金刚石线行业的发展历程

金刚石线行业的发展历程金刚石线行业的发展历程电镀金刚石线最早是由国外厂商率先进行研发生产，日本瑞德于2005年实现干法上砂金刚石线量产，日本旭金刚石于2007年推出成熟的复合镀上砂金刚石线产品。在2014年之前，由于技术先发优势，全球范围内具有竞争优势的金刚石线供应商主要集中于日本，代表性企业有旭金刚石工业株式会社、中村超硬株式会社、瑞德株式会社、联合材料株式会社等，其中以旭金刚石和中村超硬等为主。早期金刚石线应用于蓝宝石切割，并于2007年实现规模化应用。2009年，金刚石线开始应用于单晶硅切割领域，虽然较砂浆游离磨料切割方式具有巨大优势，但由于金刚石线技术被日本企业垄断，产品售价高昂且产能有限，刚开始未能在光伏行业得到全面推广及应用。随着光伏产业链逐步转移至我国，以美畅股份、高测股份、岱勒新材、三超新材等为代表的国内金刚石线生产企业，通过自主研发、与日本厂商开展技术合作等方式，相继突破电镀金刚石线技术，产品规格降至80线及以下，打破了日本企业多年来的技术垄断。自国产化以来，经过持续的工艺优化和产能扩张，电镀金刚石线价格持续降低，并在单晶硅切割领域的渗透率不断提升，同时国内厂商凭借价格优势逐步抢占市场份额，日本进口金刚石线开始退出中国市场。自以来，金刚石线在单晶和多晶切割领域快速渗透，行业需求爆发式增长，国内金刚石线厂商亦推出扩产计划，并加大技术研发和工艺改进力度，在国内产能释放的同时实现了产品快速迭代。以TCL中环隆基绿能为代表的单晶龙头厂商开始大规模使用金刚石线，并率先完善金刚石线切割配套工艺。2016年末金刚石线在单晶硅切割领域渗透率高达80%，并于2017年全面取代原有的砂浆线切割技术。金刚石线切割多晶硅片时，由于硅片表面损伤层减少，不利于后续腐蚀制绒，因此金刚石线在多晶硅切割领域渗透率提升较慢。2017年，由于发射极和背面钝化电池（PERC）、黑硅制绒等新技术的成熟和推广，解决了多晶硅片反射率过高问题，金刚石线切割应用渗透率快速提升并在次年达到90%。硅片厂商扩产计划取消或延后，金刚石线需求短期内出现回落，同时各金刚石线厂商前期扩产项目也陆续落地，使得金刚石线市场出现供过于求的局面，产品价格急剧下降明显，整个行业经营业绩受到严重影响，国外高成本产能和国内落后产能加速退出中国市场。2020年9月，我国宣布双碳战略目标，力争在2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，并将光伏、风电等绿色清洁能源作为重要抓手；欧洲、日本、韩国等国家明确了碳中和时间计划，美国政府于2021年重返《巴黎协定》，全球绿色低碳循环经济发展为光伏行业带来了新机遇。与此同时，随着度电成本的进一步下降，光伏相对传统火电的经济性优势将逐步显现，行业迸发新活力。根据中国光伏行业协会数据，2021年全球光伏新增装机规模同比增长31%达到创历史新高的170GW，乐观估计全球新增光伏装机容量，2022-2025年将分别达到240GW、275GW、300GW、330GW，受益于下游行业的增长，金刚石线未来市场需求也将呈现较高景气度。金刚石线的优势金刚石线最早主要用在蓝宝石领域，在2015年开始应用在光伏领域，之前光伏采用砂浆切割。当国人把砂浆切割技术开发到极致的时候，已无降本空间，金刚石线这种工艺走进光伏人视野。对于光伏行业来说，降本增效是永恒话题，尤其是在近两年硅料价格大涨吞噬下游利润，如何降低切割损耗、降低硅片成本是硅片企业迫切要解决的。硅片薄片化是近两年硅片行业降低单片成本努力的方向。伴随着硅片薄片化的是金刚石线的细线化。金刚石线细化可以减少切割对硅的损耗。切片过程中，硅片碎片率降低从而提高硅片良品率。硅料价格的高位推动金刚石线直径降低，减少硅耗这是最直接有效的好处。金刚石线细化后能够切更薄的硅片。就像用斧头切菜和用菜刀切菜一个道理。这两个原因都有助于将同样长度的硅棒切成更多数量的硅片。金刚石线细化后母线材料用量会大幅减少。由于线的直径变小，截面积变小，母线质量也就变小，可见材料上有节约。金刚石线本身也面临钨丝的挑战。虽然相对于钨丝线，钢丝线的成本低，但是问题是破断力不及钨丝线，现在的38-42微米已经接近钢丝线的极限。钨丝替代成为新方向。