半導體產業鏈之單晶矽片行業深度研究

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報告綜述：

近期，矽片尺寸之爭再起，矽片龍頭隆基股份推出 M6 大矽片產品，並同時釋出大矽片元件 Hi-MO4，清楚 表明了力推 M6 的意願。那麼歷史上矽片尺寸經歷過怎樣的變化過程？隆基為何要力推 M6？與另一尺寸路線 158。75 方單晶相比，M6 有何優勢，二者誰將勝出？M6 之後，是否會有更大尺寸的矽片產品推出？本報告試圖 解答這些問題。

光伏矽片尺寸源自半導體，經歷了從 125 到 156，從 M0 到 M2 這一不斷增大的過程。

光伏矽片尺寸標準源 自半導體矽片，在攤薄成本和提高品質這兩大需求的推動下，半導體矽片尺寸不斷增大，光伏矽片也隨之經歷 了從小到大的過程。近年來，光伏矽片尺寸經歷了 3 次較大的變革：1）1981 至 2012之間，矽片邊距由 100 和 125 大幅度增大為156，成本大幅攤薄；2）2013 至 2017年，矽片規格從 M0（邊距 156，直徑 200）變革為 M1 （邊距 156。75，直徑 205）與 M2（邊距 156。75，直徑 210），元件尺寸不變，矽片尺寸增大，從而攤薄成本；3） 目前正在進行中的變革是矽片規格從 M2 變革為 158。75 方單晶或者M6大矽片，這次變革增厚了產業鏈各環節 利潤空間，並將矽片尺寸推至當前裝置允許的極限。

增大矽片尺寸的驅動力是提高溢價、攤薄成本、拓展利潤空間，在這些方面上 M6 比 158.75 方單晶更有優 勢。

在電站建設中，使用大矽片高功率元件可以減少支架、匯流箱、電纜等成本，從而攤薄單瓦系統成本，為 元件帶來溢價；在元件售價端，158。75 方單晶可溢價 2 分錢，M6 可溢價 8 分錢。在製造成本端，大矽片本身可 以攤薄矽片、電池、元件生產環節的非矽成本，從而直接增厚各環節利潤；在矽片、電池、元件總成本方面： 158。75 方單晶可降低 2 分錢，M6 可降低 5 分錢。因而，總的來看，158。75 方單晶的超額利潤為 4 分錢，M6 超 額利潤為 13 分錢，M6 的空間更大。在目前的價格水平下，158。75 方單晶所獲超額利潤基本留在了矽片環節， 而 M6 大部分超額利潤流向了元件環節。推廣 M6 矽片的原動力在於增厚產業鏈各環節利潤。在定價方面，我 們認為 M6 定價緊跟 M2 即可始終保持競爭優勢，使得各環節的攤薄成本內化為本環節的利潤，從而使各環節 毛利率均有提高。

M6已達部分裝置允許尺寸的極限，短時間內矽片尺寸標準難以再提高。

增大矽片尺寸的限制在於現有設 備的相容性。透過梳理拉棒切片、電池、元件三個環節用到的主要生產裝置，我們發現現有主流裝置可以相容M6矽片，但這一規格已基本達到現有裝置允許的尺寸上限，繼續增大矽片尺寸則需重新購置部分裝置，使得增 大尺寸帶來的成本下降被新購裝置帶來的成本上升所抵消。因而短時間內矽片尺寸標準難以再提高，M6 將在相 當長的一段時間內成為標準上限。

報告內容；

矽片尺寸變革史:從 125 到 156，從 M0 到 M2

矽片形狀分類:方形和準方形

從形狀來看，矽片可以分為方形矽片和準方形矽片兩大類。方型矽片並非完全正方，而是在四角處也有小 倒角存在，倒角長度 B一般為 2 mm 左右。準方形矽片四角處為圓倒角，尺寸一般比方型矽片的倒角大很多， 在外觀上比較明顯。

矽片的關鍵尺寸:邊距

對方形矽片來說，因為倒角長度變化不大，所以描述其尺寸的關鍵在於邊距 A。 對準方形矽片來說，由於其製作過程為圓棒切方然後切片，倒角為自然形成，因而其關鍵尺寸是邊距 A 與直徑 D。

