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安信证券-其他专用设备行业:设备推动电池片技术迭代,有望带来换机浪潮-200212
2020-02-13 07:40:46  李哲,崔逸凡
研报摘要

  ■电池片十年走过5代技术,设备升级推动产业化:光伏电池始于1953年,在经历了一百多年逐渐走向产业化发电,尤其近十年全球光伏装机迅速扩大,装机量由2010年16.83gw提升至110gw左右。光伏电池片发展本质是技术驱动降本提效,早期铝背场技术市场一枝独秀,后来转化效率更高的PERC电池迅速崛起,到目前PERC+、TOPCon、HIT等各种高效电池技术百家争鸣。新型电池片技术的产业化往往需要关键设备工艺的突破和国产化来推动,展望未来光伏电池技术更迭,率先实现设备突破和国产化的设备厂商有望充分受益。
  ■HIT电池优势显著,或为下一代技术风口:在目前各高效电池技术中,HIT技术优势最为显著,有望成为下一代主流技术。HIT技术优势主要体现在以下几点:1)光电转换效率高,目前HIT量产效率可达24%,高出PERC1.5-2个pct,叠加钙钛矿技术可达28%以上;2)光致衰减低,PERC电池一般10年衰减10%,25年衰减20%;而HIT10年衰减小于3%,25年衰减仅8%;3)双面率高,HIT为双面对称结构,其双面率目前已达85%,可获得10%以上年发电量增益,而PERC双面率仅为82%。4)温度系数低。HIT电池的温度系数为-0.258%,PERC电池的温度系数为-0.46%,HIT电池温度系数低可减少热损失,电池效率更高。
  ■群雄逐鹿HIT,设备空间潜力巨大:由于早期设备投资高、工艺要求严格,大部分厂商对HIT电池技术布局主要为MW级别试验线,截至2019年底,全球HIT产能在3-4GW左右。大家测算,若HIT设备投资降低至5亿元/GW,光点转化效率达到24%,其经济性就将显现。目前HIT规划产能已超过40GW,并随着设备国产化落地有望加速建设。如按设备投资5亿元/GW测算,未来三年HIT设备市场规模约为201亿元,其中2020-2022年分别为28、60、113亿元,市场空间广阔。
  ■HIT工艺核心在于镀膜,国产设备持续突破:HIT工艺相较于传统电池技术大大简化,只有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、金属化四个步骤,设备价值占比分别为10%、50%、25%、15%。其中两道镀膜设备价值占比合计高达75%,此前主要依赖于进口设备,而随着捷佳伟创、迈为股份等国产厂商在关键环节布局,有望将每GW整线设备投资由8亿元降至5亿元。
  由于HIT设备技术门槛较高、产线一致性要求严格,未来电池片设备企业竞争格局将趋于集中,且整线设备供应商将拥有较强的议价能力。其中国产电池片设备龙头厂商捷佳伟创、迈为股份积极布局整线供应,目前关键的镀膜设备正在客户研发测试过程中,随着产品落地将有望率先完成HIT设备整线布局,充分受益于HIT电池技术迭代浪潮。
  ■风险提示:光伏发电渗透率不及预期、HIT设备国产化不及预期。
  
  
研报全文

安信证券-其他专用设备行业:设备推动电池片技术迭代,有望带来换机浪潮-200212

1设备推动电池片技术迭代,有望带来换机浪潮■电池片十年走过5代技术,设备升级推动产业化:光伏电池始于1953年,在经历了一百多年逐渐走向产业化发电,尤其近十年全球光伏装机迅速扩大,装机量由2010年16.83gw提升至110gw左右。

光伏电池片发展本质是技术驱动降本提效,早期铝背场技术市场一枝独秀,后来转化效率更高的PERC电池迅速崛起,到目前PERC+、TOPCon、HIT等各种高效电池技术百家争鸣。

新型电池片技术的产业化往往需要关键设备工艺的突破和国产化来推动,展望未来光伏电池技术更迭,率先实现设备突破和国产化的设备厂商有望充分受益。

■HIT电池优势显著,或为下一代技术风口:在目前各高效电池技术中,HIT技术优势最为显著,有望成为下一代主流技术。

HIT技术优势主要体现在以下几点:1)光电转换效率高,目前HIT量产效率可达24%,高出PERC1.5-2个pct,叠加钙钛矿技术可达28%以上;2)光致衰减低,PERC电池一般10年衰减10%,25年衰减20%;而HIT10年衰减小于3%,25年衰减仅8%;3)双面率高,HIT为双面对称结构,其双面率目前已达85%,可获得10%以上年发电量增益,而PERC双面率仅为82%。

4)温度系数低。

HIT电池的温度系数为-0.258%,PERC电池的温度系数为-0.46%,HIT电池温度系数低可减少热损失,电池效率更高。

■群雄逐鹿HIT,设备空间潜力巨大:由于早期设备投资高、工艺要求严格,大部分厂商对HIT电池技术布局主要为MW级别试验线,截至2019年底,全球HIT产能在3-4GW左右。

