高效光伏电池技术路线报告：高效电池产业化提速

前言 光伏行业景气度高涨，技术百花齐放推动设备需求上升 平价上网和“双碳”政策共驱光伏行业景气度高涨。2021年我国光伏新增装机量54.88GW，同比高增13.9%，其中，分布式新增29.28GW，占比53.4%。根据CPIA预测，2022-2025年，我国年均新增光伏装机将达到83-99GW，全球光伏年均新增装机将达232-286GW。 目前PERC技术效率提升瓶颈已现，对高效电池片需求提升。TOPCon、HJT高效电池片技术路线逐渐成熟，且转换效率提升空间大，性价比优势逐渐显现，已逐步进入大规模产业化阶段。另外，IBC（或HBC/TBC等）、钙钛矿（叠层）电池也有望在未来成为明日之星。 高效电池片呼之欲出，新老玩家持续加码 1）TOPCon电池：主要电池厂商包括晶科、中来、隆基、国电投、钧达、通威、晶澳等；设备端主要包括捷佳股份、金辰股份、京山轻机、拉普拉斯等。其中，捷佳、拉普拉斯等具备TOPCon整线设备交付能力。晶科能源TOPCon的实验室最高转换效率已达到25.70%。随着激光硼掺杂技术成熟及LPCVD/PECVD等关键设备逐步成熟，TOPCon电池转换效率提升仍有较大空间。 2）HJT电池：主要电池厂包括爱旭、通威、东方日升、阿特斯、晶澳、晋能、金刚玻璃、REC、梅耶博格等；设备厂商主要包括迈为、捷佳、金辰、京山轻机等。其中，迈为股份目前在HJT设备中占据较高市场份额。HJT电池目前成本较高，但降本增效路径明确。随着微晶、银包铜、铜电镀、SMBB、激光转印等技术取得突破及硅片薄片化、大尺寸化的推进，HJT电池成本有望得到大幅下降。 3）IBC电池：隆基、爱旭、普乐、天合、中来、晶澳、海润等均有相关技术储备。IBC可与TOPCon/HJT/PSCs组合，形成HBC/TBC/PSCsIBC。 随着PECVD/LPCVD等关键设备在HJT和TOPCon电池生产应用中不断成熟，未来也有望助推IBC电池产业化。 4）钙钛矿电池（PSCs）：天合光能、协鑫光电、东方日升、晶科能源、宁德时代等电池厂商已有布局。其中宁德时代PSCs中试线正在搭建中。 设备端，捷佳RPD设备已获得客户中试线订单，京山轻机钙钛矿电池装备突破，光伏团簇型多腔式蒸镀设备量产交付。PSCs可与晶硅电池叠层，能显著提高转换效率，且不会增加过多投资成本，优势明显。 证券研究报告发送给。版权归华西证券所有，请勿转发。 p2 投资建议 、捷佳伟创、帝尔激光、海目星；其他受益标的如金辰股份、京山轻机等。 风险提示 技术进步不及预期、下游扩产进度不及预期、行业竞争加剧、数据更新不及时的风险等。 光伏行业景气度持续，高效电池片技术百花齐放 平价上网和“双碳”政策共驱光伏行业景气度高涨。2021年我国光伏新增装机量54.88GW，同比高增13.9%，其中，分布式新增29.28GW，占比53.4%。 根据CPIA预测，2022-2025年，我国年均新增光伏装机将达到83-99GW，全球光伏年均新增装机将达232-286GW。目前PERC技术效率提升瓶颈已现，对高效电池片需求提升。TOPCon、HJT高效电池片技术路线逐渐成熟，且转换效率提升空间大，性价比优势逐渐显现，已逐步进入大规模产业化阶段，IBC（或HBC/TBC等）、钙钛矿（叠层）等技术也有望成为明日之星。 光伏行业景气度持续，高效电池片技术百花齐放光伏行业景气度持续，高效电池片技术百花齐放 受益于技术革新，迈为股份、捷佳伟创、金辰股份、京山轻机等上市公司纷纷布局高效电池片设备制造。非上市公司如钧石理想、金石、拉普拉斯（连成数控参股）等也纷纷布局相关设备，并也取得较大突破。 光伏电池制造中常用镀膜设备举例：CVD、PVD 薄膜沉积方法通常有CVD（化学气相淀积）和PVD（物理气相淀积）。除此之外，还有RPD等其他类型镀膜设备。在光伏电池制造中，常用的镀膜方法有LPCVD、PECVD、ALD、RPD等。CVD广泛用于氧化硅、氮化物、多晶硅等沉积。 