尺寸標準:源自半導體矽片

光伏矽片與半導體矽片技術本身極為相似，半導體產業規模化發展早於光伏，因而早期光伏矽片尺寸標準 主要源自半導體矽片行業。

半導體矽片尺寸經歷了從小到大的過程。60 年代出現了 0。75 英寸的單晶矽片；1965 年左右開始出現少量 的 1。5 英寸矽片；1975 年左右出現 4 英寸矽片；1980 年左右出現 6 寸片；1990 年左右出現 8 寸片；2000 年左 右出現 12 寸片；預計 2020 年左右 18 寸片將開始投入使用。

半導體矽片尺寸不斷增大的根本驅動力有兩條：1）攤薄成本；2）提高品質。矽片尺寸越大，在製成的每 塊晶圓上就能切出更多晶片，從而明顯攤薄了單位成本。同時隨著尺寸的增大，邊緣片佔比將減少，更多晶片 來自於非邊緣區，從而產品質量得到提高。

近年來光伏矽片尺寸經歷了3 次變革

光伏矽片尺寸標準的權威是 SEMI（國際半導體產業協會）。跟蹤其標準釋出歷史，可以發現近年來光伏矽片尺寸經歷了 3 次主要的變革：

1） 由 100 和 125 大幅度增大為 156；此階段為 1981 至 2012 之間。以 2000 年修改版後的標準 SEMI M6-1000 為例，類原片有 100/125/150 三個尺寸，對應的邊距均值分別為 100/125/150 mm，直徑分別為 125/150/175 mm，即嚴格按照半導體矽片尺寸來給定。2012 年，原 SEMI M6 標準被廢止，新的 SEMI PV22 標準開始生效，邊距 156 被加入到最新標準中；

2） 由 156（M0）小幅調整至 156。75（M2）；在標準方面，透過修訂，新增的 M2 標準尺寸被納入 SEMI 標 準範圍內，獲得了業界的認可；

3）由 156。75（M2）小幅調整至 158。75 或者大幅增大為 166。此次變革尚在進行中。

第一次尺寸變革:125 到 156

2012 年前，光伏矽片尺寸更多地沿用半導體 6 寸片的規格，但由於電池生產裝置的進步和產出量提升的需求，125 mm 矽片逐步被市場淘汰了，產品大多集中到156 mm 上。

從面積上來看，從 125 mm 矽片過渡到 156 mm，使矽片面積增大 50%以上，大大提高了單個元件產品功率，提高了資源開發與利用效率。

相比邊距，當時直徑的規格較多。邊距 125 對應直徑 164 mm 為主流，邊距 156 對應直徑 200 為主流（M0）。

第二次尺寸變革:M0 到 M1 再到 M2

第二次尺寸變革主要是指從 M0（邊距 156 mm，直徑 200 mm）變革為 M1（邊距 156。75 mm，直徑 205 mm） 與 M2（邊距 156。75 mm，直徑 210 mm）。這一變革在元件尺寸不變的情況下增大了矽片面積，從而提高了元件 封裝效率。矽片面積的提升主要來自兩個方面：1）邊距增大使矽片面積增大，主要得益於裝置精度不斷提高， 可以增大矽片邊距、減小元件排版時電池間的冗餘留白；2）圓角尺寸減小使矽片面積增大，主要得益於拉棒成 本的不斷降低，可使用更大直徑的矽棒以減小圓角尺寸。

這一變革由中國矽片企業推動，並在 2017 年得到 SEMI 稽核透過，成為行業統一的尺寸。2013 年底，隆基、 中環、晶龍、陽光能源、卡姆丹克 5 家企業聯合釋出 M1 與 M2 矽片標準，在不改變元件尺寸的前提下，M2 通 過提升矽片面積使元件功率提升一檔，因而迅速成為行業主流尺寸。

裝置無需更改，1 年時間完成切換。此次尺寸改動較小，裝置無需做大更改即可生產 M2 矽片，因而切換時 間較短。以隆基為例，在其 2015 年出貨產品中，M1 矽片佔比 80%，M2 佔比僅為 20%；2016 年 M2 佔比已達 98%；2017 年已完全不再生產 M0 與 M1 矽片。

