de transición de RCZ a CCZ. Los pasos de tracción y alimentación de cristal individual de RZC son independientes entre sí. Antes de cada tirón, el lingote de cristal único debe enfriarse y retirarse en la cámara de la puerta, mientras que CCZ puede darse cuenta de la alimentación y la fusión mientras se tira. RCZ es relativamente maduro, y hay poco espacio para la mejora tecnológica en el futuro; mientras que CCZ tiene las ventajas de reducción de costos y mejora de la eficiencia, y está en una etapa de desarrollo rápido. En términos de costo, en comparación con RCZ, que demora aproximadamente 8 horas antes de que se dibuja una sola barra, CCZ puede mejorar en gran medida la eficiencia de producción, reducir el costo de crisol y el consumo de energía al eliminar este paso. La salida total de un solo horno es más del 20% más alta que la de RCZ. El costo de producción es más del 10% más bajo que RCZ. En términos de eficiencia, CCZ puede completar el dibujo de 8-10 cañas de silicio de cristal único dentro del ciclo de vida del crisol (250 horas), mientras que RCZ solo puede completar aproximadamente 4, y la eficiencia de producción se puede aumentar en un 100-150%. En términos de calidad, CCZ tiene una resistividad más uniforme, un menor contenido de oxígeno y una acumulación más lenta de las impurezas metálicas, por lo que es más adecuado para la preparación de obleas de silicio de cristal individual de tipo N, que también se encuentran en un período de desarrollo rápido. En la actualidad, algunas compañías chinas han anunciado que tienen tecnología CCZ, y la ruta de obleas de silicio monocristalina de silicio granular-ccz-N-tipo ha sido básicamente clara, e incluso ha comenzado a usar materiales de silicio 100% granulares. . En el futuro, CCZ básicamente reemplazará a RCZ, pero tomará un cierto proceso.
El proceso de producción de las obleas de silicio monocristalina se divide en cuatro pasos: tira, corte, corte, limpieza y clasificación. La aparición del método de corte de alambre de diamantes ha reducido en gran medida la tasa de pérdida de corte. El proceso de extracción de cristal se ha descrito anteriormente. El proceso de corte incluye operaciones de truncamiento, cuadrado y chaflán. Cortar es usar una máquina de corte para cortar el silicio columnar en obleas de silicio. La limpieza y la clasificación son los pasos finales en la producción de obleas de silicio. El método de corte de alambre de diamantes tiene ventajas obvias sobre el método tradicional de corte de alambre de mortero, que se refleja principalmente en el corto tiempo de consumo y baja pérdida. La velocidad del alambre de diamante es cinco veces mayor que la de corte tradicional. Por ejemplo, para el corte de mortero tradicional para el corte de mortero, y el corte de alambre de diamante solo dura aproximadamente 2 horas. La pérdida de corte de alambre de diamante también es relativamente pequeña, y la capa de daño causada por el corte de alambre de diamante es más pequeña que la del corte de alambre de mortero, que conduce a cortar obleas de silicio más delgadas. En los últimos años, para reducir las pérdidas de corte y los costos de producción, las empresas han recurrido a los métodos de corte de alambre de diamantes, y el diámetro de las barras de autobuses de alambre de diamantes se está reduciendo. En 2021, el diámetro de la barra colectora de alambre de diamante será de 43-56 μm, y el diámetro de la barra colectiva de alambre de diamante utilizado para las obleas de silicio monocristalina disminuirá enormemente y continuará disminuyendo. Se estima que en 2025 y 2030, los diámetros de las barras colectivas de alambre de diamantes utilizadas para cortar las obleas de silicio monocristalina serán de 36 μm y 33 μm, respectivamente, y los diámetros de las barras colectivas de alambre de diamantes utilizados para cortar las wafers de silicona policristalina serán 51 μm y 51 μm, respectivamente. Esto se debe a que hay muchos defectos e impurezas en las obleas de silicio policristalino, y los cables delgados son propensos a la rotura. Por lo tanto, el diámetro de la barra colectiva de alambre de diamante utilizado para el corte de obleas de silicio policristalino es mayor que el de las obleas de silicio monocristalina, y a medida que la cuota de mercado de las obleas de silicio policristalina de silicio disminuye gradualmente la disminución de la disminución gradualmente de la silicona policristalina.
