1, Кінцевий попит на фотоелектричну енергетику: попит на встановлену потужність фотоелектричної енергії високий, а попит на полікремній змінюється відповідно до прогнозу встановленої потужності.
1.1. Споживання полікремнію: глобальнеобсяг споживання неухильно зростає, головним чином для фотоелектричної генерації електроенергії
Останні десять років, глобальніполікремнійспоживання продовжувало зростати, а частка Китаю продовжувала збільшуватися, головним чином завдяки фотоелектричній промисловості. З 2012 по 2021 рік світове споживання полікремнію загалом демонструвало тенденцію до зростання, піднявшись з 237 000 тонн до приблизно 653 000 тонн. У 2018 році в Китаї було запроваджено нову політику 531 фотоелектричної енергії, яка явно зменшила ставку субсидій для виробництва фотоелектричної енергії. Щойно встановлена фотоелектрична потужність впала на 18% порівняно з минулим роком, що вплинуло на попит на полікремній. Починаючи з 2019 року, держава запровадила низку стратегій для сприяння парності фотоелектричної мережі. Зі швидким розвитком фотоелектричної промисловості попит на полікремній також увійшов у період швидкого зростання. Протягом цього періоду частка споживання полікремнію Китаєм у загальному світовому споживанні продовжувала зростати з 61,5% у 2012 році до 93,9% у 2021 році, в основному через стрімкий розвиток фотоелектричної промисловості Китаю. З точки зору глобальної моделі споживання різних типів полікремнію в 2021 році, кремнієві матеріали, що використовуються для фотоелектричних елементів, становитимуть щонайменше 94%, з яких сонячний полікремній і гранульований кремній становлять 91% і 3% відповідно, тоді як полікремній електронного класу, який можна використовувати для мікросхем, становить 94%. Співвідношення становить 6%, що свідчить про те, що в поточному попиті на полікремній переважає фотоелектрична енергетика. Очікується, що з потеплінням політики подвійного вуглецю попит на встановлену фотоелектричну потужність зросте, а споживання та частка полікремнію сонячного класу продовжуватимуть збільшуватися.
1.2. Кремнієва пластина: монокристалічна кремнієва пластина займає мейнстрім, і безперервна технологія Чохральського швидко розвивається
Прямий вихідний зв’язок із полікремнієм – це кремнієві пластини, і наразі Китай домінує на світовому ринку кремнієвих пластин. З 2012 по 2021 рік глобальні та китайські потужності та обсяги виробництва кремнієвих пластин продовжували збільшуватися, а фотоелектрична промисловість продовжувала розвиватися. Кремнієві пластини служать мостом, що з’єднує кремнієві матеріали та батареї, і немає навантаження на виробничі потужності, тому це продовжує залучати велику кількість компаній до входу в галузь. У 2021 році китайські виробники кремнієвих пластин значно розширилисявиробництвапотужність до 213,5 ГВт, що призвело до зростання глобального виробництва кремнієвих пластин до 215,4 ГВт. Згідно з існуючими та нещодавно збільшеними виробничими потужностями в Китаї, очікується, що річні темпи зростання становитимуть 15-25% протягом наступних кількох років, а виробництво вафель у Китаї все ще зберігатиме абсолютне домінуюче становище у світі.
З полікристалічного кремнію можна зробити злитки полікристалічного кремнію або стрижні з монокристалічного кремнію. Процес виробництва злитків полікристалічного кремнію в основному включає метод лиття та метод прямого плавлення. В даний час другий тип є основним методом, і рівень втрат в основному підтримується на рівні близько 5%. Метод лиття полягає в тому, щоб спочатку розплавити кремнієвий матеріал у тиглі, а потім відлити його в інший попередньо нагрітий тигель для охолодження. Контролюючи швидкість охолодження, полікристалічний кремнієвий злиток відливається за технологією спрямованого затвердіння. Процес гарячого плавлення методу прямого плавлення такий самий, як і метод лиття, при якому полікремній спочатку безпосередньо плавиться в тиглі, але етап охолодження відрізняється від методу лиття. Незважаючи на те, що ці два методи дуже схожі за своєю природою, для методу прямого плавлення потрібен лише один тигель, а вироблений полікремнієвий продукт має хорошу якість, що сприяє зростанню злитків полікристалічного кремнію з кращою орієнтацією, а процес зростання простий. автоматизувати, що може зробити внутрішнє положення кристала зменшення помилок. В даний час провідні підприємства промисловості матеріалів для сонячної енергетики зазвичай використовують метод прямого плавлення для виготовлення зливків полікристалічного кремнію, а вміст вуглецю та кисню є відносно низьким, який контролюється нижче 10 ppma та 16 ppma. У майбутньому у виробництві злитків полікристалічного кремнію все ще домінуватиме метод прямого плавлення, а рівень втрат залишатиметься на рівні близько 5% протягом п’яти років.