第三次尺寸變革:從 M2 到 M6

M2 尺寸標準並未持續很長時間。由於市場對高功率元件的需求高漲，而已建成的電池產線透過提高效率來 提升功率相對較難，相比之下透過增大電池面積來滿足更高的元件功率需求成為了部分廠商的應對之策，使得 矽片尺寸出現了 157。0、157。3、157。5、157。75、158。0 等多樣化規格，給產業鏈的組織管理帶來極大的不便。

在此情況下，業內再次考慮尺寸標準化問題，並出現了兩種標準化方案：1）158。75 全方片。這一方案在不 改變現有主流元件尺寸的情況下將矽片邊距增加到極限 158。75 mm，同時使用方形矽片，以減小倒角處的留白， 從而使得矽片面積增加 3%，對應 60 型元件功率提升約 10W；2）166 大矽片（M6）。這一方案是當前主流生產 裝置所允許的極限尺寸，統一到這一尺寸後業內企業難以再透過微調尺寸來提升功率，從而使得此方案的持久 性潛力更大。與 M2 矽片相比，其面積增益為 12%，對應 60 型元件功率提升約 40W。

增大矽片尺寸的驅動力:提高溢價，攤薄成本，拓展利潤空間

使用大矽片的驅動力有以下兩點：

1）在電站建設中，使用大矽片高功率元件可以減少支架、匯流箱、電纜等成本，從而攤薄單瓦系統成本， 為元件帶來溢價；

2）在製造端，大矽片本身可以攤薄矽片、電池、元件生產環節的非矽成本，從而直接增厚各環節利潤；

元件售價:158.75 可溢價 2 分錢，M6 可溢價 8 分錢

電站的系統成本由元件成本和非元件成本構成，其中非元件成本可以分為兩大類：1）與元件個數相關的成 本，主要包括支架、匯流箱、電纜、樁基和支架安裝成本等；2）與元件個數無關的成本，主要包括逆變器和變 壓器等電氣裝置、併網接入成本、管理費用等，這部分一般與電站容量相關。在電站容量一定的情況下，元件 個數取決於單個元件功率，因而元件個數相關成本也可叫元件功率相關成本。

對於尺寸、重量相近的光伏元件，在其設計允許範圍內，支架、匯流箱、電纜等裝置與材料的選型可不做 更改。因而對於單個組串，使用 M2、158。75 全方片和 M6 三種元件的成本相同，由此平攤至單瓦則其元件個數 相關的成本被攤薄，158。75 全方片比 M2 便宜 2 分錢，M6 比 M2 便宜 8 分錢。因此在元件售價端，158。75 全方 片的元件最多可比 M2 的元件溢價 2 分錢，M6 的元件最多可比 M2 的元件溢價 8 分錢。在前期推廣階段，元件 廠可能將此部分溢價讓利給下游電站，以推動下游客戶偏好轉向 M6 矽片。

元件成本:158.75 可攤薄 2 分錢，M6 可攤薄 5 分錢

在總成本方面，158。75 方單晶比 M2 低 2 分錢，M6 比 M2 低 5 分錢。這一成本降低是製造端產業鏈推廣 M6 源動力，也是推廣 M6 為產業鏈增厚的利潤空間。拆分到各環節來看： 1）矽片單瓦成本方面，158。75 方單晶矽片比 M2 矽片低 0。1 分錢，M6 矽片比 M2 矽片低 1。6 分錢； 2）電池成本方面，158。75 方單晶比 M2 低 0。3 分錢，M6 比 M2 低 0。9 分錢； 3）元件成本方面，158。75 方單晶比 M2 低 1。5 分錢，M6 比 M2 低 2。3 分錢。

矽片成本測算

矽片成本可拆分為矽成本、非矽成本、三費。其中：

1）矽成本與方棒面積成正比，即 M6 比 M2 貴 12%（0。122 元/片），158。75 比 M2 貴 3%（0。031 元/片）；

2）非矽成本中，在拉棒成本方面，圓棒直徑變粗使得拉棒速度降低幅度小於圓棒面積增大幅度，最終 M6 比 M2 便宜 6。7%（2。38 元/kg）；158。75 方單晶切方剩餘率較低，最終使其比 M2 貴 1。5%（0。53 元/kg）。切片成 本大致與方棒面積成正比，最終使得 M6 非矽成本比 M2 貴 7。2%（0。066 元/片），158。75 比 M2 貴 3。8%（0。036 元/片）；