从使用寿命的角度对钢丝和钨丝金刚石线进行比较，钨丝金刚石线的使用次数是钢丝的10-20倍。但是缺点在于：一是钨的价格高于钢丝价格，同等长度的钨丝价格是钢丝价格的数倍；二是钨丝的绕线长度最多100km，而钢丝能够达到300km，因此运输和使用中的成本也高于钢丝；三是目前的钨丝母线的成材率较钢丝低，因而增加了钨丝线的成本。所以，金刚石线细线化和母线替代都有弊有利，需要权衡取舍。从历史发展来看，金刚石线门槛相对较低，也造成了一段时间内金刚石线竞争较为激烈。当下时点，金刚石线的技术与生产正在全面提升。细线化加速发展，同时在传统高碳钢丝细线化出现瓶颈下，母线材料面临替换的可能。加上硅片持续的大尺寸与薄片化趋势，金刚石线技术壁垒有望加强。生产制造上，头部企业加大一机多线改造力度，大幅提升生产效率。国内金刚石线的发展历程金刚石线超过90%以上系使用于光伏行业的晶硅片切割，国内光伏行业晶硅切片使用的金刚石线主要经历了以下发展阶段：日本厂商占据先发优势，产品处于垄断地位：金刚石线的制造和应用起源于日本，在2014年之前，全球范围内具有国际竞争优势的金刚石线供应商主要集中于日本，曾有超过10家以上的日本企业先后涉足电镀金刚石线行业，如日本旭金刚石工业株式会社（以下简称旭金刚石）、日本中村超硬株式会社（以下简称中村超硬）、日本爱德株式会社、日本联合材料株式会社等，其中以旭金刚石和中村超硬为主，上述日本企业占据了金刚石线市场的大部分市场份额。由于日本企业的生产技术领先，且产能较为集中，因而日本在金刚石线行业长期处于垄断地位，中国光伏企业的金刚石线采购需求也主要由日本企业满足。国内厂商赶超，逐渐抢占日本厂商市场份额，完成进口替代：金刚石线虽然较砂浆游离磨料切割方式具有巨大优势，但由于日本厂商的金刚石线产品价格较高，且产能相对有限，金刚石线在国内光伏行业仍未取得大规模应用，在此背景下，以岱勒新材、东尼电子、三超新材和美畅新材为代表的国内金刚石线企业或技术团队自2010年前后开始，陆续投入钻研相关技术。经过持续的人员与资金的研发投入，国内厂商在2014-2015年相继实现80μm以下用于精密切割的电镀金刚石线领域的技术突破，打破了日本厂商的技术垄断。2015年，金刚石线实现国产化并规模生产后，产品价格迅速降低，由2012年约1元/米的单价下降至约0．2元/米，经过近几年来的持续工艺优化和规模扩张，金刚石线价格仍在继续下降，截至2019年12月，金刚石线价格进一步下降至约0．06元/米，国内厂商凭借价格优势迅速抢占日本厂商的市场份额，其中以美畅新材为代表的国产厂商在技术上已完全可以满足客户的生产需求，随着国内厂商的产能逐步扩大，国内厂商在技术及产能上基本完成了金刚石线的进口替代。金刚石线切割工艺大幅提高单位硅料的出片率及硅片切割效率，有效降低了硅片制作过程中的非硅成本。金刚石线国产化后，由于其价格优势，以隆基股份为代表的单晶企业2015年开始大规模使用金刚石线工艺，由于金刚石线切割工艺能够大幅降低硅片制作过程中的非硅成本，因而在单晶切割领域快速渗透，使得金刚石线市场需求在2016-2017年快速增长。金刚石线市场竞争加剧，金刚石线价格快速下降，市场产能逐步淘汰：2018年5月，国家发改委、财政部、国家能源局当天联合发布了《关于2018年光伏发电有关事项的通知》（简称光伏531新政），对光伏补贴规模进行了调整，导致光伏装机量较预期大幅下降；于此同时，金刚石线行业经历了前期的高景气度发展，各厂商纷纷扩张的产能也在2018年逐步投产，使得金刚石线市场出现供过于求的竞争局面，金刚石线价格快速下降。2019年，金刚石线市场价格较光伏531新政出台前下降幅度超过60%，这也使得行业内的多家厂商出现亏损情形，市场竞争加剧导致的金刚石线价格大幅下降，预计也将会使得市场落后产能逐步被淘汰。金刚线在切割多晶硅片时，由于硅片表面损伤层减少，不利于使用传统腐蚀方案对硅片进行绒面制备，进而影响多晶硅片的转化率；2017年，黑硅及添加剂等新技术的出现解决了金刚石线切割多晶硅片反射率过高的问题，使得硅片光吸收能力提升。由于单晶硅片率先完成了金刚石线切割工艺转换，硅片成本大幅降低，单晶硅片的市场份额迅速提高，在此背景下，金刚石线在多晶切割领域的渗透速度大幅加快，截至2017年，以保利协鑫、晶科能源等为代表的多晶龙头企业均开始大规模使用金刚石线切割工艺。