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我国石英坩埚行业分析:产能尚未迅速释放 光伏领域需求量持续增长

1、石英坩埚概述

石英坩埚是由石英砂制成的容器,具有高纯度、耐高温、使用时间长等特点,目前广泛应用于半导体和光伏领域单晶硅棒的生产工艺中,是半导体硅片和光伏硅片生产过程中硅料熔融、晶体生长环节的重要耗材。在晶体生长炉中,石英坩埚作为加热容器用于直接盛放多晶硅料硅料加热熔化后经过加工形成硅棒/硅片,进一步用于下游半导体芯片、光伏电池板等产品的生产加工。

根据观研报告网发布的《中国石英坩埚行业发展深度分析与投资前景研究报告(2024-2031年)》显示,石英坩埚制作流程主要分为配料,熔融,外观处理等环节。核心工艺在于配料的配方、冷涂的均匀性及熔融过程中的自动化控制。

石英坩埚制作工序介绍

工序

主要内容

称砂配料

按照不同石英坩埚的技术包要求,准备不同型号的石英砂,并称取相应的重量密封配送至熔融车间对应的机台备用。该工序需要保证用料准确。

熔融

将石英砂按照技术要求成型至旋转模具内表面,通过电弧高温熔制成坩埚毛坯。该工序是制作石英坩埚的核心工序,直接决定了石英坩埚的纯度、强度、微气泡密度水平。

喷砂

去除熔制后坩埚毛坯的外层浮砂。通过该工序可以去除石英坩埚外表面粘附的浮砂,防止浮砂影响坩埚的拉晶性能。

外观及微气泡检测

检测石英坩埚外观及透明层微气泡状态。通过该工序可以防止外观不合格的产品流出。

切割

切割系统通过MES系统提供的数据源,按照客户规格对石英坩埚毛坯进行切割。该工序主要用于保证产品满足客户对石英坩埚的高度要求。

尺寸检查

通过传感器自动检测石英坩埚外径、厚度、高度以及重量。通过该工序可以防止尺寸不合格产品流出。

洗净

通过水洗、酸洗、水洗的工艺顺序对坩埚的内外表面进行自动刻蚀清洗。该工序可以有效去除石英坩埚内外表面杂质,是保证石英坩埚纯度的重要手段。

干燥

对洗净后的石英坩埚进行干燥,去除水分。

冷涂

喷涂系统根据产品图号,调取相应的喷涂工艺,通过机器人手臂对石英坩埚内表面喷涂,制作钡涂层。该工序是涂层坩埚制作涂层的核心工序,能保证坩埚使用过程中形成均匀的析晶层,提升坩埚的长晶性能。

终检

坩埚出货前的检查,主要检查坩埚外观,防止不合格品流出。

包装

对成品石英坩埚进行自动包装,等待发货。

资料来源:观研天下整理

2、石英坩埚产能受石英砂供给约束而未能释放

石英坩埚行业上游主要是石英砂。目前,我国石英砂采集仍然以普通种类为主,并且供给得到约束,导致石英坩埚产能没有迅速释放。再加上石英砂价格飞涨,导致石英坩埚内层制作上需要平衡坩埚质量与成本的矛盾。

石英坩埚产能统计

公司名称

项目

2022(万只/)

2023(万只/)

2024(万只/)

天宜上佳

江苏徐州石英坩埚扩建项目

4.0

8.0

8.0

江油绿能新材料产业园石英坩埚项目

/

10.0

20.0

合计

4.0

18.0

28.0

晶盛机电

宁夏银川鑫晶(一期、二期、三期)

8.0

14.4

14.4

宁夏银川鑫晶-扩产项目(一期、二期)