3）三費均以0。40元/片計。

綜合來看，在單片成本方面，M6 比 M2 貴 8。1%（0。188 元/片），158。75 比 M2 貴2。9%（0。066 元/片）；平攤到單瓦成本，M6 比M2便宜 0。016 元/W，158。75 與 M2 基本持平。

非矽成本由拉棒成本和切片成本兩部分組成。在單位重量拉棒成本方面，直徑越大則單位重量長晶速度越快，因而M6 比 M2 便宜；方單晶切方剩餘率低，因而 158。75 方單晶比 M2 貴。

電池成本測算

置成本、非矽成本、三費。其中： 1）矽片購置成本與矽片定價策略有關，這裡以 2019-6-20 價格為例，M2/158。75 方單晶/M6 三種矽片含稅價格分別為 3。07/3。47/3。47元/片，攤薄到單瓦後，M6 與 M2 相近，158。75 比 M2 貴 0。049 元/W； 2）非矽成本方面，M6 比 M2 降 0。009 元/W，158。75 比 M2 便宜 0。002 元/W； 3）三費均假設為 0。10 元/W。

綜合來看，電池環節的附加成本變化不大。

具體來看，在非矽成本中，銀漿、鋁漿、TMA 等的用量與電池面積相關，最終單瓦成本不變；折舊、人工 等與容量產能相關的成本會被攤薄。

元件成本測算

元件成本可拆分為電池購置成本、非矽成本、三費。其中：

1）電池購置成本與電池定價策略有關，目前 M2/158。75 方單晶兩種電池含稅價格為 1。20/1。24 元/W，M6 電池尚無公開報價，考慮到目前 M6 與 M2 矽片單瓦定價相同，且電池成本變化不大，因而假設定價與 M2 相同；

2）非矽成本方面，M6 比 M2 便宜 0。024 元/W，158。75 比 M2 便宜 0。015 元/W；

3）三費均假設為 0。20 元/W。

綜合來看，電池環節的附加成本降低幅度大於電池環節，但依然變化不大。

具體來看，在非矽成本中，EVA、背板、光伏玻璃等主要組成部分隨本來就以面積計價，但 M6 與 158。75 產品提高了面積利用率，成本會有小幅攤薄；同時產線的產能節拍不變，但容量產能增加。從而接線盒、折舊、 人工等成本會被攤薄。

各環節利潤分配:158.75 超額利潤在矽片，M6 超額利潤在電池和元件

158。75 超額利潤 4 分錢，M6 超額利潤 13 分錢，M6 利潤空間比 158。75 方單晶大約高 4 個百分點。在元件 售價端，158。75 可溢價 2 分錢，M6 可溢價 8 分錢；在成本端，158。75 可降低 2 分錢，M6 可降低 5 分錢，因而 158。75 超額利潤為 4 分錢，M6 超額利潤為 13 分錢。在所有環節均自產的情況下，158。75 可提高淨利率 1。7 個 百分點，M6 可提高淨利率 5。2 個百分點。

在利潤分配方面，在目前的價格水平下，158。75 方單晶所獲超額利潤基本留在了矽片環節。M6 電池和元件 尚無公開報價，按照假設電池售價 1。20 元/W、元件售價 2。28 元/W 來計算，超額利潤在矽片/電池/元件環節的 分配大致為 0。02/0。01/0。10 元/W，大部分超額利潤流向了元件環節。

定價:超額利潤均沾，產業鏈合作共贏

推廣 M6 矽片的原動力在於增厚產業鏈各環節利潤。由於目前矽片尺寸的另一選擇是158。75，所以推廣 M6 需要在產業鏈各環節利潤空間上同時大於 M2 和 158。75 方單晶。