大家测算,若HIT设备投资降低至5亿元/GW,光点转化效率达到24%,其经济性就将显现。

目前HIT规划产能已超过40GW,并随着设备国产化落地有望加速建设。

如按设备投资5亿元/GW测算,未来三年HIT设备市场规模约为201亿元,其中2020-2022年分别为28、60、113亿元,市场空间广阔。

■HIT工艺核心在于镀膜,国产设备持续突破:HIT工艺相较于传统电池技术大大简化,只有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、金属化四个步骤,设备价值占比分别为10%、50%、25%、15%。

其中两道镀膜设备价值占比合计高达75%,此前主要依赖于进口设备,而随着捷佳伟创、迈为股份等国产厂商在关键环节布局,有望将每GW整线设备投资由8亿元降至5亿元。

由于HIT设备技术门槛较高、产线一致性要求严格,未来电池片设备企业竞争格局将趋于集中,且整线设备供应商将拥有较强的议价能力。

其中国产电池片设备龙头厂商捷佳伟创、迈为股份积极布局整线供应,目前关键的镀膜设备正在客户研发测试过程中,随着产品落地将有望率先完成HIT设备整线布局,充分受益于HIT电池技术迭代浪潮。

■风险提示:光伏发电渗透率不及预期、HIT设备国产化不及预期。

2020年02月12日其他专用设备行业深度分析证券研究报告投资评级领先大市-A维持评级首选股票目标价评级300724捷佳伟创-买入-A300751迈为股份-买入-A行业表现资料来源:Wind资讯%1M3M12M相对收益-3.88-2.72-24.17绝对收益-8.94-1.47-5.49李哲分析师SAC执业证书编号:S1450518040001lizhe3@essence.com.cn崔逸凡分析师SAC执业证书编号:S1450519090004cuiyf1@essence.com.cn021-35082396相关报告氢能装备:政策明晰酝酿产业链级机会,零部件设备率先受益2019-03-250%5%10%15%20%25%30%2019-022019-062019-10其他专用设备沪深300行业深度分析/其他专用设备2内容目录1.关键设备突破,推动波澜壮阔的电池片技术升级史.............................................................41.1.光伏电池片10年走过5代技术.................................................................................41.2.多款技术竞逐下一代技术主流...................................................................................51.3.关键工艺设备突破,推动新技术产业化.....................................................................62.HIT有望成为下一代主流技术.............................................................................................72.1.HIT电池优势显著,或为下一代技术主流...................................................................72.2.群雄逐鹿HIT产业化,2020年或为产业元年............................................................82.3.HIT产业化关键:设备降本+效率提升........................................................................93.HIT设备国产化前夜,市场空间潜力巨大..........................................................................103.1.传统技术工艺繁杂,设备改造优化效率...................................................................103.1.1.铝背场(Al-BSF)技术...................................................................................113.1.2.PERC技术.....................................................................................................133.1.3.PERC+技术:SE电池、双面PERC...............................................................153.1.4.N型电池技术:N-PERT、TOPCON...............................................................173.2.HIT工艺去繁为简,镀膜设备为核心环节.................................................................193.3.设备市场空间潜力巨大,龙头企业将率先受益.........................................................224.推荐标的..........................................................................................................................234.1.捷佳伟创:电池片产品线覆盖完整,技术路线多条布局...........................................234.2.迈为股份:丝网印刷设备龙头,HIT核心技术不断突破...........................................235.风险提示..........................................................................................................................24图表目录图1:光伏电池片技术迭代路径..............................................................................................4图2:PERC电池PECVD设备..............................................................................................6图3:PERC电池激光开槽设备..............................................................................................6图2:市场主流三种电池平均效率对比....................................................................................7图3:2017年HIT成本构成(单位:元)..............................................................................9图4:2018年HIT成本构成(单位:元)..............................................................................9图7:光伏电池工艺步骤及设备对比......................................................................................11图5:铝背场电池工艺设备...................................................................................................12图6:铝背场电池工艺原理.................................................................................................12图7:单面PERC电池结构..................................................................................................13图8:PERC电池工艺设备...................................................................................................14图9:PERC电池电池工艺原理............................................................................................14图10:SE激光掺杂原理......................................................................................................16图11:SE激光掺杂工艺示意图............................................................................................16图12:单/双面电池结构对比................................................................................................16图13:爱旭PERC双面电池设计.........................................................................................16图14:N-PERT双面太阳能电池结构示意图.........................................................................17图15:N-PERT和P-PERC工艺对比..................................................................................17图16:topcon电池结构.......................................................................................................18图17:topcon电池较N-PERT新增工艺路线.......................................................................18图18:LPCVD设备系统框图...............................................................................................18行业深度分析/其他专用设备3图19:LPCVD设备产品......................................................................................................18图20:HIT电池结构示意图(左)和主要生产流程(右)....................................................19表1:电池片各个技术路线市占率变化趋势.............................................................................4表2:2018-2025年各种电池平均转换效率(%)变化趋势.........................................................5表3:光伏高效池各技术路线对比...........................................................................................6表4:全球HIT电池产能........................................................................................................8表5:PERC与HIT电池成本对比(元/w)........................................................................10表6:光伏电池技术对比........................................................................................................11表7:BSF电池片各生产环节设备及竞争厂商......................................................................13表8:基于氧化铝的两种背钝化技术路径..............................................................................14表9:ALD和PECVD技术路线投资对比测算.......................................................................14表10:PERC电池片各生产环节设备及竞争厂商.................................................................15表11:国内TOPCon电池产能.............................................................................................19表12:PECVD和HWCVD相关性质对比............................................................................20表13:PECVD两种技术路径对比........................................................................................20表14:PVD、RPD工艺量产成本对比..................................................................................21表15:HIT电池各环节生产设备及竞争厂商.........................................................................21表16:HIT设备市场空间测算..............................................................................................22行业深度分析/其他专用设备41.关键设备突破,推动波澜壮阔的电池片技术升级史1.1.光伏电池片10年走过5代技术光伏发电原理即将入射的太阳光直接转换为电能,它的历史始于1839年光生伏特效应的发现,到1953年美国制造出晶体硅太阳能电池,太阳能电池经历了一百多年逐渐走向工业领域开始应用于能源供应。