En la actualidad, las obleas de silicio se dividen principalmente en dos tipos: obleas de silicio policristalino y obleas de silicio monocristalinas. Las obleas de silicio monocristalino tienen las ventajas de una larga vida útil y una alta eficiencia de conversión fotoeléctrica. Las obleas de silicio policristalino están compuestas de granos de cristal con diferentes orientaciones de plano de cristal, mientras que las obleas de silicio de cristal único están hechas de silicio policristalino como materias primas y tienen la misma orientación del plano de cristal. En apariencia, las obleas de silicio policristalino y las obleas de silicio de cristal individual son azules azules y de color marrón negro. Dado que los dos se cortan de lingotes de silicio policristalinos y varillas de silicio monocristalinas, respectivamente, las formas son cuadradas y cuasi cuadradas. La vida útil de las obleas de silicio policristalina y las obleas de silicio monocristalina es de unos 20 años. Si el método de embalaje y el entorno de uso son adecuados, la vida útil puede alcanzar más de 25 años. En términos generales, la vida útil de las obleas de silicio monocristalinas es un poco más larga que la de las obleas de silicio policristalina. Además, las obleas de silicio monocristalinas también son ligeramente mejores en la eficiencia de conversión fotoeléctrica, y su densidad de dislocación e impurezas metálicas son mucho más pequeñas que las de las obleas de silicio policristalina. El efecto combinado de varios factores hace que la vida útil del portador minoritario de cristales individuales docenas de veces sea mayor que el de las obleas de silicio policristalino. Mostrando así la ventaja de la eficiencia de conversión. En 2021, la mayor eficiencia de conversión de las obleas de silicio policristalino será de alrededor del 21%, y la de las obleas de silicio monocristalinas alcanzará hasta el 24.2%.
Además de la larga vida y la alta eficiencia de conversión, las obleas de silicio monocristalinas también tienen la ventaja del adelgazamiento, que es propicio para reducir el consumo de silicio y los costos de las obleas de silicio, pero prestan atención al aumento de la tasa de fragmentación. El adelgazamiento de las obleas de silicio ayuda a reducir los costos de fabricación, y el proceso de corte actual puede satisfacer completamente las necesidades de adelgazamiento, pero el grosor de las obleas de silicio también debe satisfacer las necesidades de la fabricación de células y componentes aguas abajo. En general, el grosor de las obleas de silicio ha disminuido en los últimos años, y el grosor de las obleas de silicio policristalino es significativamente mayor que el de las obleas de silicio monocristalinas. Las obleas de silicio monocristalinas se dividen aún más en obleas de silicio de tipo N y obleas de silicio de tipo P, mientras que las obleas de silicio de tipo N incluyen el uso de la batería TopCon y el uso de la batería HJT. En 2021, el grosor promedio de las obleas de silicio policristalina es de 178 μm, y la falta de demanda en el futuro los llevará a continuar. Por lo tanto, se predice que el grosor disminuirá ligeramente de 2022 a 2024, y el grosor permanecerá en aproximadamente 170 μm después de 2025; the average thickness of p-type monocrystalline silicon wafers is about 170μm, and it is expected to drop to 155μm and 140μm in 2025 and 2030. Among the n-type monocrystalline silicon wafers, the thickness of the silicon wafers used for HJT cells is about 150μm, and the average thickness of n-type silicon wafers used for TOPCon Las células son de 165 μm. 135 μm.
Además, la producción de obleas de silicio policristalina consume más silicio que las obleas de silicio monocristalinas, pero los pasos de producción son relativamente simples, lo que brinda ventajas de costos a las obleas de silicio policristalinas. El silicio policristalino, como materia prima común para obleas de silicio policristalina y obleas de silicio monocristalina, tiene un consumo diferente en la producción de los dos, lo que se debe a las diferencias en la pureza y los pasos de producción de los dos. En 2021, el consumo de silicio de lingote policristalino es de 1.10 kg/kg. Se espera que la inversión limitada en investigación y desarrollo conduzca a pequeños cambios en el futuro. El consumo de silicio de la barra de extracción es de 1.066 kg/kg, y hay un cierto espacio para la optimización. Se espera que sea 1.05 kg/kg y 1.043 kg/kg en 2025 y 2030, respectivamente. En el proceso de extracción de cristal único, la reducción del consumo de silicio de la varilla de tracción se puede lograr reduciendo la pérdida de limpieza y trituración, controlando estrictamente el entorno de producción, reduciendo la proporción de cebadores, mejorando el control de precisión y optimizando la tecnología de clasificación y procesamiento de los materiales de silicio degradados. Aunque el consumo de silicio de las obleas de silicio policristalina es alto, el costo de producción de las obleas de silicio policristalina es relativamente alto porque las lingotes de silicio policristalino son producidos por la fundición de lingotos de fognetización caliente, mientras que las lentes de silicio monocristalinas generalmente son producidas por un crecimiento lento en los hornos cristalinos de czochralski, mientras que el poder de los cristales con la relación negativa. Bajo. En 2021, el costo promedio de producción de las obleas de silicio monocristalina será de aproximadamente 0.673 yuanes/W, y el de las obleas de silicio policristalina será de 0.66 yuanes/W.
