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多晶硅投教基础知识介绍

中财研究  · 公众号  ·  · 2024-12-20 08:18

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来源 | 中财研究

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引言:

12月13日,广期所发布通知,多晶硅期货自2024年12月26日(星期四)起上市交易,多晶硅期权合约自2024年12月27日(星期五)起上市交易。首批上市交易合约为PS2506、PS2507、PS2508、PS2509、PS2510、PS2511和PS2512。多晶硅期货上市可以提供远期价格信号,促进产业资源配置优化,同时有助于产业链各环节提前锁定生产成本与利润,稳定开展经营活动。此外,上市多晶硅期货将有效推动产融结合,助力我国西部地区光伏等优 势产业集群发展,将期货市场价格输出为国际定价基准,逐步增强我国在多晶硅国际贸易定价方面的影响力。本文就多晶硅的现货基础知识、多晶硅供给情况和期货合约设置进行梳理和解读。


1


一、 多晶硅现货基础知识

1、多晶硅概念及理化性质

多晶硅,又名硅料、高纯多晶硅料,是单质硅的一种形态,呈现灰色金属光泽。以纯度99%左右的工业硅为原料,经过化学或物理方法提纯后,硅纯度达到99.9999%以上的高纯硅材料。密度2.32-2.34g/cm3,熔点1410℃,沸点2355℃,加热至800℃以上即有延性,1300℃时显出明显变形。多晶硅是制造太阳能电池片、集成电路衬底等产品的主要原料,也是发展新能源产业和信息产业的重要基石。

2、多晶硅分类

多晶硅按照纯度不同可分为冶金级多晶硅、太阳能级多晶硅和电子级多晶硅。冶金级多晶硅,一般含硅量为 99.999%~99.9999%(5N-6N),主要应用包括航空、尖端技术、军事技术部门的特种材料以及建筑、纺织、汽车、机械等领域;太阳能级多晶硅,一般含硅量在 99.9999%~99.9999999%(6N-9N)之间,主要应用在太阳能光伏晶体硅电池的生产;电子级多晶硅,一般要求含硅量达到99.9999999%以上(9N 以上),主要应用于半导体硅片的生产。

多晶硅按照形态不同分为块状硅和颗粒硅。块状硅,尺寸范围在几厘米到几十厘米不等,品质较为稳定,可长期存放;颗粒硅,呈颗粒状,直径约2mm,大小与绿豆相似,能免去破碎步骤,但由于与空气接触的表面积较大,在运输加工的过程中容易受到污染,一般采用真空包装,在库存状态下,真空状态或仅可维持3-4个月。

多晶硅按照表面光滑程度不同分为致密料、菜花料和珊瑚料。致密料,外表光滑,表面颗粒凹陷程度最低,小于5mm,无氧化夹层,价格在三者中最高,主要用于拉制单晶硅;菜花料,颜色偏灰、表面粗糙,颗粒凹陷程度在5-20mm之间,断面适中,价格位于中档;珊瑚料,表面凹陷深度大于20mm,断面疏松,价格最低。一般而言,菜花料与珊瑚料主要用于多晶硅片的制作,部分企业也会选择将致密料与菜花料进行混合以生产单晶硅片。

资料来源: 公开资料整理,中财期货投资咨询总部

3、多晶硅生产工艺

目前我国多晶硅生产工艺包括改良西门子法和硅烷流化床法。其中,改良西门子法是行业内最主流的多晶硅生产工艺,产品为块状硅,硅烷流化床法生产出来的为颗粒硅。

改良西门子法由西门子法改进而成,实现了多晶硅生产的闭路循环。改良西门子法主要工艺可以分为四个步骤。第一步为三氯氢硅合成,将工业硅粉与氯化氢(HCL)在低温高压下反应合成三氯氢硅气体(SiHCl3)。第二步为精馏提纯,将制备得到的含有四氯化硅和氢气等杂质的三氯氢硅,利用各种氯化物挥发性的差别,精馏得到高纯三氯氢硅。第三步为还原环节,将提纯后的三氯氢硅在1100℃的还原炉里与氢气进行还原反应,还原后的硅在15*15cm的硅芯上进行化学气相沉积,100个小时后沉积成多晶硅棒。第四步为尾气回收和后处理,将还原反应生成的尾气(三氯氢硅、四氯化硅、氢气、氯化氢等)进行分离净化再回收。回收的四氯化硅进行氢化反应转化为三氯氢硅,并与尾气分离出来的三氯氢硅一起送入精馏提纯系统循环利用,尾气中分离出来的氢气被送回还原炉,氯化氢被送回三氯氢硅合成装置,实现了闭路循环利用。