近十年来全球光伏产业迅速扩大,由2010年全球装机量16.83GW到2019年已经增长至110GW左右。

光伏产业链快速发展的本质是技术驱动降本提效,这一点在电池片领域体现的尤为明显。

早期Al-BSF技术在光伏电池市场一直独秀,转化效率约为20%左右。

到目前光伏各种高效电池技术百家争鸣,转化效率已突破24%,当前路线主要有:P型单多晶PERC电池技术,N型单晶PERT/TOPCon电池技术,N型单晶HIT电池技术以及N型单晶IBC电池技术。

图1:光伏电池片技术迭代路径资料来源:摩尔光伏,安信证券研究中心2015年以前,Al-BSF铝背场电池在国内电池片的渗透率在90%以上,而随着硅片环节单晶优势凸显开始逐步替代多晶后,PERC电池产能开始迅速崛起,从2016年市场渗透率不足10%,到2019年能或超过50%,成为目前市场主流电池技术路线。

市场预期2020年之后BSF电池会继续减少,但随着N型电池片技术发展,TOPCON、HIT等更为高效的电池将填补这些份额并进一步扩大。

表1:电池片各个技术路线市占率变化趋势分类2016201720182019E2020E2023E2025EBSF电池89.3%83.3%60.0%39.4%30.0%10.6%5.0%PERC电池9.0%15.0%33.5%50.6%55.7%60.9%61.0%N-PERT电池0.0%1.5%5.0%8.0%10.0%17.0%18.0%异质结HIT电池0.1%0.2%0.7%1.0%3.0%7.5%10.0%TOPCON电池0.0%0.0%0.1%0.2%0.5%3.0%5.0%其他技术电池1.6%0.0%0.7%0.8%0.8%1.0%1.0%资料来源:《中国光伏产业发展路线图》,安信证券研究中心行业深度分析/其他专用设备51.2.多款技术竞逐下一代技术主流光伏电池片技术迭代是产业对于转化效率与成本投资的平衡。

由于PERC相对于BSF转化效率有明显优势和上升空间,同时设备改造成本相对不高,基于原产线5000万元/GW的改造即可实现转化效率2个点以上提升,因此自2018年以来迅速占领市场主要份额。

展望未来,由于P型电池效率迫近瓶颈、提效进度放缓,而N型电池效率提升潜力大、投资成本不断降低,大家认为本轮光伏技术变革将由P型电池转向N型电池,同时也将带来电池片设备的变革和投资机会。

表2:2018-2025年各种电池平均转换效率(%)变化趋势分类20182019E2020E2021E2023E2025E多晶BSFp型多晶黑硅电池19.219.419.719.920.220.5PERCp型多晶黑硅电池20.320.520.821.121.321.6PERCp型准单晶电池21.621.822.222.422.622.8p型单晶PERCP型单晶电池21.822.122.422.622.823.0n型单晶N-PERT+TopCon单晶电池(正面效率)21.522.022.523.023.524.0硅基异质结N型单晶电池22.523.023.524.024.525.0背接触N型单晶电池23.423.623.824.324.625.0资料来源:《中国光伏产业发展路线图》,安信证券研究中心当前市场主流的高效电池包括:基于PERC继续优化的PERC+技术,以及N型电池的PERT、TOPCON(隧穿氧化钝化接触)、HIT(异质结)、IBC(全背电极接触)四种技术路径,这些技术路线各有优劣,目前正激烈争夺技术高地:1)PERC+:当前PERC技术成熟、性价比高,同时设备国产化完全,成为近两年高效电池主要扩产的技术。

当前PERC技术可叠加SE等技术继续优化升级,最高效率高达24%,预计2020年依然是光伏电池主流技术。

但目前PERC逐渐逼近效率上限,未来提升空间小。

2)N-PERT:N-PERT作为N型电池片技术可实现量产,技术难度小,设备投资较少。

但是N-PERT与双面P-PERC相比没有性价比优势,同时较其他N型电池转化效率低,目前经济性相对较差,布局厂家较少。

3)TOPCON:TOPCON电池是在N型电池工艺的基础上研发出的隧穿氧化层钝化接触技术,该技术可大幅度的提升N型电池的VOC和转换效率。

虽然TOPCON电池转化效率上限较高,但由于其背面收光较差,量产难度很高,目前有布局的企业包括:天合、LG、REC、中来等。

4)HIT:HIT技术则是通过增加一层非晶硅异质结来提高VOC开路电压,从而提高电池片的转换效率。

HIT效率可达23%-24%,工序少、可实现量产。

但是其设备贵、投资成本高,成为阻碍其大规模产业化的一点,目前已经有松下、晋能、通威等企业布局。

5)IBC:IBC电池在当前各电池技术中效率最高,可以达到24%以上,单由于IBC技术难度极高,设备投资高,成本高,国内尚未实现量产,目前布局的企业主要为sunpower。