A medida que disminuye el grosor de la oblea de silicio y el diámetro de la barra colectiva de alambre de diamante, la salida de las varillas/lingotes de silicio de igual diámetro por kilogramo aumentará, y el número de cañas de silicio de cristal individual del mismo peso será más alta que la de las lismo de silicio policristalino. En términos de potencia, la potencia utilizada por cada oblea de silicio varía según el tipo y el tamaño. En 2021, la salida de barras cuadradas monocristalinas de tamaño de 166 mm de tipo P es de aproximadamente 64 piezas por kilogramo, y la salida de lingotes cuadrados policristalinos es de aproximadamente 59 piezas. Entre las obleas de silicio de cristal individual de tipo P, la salida de varillas monocristalinas de tamaño de 158.75 mm es de aproximadamente 70 piezas por kilogramo, la salida de las varillas cuadradas individuales de tamaño de 182 mm de tipo P de tipo P es aproximadamente 53 piezas por kilogramo, y la salida de las varillas de 210 mm de 210 mm de varillas de un solo cristal es aproximadamente 53 piezas. La salida de la barra cuadrada es de aproximadamente 40 piezas. De 2022 a 2030, el adelgazamiento continuo de las obleas de silicio sin duda conducirá a un aumento en el número de varillas/lingotas de silicio del mismo volumen. El diámetro más pequeño de la barra colectora de alambre de diamante y el tamaño de partícula media también ayudará a reducir las pérdidas de corte, aumentando así el número de obleas producidas. cantidad. Se estima que en 2025 y 2030, la salida de las varillas monocristalinas de tamaño P-tipo P de 166 mm es de aproximadamente 71 y 78 piezas por kilogramo, y la salida de los lingotes cuadrados policristalinos es difícil de causar aproximadamente 62 y 62 piezas, lo que se debe a la baja participación de mercado de los silicon de silicalina de la policristalina es difícil de causar un progreso tecnológico significativo. Existen diferencias en el poder de diferentes tipos y tamaños de obleas de silicio. Según los datos de anuncio para la potencia promedio de las obleas de silicio de 158.75 mm es de aproximadamente 5.8W/pieza, la potencia promedio de las obleas de silicio de tamaño de 166 mm es de aproximadamente 6.25W/pieza, y la potencia promedio de las obleas de silicio de 182 mm es de aproximadamente 6.25W/pieza. La potencia promedio de la oblea de silicio de tamaño es de aproximadamente 7.49W/pieza, y la potencia promedio de la oblea de silicio de tamaño de 210 mm es de aproximadamente 10W/pieza.
En los últimos años, las obleas de silicio se han desarrollado gradualmente en la dirección de gran tamaño, y el tamaño grande es propicio para aumentar la potencia de un solo chip, diluyendo así el costo de las células no silicio. Sin embargo, el ajuste de tamaño de las obleas de silicio también debe considerar los problemas de coincidencia y estandarización aguas arriba y aguas abajo, especialmente los problemas de carga y altos actuales. En la actualidad, hay dos campamentos en el mercado con respecto a la dirección de desarrollo futura del tamaño de la oblea de silicio, a saber, tamaño de 182 mm y tamaño de 210 mm. La propuesta de 182 mm es principalmente desde la perspectiva de la integración de la industria vertical, basada en la consideración de la instalación y el transporte de células fotovoltaicas, la potencia y la eficiencia de los módulos y la sinergia entre aguas arriba y aguas abajo; mientras que 210 mm es principalmente desde la perspectiva del costo de producción y el costo del sistema. La salida de las obleas de silicio de 210 mm aumentó en más del 15% en el proceso de dibujo de la barra de una sola película, el costo de producción de la batería aguas abajo se redujo en aproximadamente 0.02 yuanes/W, y el costo total de la construcción de la estación de energía se redujo en aproximadamente 0.1 yuanes/W. En los próximos años, se espera que las obleas de silicio con un tamaño inferior a 166 mm se eliminen gradualmente; Los problemas de correspondencia aguas arriba y aguas abajo de las obleas de silicio de 210 mm se resolverán gradualmente de manera efectiva, y el costo se convertirá en un factor más importante que afecte la inversión y la producción de empresas. Por lo tanto, la cuota de mercado de las obleas de silicio de 210 mm aumentará. Ascenso constante; La oblea de silicio de 182 mm se convertirá en el tamaño principal en el mercado en virtud de sus ventajas en la producción integrada verticalmente, pero con el desarrollo innovador de la tecnología de aplicación de oblea de silicio de 210 mm, 182 mm dará paso a ella. Además, es difícil que las obleas de silicio de gran tamaño se usen ampliamente en el mercado en los próximos años, porque el costo laboral y el riesgo de instalación de obleas de silicio de gran tamaño aumentarán en gran medida, lo que es difícil de compensar con los ahorros en los costos de producción y los costos del sistema. . En 2021, los tamaños de obleas de silicio en el mercado incluyen 156.75 mm, 157 mm, 158.75 mm, 166 mm, 182 mm, 210 mm, etc. Entre ellos, el tamaño de 158.75 mm y 166 mm representaron el 50% del total, y el tamaño de 156.75 mm disminuyó a 5%, que se reemplazará gradualmente en el futuro; 166 mm es la solución de mayor tamaño que se puede actualizar para la línea de producción de batería existente, que será el tamaño más grande en los últimos dos años. En términos de tamaño de transición, se espera que la cuota de mercado sea inferior al 2% en 2030; El tamaño combinado de 182 mm y 210 mm representará el 45% en 2021, y la cuota de mercado aumentará rápidamente en el futuro. Se espera que la cuota de mercado total en 2030 supere el 98%.