Виробництво монокристалічних кремнієвих стрижнів в основному базується на методі Чохральського, доповненому методом плавлення вертикальної суспензійної зони, і продукти, вироблені цими двома методами, мають різне використання. Метод Чохральського використовує стійкість графіту для нагрівання полікристалічного кремнію в кварцовому тиглі високої чистоти в прямотрубній термічній системі, щоб розплавити його, потім вставити затравковий кристал на поверхню розплаву для плавлення та обертати затравковий кристал, перевертаючи його. тигель. , затравковий кристал повільно піднімається вгору, і монокристалічний кремній виходить за допомогою процесів затравки, посилення, обертання плечей, зростання рівного діаметра та обробки. Метод плавлення з вертикальною плаваючою зоною передбачає фіксацію стовпчастого високочистого полікристалічного матеріалу в камері печі, повільне переміщення металевої котушки вздовж полікристалічної довжини та проходження крізь стовпчастий полікристал, а також пропускання високопотужного радіочастотного струму в металі. котушка для виготовлення Частина внутрішньої частини полікристалічної котушки стовпа плавиться, і після переміщення котушки розплав рекристалізується, утворюючи монокристал. Через різні виробничі процеси існують відмінності у виробничому обладнанні, собівартості виробництва та якості продукції. В даний час продукти, отримані методом зонної плавки, мають високу чистоту і можуть бути використані для виготовлення напівпровідникових приладів, а метод Чохральського відповідає умовам отримання монокристалічного кремнію для фотоелементів і має меншу вартість, тому є основний метод. У 2021 році частка ринку методу прямого витягування становить близько 85%, і очікується, що вона дещо збільшиться в наступні кілька років. Очікується, що частка ринку в 2025 і 2030 роках становитиме 87% і 90% відповідно. З точки зору районної плавки монокристалічного кремнію промислова концентрація районної плавки монокристалічного кремнію є відносно високою у світі. придбання), TOPSIL (Данія). У майбутньому масштаб виробництва розплавленого монокристалічного кремнію істотно не збільшиться. Причина полягає в тому, що пов’язані з Китаєм технології є відносно відсталими порівняно з Японією та Німеччиною, особливо потужність обладнання для високочастотного нагріву та умови процесу кристалізації. Технологія плавленого монокристалу кремнію в області великого діаметру вимагає від китайських підприємств продовжувати дослідження самостійно.
Метод Чохральського можна розділити на технологію безперервного витягування кристалів (CCZ) і технологію повторного витягування кристалів (RCZ). Наразі основним методом у галузі є RCZ, який перебуває на етапі переходу від RCZ до CCZ. Етапи витягування та подачі монокристалів RZC не залежать один від одного. Перед кожним витягуванням монокристалічний злиток повинен бути охолоджений і видалений у затворній камері, тоді як CCZ може здійснювати подачу та плавлення під час витягування. RCZ є відносно зрілим, і в майбутньому мало можливостей для технологічного вдосконалення; в той час як CCZ має переваги зниження витрат і підвищення ефективності, і знаходиться на стадії швидкого розвитку. З точки зору вартості, порівняно з RCZ, який займає близько 8 годин, перш ніж витягнути один стрижень, CCZ може значно підвищити ефективність виробництва, зменшити вартість тигля та енергоспоживання шляхом усунення цього кроку. Загальна продуктивність однієї печі більш ніж на 20% вище, ніж у RCZ. Собівартість виробництва більш ніж на 10% нижча, ніж RCZ. З точки зору ефективності, CCZ може завершити витягування 8-10 монокристалічних кремнієвих стрижнів протягом життєвого циклу тигля (250 годин), тоді як RCZ може виконати лише близько 4, а ефективність виробництва може бути збільшена на 100-150% . З точки зору якості, CCZ має більш рівномірний питомий опір, нижчий вміст кисню та повільніше накопичення металевих домішок, тому він більше підходить для приготування монокристалічних кремнієвих пластин n-типу, які також знаходяться в періоді швидкого розвитку. В даний час деякі китайські компанії оголосили, що вони мають технологію CCZ, і маршрут гранульованого кремнію-CCZ-n-типу монокристалічних кремнієвих пластин був в основному зрозумілим, і навіть почали використовувати 100% гранульовані кремнієві матеріали. . У майбутньому CCZ в основному замінить RCZ, але для цього знадобиться певний процес.
Процес виробництва монокристалічних кремнієвих пластин розділений на чотири етапи: витягування, нарізка, нарізка, очищення та сортування. Поява методу нарізки алмазним дротом значно знизила рівень втрат при нарізанні. Процес витягування кристалів був описаний вище. Процес нарізки включає операції усікання, квадратної форми та зняття фаски. Нарізка полягає у використанні різальної машини для нарізання стовпчастого кремнію на кремнієві пластини. Очищення та сортування є останніми етапами виробництва кремнієвих пластин. Метод нарізки алмазного дроту має очевидні переваги перед традиційним методом нарізання дроту з розчину, що в основному відображається в короткому витраті часу та низьких втратах. Швидкість алмазного дроту в п’ять разів перевищує швидкість традиційного різання. Наприклад, для різання однієї пластини традиційне різання розчину займає близько 10 годин, а різання алмазного дроту займає лише близько 2 годин. Втрати при різанні алмазним дротом також відносно невеликі, а пошкоджений шар, спричинений різанням алмазним дротом, менший, ніж при різанні розчином, що сприяє різанню тонших кремнієвих пластин. В останні роки, щоб зменшити втрати при різанні та витрати на виробництво, компанії звернулися до методів нарізки алмазного дроту, а діаметр шин алмазного дроту стає все меншим. У 2021 році діаметр алмазної дротяної шини становитиме 43-56 мкм, а діаметр алмазної дротяної шини, яка використовується для монокристалічних кремнієвих пластин, значно зменшиться та продовжуватиме зменшуватися. За оцінками, у 2025 і 2030 роках діаметри алмазних дротяних шин, які використовуються для різання монокристалічних кремнієвих пластин, становитимуть 36 мкм і 33 мкм відповідно, а діаметри алмазних дротяних шин, які використовуються для різання полікристалічних кремнієвих пластин, становитиме 51 мкм. та 51 мкм відповідно. Це пов’язано з тим, що в полікристалічних кремнієвих пластинах є багато дефектів і домішок, а тонкі дроти схильні до поломки. Таким чином, діаметр шини алмазного дроту, який використовується для різання полікристалічних кремнієвих пластин, більший, ніж у монокристалічних кремнієвих пластин, і оскільки частка ринку полікристалічних кремнієвих пластин поступово зменшується, вона використовується для полікристалічного кремнію. Зменшення діаметра алмазу дротяні шини, розрізані шматочками, сповільнилися.