行业深度分析/其他专用设备6表3:光伏高效池各技术路线对比P-PERCN-PERTN-TOPCONHITIBC电池效率21.8-22%21.5-21.7%22.5-23.2%22.5-24%24-25%2019年底产能1100.93.841.6主要企业主流厂商中来、林洋中来、天合、晶澳晋能、通威、爱康SUNPOWER优势性价比高可从现有产线升级可从现有产线升级工序少效率高量产非常成熟可量产可量产但难度高可量产但难度高量产难度大技术难度容易较容易难度高难度高难度极高供需少较少多最少非常多投资设备少较少设备投资设备仍较贵设备贵非常高与现有产线兼容性已有许多场可用现有设备升级可用新产线升级完全不兼容不兼容目前问题产能扩充非常快,后期路线不明确与双面P-PERC相比没有性价比优势量产难度高,效率空间高于PERC但可能低于HIT与现有设备不兼容,设备投资成本高难度高,成本也远超前面技术资料来源:光伏盒子,安信证券研究中心1.3.关键工艺设备突破,推动新技术产业化关键工艺设备的突破和国产化落地是推动新技术产业化不可或缺的因素。

PERC电池最早起源于上世纪八十年代,1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率,1999年其实验室研究的PERL电池创造了转换效率25%的世界纪录。

但由于实验室技术难以支撑稳定量产、当时设备技术成本较高、叠加多晶硅片效果一般等因素影响,PERC技术产业化发展一直没有得以推广。

直到20年后的2010年,BSF电池效率接近20%上限瓶颈,PERC被重新提到批量研发和生产议程上。

在2015年金刚线切割提升单晶硅片渗透率背景下,PERC设备工艺突破后产业化获得显著进展,市场份额从2016年10%提升至2019年50%。

图2:PERC电池PECVD设备图3:PERC电池激光开槽设备资料来源:捷佳伟创招股书资料来源:帝尔激光招股书镀膜和激光量产设备使PERC产业化为可能。

早期PERC采用SiO2为钝化材料,但由于其制备工艺需要高温过程,沉积时间较长,成本较高。

而随着Al2O3介质膜产业化制备技术不断成熟,PECVD、ALD等镀膜设备出现后,厂家开始导入并快速扩张产能。

另一关键工艺则是背面局部接触的实现,随着激光开槽设备的引入,PERC技术开始逐步走向产业化。

同时回顾光伏发展历史,新技术问世后,往往是头部企业引入进口设备把工艺做成熟,然后国产设备厂商跟进降本。

据产业信息网数据,PERC产线采用全进口设备成本较高,大约在行业深度分析/其他专用设备75亿元/GW,而在实现国产化后,2018年可降低至2.5亿元/GW,大大缩短了电池片企业投资回报周期,从而推动产业化进程。

因此站在当前时间节点展望未来光伏电池技术更迭,率先实现设备突破和国产化的设备厂商有望充分受益。

2.HIT有望成为下一代主流技术2.1.HIT电池优势显著,或为下一代技术主流相较于当下市场主流PERC技术电池,HIT电池在转化效率、使用寿命、电池参数等都远高其水平。

目前市场上的PERC光电转化效率为22%左右,实验室光电转化率最高值约为24%,PERC电池越来越逼近其效率上限。

而HIT电池的实验室光电转换率最高值高达26.63%,在光伏发电降本增效的背景下,HIT电池取代PERC是光伏产业的发展趋势,也是国家为了实现平价上网目标的扶持的重点方向。

图4:市场主流三种电池平均效率对比资料来源:中国光伏行业协会,安信证券研究中心作为一种行业前景广阔的电池片技术,HIT主要有以下几点优势:1)光电转换效率高。

目前HIT产线的量产转换效率可达24%,最高纪录是由日本Kaneka企业创造的26.63%,其效率潜力比当前使用P型PERC电池效率高出1.5~2个pct,若将其叠加钙钛矿技术,最高效率可达28%以上。

2)光致衰减低。

光衰是指光通量在对感光鼓表面充电时,随着电荷在感光鼓表面的积累,电位会达到饱和,带来发电量的下降。

PERC电池由于硼为主要元素,会导致电池光衰,一般10年衰减10%,25年衰减20%。

而HIT电池磷为主要元素,极大放缓光衰速度,一般10年衰减小于3%,25年后发电量仅下降8%。

3)双面率高。

HIT为双面对称结构,使得正反面受到光照后都能发电,平均发电量相比于单面电池组件高出10%以上,其双面率(电池背面效率与正面效率的比值)目前已达85%,未来有望增长到92%以上,可获得10%以上的年发电量增益,而PERC的双面率仅为82%。