En los últimos años, la cuota de mercado del silicio monocristalino ha seguido aumentando, y ha ocupado la posición convencional en el mercado. De 2012 a 2021, la proporción de silicio monocristalino aumentó de menos del 20% al 93.3%, un aumento significativo. En 2018, las obleas de silicio en el mercado son principalmente obleas de silicio policristalina, que representan más del 50%. La razón principal es que las ventajas técnicas de las obleas de silicio monocristalinas no pueden cubrir las desventajas de los costos. Desde 2019, como la eficiencia de conversión fotoeléctrica de las obleas de silicio monocristalina ha superado significativamente la de las obleas de silicio policristalina, y el costo de producción de las obleas de silicio monocristalina de monocristalina ha continuado disminuyendo con el progreso tecnológico, la participación de mercado de las monocristalinas de silicon ha continuado aumentando, convirtiéndose en la pluma en el mercado en el mercado. producto. Se espera que la proporción de obleas de silicio monocristalinas alcance aproximadamente el 96% en 2025, y la cuota de mercado de las obleas de silicio monocristalinas alcanzará el 97.7% en 2030 (fuente de informes: Future Think Tank)
1.3. Baterías: las baterías de PERC dominan el mercado, y el desarrollo de baterías de tipo n empuja la calidad del producto
El enlace medio de la cadena de la industria fotovoltaica incluye células fotovoltaicas y módulos de células fotovoltaicas. El procesamiento de las obleas de silicio en las células es el paso más importante para realizar la conversión fotoeléctrica. Se necesitan alrededor de siete pasos para procesar una célula convencional de una oblea de silicio. Primero, coloque la oblea de silicio en ácido hidrofluórico para producir una estructura de gamuza de pirámide en su superficie, reduciendo así la reflectividad de la luz solar y el aumento de la absorción de la luz; El segundo es que el fósforo se difunde en la superficie de un lado de la oblea de silicio para formar una unión PN, y su calidad afecta directamente la eficiencia de la célula; El tercero es eliminar la unión PN formada en el costado de la oblea de silicio durante la etapa de difusión para evitar el cortocircuito de la celda; Se recubre una capa de película de nitruro de silicio en el lado donde se forma la unión PN para reducir la reflexión de la luz y al mismo tiempo aumentar la eficiencia; El quinto es imprimir electrodos de metal en la parte delantera y trasera de la oblea de silicio para recolectar portadores minoritarios generados por fotovoltaicos; El circuito impreso en la etapa de impresión está sinterizado y formado, y está integrado con la oblea de silicio, es decir, la celda; Finalmente, las células con diferentes eficiencias se clasifican.
Las células de silicio cristalinas generalmente se elaboran con obleas de silicio como sustratos, y se pueden dividir en células de tipo P y células de tipo N de acuerdo con el tipo de obleas de silicio. Entre ellas, las células de tipo N tienen una mayor eficiencia de conversión y están reemplazando gradualmente a las células de tipo P en los últimos años. Las obleas de silicio de tipo P se hacen de silicio dopante con boro, y las obleas de silicio de tipo N están hechas de fósforo. Por lo tanto, la concentración de elemento de boro en la oblea de silicio de tipo N es menor, inhibiendo así la unión de los complejos de borón-oxígeno, mejorando la vida útil del portador minoritario del material de silicio, y al mismo tiempo, no hay una atenuación inducida por fotografía en la batería. Además, los portadores minoritarios de tipo N son los agujeros, los portadores minoritarios de tipo P son electrones y la sección transversal de la mayoría de los átomos de impurezas para los agujeros es más pequeña que la de los electrones. Por lo tanto, la vida útil del portador minoritario de la célula de tipo N es mayor y la tasa de conversión fotoeléctrica es mayor. Según los datos de laboratorio, el límite superior de la eficiencia de conversión de las células de tipo P es del 24,5%, y la eficiencia de conversión de las células de tipo N es de hasta el 28,7%, por lo que las células de tipo N representan la dirección de desarrollo de la tecnología futura. En 2021, las células de tipo N (principalmente, incluidas las células de heterounión y las células TopCon) tienen costos relativamente altos, y la escala de producción en masa sigue siendo pequeña. La participación de mercado actual es de aproximadamente el 3%, que es básicamente la misma que en 2020.
