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作为工业硅最主要的下游，光伏产业链最重要的原材料，多晶硅期货即将上市。本片报告作为多晶硅上市专题系列的第一篇，企图从供需角度串联起光伏产业链上下游，展现晶硅光伏的基本格局。
★晶硅光伏的由来
多晶硅，又被称为硅料，是纯度 99%的工业硅经提纯后得到的纯度99.9999%以上的硅单质，下游主要应用方向为晶硅光伏产业。晶硅光伏发电的核心原理是“光生伏特效应”，即在光照条件下，硅半导体内部会产生电位差，从而将光能转换为电能。
★产业链供需：彼之供给，我之需求
晶硅光伏产业链上下游较为单一，因此，下游的产量直接对应了上游的需求。研究晶硅光伏产业链的供需，实则是研究从多晶硅到组件的各个环节的产能与产量。
★贸易：出口占据半壁江山
晶硅光伏产业链中，多晶硅进出口量均不多，硅片、电池片、组件以出口为主，其中组件出口量最大。欧盟是组件传统的第一大出口目的地，但受其自身需求下降影响，2023 年下半年起欧盟从中国的组件拉货量明显放缓。新兴市场的光伏产业发展更为迅速，中国对巴西、印度、沙特、巴基斯坦等国家的组件出口量近年来快速提升。但是为了加强本地制造能力、创造就业机会，部分国家也开始对中国光伏出口提高贸易壁垒。美国一直以来对中国光伏设置了严格的贸易壁垒，除了高额关税外，还要求出口产品皆可“溯源”。贸易壁垒将对未来中国组件出口产生较大影响。
1、晶硅光伏的由来？
即将上市的期货品种是多晶硅，为何我们需要了解晶硅光伏全产业链？多晶硅，又被称为硅料，是纯度 99%的工业硅经提纯后得到的纯度 99.9999%以上的硅单质，下游主要应用方向为光伏与半导体产业，其中又以光伏为主，占比高达 98%。因此，当我们谈论多晶硅时，实际谈论的是整个光伏产业链。
光伏，是利用太阳能发电的一种方式，其发展方向主要分为三代：（1）第一代为晶硅光伏，即以多晶硅为原料制造的光伏；（2）第二代为薄膜光伏，即以非晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等为原料制造的光伏；（3）第三代为有机和化合物光伏，如大热的钙钛矿光伏等。晶硅光伏是目前最普遍和最成熟的光伏技术，市占率达到 95%以上。薄膜光伏市占率较低，钙钛矿光伏等仍处于实验室研发和中试阶段，离产业化仍有一定的距离。因此，我们主要讨论的是晶硅光伏产业链。
晶硅光伏亦有两条路线。一是多晶路线，即由多晶硅先制成多晶硅锭，再切片成多晶硅片；二是单晶路线，即由多晶硅先制成单晶硅棒，再切片成单晶硅片。后在此基础上加工成单晶/多晶硅电池片、组件，最终与逆变器等其他设备一起组装为光伏发电系统。相比多晶硅锭，单晶硅棒由晶体取向相同的晶粒组成，因此具有更为高效的导电性和转换效率。随着技术进步，单晶硅棒路线已经代替多晶硅锭路线成为市场的主流选择。根据 CPIA，截至 2023 年底，单晶技术路线的市场份额达 99.2%，多晶占比仅 0.8%。因此，后文非特别指明，我们所讨论的均为单晶路线的晶硅光伏。
在此，我们先对晶硅光伏的发电原理进行简单的说明：
光伏发电的核心原理是“光生伏特效应”，即在光照条件下，硅半导体内部会产生电位差，从而将光能转换为电能。
硅原子最外层拥有 4 个价电子，在单晶结构中，每个硅原子都和另外 4 个硅原子相连，并且彼此共用一对电子。这种共用电子对的结构称为“共价键”。在受到光照射后，价电子挣脱原子核成为自由电子，相应得，共价键中失去一个电子，留下一个“空穴”。