В даний час кремнієві пластини в основному поділяються на два типи: полікристалічні кремнієві пластини та монокристалічні кремнієві пластини. Монокристалічні кремнієві пластини мають такі переваги, як тривалий термін служби та висока ефективність фотоелектричного перетворення. Полікристалічні кремнієві пластини складаються з кристалічних зерен з різною орієнтацією кристалічної площини, тоді як монокристалічні кремнієві пластини виготовляються з полікристалічного кремнію як сировини та мають однакову кристалічну площину. За зовнішнім виглядом полікристалічні кремнієві пластини та монокристалічні кремнієві пластини бувають синьо-чорними та чорно-коричневими. Оскільки обидва вирізані зі зливків полікристалічного кремнію та монокристалічних кремнієвих стрижнів відповідно, форми квадратні та квазіквадратні. Термін служби полікристалічних кремнієвих пластин і монокристалічних кремнієвих пластин становить близько 20 років. Якщо спосіб упаковки та середовище використання є відповідними, термін служби може досягати більше 25 років. Загалом термін служби монокристалічних кремнієвих пластин трохи довший, ніж полікристалічних кремнієвих пластин. Крім того, монокристалічні кремнієві пластини також трохи кращі за ефективністю фотоелектричного перетворення, а їх щільність дислокацій і металеві домішки набагато менші, ніж у полікристалічних кремнієвих пластинах. Сукупна дія різних факторів робить час життя неосновних носіїв заряду монокристалів у десятки разів вищим, ніж у пластин полікристалічного кремнію. Тим самим демонструючи перевагу ефективності перетворення. У 2021 році найвища ефективність перетворення полікристалічних кремнієвих пластин становитиме близько 21%, а монокристалічних кремнієвих пластин досягне 24,2%.
Окрім тривалого терміну служби та високої ефективності перетворення, монокристалічні кремнієві пластини також мають перевагу тонкості, що сприяє зменшенню споживання кремнію та вартості кремнієвих пластин, але зверніть увагу на збільшення швидкості фрагментації. Потоншення кремнієвих пластин допомагає знизити витрати на виробництво, і поточний процес нарізки може повністю задовольнити потреби у зрідженні, але товщина кремнієвих пластин також повинна відповідати потребам подальшого виробництва елементів і компонентів. Загалом товщина кремнієвих пластин останнім часом зменшується, і товщина полікристалічних кремнієвих пластин значно більша, ніж монокристалічних кремнієвих пластин. Монокристалічні кремнієві пластини далі поділяються на кремнієві пластини n-типу та кремнієві пластини p-типу, тоді як кремнієві пластини n-типу в основному включають використання батареї TOPCon та використання батареї HJT. У 2021 році середня товщина полікристалічних кремнієвих пластин становить 178 мкм, і відсутність попиту в майбутньому змусить їх продовжувати тоншати. Таким чином, прогнозується, що товщина трохи зменшиться з 2022 по 2024 рік, і товщина залишиться на рівні приблизно 170 мкм після 2025 року; середня товщина монокристалічних кремнієвих пластин p-типу становить близько 170 мкм, і очікується, що вона знизиться до 155 мкм і 140 мкм у 2025 і 2030 роках. Серед монокристалічних кремнієвих пластин n-типу товщина кремнієвих пластин, які використовуються для комірок HJT, становить приблизно 150 мкм, а середня товщина кремнієвих пластин n-типу, що використовуються для елементів TOPCon, становить 165 мкм. 135 мкм.
Крім того, виробництво полікристалічних кремнієвих пластин споживає більше кремнію, ніж монокристалічних кремнієвих пластин, але етапи виробництва відносно прості, що забезпечує економічні переваги для полікристалічних кремнієвих пластин. Полікристалічний кремній, як загальна сировина для полікристалічних кремнієвих пластин і монокристалічних кремнієвих пластин, має різне споживання у виробництві обох, що пов’язано з відмінностями в чистоті та етапах виробництва обох. У 2021 році споживання кремнію полікристалічного зливка становить 1,10 кг/кг. Очікується, що обмежені інвестиції в дослідження та розробки призведуть до невеликих змін у майбутньому. Споживання кремнію тягою становить 1,066 кг/кг, і є певний простір для оптимізації. Очікується, що у 2025 і 2030 роках він складе 1,05 кг/кг і 1,043 кг/кг відповідно. У процесі витягування монокристалів зменшення споживання кремнію тяговим стрижнем може бути досягнуто шляхом зменшення втрат від очищення та дроблення, суворого контролю виробничого середовища, зменшення частки праймерів, покращення контролю точності та оптимізації класифікації. і технологія обробки деградованих кремнієвих матеріалів. Хоча споживання кремнію для полікристалічних кремнієвих пластин є високим, вартість виробництва полікристалічних кремнієвих пластин є відносно високою, оскільки полікристалічні кремнієві злитки виготовляються шляхом лиття гарячого плавлення, тоді як монокристалічні кремнієві злитки зазвичай виготовляються шляхом повільного росту в монокристалічних печах Чохральського, яка споживає відносно високу потужність. Низький. У 2021 році середня вартість виробництва монокристалічних кремнієвих пластин становитиме близько 0,673 юаня/Вт, а полікристалічних кремнієвих пластин — 0,66 юанів/Вт.