4)温度系数低。

HIT电池温度系数低,较为稳定,能减少阳光带来的热损失。

一般来说实验室电池工作时的温度在25摄氏度,实际使用时的工作温度会略高于实验室温度。

HIT电池的温度系数为-0.258%,PERC电池的温度系数为-0.46%,HIT电池温度系数远小21.0%21.5%22.0%22.5%23.0%23.5%24.0%24.5%25.0%25.5%20192020E2021E2022E2023E2024E2025EN型HITN型TopconP型PERC行业深度分析/其他专用设备8于PERC温度系数,意味着电池效率更高。

2.2.群雄逐鹿HIT产业化,2020年或为产业元年HIT较传统电池有诸多优势,但早期由于设备初期投资高以及对制程工艺要求严格,大部分厂商对异质结电池技术仍在观望阶段,投建多为MW级别试验线。

随着近年来光伏发电降本增效需求提升以及技术的不断成熟,各市场主体加快HIT电池的投资布局。

截至2019年底,HIT全球实际产能在3-4GW左右。

国外:2018年以来,全球已有20多家企业对HIT电池进行了实质性的布局。

其中,日本三洋凭借现有产能1GW以及23%的量产效率成为HIT市场的领头羊,国外具备成熟HIT技术的REC、Keneka、Solarcity等厂家。

国内:国内近年来也在加快布局HIT产量储备,目前已有10多家企业参与到异质结电池研发、生产中,规划总产能已超过30GW。

其中布局较早的晋能、中智、钧石、汉能等的异质结产线也均已进入小批量量产阶段,目前产线多在建设中。

表4:全球HIT电池产能国家企业现有产能(MW)规划产能(MW)量产效率(%)中国中智泰兴160200022.8晋能100200023.27钧石600500022.43东方日升0250023通威200200023中环303021.5汉能120200022.5新日光NSP5050爱康2005000彩虹02000清华紫光6060上澎303022.3晋锐0500025国电投0100山煤010000日本Panasonic1000100023Kaneka202021.5长州产业808022.8美国Solarcity400100022.5Sunpreme040023.5法国INES303023俄罗斯Havel160160匈牙利ECO8080意大利3SUN300200新加坡REC600600资料来源:摩尔光伏,安信证券研究中心众多布局HIT量产,2020年或为产业化元年。

2019年10月10日,REC宣布其位于新加坡的600MW异质结电池产线开始量产,并将推升REC总组件产能至1.8GW。

该项目投资1.5亿美金,采用了瑞士设备商梅耶博格(MB)的设备和技术方案,并使用了梅耶博格先进的智能网栅连接技术(SWCT)。

REC此次新加坡投产产线是全球第一个0.5GW以上的量产行业深度分析/其他专用设备9HIT项目,具有很大的标杆意义,将推动全球HIT产业实现大规模化生产。

此外,我国山煤国际也在2019年7月公告,规划建设10GW异质结电池生产线项目。

2020年2月11日,通威公告计划于成都金堂投资200亿元扩产30gw电池片产能,分4期各7.5gw建设。

其中1期将于2020年3月启动,2021年内投产,后续项目3-5年内逐步投产。

其中通威金堂1、2期主要基于PERC产能优化改造,建设PERC+、TOPCON产能,3、4期或将投建HIT产能。

本次通威大规模扩产体现对N型电池片的乐观预期,3、4期的15gw的HIT产能规模也相当可观展望长期大家认为hit有望凭高效率成为下一代技术主流。

随着HIT电池关键设备、耗材国产化推进,投资成本不断降低,企业加大HIT电池投资布局,据产业信息网数据,一批标杆企业与项目可能在2020年展开投运,预计将有2020年将有4-5GW以上的HIT新增产能投放,超前几年累计产能,2020年有望成为HIT产业化元年。

2.3.HIT产业化关键:设备降本+效率提升目前HIT成本相较于其他电池仍然偏高,截止2018年底,HIT电池成本约为1.22元/W。

从每成本构成来看,硅片0.575元,占比47.13%;浆料0.297元,占比24.34%;折旧0.150元,占比12.30%;靶材0.053元,占比4.34%;其他还包括其他材料、动力、人工等。

目前HIT量产难题主要体现在工艺技术、生产设备、材料高投入三个方面:1)从技术端来看:HIT电池精度高、容错率低,还对生产工艺中制绒后硅片表面洁净度、各工序Q-time、生产连续性、焊带拉力的稳定性等方面的控制提出了非常严苛的要求。

2)从设备端来看:HIT产线与现有电池不兼容,设备需要重新投建,资产投资较大、当前电池片价格下回报周期较长。

目前国内HIT核心生产设备仍主要依靠国外进口,整线设备投资高达8~10亿元/GW,约为PERC设备投资的4倍。

3)从材料端来看:HIT电池中硅片成本和材料成本占比最高,分别为47%和29%。

其中HIT采用N型硅片较传统P型硅片价格较高,同时HIT电池银浆耗量大约是传统电池的五倍,同时含银量较高也进一步提升了材料成本,TCO环节的进口靶材价格也相对较高。

