玻璃及玻璃制品行业光伏TCO玻璃专题报告：TCO玻璃的前世今生与格局推演

本文从镀膜工艺出发探讨光伏TCO的技术路线、壁垒与上量契机，我们认为光伏TCO和建筑LOW-E同属大规模制造范畴，在当前钙钛矿市场容量下，综合经济性仍需等待，但超白资源和镀膜工艺流程管控能力是可以储备的竞争能力。重点推荐：信义玻璃、旗滨集团、南玻A，受益标的：金晶科技、耀皮玻璃。 从晶硅到钙钛矿，玻璃角色从辅材转为主材，成本占比显著提升。 晶硅路线中，玻璃仅作为组件环节的封装材料，起保护组件和透光的作用；而钙钛矿路线中，玻璃直接参与了薄膜电池的制备，作为沉积膜层的基础，并提供导电层，成为光伏器件的基本组成单元，在电池中成本占比由7%提升至30%。 光伏TCO更靠近建筑low-e的大规模生产模式，在线与离线镀膜路线各具优势。从全球的主要玩家分布以及镀膜产线设备上看，建筑和光伏镀膜均属于大规模制造范畴，而电子ITO更偏向精密制造领域。目前光伏TCO镀膜路径中，在线和离线模式并存，市场主流观点目前认为在线镀膜路径的理论成本更低，但同时我们需要考虑到的是，企业在实际的生产决策中对性价比的考虑可能是多维度的，比如在线TCO一旦生产难以转产其他玻璃品种且终端废品无法再回收带来良率的损失，尤其在TCO玻璃需求尚不确定的时候。 壁垒：超白浮法原片限定玩家，流程工艺管理决定赢家。TCO所需超白浮法原片有较高生产门槛，同时，受制于浮法产能指标，预计较量将在已有超白浮法线的厂商间展开。在原片的基础上，TCO玻璃需要攻克的难关是镀膜良率问题，镀膜设备只是是表层壁垒，无论在线/离线镀膜设备均可以外购，但设备和工艺匹配程度带来的良率持续提升是一项系统性工程，背后是企业的镀膜工艺调试能力。 催化：关注需求确定性与转产性价比的提升。对比晶硅上量历程，钙钛矿需求短期看仍缺乏强行政催化，同时又面临着和晶硅经济效益的直接竞争，这一竞争在23年多晶硅价格快速下行下变得更加不利。同时从企业排产效益看，钙钛矿装机量的不足意味着转产TCO面临较高的不确定性风险，与生产建筑玻璃的性价比相比较，工程玻璃售价更高的头部企业的转产节点或许尚未到来。 风险提示：钙钛矿需求不及预期；镀膜技术壁垒难以突破。 1.投资故事 从晶硅到钙钛矿，玻璃角色从辅材转为主材，成本占比显著提升。晶硅路线中，玻璃仅作为组件环节的封装材料，起保护组件和透光的作用；而钙钛矿路线中，玻璃直接参与了薄膜电池的制备，作为沉积膜层的基础，并提供导电层，成为光伏器件的基本组成单元，在电池中成本占比由7%提升至30%。 广义TCO玻璃指以TCO材料为膜层的镀膜玻璃，TCO靶材决定了光电性能，而镀膜工艺决定了生产经济性。1）从TCO靶材看，主流靶材包括FTO/ATO/ITO，其中ITO导电性能最好主要用于电子显示领域，而FTO的热稳定性和耐候性更好常见于建筑、光伏等领域；2）从镀膜工艺看，在线镀膜依附于浮法产线，利用浮法生产本身的温度，理论的制造成本更低、膜层质量更好，离线镀膜则多为另起一条镀膜线，其优势在于产线调整的灵活性更好。 工艺路径上，光伏TCO更靠近建筑low-e的大规模生产模式，在线与离线镀膜路线目前在光伏TCO领域各具优势。从全球的主要玩家分布以及镀膜产线设备的设计上看，建筑和光伏镀膜均属于大规模制造范畴，而电子ITO更偏向精密制造领域。目前光伏TCO镀膜路径中，在线和离线模式并存，市场主流观点目前认为在线镀膜路径的理论成本更低，但同时我们需要考虑到的是，企业在实际的生产决策中对性价比的考虑可能是更多维和综合性的，比如在线TCO一旦生产难以转产其他玻璃品种且终端废品无法再回收带来良率的损失，尤其在TCO玻璃需求尚不确定的时候。 壁垒：超白浮法原片限定玩家，流程工艺管理决定赢家。TCO所需超白浮法原片有较高生产门槛，同时，受制于浮法产能指标，预计较量将在已有超白浮法线的厂商间展开。在原片的基础之上，TCO玻璃需要攻克的难关是镀膜良率问题，而良率提升是一项系统性工程，要求玻璃厂商具备优异的全流程工艺管理能力。 