靜態情景:M6 元件定價與 M2 相同，讓利下游電站，推動滲透率提升

最直接的推廣方式是將 M6 元件價格設定為與 M2 相同，從而將電站端的系統成本攤薄讓利給下游電站， 快速提升下游電站對 M6 元件的認可度。

目前 M2 元件價格為 2。20 元/W，若 M6 元件價格同樣定為 2。20 元/W，則相應的 M6 電池價格需要下調為 1。20 元/W，與 M2 電池價格相同，以保證元件環節 M6 淨利率大於 M2；矽片價格可以維持 3。47 元/片不變，此 時電池淨利率可保持在 18。3%，依舊高於 M2 電池的淨利率 17。8%。在此情境下，M6 各環節淨利率均超過 M2， 有利於 M6 推廣。

與 158。75 方單晶相比，此時 M6 各環節超額利潤為 5 分錢，而 158。75 方單晶超額利潤為 4 分錢，M6 更有 優勢。具體到各環節來看，M6 矽片環節淨利率稍低，但電池和元件環節淨利率高，更有利於全產業鏈共同發展。

動態情景:M6 定價緊跟 M2 即可始終保持競爭優勢

在元件價格方面，M6 與 M2 定價保持一致，即可使 M6 元件保持在下游電站選型中的競爭優勢。

在電池價格方面，M6 與 M2 定價保持一致，則可使元件環節的成本攤薄沉澱為元件環節的利潤，使得對下 遊元件廠來說生產 M6 元件時的毛利率始終高於 M2，因而 M6 元件更有吸引力。

在矽片價格方面，保持 M6 與 M2 單位面積的價格相同，則可使電池環節的成本攤薄沉澱為電池環節的利潤，使得對電池廠來說生產M6 電池時的毛利率始終高於 M2，因而 M6 電池更有吸引力。

對矽片環節來說，保持 M6 與 M2 單位面積的價格相同則 M6 淨利率比 M2 高 4 個點，矽片環節亦有推廣動 力。這也為後續繼續降價讓利給電池、元件、電站留出了更多空間。

現有裝置條件下矽片尺寸加大的極限:M6

增大矽片尺寸的限制在於現有裝置的相容性。透過梳理拉棒切片、電池、元件三個環節用到的主要生產設 備，我們發現現有主流裝置可以相容 M6 矽片，但這一規格已基本達到現有裝置允許的尺寸上限，繼續增大矽 片尺寸則需重新購置部分裝置，使得增大尺寸帶來的成本下降被新購裝置帶來的成本上升所抵消。

拉棒與切片環節:單晶爐等關鍵裝置裕度大，部分裝置接近尺寸上限

在拉棒與切片環節，生產工藝主要分為拉棒、切方、切片三步，分別用到了單晶爐、截斷機與開方機、切 片機等 4 種裝置。總的來看，對於 M6 矽片來說，單晶爐與開方機尺寸尚有較大餘量，截斷機已接近部分廠家 裝置尺寸的上限。

單晶爐：熱屏尺寸尚有較大餘量。當前主流單晶廠家熱屏內徑均留有較大餘量。M2 矽片外徑為 210 mm， 對應的圓棒直徑為 214 mm 左右；M6 矽片外徑為 223 mm，對應的圓棒直徑為 228 mm。當前主流單晶爐熱屏內 徑在 270 mm 左右，拉制直徑 228 mm 矽棒完全可行，且無須重大改造。

截斷機：M6 尺寸在目前裝置加工規格範圍內，但已接近裝置加工規格上限。切斷機用於將矽棒切成小段， 其加工規格較難調整。以連城數控官網提供的多線切斷機主要引數來看，其適用的單晶矽棒直徑為 155-230 mm。 而 M6 矽片對應的圓棒直徑是 228 mm，在該裝置加工規格範圍內，已接近裝置加工規格上限。

開方機：加工尺寸裕度較大。開方機用於將圓棒切成方棒。以高測股份單棒四線開方機為例，其切割棒料 直徑為 200-300 mm，開方尺寸為 157-210 mm。M6 矽片對應的方棒直徑為 223 mm，開方尺寸為 166 mm，現有 裝置裕度較大。

