金刚线行业发展基本情况

金刚线行业发展基本情况金刚线行业的技术水平及发展趋势金刚线作为硬脆材料切割的重要耗材，直接决定了下游切片厂商切片的质量和成本。金刚线在切割过程中要承受高频率的往复运动和较大的张力，金刚线的金刚石分布密度和固结强度、金刚石切割能力、钢线的抗疲劳性能等方面都直接影响金刚线的性能。本行业研发、生产技术工艺复杂，技术迭代较快，制程控制严苛，各个生产环节对技术工艺人员的要求较高。在行业的主要应用方向硅切片领域，近年受硅料价格上涨、N型电池片渗透率提高等因素影响，线径细线化的演进速度进一步提高，较小的线径和介质粒度有利于降低切削损耗和生产成本。根据CPIA《中国光伏产业发展路线图（2021版）》，2021年金刚线母线直径已下降至43-56μm。目前，行业内主流厂商已掌握35μm规格碳钢线（对应母线直径约40μm）生产技术，逼近碳钢丝母线的物理性能极限。硅片切割过程中，母线需要有足够的力学性能，40μm以下的钢丝存在破断拉力偏小、切割能力不足等问题。以钨丝线作为金刚线母线，在强度等方面具备优势，进一步细线化空间大，有希望成为金刚线母线发展的主要方向之一。如钨丝线能克服产能、线长、品质稳定性等产业化难点，得到广泛应用，将有望进一步降低金刚线线径，从而推动下游光伏行业降本增效。金刚线行业概况（一）金刚线逐步实现在光伏行业的完全渗透2011-2014年，金刚线在光伏行业渗透率较低，主要是因为2014年前，金刚线产品供应主要集中于日本供应商，金刚线单价较高，同传统砂浆游离磨料切割硅片相比，不具备成本优势；同时，国内金刚线生产企业的产品开发，尚处于起步阶段。2015-2016年，金刚线在单晶硅切片领域的渗透率提升至35-55%，主要是因为国内金刚线生产企业在产品生产技术取得突破，打破日本供应商在行业内的垄断，金刚线产品单价由2014年的300-600元/公里下降至2016年的200-500元/公里；同时，单晶硅相较多晶硅质地更为均匀，从而率先实现金刚线工艺配套。相较传统砂浆游离磨料切割工艺，金刚线切割速度提高4-5倍，切割硅片出片率提升15-20%，此外切片质量更为稳定，对环境污染较小。但2015-2016年，金刚线在单晶硅切片领域的渗透率仍较低，主要是因为金刚线在多晶硅切片领域，尚未解决金刚线切割导致的后端制绒工艺问题，影响多晶硅片的转化效率。2017年至今，金刚线在单晶硅切片及多晶硅切片领域的渗透率逐步提升；一方面，单晶硅切片领域率先实现金刚线工艺的全面应用；另一方面，多晶硅切片领域通过黑硅及PERC等技术的成熟解决了后端制绒工艺问题，大幅降低成本的同时提升了电池效率，带来了金刚线在多晶硅片切割应用的快速发展。此外，随着金刚线切片技术的大规模应用，单晶硅片的生产成本大幅下降；同时，由于单晶硅片的转化率更高，相较多晶硅片逐步体现出性价比优势。2021年，单晶硅片市场份额达94．5%，因此，目前金刚线切割硅片主要应用于单晶硅片切割领域。（二）金刚线行业市场需求不断扩大2011年以来，光伏装机规模扩增带动硅片产能及产量增长；同时，金刚线切片工艺实现在硅片切割领域的完全渗透，共同推动金刚线市场容量不断扩大。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2022年到2025年全球新增光伏装机容量仍将维持持续增长趋势。受益于下游行业的增长，金刚线未来市场需求也将不断扩大。（三）金刚线行业市场竞争加剧金刚线产品市场容量的扩大，主要受益于下游行业光伏发电市场竞争力的提升。