目前来看，国内大规模生产光伏TCO玻璃的厂家及产线规模仍然较少，里面核心因素可能在于转产的综合经济性尚未体现，我们认为在TCO玻璃的竞争中，无论是在线还是离线镀膜，设备壁垒其实都是表层壁垒，在线镀膜机和离线镀膜产线的完整解决方案都可以通过外购解决且设备购买本身不存在瓶颈，最后不可或缺的还是超白资源“硬条件”，同时辅以相关的镀膜工艺调试的“软能力”。这意味着，一旦薄膜电池装机开始放量，拥有相关资源和工艺壁垒的企业都可以通过配套相关设备来上量，竞争格局也可能由此重塑。 催化：关注需求确定性与转产性价比的提升。对比晶硅上量历程，钙钛矿需求短期看仍缺乏强有力的行政产业催化，同时又面临着和晶硅经济效益的直接竞争，这一竞争在23年多晶硅价格快速下行下变得更加不利。同时从企业排产效益看，钙钛矿装机量的不足意味着转产TCO面临较高的不确定性风险，与生产建筑玻璃的性价比相比较，工程玻璃售价更高的头部企业的转产节点或许尚未到来。 投资建议：我们认为光伏TCO和建筑LOW-E同属大规模制造范畴，在当前钙钛矿市场容量下，综合经济性仍需等待，但超白资源和镀膜 请务必阅读正文之后的免责条款部分 工艺流程管控能力是可以储备的竞争能力。重点推荐：信义玻璃、旗滨集团、南玻A，受益标的：金晶科技、耀皮玻璃。 表1：相关公司估值 2.晶硅到钙钛矿，玻璃从幕后走向台前 钙钛矿太阳能电池，指使用钙钛矿型复合氧化物晶体结构的化合物作为吸光半导体材料的太阳能电池。本指化学式为CaTiO3的矿物质以及拥有CaTiO3结构的金属氧化物，现指代拥有ABX3型晶体结构的化合物。与其他种类的太阳能电池相比，其具备原料丰富、制备成本低、光电转换效率高等优势，是目前最具产业前景的新型薄膜太阳能电池。 钙钛矿材料比普通晶硅材料的理论效率和可加工性更好。硅材料的种类和结构单一，由硅原子通过共价键连接构成，这使得硅材料光电性质固定、加工困难、对缺陷的包容性差。而钙钛矿材料是由多种不同的元素以特定顺序排列而成的ABX3型化合物，元素间通过离子键连接，材料的特点使得其1）可溶性加工，能够降低制备成本；2）对缺陷有良好包容性，赋予其高光电特性；3）组分有多种元素可选择，带隙等光电性质在很大程度上可调。 图1：硅材料中的硅原子通过共价键连接 工艺上，晶硅电池以硅片为衬底，而钙钛矿电池以TCO玻璃为衬底，玻璃从辅材走向主材。晶硅电池组件中，晶硅可以直接充当衬底，玻璃并没有参与晶硅电池片的制造，仅作为组件环节的封装材料，起到保护、透光功能；而在钙钛矿电池组件中，钙钛矿材料本身无法充当衬底，主要由TCO玻璃作为衬底，玻璃直接参与到了薄膜电池的制备之中，作为沉积膜层的基础，对电池本身的性能有较大影响。 TCO玻璃作为前电极，同时承担着载体、透光、导电三种功能，重要性显著提升。1）为电池的多层膜材料结构提供物理上的机械支撑；2）让太阳光透过，并被光伏材料吸收转换为电能；3）作为电极材料成为光伏器件的基本组成单元。 图3：晶硅电池以硅片为衬底，玻璃并未参与电池片制造环节 图4：钙钛矿电池的结构与晶硅电池不同，钙钛矿材料本身无法充当衬底，玻璃担此重任 钙钛矿路线中玻璃的成本占比提升。依据协鑫光电公布的100MW级别钙钛矿组件量产成本构成中，玻璃及其他封装材料成本占比最高，达到34.0%，其次是电极材料，占比30.9%；然而，在单晶单玻组件的成本构成中，玻璃成本仅占7%。 图5：玻璃在钙钛矿组件中所占成本比重较在晶硅组件中有显著提升（左：钙钛矿、右：晶硅） 钙钛矿所需玻璃的单位价值量显著提升。我们对目前晶硅和钙钛矿路线单GW装机所需玻璃价值做一个简单测算，依据现阶段钙钛矿组件的转换效率及TCO玻璃价格做大致测算，钙钛矿组件的单GW正面玻璃价值量约为晶硅组件的3倍。 表2：钙钛矿组件单GW玻璃价值量高于晶硅组件 3.