Оскільки товщина кремнієвої пластини зменшується, а діаметр алмазної дротяної шини зменшується, вихід кремнієвих стрижнів/зливків однакового діаметру на кілограм буде збільшуватися, а кількість монокристалічних кремнієвих стрижнів однакової ваги буде більшою, ніж це злитків полікристалічного кремнію. Що стосується потужності, потужність, яку використовує кожна кремнієва пластина, залежить від типу та розміру. У 2021 році випуск монокристалічних квадратних прутків p-типу розміром 166 мм становить близько 64 штук на кілограм, а випуск полікристалічних квадратних зливків – близько 59 штук. Серед монокристалічних кремнієвих пластин p-типу вихід монокристалічних квадратних стрижнів розміром 158,75 мм становить близько 70 штук на кілограм, вихід монокристалічних квадратних стрижнів p-типу розміром 182 мм становить близько 53 штук на кілограм, а вихід p монокристалічних стрижнів розміром 210 мм на кілограм приблизно 53 шт. Вихід квадратного бруса близько 40 штук. З 2022 по 2030 рік безперервне потоншення кремнієвих пластин, безсумнівно, призведе до збільшення кількості кремнієвих стрижнів/зливків такого ж об’єму. Менший діаметр шини з алмазним дротом і середній розмір частинок також допоможуть зменшити втрати при різанні, тим самим збільшуючи кількість вироблених пластин. кількість. За оцінками, у 2025 і 2030 роках випуск монокристалічних квадратних стрижнів p-типу розміром 166 мм становить приблизно 71 і 78 штук на кілограм, а випуск полікристалічних квадратних зливків становить приблизно 62 і 62 штуки, що пов’язано з низьким ринком частка пластин полікристалічного кремнію Важко викликати значний технічний прогрес. Існують відмінності в потужності різних типів і розмірів кремнієвих пластин. Згідно з даними оголошення, середня потужність кремнієвих пластин діаметром 158,75 мм становить близько 5,8 Вт/шт., середня потужність кремнієвих пластин розміром 166 мм становить близько 6,25 Вт/шт., а середня потужність кремнієвих пластин діаметром 182 мм становить близько 6,25 Вт/шт. . Середня потужність кремнієвої пластини розміру становить близько 7,49 Вт/шт., а середня потужність кремнієвої пластини розміром 210 мм становить приблизно 10 Вт/шт.
Останніми роками кремнієві пластини поступово розвиваються в напрямку великих розмірів, і великий розмір сприяє збільшенню потужності одного чіпа, тим самим зменшуючи вартість некремнієвих елементів. Однак при регулюванні розміру кремнієвих пластин також необхідно враховувати питання відповідності та стандартизації вгорі та внизу, особливо проблеми з навантаженням і високим струмом. Зараз на ринку існує два табори щодо майбутнього напрямку розвитку розміру кремнієвих пластин, а саме розміру 182 мм і розміру 210 мм. Пропозиція 182 мм в основному з точки зору вертикальної промислової інтеграції, заснованої на розгляді встановлення та транспортування фотоелектричних елементів, потужності та ефективності модулів, а також синергії між вищим та нижнім потоками; тоді як 210 мм в основному з точки зору вартості виробництва та вартості системи. Випуск 210-міліметрових кремнієвих пластин збільшився більш ніж на 15% у процесі витягування прутка в одній печі, витрати на виробництво батареї були зменшені приблизно на 0,02 юаня/Вт, а загальна вартість будівництва електростанції зменшилася приблизно на 0,1 юаня/ В. Очікується, що протягом наступних кількох років кремнієві пластини розміром менше 166 мм будуть поступово ліквідовані; Проблеми узгодження 210-міліметрових кремнієвих пластин вгорі та внизу будуть поступово ефективно вирішені, а вартість стане більш важливим фактором, що впливає на інвестиції та виробництво підприємств. Таким чином, частка ринку кремнієвих пластин 210 мм буде збільшуватися. Рівномірний підйом; 182-мм кремнієва пластина стане основним розміром на ринку завдяки своїм перевагам у вертикально інтегрованому виробництві, але з проривним розвитком технології нанесення кремнієвої пластини 210 мм 182 мм поступиться їй. Крім того, кремнієві пластини більшого розміру важко широко використовувати на ринку в найближчі кілька років, оскільки витрати на оплату праці та ризик монтажу кремнієвих пластин великого розміру значно зростуть, що важко компенсувати економія виробничих і системних витрат. . У 2021 році розміри кремнієвих пластин на ринку включали 156,75 мм, 157 мм, 158,75 мм, 166 мм, 182 мм, 210 мм тощо. Серед них розміри 158,75 мм і 166 мм становили 50% від загальної кількості, а розміри 156,75 мм знизився до 5%, які будуть поступово замінюватися в майбутньому; 166 мм — це найбільше рішення, яке можна оновити для існуючої лінії виробництва акумуляторів, що стане найбільшим розміром за останні два роки. З точки зору розміру переходу, очікується, що частка ринку становитиме менше 2% у 2030 році; сукупний розмір 182 мм і 210 мм становитиме 45% у 2021 році, і частка ринку швидко зросте в майбутньому. Очікується, що загальна частка ринку в 2030 році перевищить 98%.