自由电子和自由空穴统称为“载流子”。但在纯净状态下，硅的自由电子和空穴浓度极低，为了增强导电性，需要在纯硅中掺杂其他元素。
N 型半导体（N 取自于 Negative，由于电子带负电而得名）：在硅晶体中掺入少量五价元素（如磷元素）。硅原子被磷原子取代，磷原子最外层的五个电子其中四个与周围的硅原子形成共价键，多出一个电子不受束缚，成为自由电子。含电子浓度较高的半导体称为 N 型半导体，其导电性主要由自由电子产生。由于磷元素等在半导体材料中能提供一个电子，因此它们也称为施主杂质。
P 型半导体（P 取自于 Positive，由于空穴带正电而得名）：在硅晶体中参入少量三价元素（如硼元素）。硅原子被硼原子取代，硼原子最外层的三个电子与周围的硅原子形成共价键，但多出一个“空穴”（相当于“正电荷”）。含“空穴”浓度较高的半导体称为 P 型半导体，其导电性主要由“空穴”产生。由于硼元素等在半导体材料中能提供一个空穴，这个空穴可以吸引别的电子，而在其他的位置形成另一个空穴，因此又被称为受主杂质。
由于 N 型半导体多了电子，P 型半导体多了空穴，当 N 型和 P 型半导体靠近在一起时，其交界处出现电子和空穴的浓度差，导致 N 区的电子向 P 区扩散，P 区的空穴向 N 区扩散。作为结果，N 区失去电子后会带正电，P 区失去空穴后会带负电，从而形成一个由 N 指向 P 的“内电场”。显然，电场方向与“电子-空穴”扩散方向相反，从而阻止扩散的继续。最终，N 区与 P 区中间形成动态平衡区，称为“PN 结”。
而当太阳光照射到“PN 结”上时，部分电子挣脱原子核成为自由电子，即生成更多“电子-空穴对”，生成的电子和空穴会被电场分离。在 PN 结内部，电场使得电子向 N 型半导体移动，使得空穴向 P 型半导体移动，这个过程导致 PN 结两侧形成电势差。通过外接电路，电子和空穴可以流动形成电流，从而实现“光生伏特效应”。
2、产业链供需：彼之供给，我之需求
从产业链示意图中可以发现，晶硅光伏产业链上下游较为单一，多晶硅的直接下游为硅片，硅片的直接下游是电池片，电池片的直接下游就是组件。在单向化的产业链分布中，下游的产量直接对应了上游的需求。因此，研究晶硅光伏产业链的供需，实则是研究从多晶硅到组件的各个环节的产能与产量。
2.1、多晶硅：晶硅光伏的核心
2.1.1、分类
多晶硅是整个晶硅光伏产业链技术难度最大、资金投入最高、投产时间最长、产能弹性最小的环节，因此也构成了晶硅光伏产业链的核心。在研究多晶硅的供给之前，让我们先简单了解一下多晶硅的基础概念。
（1）根据纯度分类：太阳能级多晶硅与电子级多晶硅
根据纯度不同，多晶硅通常可分为“太阳能级多晶硅”和“电子级多晶硅”两类。
太阳能级多晶硅（SGS, Solar Grade Silicon）：指纯度在 6N-9N 的多晶硅（硅含量99.9999%-99.9999999%），主要用于光伏晶硅电池的生产。根据国标，可以分为特级品、1 级品、2 级品和 3 级品。
电子级多晶硅（EGS, Electronic Grade Silicon）：指纯度在 9N 以上的多晶硅产品（硅含量 99.9999999%以上），主要应用于半导体硅片的生产。根据国标，可以分为特级品、电子 1 级、电子 2 级、电子 3 级。
国标中定义的太阳能级多晶硅与电子级多晶硅的区别具体如下表所示。但需要说明的是，随着光伏技术的快速发展，目前光伏用多晶硅，尤其是下文将提到的 N 型多晶硅，纯度也已经可以达到 9N 以上，即符合电子级多晶硅要求。
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