En 2021, la eficiencia de conversión de las células de tipo N mejorará significativamente, y se espera que haya más espacio para el progreso tecnológico en los próximos cinco años. En 2021, la producción a gran escala de células monocristalinas de tipo P utilizará la tecnología PERC, y la eficiencia de conversión promedio alcanzará el 23.1%, un aumento de 0.3 puntos porcentuales en comparación con 2020; La eficiencia de conversión de las células de silicio negras policristalinas utilizando tecnología PERC alcanzará el 21.0%, en comparación con 2020. Aumento anual de 0.2 puntos porcentuales; La mejora de la eficiencia de las células de silicio negros policristalinos convencionales no es fuerte, la eficiencia de conversión en 2021 será de aproximadamente el 19.5%, solo 0.1 puntos porcentuales más altos y el espacio de mejora de la eficiencia futura es limitada; La eficiencia de conversión promedio de las células PERC monocristalinas lingote es del 22,4%, que es 0,7 puntos porcentuales más bajos que la de las células PERC monocristalinas; La eficiencia de conversión promedio de las células TOPCON de tipo N alcanza el 24%, y la eficiencia de conversión promedio de las células de heterounión alcanza el 24,2%, las cuales han mejorado mucho en comparación con 2020, y la eficiencia de conversión promedio de las células IBC alcanza el 24,2%. Con el desarrollo de la tecnología en el futuro, las tecnologías de batería como TBC y HBC también pueden continuar progresando. En el futuro, con la reducción de los costos de producción y la mejora del rendimiento, las baterías de tipo N serán una de las principales direcciones de desarrollo de la tecnología de la batería.
Desde la perspectiva de la ruta de la tecnología de la batería, la actualización iterativa de la tecnología de la batería ha pasado principalmente por BSF, PERC, TOPCON basado en la mejora de PERC y HJT, una nueva tecnología que subvierte PERC; TopCon se puede combinar aún más con IBC para formar TBC, y HJT también se puede combinar con IBC para convertirse en HBC. P-type monocrystalline cells mainly use PERC technology, p-type polycrystalline cells include polycrystalline black silicon cells and ingot monocrystalline cells, the latter refers to the addition of monocrystalline seed crystals on the basis of conventional polycrystalline ingot process, directional solidification After that, a square silicon ingot is formed, and a silicon wafer mixed with single Crystal y Polcrystalline se realizan a través de una serie de procesos de procesamiento. Debido a que esencialmente utiliza una ruta de preparación policristalina, se incluye en la categoría de células policristalinas de tipo P. Las células de tipo N incluyen principalmente células monocristalinas TopCon, células monocristalinas HJT y células monocristalinas de IBC. En 2021, las nuevas líneas de producción en masa aún estarán dominadas por líneas de producción de células PERC, y la cuota de mercado de las células PERC aumentará aún más al 91.2%. A medida que la demanda de productos de proyectos al aire libre y doméstico se ha concentrado en productos de alta eficiencia, la cuota de mercado de las baterías BSF caerá del 8,8% al 5% en 2021.
1.4. Módulos: el costo de las celdas explica la parte principal y la potencia de los módulos depende de las celdas
Los pasos de producción de los módulos fotovoltaicos incluyen principalmente la interconexión celular y la laminación, y las células representan una parte importante del costo total del módulo. Dado que la corriente y el voltaje de una sola celda son muy pequeños, las células deben interconectarse a través de barras de bus. Aquí, están conectados en serie para aumentar el voltaje, y luego conectados en paralelo para obtener una corriente alta, y luego el vidrio fotovoltaico, EVA o POE, la lámina de batería, EVA o POE, la hoja de espalda se sellan y se presionan con calor en cierto orden, y finalmente se protegen por el marco de aluminio y el borde de sellado de silicona. Desde la perspectiva de la composición del costo de producción de componentes, el costo de material representa el 75%, que ocupa la posición principal, seguida de costo de fabricación, costo de rendimiento y costo de mano de obra. El costo de los materiales está liderado por el costo de las células. Según los anuncios de muchas compañías, las células representan aproximadamente 2/3 del costo total de los módulos fotovoltaicos.
Los módulos fotovoltaicos generalmente se dividen según el tipo de celda, el tamaño y la cantidad. Hay diferencias en el poder de diferentes módulos, pero todos están en la etapa ascendente. La potencia es un indicador clave de los módulos fotovoltaicos, que representan la capacidad del módulo para convertir la energía solar en electricidad. Se puede ver a partir de las estadísticas de potencia de diferentes tipos de módulos fotovoltaicos que cuando el tamaño y el número de células en el módulo son las mismas, la potencia del módulo es de tipo N de cristal único> de tipo P-P-Pircristalino; Cuanto mayor sea el tamaño y la cantidad, mayor será la potencia del módulo; Para los módulos de cristal único Topcon y los módulos de heterounión de la misma especificación, la potencia de este último es mayor que la de la primera. Según el pronóstico de CPIA, la potencia del módulo aumentará en 5-10 W por año en los próximos años. Además, el embalaje del módulo traerá una cierta pérdida de energía, principalmente incluir pérdida óptica y pérdida eléctrica. El primero es causado por la transmitancia y el desajuste óptico de materiales de envasado como el vidrio fotovoltaico y EVA, y el segundo se refiere principalmente al uso de células solares en serie. La pérdida del circuito causada por la resistencia de la cinta de soldadura y la barra de bus en sí, y la pérdida de desajuste actual causada por la conexión paralela de las celdas, la pérdida de potencia total de los dos representa aproximadamente el 8%.