Останніми роками ринкова частка монокристалічного кремнію продовжує зростати, і він зайняв основну позицію на ринку. З 2012 по 2021 рік частка монокристалічного кремнію зросла з менш ніж 20% до 93,3%, що є значним збільшенням. У 2018 році кремнієві пластини на ринку в основному являють собою полікристалічні кремнієві пластини, що становлять понад 50%. Основна причина полягає в тому, що технічні переваги монокристалічних кремнієвих пластин не можуть покрити недоліки вартості. З 2019 року, оскільки ефективність фотоелектричного перетворення монокристалічних кремнієвих пластин значно перевищила ефективність полікристалічних кремнієвих пластин, а вартість виробництва монокристалічних кремнієвих пластин продовжувала знижуватися з технологічним прогресом, частка ринку монокристалічних кремнієвих пластин продовжувала збільшуватися, ставши мейнстрім на ринку. продукт. Очікується, що частка монокристалічних кремнієвих пластин сягне приблизно 96% у 2025 році, а частка ринку монокристалічних кремнієвих пластин досягне 97,7% у 2030 році. (Джерело звіту: Future Think Tank)
1.3. Батареї: батареї PERC домінують на ринку, а розробка батарей n-типу підвищує якість продукції
Проміжна ланка ланцюга фотоелектричної промисловості включає фотоелектричні елементи та модулі фотоелектричних елементів. Переробка кремнієвих пластин у елементи є найважливішим кроком у реалізації фотоелектричного перетворення. Для обробки звичайної комірки з кремнієвої пластини потрібно близько семи кроків. По-перше, помістіть кремнієву пластину в фтористоводневу кислоту, щоб створити пірамідоподібну замшеву структуру на її поверхні, тим самим зменшуючи відбивну здатність сонячного світла та збільшуючи поглинання світла; другий — фосфор дифундує на поверхні однієї сторони кремнієвої пластини, утворюючи PN-перехід, і його якість безпосередньо впливає на ефективність елемента; третій - видалити PN-перехід, утворений на стороні кремнієвої пластини під час стадії дифузії, щоб запобігти короткому замиканню комірки; Шар плівки нітриду кремнію покритий стороною, де утворюється PN-перехід, щоб зменшити відбиття світла та в той же час підвищити ефективність; п’ятий — надрукувати металеві електроди на передній і задній сторонах кремнієвої пластини для збору неосновних носіїв, що генеруються фотоелектричними елементами; Схема, надрукована на етапі друку, спекається та формується, і вона інтегрується з кремнієвою пластиною, тобто елементом; нарешті, клітини з різною ефективністю класифікуються.
Кристалічні кремнієві елементи зазвичай виготовляються з кремнієвих пластин як підкладок і можуть бути розділені на елементи p-типу та n-типу відповідно до типу кремнієвих пластин. Серед них клітини n-типу мають вищу ефективність перетворення і в останні роки поступово витісняють клітини p-типу. Кремнієві пластини P-типу виготовляються шляхом легування кремнію бором, а кремнієві пластини n-типу виготовляються з фосфору. Таким чином, концентрація елемента бору в кремнієвій пластині n-типу нижча, тим самим перешкоджаючи зв’язуванню бор-кисневих комплексів, покращуючи час життя неосновних носіїв кремнієвого матеріалу, і в той же час немає фотоіндукованого загасання в акумуляторі. Крім того, неосновними носіями n-типу є дірки, неосновними носіями p-типу є електрони, а поперечний переріз захоплення більшості домішкових атомів для дірок менший, ніж у електронів. Таким чином, час життя неосновних носіїв заряду елемента n-типу вищий, а коефіцієнт фотоелектричного перетворення вищий. Згідно з лабораторними даними, верхня межа ефективності перетворення клітин p-типу становить 24,5%, а ефективність перетворення клітин n-типу - до 28,7%, тому клітини n-типу представляють напрямок розвитку технології майбутнього. У 2021 році осередки n-типу (в основному включаючи гетероперехідні осередки та осередки TOPCon) мають відносно високу вартість, а масштаб масового виробництва все ще невеликий. Поточна частка ринку становить близько 3%, що в основному таке ж, як у 2020 році.
У 2021 році ефективність перетворення клітин n-типу буде значно покращена, і очікується, що в наступні п’ять років буде більше можливостей для технологічного прогресу. У 2021 році у великомасштабному виробництві монокристалічних елементів p-типу буде використовуватися технологія PERC, а середня ефективність перетворення досягне 23,1%, що на 0,3 відсоткових пункти більше, ніж у 2020 році; ефективність перетворення елементів з полікристалічного чорного кремнію за технологією PERC сягне 21,0% порівняно з 2020 роком. Щорічне збільшення на 0,2 процентних пункти; підвищення ефективності звичайних полікристалічних чорних кремнієвих осередків є незначним, ефективність перетворення в 2021 році становитиме близько 19,5%, лише на 0,1 відсоткового пункту вище, а простір для підвищення ефективності в майбутньому обмежений; середня ефективність перетворення зливкових монокристалічних елементів PERC становить 22,4%, що на 0,7 процентних пунктів нижче, ніж у монокристалічних елементів PERC; середня ефективність перетворення осередків TOPCon n-типу досягає 24%, а середня ефективність перетворення осередків гетеропереходу досягає 24,2%, обидва вони були значно покращені порівняно з 2020 роком, а середня ефективність перетворення осередків IBC досягає 24,2%. З розвитком технологій у майбутньому технології акумуляторів, такі як TBC і HBC, також можуть продовжувати розвиватися. У майбутньому, зі зниженням собівартості виробництва та підвищенням продуктивності, акумулятори n-типу стануть одним із основних напрямків розвитку акумуляторної технології.
З точки зору технології акумуляторних батарей, ітераційне оновлення технології акумуляторів в основному проходило через BSF, PERC, TOPCon на основі вдосконалення PERC і HJT, нову технологію, яка руйнує PERC; TOPCon можна додатково поєднати з IBC, щоб сформувати TBC, а HJT також можна поєднати з IBC, щоб стати HBC. Монокристалічні клітини P-типу в основному використовують технологію PERC, полікристалічні клітини p-типу включають клітини з полікристалічного чорного кремнію та монокристалічні клітини злитків, останній відноситься до додавання монокристалічних затравкових кристалів на основі звичайного процесу полікристалічного зливка, спрямованого затвердіння, після чого формується квадратний кремнієвий злиток, а кремнієва пластина, змішана з монокристалом і полікристалом, виготовляється за допомогою серії процесів обробки. Оскільки він, по суті, використовує полікристалічний спосіб отримання, він включений до категорії полікристалічних клітин p-типу. Комірки n-типу в основному включають монокристалічні клітини TOPCon, монокристалічні клітини HJT і монокристалічні клітини IBC. У 2021 році на нових лініях масового виробництва як і раніше домінуватимуть лінії виробництва клітин PERC, а частка ринку клітин PERC зросте до 91,2%. Оскільки попит на продукцію для зовнішніх і побутових проектів зосередився на високоефективних продуктах, частка ринку акумуляторів BSF впаде з 8,8% до 5% у 2021 році.