流化床法是美国联合碳化合物公司早年研发的多晶硅制备工艺技术,产品为颗粒硅。目前国内仅协鑫科技和陕西天宏瑞科使用此方法制备颗粒硅。该方法是以四氯化硅、氢气、氯化氢和工业硅为原料,在高温高压流化床内(沸腾床)生成三氯氢硅,再将三氯氢硅经歧化反应生成硅烷气(SiH4)。将制得的硅烷气从流化床反应炉底部注入,进行连续热分解,然后在流化床反应炉内预先放置或从顶部注入的硅籽晶上发生气相沉积反应,生成颗粒硅。从底部注入的气体流速足以让籽晶沸腾起来,因此处于悬浮的籽晶颗粒不断地外延生长,长大到足够重量的硅颗粒后将会沉降到反应器的底部,并从底部排出。

目前来看,改良西门子法生产技术更成熟、生产过程也更为稳定,是目前市场的主流生产工艺。而硅烷流化床法的优势在于流化床反应炉内参与反应的硅表面积大,故该方法生产效率高、电耗低、成本低。此外,颗粒硅由于直径小、流动性好,更容易充分填充单晶硅棒拉棒环节的石英坩埚,因此有利于提升单晶硅棒的拉制效率。不过,由于颗粒硅表面积大,容易被污染,同时也存在产品含氢量高等问题。

资料来源:公开资料整理,中财期货投资咨询总部

4、多晶硅产业链

从产业链来看,多晶硅上游为工业硅,下游为单晶硅棒或多晶硅锭,随后将其切片成硅片,硅片再进一步加工成电池片、组件,终端应用领域为光伏和半导体行业,其中以光伏行业为主,占比高达98%。

生产硅片之前,需将多晶硅通过直拉法或者铸锭法形成单晶硅棒或多晶硅锭。由于铸锭法性价比较低,现阶段企业生产已基本不再采用该方法,因此铸锭法生产的多晶硅锭的市场份额越来越低。通过直拉法生产单晶硅棒难度较小、成本更低,目前单晶硅棒是下游企业的主流选择,其产能占比达到99%。

资料来源:公开资料整理,中财期货投资咨询总部


2

、多晶硅供给情况

1、国内多晶硅产能、产量增长迅速

2021年起,随着我国双碳政策的提出,刺激了光伏需求的再次释放,多晶硅出现了供给短缺,从而带动多晶硅价格大幅上涨。在高利润驱动以及光伏终端高景气的预期下,多晶硅新增产能陆续投产。据SMM数据,2022年多晶硅新增产能42万吨,2023年新增产能135万吨。不过到2022年年底,多晶硅由供给短缺变成供给过剩,导致价格开始崩塌回落。2024年由于多晶硅行业深陷亏损,多晶硅新增产能仅为40万吨,通威于云南保山和内蒙古包头各投产20万吨,其余产能均推迟。截止2024年底,我国多晶硅总产能284万吨/年。

从近几年产量来看,2021至2023年,在利润驱动与光伏装机高增速预期下,多晶硅行业大幅扩张。从2022年开始多晶硅产量迅速增长,2021-2023年,我国多晶硅产量由48.73万吨增长至150.38万吨,年均复合增长率达到75.7%。据SMM统计,2024年1-11月国内多晶硅累计产量165.4万吨,同比增加30.51万吨(22.6%)。2024年多晶硅产量同比增加,主要由于2023年新投产能于今年一季度仍处于爬坡阶段,因此带动多晶硅产量维持增长,至4月份产量达到最高值18.12万吨。不过今年来看,多晶硅供需明显过剩,库存快速累积。高库存导致硅料价格持续下跌,并跌破头部企业现金成本,5月份负反馈开始兑现,硅料企业逐步停产降负,产量一路下滑。进入11月份以后,头部硅料企业位于西南基地的产能受制于电价上涨开工负荷逐步下降,从而导致多晶硅产量继续下滑。

2025年多晶硅计划新增产能仅为亚洲硅业10万吨/年和南玻10万吨/年两套装置。目前多晶硅行业进入了产能出清的阶段,大多数企业处于降负荷运行状态,个别企业已经处于停产状态。从终端需求光伏装机量来看,2024年全球光伏新增装机增速同比大幅下滑,未来也将保持低增速发展态势。2025年多晶硅需求或仅小幅增加,因此硅料价格或仍低位运行,硅料企业开工率及产量也难有提升。不过多晶硅期货上市以后,期货可以发挥库存蓄水池的作用,硅料厂库存可以转移至中游期现商或贸易商手里,阶段性地对硅料价格形成一定支撑,进而带动硅料企业的开工负荷,相应地也将延缓硅料行业产能出清的节奏。