因此，下游光伏行业降本增效的趋势，亦推动金刚线行业技术、成本等的市场竞争。其中，技术竞争主要体现为金刚线产品的细线化，成本竞争主要体现为通过规模化生产降低产品的单位成本。金刚线直径及微粉粒度同硅片切割质量及切削损耗量相关，较小的线径和微粉粒度有利于降低切削损耗和生产成本，因此金刚线线径将呈不断下降趋势。除金刚线产品技术的细线化竞争外，以美畅股份、聚成科技、高测股份等为代表的企业通过单机9线、单机12线、单机15线等的产能升级改造以及新建产能等方式，实现产品规模效应，提高产品成本竞争力。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。光伏行业高景气，带动金刚线需求放量平价上网叠加双碳背景，全球光伏需求放量高增。尽管受硅料产量限制，2021年内光伏行业全球及国内市场保持高景气度，CPIA统计数据显示2021年内全球光伏新增装机量高达170GW，同比增长30．77%。全球几大主流市场中，欧盟实现装机25．9GW，同比增长34%；美国实现装机26．8GW，同比增长39．6%；印度实现装机11．89GW，同比增长218%。2021年内我国实现光伏装机54．88GW，同比增长13．9%，其中分布式光伏新增装机29．28GW，占比高达53．4%，史上首次突破50%；户用光伏新增装机21．6GW，同比增长113．3%，创历史新高。光伏硅片行业概况（一）光伏硅片产量持续扩张光伏行业装机需求持续增长，带动上游原材料市场需求攀升。在光伏硅片制造环节，硅片生产企业持续扩增硅片产能，满足下游市场需求。2011-2021年，全球及中国硅片产量年均复合增长率分别达20．53%、27．50%，硅片产量快速增长。同时，随着国内硅片生产企业逐步扩产，市场光伏硅片产能逐渐向中国集中，2019-2021年，中国硅片产量占全球硅片产量的比例均在95%以上。（二）硅片生产企业硅料采购成本持续攀升2020年以来，受光伏发电逐步实现平价上网、行业投资回暖、叠加多晶硅产能扩张周期较长等因素影响，多晶硅价格持续上涨，多晶硅价格在2019年初至2020年一季度保持稳定；2020年4月初至2022年6月末，多晶硅致密料价格由7．3万元/吨上升至27．2万元/吨。硅片生产企业硅料采购成本持续攀升。（三）硅片产品向大尺寸、薄片化方向迭代鉴于硅料成本在硅片成本结构中占80%以上，在光伏行业持续推进降本增效的背景下，大尺寸有助于摊薄光伏产业链各环节的加工成本，薄片化有利于降低硅耗和硅片成本。因此，硅片生产企业产品向薄片化、大尺寸方向迭代。根据中国光伏行业协会的数据，2020年158．75mm和166mm尺寸合计约占80%，2021年硅片大尺寸化进程加快，166mm、182mm、210mm尺寸合计占比超过80%，其中182mm和210mm尺寸合计占比由2020年的4．5%迅速增长至45%。同时，截至2021年末，166mm、182mm产品的主流厚度已降至160μm，210mm产品的主流厚度已降至165μm；预计在2022年内，166mm、182mm产品的主流厚度有望达成150μm，210mm产品的主流厚度降至155μm。硅片生产企业上游行业亦紧跟薄片化、大尺寸技术发展方向，进行技术升级和产品更新。其中，金刚线为硅片切割环节主要耗材，金刚线行业生产企业亦积极响应下游硅片生产企业降本增效需求，不断推进细线径金刚线产品，降低硅片切片环节硅料耗用量。金刚线技术发展金刚石微粉需要具有一定导电性，才能随镍沉积而被固定在母线表面，进而制备金刚线。