1.5. Capacidad instalada fotovoltaica: las políticas de varios países obviamente están motivadas, y hay un gran espacio para la nueva capacidad instalada en el futuro
Básicamente, el mundo ha alcanzado un consenso sobre las emisiones netas cero bajo el objetivo de protección del medio ambiente, y la economía de los proyectos fotovoltaicos superpuestos ha surgido gradualmente. Los países están explorando activamente el desarrollo de la generación de energía de energía renovable. En los últimos años, los países de todo el mundo se han comprometido a reducir las emisiones de carbono. La mayoría de los principales emisores de gases de efecto invernadero han formulado objetivos de energía renovable correspondientes, y la capacidad instalada de la energía renovable es enorme. Basado en el objetivo de control de temperatura de 1.5 ℃, Irena predice que la capacidad de energía renovable instalada global alcanzará los 10.8TW en 2030. Además, según los datos de WoodMac, el costo nivelado de la electricidad (LCOE) de la generación de energía solar en China, India, Estados Unidos y otros países ya es más bajo que la energía fósil más barata, y disminuirá más en el futuro en el futuro. La promoción activa de las políticas en varios países y la economía de la generación de energía fotovoltaica han llevado a un aumento constante en la capacidad instalada acumulada de los fotovoltaicos en el mundo y China en los últimos años. De 2012 a 2021, la capacidad acumulada instalada de los fotovoltaicos en el mundo aumentará de 104.3GW a 849.5GW, y la capacidad acumulada instalada de los fotovoltaicos en China aumentará de 6.7GW a 307GW, un aumento de más de 44 veces. Además, la capacidad fotovoltaica recién instalada de China representa más del 20% de la capacidad instalada total del mundo. En 2021, la capacidad fotovoltaica recién instalada de China es de 53GW, lo que representa aproximadamente el 40% de la capacidad recién instalada del mundo. Esto se debe principalmente a la distribución abundante y uniforme de los recursos de energía ligera en China, el bien desarrollado aguas arriba y aguas abajo, y el fuerte apoyo de las políticas nacionales. Durante este período, China ha jugado un papel muy importante en la generación de energía fotovoltaica, y la capacidad instalada acumulada ha representado menos del 6.5%. saltó a 36.14%.
Según el análisis anterior, CPIA ha dado el pronóstico para instalaciones fotovoltaicas recién aumentadas de 2022 a 2030 en todo el mundo. Se estima que en condiciones optimistas y conservadoras, la capacidad global recién instalada en 2030 será 366 y 315GW respectivamente, y la capacidad recién instalada de China será 128., 105GW. A continuación pronosticaremos la demanda de Polysilicon en función de la escala de capacidad recién instalada cada año.
1.6. Pronóstico de demanda de Polysilicon para aplicaciones fotovoltaicas
De 2022 a 2030, basado en el pronóstico de CPIA para las instalaciones fotovoltaicas globales recién aumentadas en escenarios optimistas y conservadores, se puede predecir la demanda de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas. Las células son un paso clave para realizar la conversión fotoeléctrica, y las obleas de silicio son las materias primas básicas de las células y el fondo directo de polisilicio, por lo que es una parte importante de la pronóstico de la demanda de polisilicio. El número ponderado de piezas por kilogramo de varillas y lingotes de silicio se puede calcular a partir del número de piezas por kilogramo y la cuota de mercado de las barras y lingotes de silicio. Luego, de acuerdo con el poder y la cuota de mercado de las obleas de silicio de diferentes tamaños, se puede obtener la potencia ponderada de las obleas de silicio, y luego el número requerido de obleas de silicio se puede estimar de acuerdo con la capacidad fotovoltaica recién instalada. A continuación, el peso de las varillas y lingotes de silicio requeridos se puede obtener de acuerdo con la relación cuantitativa entre el número de obleas de silicio y el número ponderado de varillas de silicio y lingotes de silicio por kilogramo. En combinación con el consumo ponderado de silicio de varillas de silicio/lingotes de silicio, finalmente se puede obtener la demanda de polisilicio para la capacidad fotovoltaica recién instalada. Según los resultados del pronóstico, la demanda global de Polysilicon para nuevas instalaciones fotovoltaicas en los últimos cinco años continuará aumentando, alcanzando su punto máximo en 2027, y luego disminuyendo ligeramente en los próximos tres años. Se estima que en condiciones optimistas y conservadoras en 2025, la demanda anual global de polisilicio para instalaciones fotovoltaicas será de 1,108,900 toneladas y 907,800 toneladas respectivamente, y la demanda global de polisilicio para aplicaciones fotovoltaicas en 2030 será 1,042,100 toneladas bajo condiciones optimistas y conservadoras. , 896,900 toneladas. Según China'sproporción de capacidad instalada fotovoltaica global,La demanda de Polisilicón de China para uso fotovoltaico en 2025se espera que sea 369,600 toneladas y 302,600 toneladas respectivamente en condiciones optimistas y conservadoras, y 739,300 toneladas y 605,200 toneladas en el extranjero respectivamente.