资料来源:SMM,中财期货投资咨询总部

资料来源:iFinD,中财期货投资咨询总部

2、我国多晶硅产能分布

我国多晶硅产能主要分布在电力资源充沛、电价低廉的西北和西南地区。目前产能最大的地区是内蒙古,产能占比为31%,其次是新疆产能占比28%,接下来是四川11%、青海10%和云南9%。

2 014年我国多晶硅产能主要分布在江 苏地区,之后多晶硅产能重心逐步转移至新疆、内蒙古和四川等地。由于多晶硅生产成本中电力成本占比最大约为40%,而新疆和内蒙古地区电价低廉,其中内蒙古地区凭借丰富的火电优势以及当地政府的电价补贴政策,至2024年已经成为多晶硅产能最大的地区。

3、国内外多晶 硅贸易格局
从全球多晶硅产能分布来看,中国是全球多晶硅产能最大的国家,2023年我国多晶硅产能占比为94%,海外多晶硅产能主要分布在德国、美国和马来西亚。 近些年海外多晶硅产能占比持续下滑,主要由于海外主产国的电价水平远远高于我国主产区的电价,电力成本劣势较为明显,导致海外多晶硅企业盈利能力欠佳。 此外,我国对美国、韩国多晶硅企业实施双反政策,其出口至我国的多晶硅需征收额外反倾销、反补贴关税,因此基本断绝了从美国和韩国企业的进口。 在种种不利因素下,海外多晶硅企业逐步减产甚至停产。

中国是全球多晶硅最大的进口国,2023年我国多晶硅累计进口量6.3万吨。我国多晶硅进口来源国主要为德国和马来西亚。从全球贸易流来看,多晶硅主要从德国、美国等欧美地区流向东亚中国、日本和韩国。早期我国多晶硅以进口为主,主要由于国内多晶硅行业发展较为滞后,自身产能无法满足下游的需求。但此后,随着我国多晶 硅产能持续扩张,并逐步成为全球产能最大的国家,全球产能格局发生变化,因此我国对多晶硅进口依赖度明显下降。

从国内贸易流来看,多晶硅主产地集中在内蒙古、新疆、四川、青海和云南,主销地集中在内蒙古、云南、宁夏、四川和青海等地。主产地和主销地基本重合,除了新疆以外,内蒙古、四川、青海和云南地区的多晶硅多以就地消化为主,跨省份运输体量较少。

资料来源: SMM ,中财期货投资咨询总部


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三、多晶硅期货合约介绍

1、多晶硅期货合约设计

12月13日,广期所发布通知,多晶硅期货自2024年12月26日(星期四)起上市交易,多晶硅期权合约自2024年12月27日(星期五)起上市交易。首批上市交易合约为PS2506、PS2507、PS2508、PS2509、PS2510、PS2511和PS2512。

从交易参数来看,多晶硅期货交易单位为3吨/手。最小变动价位5元/吨,与工业硅保持一致。多晶硅期货合约的交易保证金标准采用三段制梯度设置,与已上市的大多数品种保持一致。即自合约挂牌至交割月前一月第10个交易日前、交割月前一月第10个交易日至交割月前一月最后一个交易日、交割月期间,最低交易保证金分别为合约价值的5%、10%和20%。合约月份为全年12个合约月,多晶硅生产供应季节性因素较弱,不存在季节性生产变化,可上市挂牌全年12个合约。

表1:多晶硅期货合约

资料来源:广州期货交易所,中财期货投资咨询总部

2、多晶硅期货交割质量标准

从国标来看,目前多晶硅有三种质量标准,块状硅有《电子级多晶硅》(GB/T 12963-2022)和《太阳能级多晶硅》(GB/T25074-2017);颗粒硅有《流化床法颗粒硅》(GB/T 35307-2023),不同国标间指标体系以及指标单位上略有差异。多晶硅期货基准交割品为符合电子2级的N型致密料,替代交割品是符合电子3级的P型致密料或菜花料,可以混装。替代交割品贴水12000元/吨。

表2:多晶硅期货交割质量标准

资料来源:广州期货交易所,中财期货投资咨询总部

3、多晶硅期货交割制度

充分考虑多晶硅以及下游硅片和电池片等区域分布特征,选择内蒙古、四川、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆等8个多晶硅主要生产、消费地为交割区域。交割区域覆盖生产量比例达99%,覆盖消费量比例达93%,交割区域地区间不设置升贴水。

多晶硅期货采用品牌交割制度,经交易所注册通过的品牌可免检参与交割,品牌会具体到生产厂区,不同品牌之间不设置升贴水。生产日期在90天以内(含当日)的多晶硅可以申请注册标准仓单。仓单有效期设为6个月。每年5月、11月最后一个交易日闭市后进行集中注销。注册品牌以及相关企业由交易所后续另行公布。


End


撰 稿

徐金乔 (F3051143,Z0019039)








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