電池環節:擴散爐內徑最關鍵，目前可滿足要求

目前主流 PERC 電池的生產工藝分為清洗制絨、擴散、刻蝕、鍍膜、鐳射刻劃、印刷柵線、燒結等工序，涉 及的關鍵裝置有擴散爐、PECVD、鐳射刻槽機、絲網印刷機、燒結爐等。其中擴散爐、PECVD、燒結爐等管式加 熱或真空裝置尺寸難以調整，因而是矽片加大尺寸的瓶頸環節。若矽片尺寸超出現有裝置極限，則只能購置新 裝置，成本較高。目前常見的管式裝置內徑最小 290 mm。

擴散爐：圓棒直徑需小於擴散爐爐管直徑。在擴散工序中，一般使用石英舟承載矽片，然後將石英舟放置 於擴散爐爐管中。在擴散爐中，矽片軸線方向一般與擴散爐軸線方向平行，因而矽片尺寸需在擴散爐爐管截面 之內，即矽棒的圓棒直徑需小於擴散爐爐管直徑，且需要留有一定的操作空間。將矽片邊距由 156。75 mm 提高 到 166 mm 的同時，矽片外徑將由 210 mm 增大到 223 mm，對於內徑 290 mm 的擴散爐來說尚可行。在石英舟 方面，其尺寸經過合理設計一般可以滿足M6 矽片進出爐體的要求。

PECVD：矽片邊距需小於 PECVD 爐管內徑。PECVD 與擴散爐的情況有以下兩點不同：1）在 PECVD 中，使 用石墨舟裝載矽片；2）矽片軸線與 PECVD 爐管軸線垂直放置，因而只需矽片邊距小於 PECVD 爐管內徑即可。 為了提高 PECVD 產能，爐管內徑一般較大，以疊放更多矽片。將矽片邊距由 156。75 mm 提高到 166 mm 對於內 徑 450 mm 的 PECVD 來說無障礙。

絲網印刷機：M6 矽片可相容。絲網印刷機的傳輸系統、旋轉平臺、刮刀頭、視覺系統均與矽片尺寸相關。

以科隆威為例，其官網掛出的唯一一款全自動視覺印刷機PV-SP910D 可相容 M6 矽片。

元件環節:排版串焊與層壓裝置均近極限

元件環節主要分為排版串焊、疊層、層壓、裝框、裝接線盒、固化清洗、測試包裝等工序，主要需要用到 排版機、串焊機、層壓機等裝置。

排版串焊：可相容，問題不大。排版串焊機的關鍵尺寸是元件長和寬，若元件尺寸在裝置允許範圍內，則 只需更改設定即可適用於大矽片元件；若超出裝置允許的最大元件尺寸，則很難透過小技改來相容。以金辰的 高速電池串自動敷設機為例，其適用玻璃元件範圍為長 1580-2200 mm、寬 800-1100 mm。預計使用 M6 矽片的 72 型元件長 2120 mm、寬 1052 mm，在排版串焊裝置允許範圍內。

層壓：層壓機尺寸已達極限。層壓機的層壓面積較大，一般一次可以處理多個元件。以金辰 JCCY2336-T 層 壓機為例，其層壓面積為 2300 mm×3600 mm。在使用 M2 矽片時，該層壓機一次可處理 4 塊 60 型元件，或 3 塊 72 型元件。在使用 M6 矽片時，該層壓機同樣可以一次處理 4 塊 60 型元件或 3 塊 72 型元件。對於 60 型組 件來說，處理 M2 矽片元件時，該層壓機長度方向的餘量為 240 mm，較為寬裕；但處理M6 矽片元件時，由於 單片電池尺寸增大 9。25 mm，60 型元件長度將加長 92。5mm，層壓機長度方向的餘量僅剩 55 mm，較為緊張。

輔材尺寸易調整。元件輔材主要包括光伏玻璃、EVA、背板、接線盒等。其中光伏玻璃、EVA、背板目前幅 寬可生產 166 及更大尺寸材料，僅需調整切割尺寸即可。接線盒不涉及尺寸問題，僅需考慮元件功率提高後接 線盒內部線纜材料可能需要使用更高等級材料。

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（報告來源：中信建設證券；分析師：王革、劉爍、張鵬）