2, Demanda final de semiconductores: la escala es mucho más pequeña que la demanda en el campo fotovoltaico, y se puede esperar un crecimiento futuro
Además de hacer células fotovoltaicas, Polysilicon también se puede usar como materia prima para hacer chips y se usa en el campo de semiconductores, que se puede subdividir en fabricación de automóviles, electrónica industrial, comunicaciones electrónicas, electrodomésticos y otros campos. El proceso de Polysilicon a Chip se divide principalmente en tres pasos. Primero, el polisilicio se dibuja en lingotes de silicio monocristalinos, y luego se corta en obleas de silicio delgadas. Las obleas de silicio se producen a través de una serie de operaciones de molienda, chaflán y pulido. , que es la materia prima básica de la fábrica de semiconductores. Finalmente, la oblea de silicio se corta y se graba láser en varias estructuras de circuitos para hacer productos de chips con ciertas características. Las obleas de silicio comunes incluyen obleas pulidas, obleas epitaxiales y obleas SOI. La oblea pulida es un material de producción de chips con alta planitud obtenida al pulir la oblea de silicio para eliminar la capa dañada en la superficie, que puede usarse directamente para hacer chips, obleas epitaxiales y obleas de silicio SOI. Las obleas epitaxiales se obtienen mediante el crecimiento epitaxial de obleas pulidas, mientras que las obleas de silicio SOI se fabrican mediante unión o implantación de iones en sustratos de obleas pulidas, y el proceso de preparación es relativamente difícil.
A través de la demanda de Polisilicon en el lado de los semiconductores en 2021, combinado con el pronóstico de la agencia de la tasa de crecimiento de la industria de semiconductores en los próximos años, la demanda de Polisilicon en el campo de los semiconductores de 2022 a 2025 se puede estimar de aproximadamente aproximadamente. En 2021, la producción global de polisilicio de grado electrónico representará aproximadamente el 6% de la producción total de polisilicones, y el polisilicio de grado solar y el silicio granular representarán aproximadamente el 94%. La mayoría de los polisilicón de grado electrónico se usan en el campo de semiconductores, y otro polisilicio se usa básicamente en la industria fotovoltaica. . Por lo tanto, se puede suponer que la cantidad de polisilicio utilizada en la industria de semiconductores en 2021 es de aproximadamente 37,000 toneladas. Además, de acuerdo con la tasa de crecimiento compuesto futuro de la industria de semiconductores predicha por las ideas de la fortuna, la demanda de polisilicio para el uso de semiconductores aumentará a una tasa anual de 8.6% de 2022 a 2025. Se estima que en 2025, la demanda de polisilicones en el campo de semiconductores estará alrededor de 51,500 tensos. (Fuente del informe: Future Think Tank)
3, Polysilicon Import and Export: las importaciones exceden con creces las exportaciones, con Alemania y Malasia representando una mayor proporción
En 2021, aproximadamente el 18.63% de la demanda de polisilicio de China provendrá de las importaciones, y la escala de las importaciones excede con creces la escala de las exportaciones. De 2017 a 2021, el patrón de importación y exportación de Polysilicon está dominado por las importaciones, lo que puede deberse a la fuerte demanda posterior de la industria fotovoltaica que se ha desarrollado rápidamente en los últimos años, y su demanda de polisilicio representa más del 94% de la demanda total; Además, la compañía aún no ha dominado la tecnología de producción de polisilicio de alta pureza de grado electrónico, por lo que algunos polisilicones requeridos por la industria del circuito integrado aún deben confiar en las importaciones. According to the data of the Silicon Industry Branch, the import volume continued to decline in 2019 and 2020. The fundamental reason for the decline in polysilicon imports in 2019 was the substantial increase in production capacity, which rose from 388,000 tons in 2018 to 452,000 tons in 2019. At the same time, OCI, REC, HANWHA Some overseas companies, such as some overseas companies, have withdrawn from the polysilicon industry due to pérdidas, por lo que la dependencia de la importación del polisilicio es mucho menor; Aunque la capacidad de producción no ha aumentado en 2020, el impacto de la epidemia ha llevado a retrasos en la construcción de proyectos fotovoltaicos, y el número de pedidos de polisilicio ha disminuido en el mismo período. En 2021, el mercado fotovoltaico de China se desarrollará rápidamente, y el aparente consumo de Polysilicon alcanzará las 613,000 toneladas, lo que llevará al volumen de importación al rebote. En los últimos cinco años, el volumen neto de importación de Polysilicon de China ha sido de entre 90,000 y 140,000 toneladas, de las cuales alrededor de 103,800 toneladas en 2021. Se espera que el volumen de importación neto de Polysilicon de China permanezca alrededor de 100,000 toneladas por año de 2022 a 2025.