为使金刚石微粉具备导电性，一般采用化学镀的方式，使微粉表面沉积金属镀层。金刚线制备过程中，微粉在酸性体系环境中，表面金属镀层容易受到酸性腐蚀而脱落，导致上砂能力减弱、上砂不均、微粉结合力不足。因此金刚石微粉金属镀层需要具备强结合力、高耐腐蚀性能。通过高频超声酸刻蚀技术工艺，实现化学镀金属层金属活化点生长在金刚石刻蚀凹坑内，增强其结合力；通过使用添加剂并精准控制工艺参数，提升镀层耐腐蚀能力。金刚石微粉作为金刚线的主要原材料之一，其质量对于金刚线品质有着较大影响；如在母线上分布不均，出现堆积、团聚等问题，将影响金刚线的使用效果。金刚线微粉复合工艺为微粉制作完成后增加的一道钝化工艺。该技术通过在微粉表面形成一层钝化膜，改善其自身物理性能，最终实现微粉在上砂过程中均匀分布在母线上。金刚线PLC全自动过程控制技术通过计算机模拟系统，使得金刚线生产在一定程度上具备自动化。该技术可以控制制程工艺参数，保持相关参数处于最佳的工艺参数范围，以稳定产品质量。同时，该技术已实现视觉系统与自动加砂控制系统的联动，通过视觉系统监测颗粒密度变化情况，通过自动加砂量控制母线上微粉的颗粒密度，通过对于电镀液液位、温度、PH值的精准监测，实现自动补水、温度控制以及PH值等关键参数的控制，从而促进产品质量的稳定性。随着金刚线产品的持续生产，镀液中积累的金属离子、有机添加剂等杂质不断增加，此类杂质积累到一定程度会影响镀层质量，导致镀层脆性增加，进而影响下游客户使用效果。随着光伏切片技术的不断发展，下游硅片生产企业愈发关注出片率和生产成本，在切片综合良率、切割过程断线率、耗线量等方面提出更高的要求。金刚线高效上砂技术是根据多年经验自主研发的一套基于上砂工艺+核心设备的金刚线制备技术。该核心技术通过严格控制上砂工艺，实现上砂密度、上砂均匀性、上砂形态等关键指标精准把握，通过控制镀液体系、添加剂、镀层厚度与微粉粒径匹配性，实现对微粉结合力、母线脆性等机械性能的把控，从而满足不同下游客户对于切割工艺的需求。同时，该核心技术通过对设备张力系统、导电系统的优化创新，实现了不同规格金刚线的精控制生产，尤其对于规格在35线及以下的产品，可以在低张力、高线速下精准控制不同位置电流，以保证多线机台各位置金刚线的一致性。金刚线母线作为金刚石微粉的载体，其自身破断强度、韧性等方面直接影响金刚线产品的性能，其表面的拉拔沟槽、合金分布等直接影响上砂效率及镀层的结合力。金刚线行业技术先进性及具体表征金刚线的主要应用领域为硅片的切割生产环节，下游光伏行业的需求动向基本决定了金刚线技术的发展趋势。为顺应下游光伏行业向大尺寸+薄片化的方向发展，持续降低硅片切割的非硅成本，金刚线行业技术保持持续创新，不断向着三高一低（即：高出片率、高质量、高速度、低线耗）的目标不断迈进。金刚线行业发展概况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。金刚线规模应用始于2007年，主要用于蓝宝石切割。2010年左右，金刚线切割技术逐步开始应用于光伏领域，包括硅开方、硅截断和硅切片。早期切割设备与耗材（即金刚线）主要依靠进口，成本相对较高。2014年以来，随着技术的成熟以及国产设备和材料厂商崛起，金刚线切割成本实现快速下降，相对砂浆切割的优势逐渐明显，应用规模迅速扩大。随着隆基股份、TCL中环等领先硅片企业开始转向金刚线切片。在单晶切片领域，金刚线切片已在2017年全面取代砂浆切片；随着黑硅、添加剂法等工艺解决了金刚线切割硅片损伤层浅、反射率高的问题，多晶领域金刚线切片的