/

9.6

9.6

内蒙古包头鑫晶

6.0

6.0

12.0

合计

14.0

30.0

36.0

欧晶科技

高品质石英制品生产线改扩建项目

12.8

12.8

12.8

宁夏石英坩埚一期项目

/

8.0

8.0

宁夏石英坩埚二期项目

/

/

10.0

合计

12.8

20.8

30.8

锦州佑鑫石英

/

12.0

12.0

12.0

丽江华品石英

丽江华品石英坩埚一期项目

2.5

10.0

10.0

宁夏盾源聚芯

石英坩埚生产建设项目

8.0

10.2

10.2

江阴龙源石英

功率导体及光伏用石英坩埚搬迁扩能项目

4.5

6.0

6.0

宁夏晶隆

/

10.0

10.0

10.0

江西上饶中昱

/

12.0

18.0

18.0

常州裕能石英

光伏辅助设备及电极棒扩建项目

6.0

6.0

6.0

无锡市尚领石英

/

3.0

3.0

3.0

连云港福典石英

太阳能用石英坩埚项目

15.0

15.0

15.0

合计

/

103.8

159.6

187.2

资料来源:观研天下整理

3、石英坩埚是光伏单晶炉的关键部件,2025年光伏石英坩埚需求12.3万吨

在单晶硅片生产流程中,石英坩埚是光伏单晶炉的关键部件,是拉制大直径单晶硅的消耗性器皿,主要用于盛装熔融硅并制成后续工序所需晶棒。同时,基于单晶硅片纯度的要求,石英坩埚一次或几次加热拉晶完成后即报废,需要购置新的石英坩埚用于下次拉晶,因而在单晶硅产业链中具备较强的消耗品属性特征。

假设容配比为1.4:1;考虑到单晶炉不断迭代升级,假设2021-2025年每GW硅片产能单晶炉需求量为100台、95台、90台、85台、80台;假设每年单晶炉工作时间为360天;而P型硅片坩埚寿命一般约15天,N型硅片坩埚寿命较短约12天;参考CPIA预测数据假设2021-2025年N型硅片渗透率持续提升;考虑坩埚沿着大尺寸化趋势发展,假设2025年单只坩埚重量为100kg。综合以上假设,预计2021-2025年全球光伏石英坩埚高纯石英砂需求量将由4.6万吨增长至12.3万吨。

石英坩埚在光伏产业链中的需求测算

类别

2021

2022

2023E

2024E

2025E

全球新增装机量(GW

170

230

330

360

386

容配比

1.4

1.4

1.4

1.4

1.4

GW单晶炉需求量(台/GW

100

95

90

85

80

单晶炉需求量(万台)

2.4

3.1

4.2

4.3

4.3

每年单晶炉工作时间(天)

360

360

360

360

360

P型坩埚寿命(天)

15

15

15

15

15

N型坩埚寿命(天)

12

12

12

12

12

N型单晶硅片渗透率(%

4

9

33

63

76

坩埚需求总数(万只)

58

75

108

119

123

单只坩埚重量(kg

80

85

90

95

100

全球光伏石英坩埚高纯石英砂

需求量(万吨)

4.6

6.4

9.7

11.3

12.3

资料来源:观研天下整理

4、光伏装机量提升加N型电池技术路线渗透,光伏石英坩埚需求量持续增长

伴随光伏新增装机量持续提升,N型电池材料快速换新,或将成为未来主流,以此推动石英坩埚需求量增长。硅片分为单晶和多晶,单晶硅片又分为N型和P型。其中,N型硅片对石英坩埚的消耗速度较快,P型电池转向N型电池的转换提升将提高石英坩埚的需求量。

伴随光伏新增装机量持续提升,N型电池材料快速换新,或将成为未来主流,以此推动石英坩埚需求量增长。硅片分为单晶和多晶,单晶硅片又分为N型和P型。其中,N型硅片对石英坩埚的消耗速度较快,P型电池转向N型电池的转换提升将提高石英坩埚的需求量。

数据来源:观研天下整理

2018-2025年不同类型电池转换效率变化趋势

分类

2018

2019

2020

2021

2023

2025

多晶

BSFP型多晶黑硅电池

19.20%

19.40%

19.70%

19.80%

20.20%

20.50%

PERCP型多晶黑硅电池

20.30%

20.50%

20.80%

21.10%

21.30%

21.60%

PERCP型准单晶电池

21.60%

21.80%

22.20%

22.40%

22.60%

22.80%

P型单晶

PERCP型单晶电池

21.80%

22.10%

22.40%

22.60%

22.80%

23.00%

N型单晶

N-PERT+TOPCON单晶电池

21.50%

22.00%

22.50%

23.00%

23.50%

24.00%

硅基异质结N型单晶电池

22.50%

23.00%

23.50%

24.00%

24.50%

25.00%

背接触N型单晶电池

23.40%

23.60%

23.80%

24.30%

24.60%

25.00%

资料来源:观研天下整理(WYD)

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