Las importaciones de Polysilicon de China provienen principalmente de Alemania, Malasia, Japón y Taiwán, China, y las importaciones totales de estos cuatro países representarán el 90.51% en 2021. Alrededor del 45% de las importaciones de Polisilicon de China provienen de Alemania, el 26% de Malasia, 13.5% de Japón y 6% de Taiwan. Alemania posee el gigante de Polysilicon Wacker del mundo, que es la mayor fuente de polisilicio en el extranjero, que representa el 12.7% de la capacidad de producción global total en 2021; Malasia tiene una gran cantidad de líneas de producción de Polysilicon de la compañía OCI de Corea del Sur, que se origina en la línea de producción original en Malasia de Tokuyama, una compañía japonesa adquirida por OCI. Hay fábricas y algunas fábricas que OCI se mudó de Corea del Sur a Malasia. La razón de la reubicación es que Malasia proporciona espacio de fábrica gratuito y el costo de la electricidad es un tercio más bajo que el de Corea del Sur; Japón y Taiwán, China tienen Tokuyama, Get y otras compañías, que ocupan una gran parte de la producción de Polysilicon. un lugar. En 2021, la salida de Polysilicon será de 492,000 toneladas, que la capacidad fotovoltaica recién instalada y la demanda de producción de chips serán de 206,400 toneladas y 1,500 toneladas respectivamente, y las 284,100 toneladas restantes se utilizarán principalmente para el procesamiento posterior y exportado en el extranjero. En los enlaces posteriores de Polysilicon, las obleas de silicio, las células y los módulos se exportan principalmente, entre los cuales la exportación de módulos es particularmente prominente. En 2021, habían sido 4.64 mil millones de obleas de silicio y 3.200 millones de células fotovoltaicasexportadode China, con una exportación total de 22.6GW y 10.3GW respectivamente, y la exportación de módulos fotovoltaicos es de 98.5GW, con muy pocas importaciones. En términos de composición del valor de exportación, las exportaciones de módulos en 2021 alcanzarán los US $ 24,61 mil millones, lo que representa el 86%, seguido de las obleas de silicio y las baterías. En 2021, la salida global de obleas de silicio, células fotovoltaicas y módulos fotovoltaicos alcanzará el 97.3%, 85.1%y 82.3%, respectivamente. Se espera que la industria fotovoltaica global continúe concentrándose en China en los próximos tres años, y el volumen de salida y exportación de cada enlace será considerable. Por lo tanto, se estima que de 2022 a 2025, la cantidad de polisilicio utilizada para procesar y producir productos posteriores y exportarse en el extranjero aumentará gradualmente. Se estima restando la producción en el extranjero de la demanda de polisilicio en el extranjero. En 2025, se estimará que Polysilicon producido en productos aguas abajo exportará 583,000 toneladas a países extranjeros de China
4, Resumen y perspectiva
La demanda global de polisilicio se concentra principalmente en el campo fotovoltaico, y la demanda en el campo de semiconductores no es un orden de magnitud. La demanda de polisilicio es impulsada por instalaciones fotovoltaicas, y se transmite gradualmente a Polisilicon a través del enlace de módulos fotovoltaicos-celo-celo, generando demanda para él. En el futuro, con la expansión de la capacidad instalada fotovoltaica global, la demanda de Polisilicon es generalmente optimista. Optimista, China y las instalaciones fotovoltaicas recién aumentadas en el extranjero que causan la demanda de polisilicio en 2025 serán 36.96GW y 73.93GW respectivamente, y la demanda en condiciones conservadoras también alcanzará 30.24GW y 60.49GW respectivamente. En 2021, la oferta y la demanda global de Polysilicon serán apretados, lo que resultará en altos precios mundiales de Polysilicon. Esta situación puede continuar hasta 2022, y gradualmente girar a la etapa de la oferta suelta después de 2023. En la segunda mitad de 2020, el impacto de la epidemia comenzó a debilitarse, y la expansión de producción aguas abajo impulsó la demanda de Polysilicon, y algunas compañías líderes planearon expandir la producción. Sin embargo, el ciclo de expansión de más de un año y medio resultó en la liberación de la capacidad de producción a fines de 2021 y 2022, lo que resulta en un aumento del 4.24% en 2021. Hay una brecha de suministro de 10,000 toneladas, por lo que los precios han aumentado considerablemente. Se predice que en 2022, en las condiciones optimistas y conservadoras de la capacidad instalada fotovoltaica, la brecha de oferta y demanda será de -156,500 toneladas y 2.400 toneladas respectivamente, y la oferta general aún estará en un estado de relativamente escasez. En 2023 y más allá, los nuevos proyectos que comenzaron la construcción a fines de 2021 y principios de 2022 comenzarán la producción y lograrán un aumento en la capacidad de producción. La oferta y la demanda se aflojarán gradualmente, y los precios pueden estar bajo presión a la baja. En el seguimiento, se debe prestar atención al impacto de la guerra rusa-ucraniana en el patrón de energía global, que puede cambiar el plan global de la capacidad fotovoltaica recién instalada, lo que afectará la demanda de polisilicio.
(Este artículo es solo para la referencia de los clientes de UrbanMines y no representa ningún asesoramiento de inversión）