1.4. Модулі: основну частину складають вартість осередків, а потужність модулів залежить від осередків
Етапи виробництва фотоелектричних модулів в основному включають з’єднання та ламінування елементів, а елементи становлять основну частину загальної вартості модуля. Оскільки струм і напруга окремої комірки дуже малі, комірки повинні бути з’єднані між собою шинами. Тут вони з’єднані послідовно, щоб підвищити напругу, а потім з’єднані паралельно, щоб отримати високий струм, а потім фотоелектричне скло, EVA або POE, лист батареї, EVA або POE, задній лист запечатуються та термопресуються в певному порядку. і, нарешті, захищений алюмінієвою рамою та силіконовим ущільнювальним краєм. З точки зору структури витрат на виробництво компонентів, витрати на матеріали становлять 75%, займаючи основну позицію, за якою йдуть виробничі витрати, витрати на виконання та витрати на оплату праці. Вартість матеріалів визначається вартістю клітин. Згідно з оголошеннями багатьох компаній, осередки становлять близько 2/3 загальної вартості фотомодулів.
Фотоелектричні модулі зазвичай поділяються за типом осередку, розміром і кількістю. Існують відмінності в потужності різних модулів, але всі вони знаходяться в стадії наростання. Потужність є ключовим показником фотоелектричних модулів, що відображає здатність модуля перетворювати сонячну енергію в електрику. Зі статистики потужності різних типів фотоелектричних модулів видно, що коли розмір і кількість комірок у модулі однакові, потужність модуля становить монокристал n-типу > монокристал p-типу > полікристалічний; Чим більше розмір і кількість, тим більше потужність модуля; для монокристалічних модулів TOPCon і гетероперехідних модулів однакової специфікації потужність останніх більша, ніж у перших. Згідно з прогнозом CPIA, у найближчі кілька років потужність модулів буде збільшуватися на 5-10 Вт на рік. Крім того, упаковка модуля призведе до певних втрат потужності, в основному включаючи оптичні та електричні втрати. Перше спричинене пропусканням і оптичною невідповідністю пакувальних матеріалів, таких як фотоелектричне скло та EVA, а останнє в основному відноситься до використання сонячних батарей у послідовності. Втрати в ланцюзі, спричинені опором зварювальної стрічки та самої шини, а також втрати неузгодженості струму, спричинені паралельним з’єднанням комірок, загальні втрати потужності обох складають приблизно 8%.
1.5. Фотоелектрична встановлена потужність: політика різних країн, очевидно, керується, і є величезний простір для нової встановленої потужності в майбутньому
Світ фактично досяг консенсусу щодо чистих нульових викидів відповідно до цілі захисту навколишнього середовища, і економіка накладених фотоелектричних проектів поступово з’явилася. Країни активно вивчають розвиток виробництва енергії з відновлюваних джерел. В останні роки країни по всьому світу взяли на себе зобов’язання скоротити викиди вуглецю. Більшість основних джерел викидів парникових газів сформулювали відповідні цілі щодо використання відновлюваної енергії, і встановлена потужність відновлюваної енергії є величезною. Базуючись на цільовому контролі температури 1,5 ℃, IRENA прогнозує, що глобальна встановлена потужність відновлюваної енергії досягне 10,8 ТВт у 2030 році. Крім того, згідно з даними WOODMac, рівень вартості електроенергії (LCOE) виробництва сонячної енергії в Китаї, Індії, Сполучених Штатів та інших країн вже нижча, ніж найдешевша викопна енергія, і в майбутньому буде знижуватися. Активне просування політики в різних країнах та економіка фотоелектричної генерації електроенергії призвела до постійного зростання сукупної встановленої потужності фотоелектричної енергії в світі та Китаї в останні роки. З 2012 по 2021 рік сукупна встановлена потужність фотоелектричних систем у світі зросте з 104,3 ГВт до 849,5 ГВт, а сукупна встановлена потужність фотоелектричних систем у Китаї зросте з 6,7 ГВт до 307 ГВт, збільшившись більш ніж у 44 рази. Крім того, нещодавно встановлена фотоелектрична потужність Китаю становить понад 20% від загальної встановленої потужності у світі. У 2021 році нові фотоелектричні потужності Китаю становлять 53 ГВт, що становить близько 40% нововстановлених потужностей у світі. Головним чином це пов’язано з рясним і рівномірним розподілом ресурсів легкої енергії в Китаї, добре розвиненою вгору та вниз за течією, а також сильною підтримкою національної політики. Протягом цього періоду Китай відігравав величезну роль у виробництві фотоелектричної енергії, а сукупна встановлена потужність становила менше 6,5%. підскочив до 36,14%.
Грунтуючись на наведеному вище аналізі, CPIA дав прогноз щодо нового збільшення фотоелектричних установок з 2022 по 2030 рік у всьому світі. За оцінками як за оптимістичних, так і для консервативних умов, глобальна нова встановлена потужність у 2030 році становитиме 366 і 315 ГВт відповідно, а нова встановлена потужність Китаю становитиме 128, 105 ГВт. Нижче ми спрогнозуємо попит на полікремній на основі щорічних нових потужностей.