CVD包括APCVD（常压）、LPCVD（低压）和PECVD（等离子增强）、ALD（原子层沉积）等。 APCVD和LPCVD：通过气体混合化学反应在硅片表面沉积膜的工艺，APCVD内部环境为常压，高温（700-900℃），系统简单，反应速度快，但是均匀性、台阶覆盖能力差。LPCVD内部环境为低压、高温（750℃左右），镀膜质量较好。 PECVD：指借助微波或射频等使含有薄膜组成原子的气体电离，在局部形成等离子体后发生反应，并在基质表面沉积膜的方法。内部环境为低压、低于450℃，设备形态分为管式PECVD设备和板式PECVD设备。 ALD：一种变相的CVD工艺，通过将气相前驱体脉冲交替地通入反应器并在基体上化学吸附并反应形成沉积膜的方法。 PVD：指将材料源表面气化并通过低压气体/等离子体在基体表面沉积，包括蒸发、溅射、离子束等。 TOPCon：扩产潮已至，效率提升空间仍较大 隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）太阳能电池，首先在电池背面制备一层1～ 2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。TOPCon理论极限值28.7%，而PERC理论极限值为24.5%。 高掺杂多晶硅层形成了钝化接触结构背面，提供良好的钝化效果。 以高掺杂硅薄膜实现选择性接触，同时避免了背面氧化物钝化层的开孔工艺，降低了制造成本。 TOPCon：扩产潮已至，效率提升空间仍较大 遂穿氧化层通常采用LPCVD（+热氧化法）、PECVD沉积，非（多）晶硅层通常采用LPCVD、PECVD、PVD沉积。 本征+磷扩：先采用遂穿氧化制备二氧化硅，LPCVD制备非晶硅薄膜，再退火，磷扩（扩散炉），优点在于良率较高，生产效率较高。此外，磷扩也可采用直掺，即离子注入（增加离子注入机）结合退火的方式实现。 另外一种是在LPCVD或PECVD制备多晶硅薄膜的同时进行原位掺杂：所谓原位掺杂多晶硅是指在沉积多晶硅的同时通入含有杂质的气体。LPCVD原位掺杂转化效率高，但是工艺时间较长，同时存在石英管损耗、绕镀等问题。PECVD更容易原位掺杂，且具备绕镀小、降低耗材成本等优势。 SiN和AlO沉积与PERC电池工序相同：沉积钝化层通常仍采用ALD或PECVD；沉积减反层通常采用PECVD。 x TOPCon：扩产潮已至，效率提升空间仍较大 目前LPCVD较为成熟，应用较广，另外PECVD也有设备厂家和电池厂推广。 捷佳已具备整线设备交付能力，核心设备PE-Poly和硼扩散设备已成功交付客户量产运行，LPCVD也在客户端得到了验证，其中PE-Poly实现了隧穿层、Poly层、原位掺杂层的“三合一”制备； 金辰股份推出管式PECVD装备实现TOPCon电池核心材料“超薄氧化硅+原位掺杂非晶硅”的制备； 京山轻机首台TOPCon技术二合一镀膜设备成功交付； 拉普拉斯推出的LPCVD设备可应用于N-TOPCon电池的隧穿氧化层与非晶硅生长工艺。 TOPCon：扩产潮已至，效率提升空间仍较大 TOPCon电池扩产规划规模巨大，老牌玩家纷纷加码。2022年1月，晶科安徽8GWTOPCon电池项目投产，为全国首个大规模量产的TOPCon生产线，2月海宁基地产出首片TOPCon电池，预计到年中公司TOPCon产能将逐步爬升至16GW（海宁+安徽）。钧达、中来、隆基、天合、晶澳等均有较大规模的规划。其中，钧达股份计划扩产16GW高效电池，其中一期8GW的TOPCon项目已开工，中来在现有产能的基础上也启动两期共16GW的产能扩张；晶澳现有一条约100MW的中试线在试产TOPCon电池，预计2022年年底产能达到6.5GW。图表：部分TOPCon电池厂扩产规划（不完全统计） 晶科TOPCon的实验室最高转换效率已达到25.70%，行业内量产效率已接近25%。目前TOPCon技术还未大规模激光硼掺杂技术也有望大规模应用于TOPCon等电池技术中。 