从广义镀膜玻璃视角看光伏TCO玻璃 市面上习惯以TCO玻璃专指太阳能薄膜电池用的玻璃，实际上TCO材料有很多不同的组成成份和应用形式，广义TCO玻璃是将不同的TCO材料以镀膜形式负载于平板玻璃之上，广泛应用于建筑、电子显示、光伏等多个不同下游领域。 因此本章节中，我们从广义的镀膜玻璃角度出发，探讨探讨光伏TCO的技术路线，以及其与建筑、电子显示用TCO玻璃的异同，由此更好理解不同应用场景下的镀膜玻璃生产壁垒在哪里，以及其生产所需要的能力之间是否有共性。 我们认为，在实际的产业化过程当中，镀膜的离线/在线路径之争将最终由理论性价比与实际生产灵活度共同决定，在线镀膜的理论成本更低、镀膜质量更好，但离线镀膜在实际生产中的灵活度更高。而从横向对比看，光伏TCO和建筑Low-E有更高的工艺相似性，而电子显示ITO更靠近精密制造领域，与前两者的规模化镀膜有显著工艺差异 3.1.TCO靶材：透明导电氧化物，具备光和电的双重优势 TCO材料兼具透光性和导电性，广泛用于光电相关领域。TCO是透明导电氧化物（Transparent Conductive Oxide）的简称，顾名思义该材料同时具备“可见光透过率高”和“导电性能好”的特点，因此广泛应用于光电相关领域。TCO材料多种多样，包括In、Sn、Zn和Cd的氧化物及其复合多元氧化物，其中主流应用的氧化物包括ITO（氧化铟锡）、FTO（掺氟SnO2）和ATO（掺铝ZnO） 以TCO材料为膜层的镀膜玻璃均可称之为广义的TCO玻璃。TCO材料的载体往往是平板玻璃，最终以镀膜玻璃的形式大范围应用在传统建筑、电子显示和光伏等产业之中。 表3：广义TCO玻璃的分类 表4：广义TCO的主要下游应用及其对应的功能特性 3.2.镀膜工艺：在线更高效，离线更灵活 依据镀膜工序和玻璃原片生产同步进行与否，广义的TCO镀膜玻璃制备可分为在线、离线镀膜两种生产方式，其中，在线镀膜主要采用CVD工艺，离线镀膜主要采用PVD磁控溅射法。 在线镀膜：膜层质量稳定、效率高，但过程工艺把控难度高 在线镀膜指的是将镀膜工序直接放在浮法产线的冷却工艺过程中完成，TCO原料以气态的形式输送到玻璃板上方并扩散到高温玻璃板表面，经过吸附、化学分解反应、再沉积合成镀膜膜层。在线镀膜优势在于，直接依托于原有的浮法玻璃产线，无需二次加热镀膜，理论生产成本较低、效率高，且在线镀膜形成的膜层化学成分更为稳定，膜层质量更好。但其劣势在于，在高温下镀膜的工艺参数控制难度较大。 图6：在线镀膜生产线主要在锡槽末端或退火窑前端安装镀膜设备 离线镀膜：工艺调整灵活度高，但效率低、设备与产线成本高 离线镀膜指在浮法原片生产完成后进行镀膜，一般需要另起一条镀膜产线，具体的镀膜工艺可以是CVD、PVD、溶胶凝胶法等，但最为常见的离线工艺还是PVD，将原片生产完成后经过清洗、再加热，通过磁控溅射技术镀膜，然后冷却、刻蚀，完成镀膜。离线镀膜可以更加精准把控膜层厚度和均匀性，方便控制工艺参数，灵活性较好，但是因为需要另起一条镀膜线，进行再加热，存在理论制造成本更高、工序复更繁杂等劣势。 图7：离线镀膜生产线中含多种设备，产线成本较高 表5：在线镀膜与离线镀膜比较 3.3.光伏TCO的离线与在线之争尚无定论 关于光伏TCO玻璃的技术路径，可以从两个维度讨论，一个是TCO靶材的选择，另一个是在线和离线路径的选择。但从企业建线的角度来说，一般主要抉择在于选在线还是离线镀膜工艺，而不同镀膜工艺对应着不同的适用靶材。 3.3.1.镀膜工艺选取由理论性价比与实际生产灵活度共同决定 目前市场主流观点认为，TCO在线镀膜的效率高、成本低，符合光伏产业对性价比的追求，更有机会成为主流。但从实际生产的角度考虑，对于玻璃企业而言，在线和离线镀膜灵活程度的差异也是关键的考虑要素。 上一轮光伏TCO产线投建高峰期，离线与在线路线选择并存。2011年左右，硅料价格仍在高位之时，市场对低成本薄膜电池的产业化有较高期待，彼时国内外已有多家企业进行TCO镀膜玻璃的技术储备与生产，其中，国外头部玻璃企业主要采用在线镀膜工艺，国内企业在线与离线