1.6. Прогноз попиту на полікремній для фотоелектричних систем
З 2022 по 2030 рік можна спрогнозувати попит на полікремній для фотоелектричних систем на основі прогнозу CPIA щодо нещодавно збільшеного глобального фотоелектричного обладнання як за оптимістичним, так і за консервативним сценаріями. Елементи є ключовим кроком для реалізації фотоелектричного перетворення, а кремнієві пластини є основною сировиною для елементів і прямою ланкою після полікремнію, тому це важлива частина прогнозування попиту на полікремній. Зважена кількість штук на кілограм кремнієвих стрижнів і злитків може бути розрахована на основі кількості штук на кілограм і частки ринку кремнієвих стрижнів і зливків. Тоді, відповідно до потужності та частки ринку кремнієвих пластин різних розмірів, можна отримати зважену потужність кремнієвих пластин, а потім можна оцінити необхідну кількість кремнієвих пластин відповідно до нововстановленої фотоелектричної потужності. Потім вагу необхідних кремнієвих стрижнів і зливків можна отримати відповідно до кількісного співвідношення між кількістю кремнієвих пластин і зваженою кількістю кремнієвих стрижнів і кремнієвих зливків на кілограм. Крім того, у поєднанні зі зваженим споживанням кремнію для кремнієвих стрижнів/кремнієвих злитків можна остаточно отримати попит на полікремній для нововстановлених фотоелектричних потужностей. Згідно з результатами прогнозу, світовий попит на полікремній для нових фотоелектричних установок протягом останніх п’яти років продовжить зростати, досягнувши піку в 2027 році, а потім трохи знизиться в наступні три роки. За оцінками, за оптимістичних і консервативних умов у 2025 році світовий річний попит на полікремній для фотоелектричних установок становитиме 1 108 900 тонн і 907 800 тонн відповідно, а світовий попит на полікремній для фотоелектричних застосувань у 2030 році становитиме 1 042 100 тонн за оптимістичних і консервативних умов. . , 896 900 тонн. Згідно з Китаємчастка глобальної встановленої фотоелектричної потужності,Попит Китаю на полікремній для фотоелектричного використання в 2025 роціочікується, що 369 600 тонн і 302 600 тонн відповідно за оптимістичних і консервативних умов, і 739 300 тонн і 605 200 тонн за кордоном відповідно.
2, Кінцевий попит на напівпровідники: масштаб набагато менший, ніж попит у фотоелектричній галузі, і можна очікувати майбутнього зростання
Окрім виготовлення фотоелектричних елементів, полікремній також може використовуватися як сировина для виготовлення чіпів і використовується в області напівпровідників, яку можна розділити на виробництво автомобілів, промислової електроніки, електронних комунікацій, побутової техніки та інших галузей. Процес від полікремнію до чіпа в основному поділяється на три етапи. Спочатку полікремній витягують у злитки монокристалічного кремнію, а потім нарізають на тонкі кремнієві пластини. Кремнієві пластини виготовляються шляхом серії операцій шліфування, зняття фаски та полірування. , яка є основною сировиною заводу напівпровідників. Нарешті, кремнієва пластина розрізається та лазерно гравірується на різних схемних структурах, щоб виготовити мікросхеми з певними характеристиками. Звичайні кремнієві пластини в основному включають поліровані пластини, епітаксійні пластини та пластини SOI. Полірована пластина — це матеріал для виробництва мікросхем із високою площинністю, отриманою шляхом полірування кремнієвої пластини для видалення пошкодженого шару на поверхні, який можна безпосередньо використовувати для виготовлення мікросхем, епітаксійних пластин і кремнієвих пластин SOI. Епітаксійні пластини отримують епітаксійним вирощуванням полірованих пластин, тоді як кремнієві пластини SOI виготовляють шляхом з’єднання або іонної імплантації на полірованих підкладках пластин, і процес підготовки є відносно складним.
Завдяки попиту на полікремній у сфері напівпровідників у 2021 році в поєднанні з прогнозом агентства щодо темпів зростання напівпровідникової промисловості в наступні кілька років можна приблизно оцінити попит на полікремній у галузі напівпровідників з 2022 по 2025 рік. У 2021 році світове виробництво полікремнію електронного класу становитиме близько 6% від загального виробництва полікремнію, а полікремній сонячного класу та гранульований кремній становитимуть близько 94%. Більшість полікремнію електронного класу використовується в галузі напівпровідників, а інші полікремнії в основному використовуються у фотоелектричній промисловості. . Тому можна припустити, що кількість полікремнію, використаного в напівпровідниковій промисловості в 2021 році, становить близько 37 000 тонн. Крім того, згідно з прогнозом FortuneBusiness Insights щодо майбутніх темпів зростання напівпровідникової промисловості, попит на полікремній для використання в напівпровідниках з 2022 по 2025 рік зростатиме на 8,6% щорічно. За оцінками, у 2025 році попит на полікремнію в галузі напівпровідників становитиме близько 51 500 тонн. (Джерело звіту: Future Think Tank)
3, Імпорт та експорт полікремнію: імпорт значно перевищує експорт, причому на Німеччину та Малайзію припадає більша частка
У 2021 році близько 18,63% попиту на полікремній в Китаї буде імпортовано, а масштаби імпорту значно перевищують масштаби експорту. З 2017 по 2021 рік у структурі імпорту та експорту полікремнію домінує імпорт, що може бути пов’язано з сильним попитом на фотоелектричну промисловість, яка стрімко розвивалася в останні роки, і її попит на полікремній становить понад 94% загальний попит; Крім того, компанія ще не освоїла технологію виробництва високочистого полікремнію електронного класу, тому деякий полікремній, необхідний для індустрії інтегральних схем, все ще повинен покладатися на імпорт. Згідно з даними Silicon Industry Branch, обсяг імпорту продовжував падати в 2019 і 2020 роках. Основною причиною скорочення імпорту полікремнію в 2019 році стало значне збільшення виробничих потужностей, які зросли з 388 000 тонн у 2018 році до 452 000 тонн. у 2019 р. У той же час OCI, REC, HANWHA Деякі закордонні компанії, наприклад деякі закордонні компанії, вийшли з промисловості полікремнію через збитки, тому залежність від імпорту полікремнію набагато нижча; хоча виробничі потужності не зросли в 2020 році, вплив епідемії призвів до затримок у будівництві фотоелектричних проектів, а кількість замовлень полікремнію за той самий період зменшилася. У 2021 році фотоелектричний ринок Китаю швидко розвиватиметься, і очевидне споживання полікремнію досягне 613 000 тонн, що призведе до відновлення обсягу імпорту. За останні п’ять років обсяг чистого імпорту полікремнію в Китай становив від 90 000 до 140 000 тонн, з яких близько 103 800 тонн у 2021 році. Очікується, що обсяг чистого імпорту полікремнію в Китай залишатиметься приблизно на рівні 100 000 тонн на рік з 2022 по 2025 рік.