若采用TOPCon配合激光SE（硼扩），预计能助力TOPCon电池提升约0.3-0.5%的转换效率。海目星、帝尔激光等已布局相关激光硼扩散设备。目前海目星已中标晶科大额激光微损设备订单，主要用于激光硼掺杂。未来，激光设备有望成为TOPCon电池生产标配。 HJT：成本下降路径明确，技术层面突破在即 异质结电池（HJT）：由两种不同的材料组成，即在晶硅和非晶硅薄膜之间形成PN结。即在N型晶体硅片正反两面依次沉积厚度为5~ 10nm 的本征和掺杂的非晶硅薄膜以及透明导电氧化物（TCO）薄膜，从上到下依次形成了TCO-N-i-N-i-P-TCO的对称结构。HJT整个工序4道，非晶硅膜沉积和TCO膜沉积两道工序设备（主要是PVD设备）价值量占整条产线的75%。 HJT电池优势：①结构对称、工艺简单、设备较少。HJT电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层和TCO以及双面印刷电极。其结构对称、工艺相对简单；②低温制造工艺。HJT电池采用硅基薄膜工艺形成PN结发射区，制程中的最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度，避免了传统晶体硅电池形成PN结；③获得较高的转换效率。HJT电池中的本征薄膜能有效钝化晶体硅和掺杂非晶硅的界面缺陷，形成较高的开路电压；④由于电池上表面为TCO导电玻璃，电荷不会在电池表面的TCO上产生极化现象和PID现象（电势诱导衰减）。 HJT：成本下降路径明确，技术层面突破在即 处于行业领先地位，目前已有小规模订单销售。 苏州固锝：1）加强了TOPCon浆料研发；2）2021年上半年推出银包铜HJT低温浆料，2021年1-9月份，苏州晶银异质结浆料销售量共计3.73吨。 奥特维：多主栅串焊机，SMBB是为了减少银耗量，但更细焊带使得焊接难度加大。 2022年下半年预计国内GW级项目将量产导入40-50%湿重银含量级别的银包铜。 HJT：成本下降路径明确，技术层面突破在即 HJT电池四大步骤对应的设备分别为清洗设备、CVD设备、PVD设备、丝网印刷设备。截止到目前，迈为、捷佳、钧石等具备整线设备制造能力。 清洗制绒：迈为通过参股子公司吸收引进日本YAC制绒清洗技术，捷佳自主研发，京山轻机已完成首台HJT异质结清洗制绒设备的交付，产品各项指标和性能得到了客户的认可。 非晶硅薄膜沉积：硅片在PECVD设备中制作钝化膜和PN结。非晶硅膜层包好本征层I层，掺杂层P层和掺杂层N层，一般采用PECVD，价值量最高，约占50%。迈为、钧石、理想等已发客户端验证；捷佳PECVD设备已交付；金辰股份推出的微晶PECVD已交付晋能；微导也在储备PECVD项目的研发；Cat-CVD成本较高，目前采用较少，但捷佳拥有其制造能力。 TCO镀膜：TCO沉积包括RPD（反应等离子体蒸镀）和PVD（物理气象沉积）。PVD技术以ITO、SCOT，RPD以IWO、ICO作为靶材。PVD工艺主要包括真空蒸镀法和溅射法。HJT电池主要采用磁控溅射法，其原理是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面分子、原子、离子及电子等溅射出来，沿一定的方向射向硅片表面形成镀层；RPD的薄膜生长速率、成膜质量和电学性能更优秀，但靶材成本较高。迈为、钧石、理想等具备PVD设备制造能力，捷佳具备PVD和RPD设备制造能力。 证券研究报告发送给。版权归华西证券所有，请勿转发。 p15 金属化：目前通常采用丝网印刷，迈为属于丝网印刷龙头，市占率常年维持在70%+。另外捷佳等也推出其异质结丝网印刷设备。此外，新技术路线还包括激光转印、全开口钢板印刷、铜电镀、银包铜等工艺，目的是降低银耗量。 HJT：成本下降路径明确，技术层面突破在即 参与者：国内企业有安徽华晟、金刚玻璃、明阳智能、爱康科技、金阳新能源、通威、隆基、阿特斯、晶澳、东方日升、晋能，海外企业有梅耶博格、REC、Hevel等，目前100MW以上合计产能大约9.31G