因此，金刚石线市场需求在2017-2018年期间连续大幅增长。全球单晶新增装机量在2015年至2018年期间逐年大幅增长，于此同时，电镀金刚石线在单晶硅片切割领域的渗透率快速提升，以上两个因素使得金刚石线市场需求在上述期间爆发式增长。在多晶领域，全球多晶新增装机量仍占据主导地位，自2016年开始，金刚石线切割工艺在多晶硅片渗透率开始有所提高。根据中金企信统计数据:金刚石线切割技术2018年在单晶硅片领域的渗透率为100%，在多晶硅片领域的渗透率接近90%；根据中国光伏行业协会2019年1月发布的《中国光伏产业发展路线图》（2018年版），单晶硅领域金刚石线切割技术2017年已全面取代砂浆切片技术，2018年多晶硅切片基本从砂浆切片向金刚线转换，占比约为95%，金刚石线在多晶硅片领域渗透率的快速提高使得金刚石线市场需求在2018年继续大幅增长。金刚线竞争格局及技术路线单耗提升叠加下游需求增长，晶硅切割用金刚线需求快速提升。由于硅料价格持续超预期，硅片企业加速推进金刚线细线化，金刚线耗量明显提升。金刚线线径越细切割损耗越小、硅片出片率越高，但线径下降会降低金刚线的拉伸强度，使得金刚线在切割过程中更容易被拉断，硅片企业为避免断线需增加金刚线更换频率，带来金刚线耗量提升。全球金刚石线行业概况全球能源结构的转型持续推动光伏行业市场需求的增长，进而带动金刚线行业的发展。金刚线，按应用领域分，包括面向半导体行业、蓝宝石行业、磁性材料行业应用的金刚线，切割对象分别为半导体硅片、蓝宝石材料及磁性材料。目前业界存在两种不同类型的金刚线树脂金刚线和电镀金刚线。金刚线采用如电镀或树脂等特殊技术手段，将坚硬的金刚石均匀的固定在钢线上，利用镶嵌有金刚石的钢线和待切割材料之间的相互摩擦作用对硬脆材料进行切割。相对于传统砂浆切割，具有切割速度快、切片品质高、切割损耗小、切割液更环保等优点。金刚石线发展趋势和挑战金刚石线是将金刚石微粉颗粒以一定的分布密度均匀地固结在母线（一般为高碳钢丝）上制成的，通过金刚石线与被切割物体间进行高速磨削运动，从而实现切割目的。金刚石线一般有两种制造方式，即用电镀和树脂的方式把金刚石颗粒固定在丝线上所形成的切割线，严格来说叫金刚石切割线，简称金刚石线。金刚石线具有了金刚石微型的锯齿，增加了钢线的切割能力，可以大大加快切割速度及切割能力。目前主流的工艺是电镀金刚石线，是在金属线上镀上一层金刚石微粉，用来切割光伏晶硅、水晶、磁性材料、蓝宝石等硬脆材料近年来，金刚石线切割技术在切割行业中起重要作用，其应用范围也是极其广泛，主要应用于当下炙手可热的光伏领域，比如用于硅片制造环节，用于硅棒截断、硅片切方、切片。硅片切割金刚石线需求量占总需求的比例超过90%。金刚线行业发展趋势相较于碳钢线，钨丝线具备高破断拉力值、高扭转值等优异性能表现，在使用更细的线径后，能够有效降低硅片生产环节的碎片率。在目前硅料价格较高的背景下，尽管钨丝线相较碳钢线单价更高，硅片生产企业使用钨丝线，仍能通过减少切割的硅损耗提升生产效益。金刚线线径越细，锯缝越小，切割时产生的锯缝硅料损失越少，同样一根硅棒可切割加工出的硅片数量越多，制造硅片所需的硅材料越少。金刚线母线直径已由2016年的80μm降至2019年的50μm，相应降低了切割料损。全球范围内，以光伏、风电为代表的可再生能源在全球能源消费结构中的比例不断上升成为全球能源结构转型的发展方向。金刚线是金刚石切割线的简称，还被称为之为钻石切割线或者钻石线。工业上许多硬质材料都是用切割钢线或者更高质量的金钢线来切割的，比如光伏领域的多晶硅切片，单晶硅，晶棒，金钢线是光伏硅片切片过程中的重要耗材，已实现全面应用。光伏目前已成为金刚线最大的应用市场，占总需求量90%以上。金刚线价值量在1-2分/W，略高于硅片生产过程中的坩埚、热场等其他耗材。金刚线行业下游发展概况作为金刚线的主要下游，光伏需求高增叠加硅片环节加速扩产为金刚线行业带来巨大市场空间。根据观研报告网发布的《中国金刚线行业发展现状调研与未来投资分析报告（2023-2030年）》显示，2020年全球金刚线需求量达5595万公里，金刚线产值达26．66亿元。硅片细线化、大尺寸、薄片化发展趋势确定，有望带动线耗不断提升。预计2025年全