Китай імпортує полікремній в основному з Німеччини, Малайзії, Японії та Тайваню, Китай, і загальний імпорт із цих чотирьох країн становитиме 90,51% у 2021 році. Близько 45% імпорту полікремнію в Китай надходить з Німеччини, 26% з Малайзії, 13,5% з Японії та 6% з Тайваню. Німеччина володіє світовим полікремнієвим гігантом WACKER, який є найбільшим джерелом полікремнію за кордоном, на частку якого припадає 12,7% загальної світової виробничої потужності у 2021 році; Малайзія має велику кількість виробничих ліній полікремнію від південнокорейської компанії OCI, яка походить від оригінальної виробничої лінії в Малайзії TOKUYAMA, японської компанії, придбаної OCI. Є фабрики та деякі фабрики, які OCI перемістила з Південної Кореї до Малайзії. Причиною переїзду є те, що Малайзія надає безкоштовні заводські площі, а вартість електроенергії на третину нижча, ніж у Південній Кореї; Японія і Тайвань, Китай мають TOKUYAMA, GET та інші компанії, які займають велику частку виробництва полікремнію. місце. У 2021 році виробництво полікремнію становитиме 492 000 тонн, причому попит на нові фотоелектричні потужності та виробництво чіпів становитиме 206 400 тонн і 1500 тонн відповідно, а решта 284 100 тонн будуть використовуватися в основному для подальшої обробки та експортуватися за кордон. У низхідних ланках полікремнію переважно експортуються кремнієві пластини, комірки та модулі, серед яких експорт модулів є особливо помітним. У 2021 році було виготовлено 4,64 мільярда кремнієвих пластин і 3,2 мільярда фотоелектричних елементів.експортованийз Китаю, із загальним експортом 22,6 ГВт і 10,3 ГВт відповідно, а експорт фотоелектричних модулів становить 98,5 ГВт, з дуже незначним імпортом. З точки зору структури вартості експорту, експорт модулів у 2021 році сягне 24,61 мільярда доларів США, що становить 86%, за яким йдуть кремнієві пластини та батареї. У 2021 році світове виробництво кремнієвих пластин, фотоелементів і фотомодулів досягне 97,3%, 85,1% і 82,3% відповідно. Очікується, що глобальна фотоелектрична промисловість продовжуватиме концентруватися в Китаї протягом наступних трьох років, а обсяг виробництва та експорту кожної ланки буде значним. Таким чином, за оцінками, з 2022 по 2025 рік кількість полікремнію, який використовується для обробки та виробництва продуктів переробки та експортується за кордон, буде поступово збільшуватися. Його оцінюють шляхом віднімання закордонного виробництва від закордонного попиту на полікремній. У 2025 році полікремній, вироблений шляхом переробки в продукти подальшої течії, буде експортовано 583 000 тонн до зарубіжних країн з Китаю
4, Резюме та Outlook
Глобальний попит на полікремній в основному зосереджений у фотоелектричній сфері, а попит у сфері напівпровідників не є порядком величини. Попит на полікремній обумовлений фотоелектричними установками та поступово передається на полікремній через зв’язок фотоелектричні модулі-елемент-пластина, створюючи попит на нього. У майбутньому, із розширенням глобальної встановленої потужності фотоелектричної системи, попит на полікремній загалом оптимістичний. Оптимістично те, що в Китаї та за кордоном нещодавно зросли фотоелектричні установки, що спричиняє попит на полікремній у 2025 році, становитиме 36,96 ГВт і 73,93 ГВт відповідно, а попит за консервативних умов також досягне 30,24 ГВт і 60,49 ГВт відповідно. У 2021 році світова пропозиція та попит на полікремній будуть обмеженими, що призведе до високих світових цін на полікремній. Така ситуація може тривати до 2022 року, а після 2023 року поступово перейти до стадії слабкої пропозиції. У другій половині 2020 року вплив епідемії почав слабшати, а розширення виробництва на нижній течії спричинило попит на полікремній, і деякі провідні компанії планували розширити виробництво. Однак цикл розширення, який тривав понад півтора роки, призвів до вивільнення виробничих потужностей наприкінці 2021 і 2022 років, що призвело до зростання на 4,24% у 2021 році. Існує дефіцит пропозиції в 10 000 тонн, тому ціни зросли різко. Прогнозується, що в 2022 році, за оптимістичних і консервативних умов встановленої фотоелектричної потужності, розрив між попитом і пропозицією становитиме -156 500 тонн і 2400 тонн відповідно, а загальна пропозиція все ще перебуватиме в стані відносно нестачі. У 2023 році та в подальшому нові проекти, будівництво яких розпочато наприкінці 2021 та на початку 2022 року, розпочнуть виробництво та досягнуть нарощування виробничих потужностей. Попит і пропозиція поступово послабляться, і ціни можуть опинитися під тиском. У подальшому слід звернути увагу на вплив російсько-української війни на глобальну енергетичну структуру, яка може змінити глобальний план нововстановлених фотоелектричних потужностей, що вплине на попит на полікремній.
(Ця стаття призначена лише для довідки клієнтів UrbanMines і не містить інвестиційних порад）