图5:2017年HIT成本构成(单位:元)图6:2018年HIT成本构成(单位:元)资料来源:前瞻产业研究院,安信证券研究中心资料来源:前瞻产业研究院,安信证券研究中心从上述分析来看,HIT电池的发展依赖关键材料及设备等成本的降低,关于异质结技术的降本方向,一般认为应主要从以下四方面展开:0.996,55%0.404,22%0.141,8%0.05,3%0.219,12%硅片成本浆料成本折旧成本靶材成本其他0.575,47%0.297,25%0.15,12%0.053,4%0.145,12%硅片成本浆料成本折旧成本靶材成本其他行业深度分析/其他专用设备101)降低设备成本。

若采用完全进口设备,HIT整线设备投资高达8~10亿元/GW,目前迈为、捷佳等设备企业积极布局HIT整线国产化,根据索比光伏网预测,预计单GW设备投资成本可降低在5亿元左右,按5年折旧折算为0.1元/W,具有明显降本空间。

降低设备投资重要性在于能够大幅缩短投资回报周期,电池厂扩产意愿强从而带来产业规模化效应,降低HIT整体生产成本。

2)降低低温银浆、靶材成本。

由于HIT生产工艺温度低,只能采用价格较高的低温银浆,同时HIT电池银浆耗量大约是传统电池的3-5倍。

通过通过无主栅电池和组件的封装技术,银浆消耗量有望降低50%-60%,国产化也将进一步降低银浆成本。

TCO环节的靶材进口成本同样较高,目前国内相关厂家也在积极布局靶材国产化,存在较大降本空间。

3)硅片薄片化。

由于常规电池烧结温度一般在950℃,而HIT低温银浆烧结温度一般在200℃左右,HIT电池制备环境较传统电池更有优势。

同时由于N型硅片薄片化以后不影响硅片的电性能,硅片厚度有望从目前的180um降低至120um,甚至100um以下。

硅片薄片化可以大幅降低硅片耗量同时提升硅片环节生产效率,从而有效降低硅片生产成本。

根据国电投数据,硅片厚度每降低20um,单片含硅成本下降约0.25元、产能可提升约7%。

HIT电池经济性测算:从终端用电端角度来看,一般电池成本增加0.12元/W,转换效率需要提升1%能使得系统端成本持平。

若按照当前PERC和HIT转化效率分别为22%和24%,PERC电池成本0.82元/W测算,当HIT电池降到1.06元/W时将处于盈利平衡点。

若在当前水平将HIT材料成本降低30%,设备成本降低37.5%(8亿元/GW降到5亿元/GW),即可将成本降至1.06元/W,因此设备投资降至5亿/GW、转化效率稳定在24%是HIT相较于PERC具有经济性的重要指标,也是目前国产厂家积极推进的目标。

表5:PERC与HIT电池成本对比(元/w)硅片成本材料成本设备折旧其他合计浆料成本靶材成本HIT0.580.300.050.150.151.22PERC0.580.110.040.090.82国产化HIT0.580.210.040.090.151.06资料来源:中智电力,安信证券研究中心3.HIT设备国产化前夜,市场空间潜力巨大3.1.传统技术工艺繁杂,设备改造优化效率从早期的铝背场技术到目前市场占据主流的PERC技术,以及当下产业正在密集布局的PERC+技术和N型的PERT、TOPCON技术,该系列技术优势在于均可基于老旧产线进行工艺改造实现技术升级,从而一步步提升电池转化效率,性价比显著。

相应的,技术改造也带来了工艺步骤繁杂叠加,最初铝背场技术有7道工序,到TOPCON工序已高达12-13道。

行业深度分析/其他专用设备11表6:光伏电池技术对比常规铝背场电池P型PERC单晶电池N型PERTTOPCON电池硅片掺杂P型P型N型N型硅片晶型单晶/多晶单晶/多晶单晶单晶工艺步骤78912最难工艺//硼掺杂隧道结制备产线平均效率19-20%21.8-22%21.5-21.7%22.5-23.2%双面发电×70%>90%>90%成本最低次低次高最高衰减单晶<3%/多晶<1%单晶<3%/多晶>6%无无综合评价衰减问题严重衰减问题严重无光衰、双面发电无光衰、双面发电效率已达到瓶颈效率接近瓶颈效率提升空间有限效率提升潜力大将陷于低价竞争,逐渐退出产业目前性价比最高成本不易下降产品良率较低资料来源:中科院电工所,安信证券研究中心图7:光伏电池工艺步骤及设备对比资料来源:安信证券研究中心3.1.1.铝背场(Al-BSF)技术铝背场电池(Al-BSF,全称BackSurfaceField)是指在晶硅光伏电池P-N结制备完成后,通过在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,从而形成铝背场。

其既可以减少少数载流子在背面复合的概率,同时也可以作为背面的金属电极,因此能够提升光伏电池的转换效率,铝背场电池转化效率约为20%。

铝背场电池在2018年以前占据主流市场份额,其中2016年市场占比高达89%。

铝背场电池主要有7道工艺:制绒清洗、扩散制结、边缘刻蚀去磷硅玻璃、沉积钝化层减反射层、丝网印刷、烧结、测试分选;以及根据工艺分别对应的8类设备:制绒清洗设备、扩散炉、刻蚀设备、PECVD、丝网印刷设备、烧结炉、测试分选机、自动化设备。

