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作者 Derek Zhao
更新日期 August 01, 2022

矽片切割是光伏矽片製造的核心工藝之一,大尺寸、薄片化在產業鏈降本方面優勢突出,確立了矽片環節的核心技術趨勢。而近兩年矽料持續處於高位,加速了薄片化的進程。另外,2017年金剛線切割完成對砂漿線切割的完全替代,金剛線細線化也是矽片切割技術進步及降本的指向標。
 

矽料價格高位加速矽片減薄和細線化

隨著近兩年光伏安裝量的快速提升,2021年因為矽料供應短缺導致矽料價格逐月攀升,矽料價格高於每公斤200元人民幣已經持續一年有餘。根據InfoLink的預測,22年矽料價格將持續處於高位,直至2022Q4 矽料供應緊張的局面才會出現緩解從而引起價格的鬆動,矽料價格低於每公斤200元人民幣則直至23Q3在多數擴產計畫順利產出後才能實現。


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矽料價格的上漲,導致矽片成本陡增,矽片供應商為了降低矽片成本,加速矽片厚度的減薄,從2018年到2020年3年內矽片厚度總體下降才5μm左右, 但是從21年到現在,矽片厚度下降已經超過15μm並有繼續下降的趨勢。

高昂的矽料價格,矽片端降本最直接和最有效的措施即為省矽。矽片減薄是一方面,金剛線細線徑化也是另外的一大推力,以大尺寸矽片切割為例,21年上半年主流的金剛線母線直徑為42-47μm, 目前主流的金剛線母線直徑已經下降到36-40μm, 甚至有廠商引進鎢絲金剛線實現母線32μm的金剛線切割從而進一步降低矽耗。

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Source: InfoLink_技術趨勢報告_202205
 

金剛線市場需求提升

根據InfoLink的最新預計,2022年全球新增裝機有望超過239GW, 裝機需求的提升帶來矽片的需求激增,而金剛線作為矽片製作的主輔材,其需求勢必增長明顯;另一方面,金剛線細線化後單位面積帶砂量減小,參考高測網站上的金剛線產品參數,43μm電鍍金剛線出刃率為180±30顆/mm而37μm電鍍金剛線出刃率僅為140±30顆/mm,切割力的降低從而導致單片耗線量提升明顯。

矽片耗線量方面,當前182 主流的綜合耗線量約3.5-4m/片,210綜合耗線量4.8-5.3m/片,折合單瓦耗線量約為0.46-0.53米,從而預估2022年全年單GW耗線量為50萬公里。後續隨著細線化的進一步推進,預估每年單GW耗線量增長5萬公里。


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光伏裝機量的提升以及疊加細線化的推進,2022年相較2021年金剛線的需求將出現一個較大的增長,預估2022年金剛線的需求將達到1.5億公里,2023年金剛線的需求將突破2.5億公里。
 

金剛線市場供應能力

金剛線目前主流常規產品母線為高碳鋼絲,制造和應用發源於美國、日本等發達國家,早期具有競爭優勢的金剛線供應商主要集中於日本和美國,日本旭金剛(Asahi)、日本中村超硬(Nakamura)、美國DMT等國際企業在金剛線製造領域處於世界領先地位。2017年以後,隨著國內金剛線廠商的崛起以及進口替代進程的加快,國內企業在金剛線領域已經實現近乎100%替代。當前金剛線的供應整體呈現一超多強的局面,其中美暢連續多年市占比超過50%,而高測,恒星,聚成和原軾當前月供應量均超過100萬公里。


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Source: 公開資料整理和行業調研, InfoLink整理

截止21年末,金剛線名義產能已經達到1.58億公里,基本可滿足22年的需求,隨著廠商的進一步擴張,22年末金剛線名義產能有望超過3億公里。
實際供應方面,21年上市公司方面合計供應約6700萬公里,傳聞原軾和聚成合計供應約2500萬公里,即上述表格各企業合計供應約9200萬公里,與21年市場需求約9000萬公里基本匹配。
 

鎢絲金剛線

目前金剛線鋸領域基本採用92c或100c線材作為載體,製備不同規格金剛石線鋸,35μm和36μm的電鍍金剛線其破斷力要求為≥5.3N和5.8N, 為保證切割所需的張力以及切割過程中的張力波動餘量,可用於光伏矽片切割的常規高碳鋼絲極限線徑約35µm,而目前用於切割的鋼線已經非常接近甚至已經到了35µm,進一步細線化困難。

鎢絲因為較高的破斷力,受到越來越多的廠商關注,鎢絲鋼線的優異性能表現為:

  1. 高破斷拉力值,是同規格碳鋼的1.2~1.3倍,高扭轉值是同規格10倍以上,合金鎢絲楊氏模量是鋼絲的1.7倍、拉伸率僅為碳鋼的約60%;

  2. 鎢屬於體心立方晶格,經過摻雜改性後的合金鎢絲屬於微晶結構,晶粒尺寸約100nm,使其組織均勻,內部無夾雜顆粒,其純度高達99.95%,有利於超細鎢絲拉拔;

  3. 合金鎢絲的電阻率為5.4×10~6ω/cm,僅為碳鋼的55.7%,可以承載高一倍的電流,鎳鍍層沉積更均勻緻密;

  4. 高耐腐蝕能力,在硫酸或鹽酸中均不腐蝕,有效避免生產過程酸的腐蝕導致母線的缺陷斷絲;所以,合金鎢絲優異的指標十分匹配超細線高強度線鋸設計需求。

Source: 一種超細高強度合金鎢絲金剛石線鋸及其製備方法

因為現有的可供光伏切割用的鎢絲產能有限,鎢絲母線約為常規高碳鋼母線售價的4-5倍,導致鎢絲金剛線的售價較高,約為常規金剛線售價的2-3倍。儘管鎢絲金剛線的售價較高,但是因為其線徑較細可有效減少切割的矽損耗,鑒於目前矽料價格較高,從市場上瞭解到鎢絲因為較高的破斷力以及韌性較佳在使用了更細的線徑後斷線率仍有優勢,從而降低綜合線耗約10%。後續通過加大每卷鎢絲金剛線的量至100km/卷以上,綜合耗線量將有望進一步降低。通過成本模擬發現,矽料價格在300元/Kg和鎢絲金剛線價格約90元/Km的情況下,採用鎢絲金剛線切割G12切片成本仍有約0.04元/片的優勢,按照當前的金剛線價格,矽料價格在240元/kg 附近兩種金剛線的切割成本打平。


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從上圖的成本差異趨勢來看,矽料價格越高,鎢絲金剛線的優勢越明顯,後續隨著常規金鋼線和矽料價格的降低,鎢絲金剛線亦可通過降價和進一步細線化來保證其優勢,假設後續常規36μm金剛線和30μm鎢絲金剛線均能完成G12矽片切割,當鎢絲金剛線售價降低到80元/Km,矽料價格高於180元/Kg 時鎢絲金剛線切割仍有成本上的優勢。另外鎢絲金剛線仍有較大的細線化潛力,有能力做到30μm以下。


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當前鎢絲母線主要的供應商為松下,廈門鎢業以及中鎢高新,受制於當前產能規模較小,目前能批量供應鎢絲金鋼線的主要為聚成;美暢、岱勒、原軾也實現小批量供應;其他金剛線企業也在積極佈局中。後續隨著廈門鎢業以及中鎢高新合計約700億米的鎢絲擴產,約能供應120-140GW的電鍍金剛線需求。另外,使用鎢絲作為母線相對常規金剛線最大的不同即為使用前需去除鎢絲在生產過程中表面產生的厚氧化層和殘留石墨乳,以保證鎳鍍層結合力,而常規去除厚氧化層、石墨乳的方法,無法匹配金剛線生產速度,同時去除率偏低,鎢絲表面清潔度得不到保證,該技術問題增加了常規金剛線切換到鎢絲金剛線製備的複雜性。
 

總結

大尺寸薄片化以及金剛線細線化一直以來均為矽片技術進步的方向,矽料價格持續處於高位加速了薄片化以及細線化的進程。鑒於常規碳鋼線已經非常接近其性能極限,進一步細線化空間有限。鎢絲憑藉其較高的破斷力,被廣泛的視為接力常規碳鋼線的下一代金剛線母線。

受制於鎢絲母線供應,實際鎢絲金剛線的供應仍較有限,後續隨著廈門鎢業以及中鎢高新合計約700億米的鎢絲擴產,年供應約120-140GW的電鍍金剛線需求。鑒於2023年矽料價格仍相對較高,預估2023年鎢絲金剛線的使用比重將進一步提高。

儘管鎢絲金剛線切割有優勢,但是降低矽片成本相對比較有限,並不能大幅降低矽片成本,另外,受制於光伏級的鎢絲線供應能力,碳鋼線仍將為未來1-2年內最主流的金剛線母線。

後續若鎢絲金剛線能進一步細線化以及降價,充分發揮其在切片領域的優勢,輔之光伏級鎢絲母線進一步擴產,勢必將加速常規碳鋼線的替代。