行业深度分析/其他专用设备12图8:铝背场电池工艺设备图9:铝背场电池工艺原理资料来源:捷佳伟创官网,安信证券研究中心资料来源:产业信息网,安信证券研究中心1)制绒清洗:为了降低硅片表面对太阳光的反射,提高硅片表面对太阳光的吸取率,从而提高光电转化效率,故需对硅片表面进行织构化绒面制备处理。

主要用途为去除硅片表面的机械损伤层、油污和金属杂质,形成起伏不平的绒面减少光反射,增加P-N结受光面积。

主要设备为制绒清洗设备。

2)扩散制结:扩散工艺是为了制造太阳能电池的心脏P-N结,在太阳光照射到电池表面时,内部P区和N区原子的价电子受激发产生非平衡状态电子-空穴对,P-N结处可形成与内建电场方向相反的光生电场,当电路连通时能输出电流。

而扩散则是通过热运动使得磷在硅中输运,从而改变基片表面层的导电类型。

主要设备为扩散炉。

3)边缘刻蚀去磷硅玻璃:刻蚀是为了去除边缘、背面会导致漏电的扩散层,去除N型硅使得硅片上下表面互相绝缘,同时获得良好的物理形貌。

而去除磷硅玻璃是由于磷硅玻璃使得硅片表面易受潮,会导致电流降低、功率衰减,也会导致少子寿命降低,同时也使得PECVD后产生色差。

主要设备为刻蚀设备。

4)沉积钝化层减反射层:镀减反射薄膜是由于其抗氧化和绝缘性能,同时能够阻挡钠离子、掩蔽金属离子和水蒸气扩散。

表面钝化是降低表面态密度,为了保护表面不受污染物质影响。

主要设备为PECVD。

5)丝网印刷:丝网印刷是通过刮条挤压丝网弹性形变后将浆料漏印在需要印刷的材料上,电池主要采用该工艺来印刷背电极、背电场、正面电极,主要用到铝浆和银浆,从而形成正面银栅极和背面铝背场。

主要设备为丝网印刷设备。

6)烧结:烧结需要在烘干浆料后进行,完成栅极和铝背场的烧结,使得上下电极形成欧姆接触,提高转换效率欧姆接触,当电流通过时良好的欧姆接触,不会产生显著的压降和功耗。

主要设备为烧结炉。

7)测试分选:需要对电池片进行分类检测,根据不同的电性能分档,以便于组件的制造,同时进行外观分选,分出电性能合格品和不良品。

主要设备为测试分选机。

此外,电池片生产过程中还需要应用于整体制造各环节中的自动化设备,主要包括自动化装卸片机和上下片机等。

行业深度分析/其他专用设备13表7:BSF电池片各生产环节设备及竞争厂商工序价值链占比设备类型国内主要厂商国外主要厂商前道19%清洗设备常州捷佳创、上海思恩、张家港超声、上海釜川、北方华创Schmid、RENA制绒设备常州捷佳创、苏州聚晶17%扩散炉捷佳伟创、丰盛装备、中电集团企业48所、北方华创TempressSystems,Inc、CentrothermPhotovoltaicsAG15%刻蚀设备常州捷佳创、苏州聚晶Schmid、RENA13%PECVD设备捷佳伟创、北方华创、丰盛装备、中电集团企业48所CentrothermPhotovoltaicsAG、Roth&Rau、TempressSystems,Inc.后道30%丝网印刷设备/烧结炉/测试分选设备迈为股份、东莞科隆威Baccini(应用材料旗下)6%自动化设备捷佳伟创、罗博特科、先导智能、无锡江松Jonas&Redmann、Schmid、MANZ资料来源:各企业公告,安信证券研究中心3.1.2.PERC技术PERC电池(PassivatedEmitterandRearCell),全称为钝化发射极和背面电池,其结构是从常规铝背场电池结构自然衍生而来。

由于应用于常规铝背场电池背表面的金属铝膜层中,复合速率无法降到200cm/s以下;同时到达铝背场的红外辐射光只有60%到70%能被发射回去,随着产业对于电池片效率需求提升,铝背场电池局限性愈发明显。

图10:单面PERC电池结构资料来源:韩华新能源PERC电池通过在电池背面附上氧化铝AlOx,氧化硅SiOx和氮化硅SiNx等介质钝化层,可以大大减少这种光电损失,提升转化效率。

只需在铝背场电池产线新增两类约5000万元的设备,可实现效率1%以上的提升,性价比优势显著,当前PERC电池的产业转化效率已经高达22%以上。

PERC电池于2018年开始成为行业标配技术,根据《中国光伏产业发展路线图》统计,2019年占比可达50%,随着电池片价格下降加速老旧产能淘汰,后续占比有望继续攀升。

行业深度分析/其他专用设备14图11:PERC电池工艺设备图12:PERC电池电池工艺原理资料来源:捷佳伟创官网,安信证券研究中心资料来源:光伏计量PERC电池的生产流程较铝背场主要新增两道工艺:背面钝化叠层,背面钝化层激光开槽。

此外,还需要对背面抛光工艺稍作改进调整。

1)背面钝化叠层:由于氧化铝较高的电荷密度被广泛应用于PERC背面钝化材料,此外,还需要在氧化铝表面覆一层氮化硅以保护背部钝化膜,因此PERC电池背面钝化多采用氧化铝/氮化硅的双层结构。

其中氮化硅膜通常与正面工艺相同,用PECVD设备进行双面镀膜;而氧化铝膜可以采取PECVD或ALD两种设备进行镀膜。

表8:基于氧化铝的两种背钝化技术路径PECVDALD+PECVD沉积工艺在一台设备中完成Al2O3/SiNx沉积在两台设备中完成Al2O3/SiNx沉积沉积速率高低镀膜厚度15-20nm5-6nmTMA耗量9-10mg2-5mg钝化质量低高设备厂商板式:MeyerBurger/昆山讯立板式:BeneQ/ASM/无锡微导管式:Centrotherm/Semco/捷佳伟创管式:SolayTec/Levitech/理想能源资料来源:ITRPV2018,安信证券研究中心管式PECVD国产化落地,有望成为行业标配。

氧化铝镀膜两大类技术路线各有优势,PECVD无需单独配置氮化硅镀膜设备,能够一台设备实现二合一镀膜(管式PECVD较板式镀膜厚度更低、效率高,但进口设备造价高);而ALD镀膜厚度仅为PECVD三分之一,TMA耗量更低,且钝化质量相对更高,在2018年上半年新增的PERC产能中,ALD工艺路线占比超过60%。

但随着捷佳伟创通过两年研发,在2019年率先实现了管式PECVD国产化,客户验证端转化效率超过22%,企业在2019年6月与通威签订了4亿元订单,其中PECVD全部采用管式二合一设备,未来管式PECVD设备有望凭借性价比优势提升市场份额,成为行业标配,持续利好相关设备布局厂商。

表9:ALD和PECVD技术路线投资对比测算1GW投资ALD单价(万元)ALD台数PECVD单价(万元)PECVD台数合计(万元)ALD+PECVD6004320105600PECVD管式二合一00470104700资料来源:产业信息网,安信证券研究中心行业深度分析/其他专用设备152)背面钝化层激光开槽:激光工艺是利用脉冲激光来打穿电池背面的钝化层形成背面接触,在接下来的丝网印刷工艺里铝浆便可以与硅片背面形成有效的局部铝背场。

激光的开孔面积一般占硅片面积的4%-8%,太大的激光开孔会导致硅片的晶体伤害从而影响电池的VOC,太小的开孔会导致接触电阻以及横向传输电阻偏高从而影响电池的FF。

主要设备为激光开槽设备。

3)背面抛光:基于化学湿台的边缘隔离步骤需要针对背部抛光稍做调整,硅片背部绒面金字塔型结构需要被溶蚀掉。

除非采用激光边缘隔离技术,背面抛光并不需要添加专门的工艺和设备,只需在清洗时改变用于蚀刻的化学试剂。

在这个步骤中,可以加强化学试剂以达到理想的表面粗糙度。

表10:PERC电池片各生产环节设备及竞争厂商工序价值链占比设备类型国内主要厂商国外主要厂商前道8%清洗设备常州捷佳创、上海思恩、张家港超声、上海釜川、北方华创Schmid、RENA制绒设备常州捷佳创、苏州聚晶15%扩散炉捷佳伟创、丰盛装备、中电集团、北方华创TempressSystems,Inc、CentrothermPhotovoltaicsAG8%刻蚀设备常州捷佳创、苏州聚晶Schmid、RENA24%PECVD设备+ALD捷佳伟创、北方华创、丰盛装备、中电集团CentrothermPhotovoltaicsAG、Roth&Rau、TempressSystems,Inc.后道10%激光设备迈为股份、帝尔激光、大族激光InnoLasSolutions、AMAT25%丝网印刷设备/烧结炉/测试分选设备迈为股份、东莞科隆威Baccini(应用材料旗下)10%自动化设备捷佳伟创、罗博特科、先导智能、无锡江松Jonas&Redmann、Schmid、MANZ资料来源:各企业公告,安信证券研究中心PERC设备厂商集中度高,各环节龙头优势显著。

当前PERC设备投资约为2亿元/GW,其中核心环节在于PECVD环节,占比约为24%。

从设备竞争格局上来看,PERC设备市场集中度相对较高,其中捷佳伟创在前道工艺制绒清洗至PECVD各环节市占率较高,其中植绒清洗、PECVD市占率高达60-70%,其他环节均在50%左右;帝尔激光在激光设备市占率较高,接近70-80%;而迈为股份在后道工艺丝网印刷设备市占率也超过70%。

3.1.3.PERC+技术:SE电池、双面PERC值得一提的是,传统PERC工作原理仅针对电池背面进行优化,尤其是降低电池背面的复合损失,与电池正面无关。

若对电池正面继续优化改造,如引进新的金属化概念、提升结性能等,都能将进一步提升PERC电池的性能,其中隆基生产的单晶双面PERC电池效率突破24%,创造世界商业化尺寸最高纪录。

由于PERC存在一定改造空间,且基于旧线改造较重新投建性价比较高,因此2020年基于PERC的优化技术仍占据主要市场份额。

当前PERC+技术路径相对较多,大家主要分析目前市场较为主流的两类技术:SE电池、双面PERC。

1)SE电池:SE电池(selectiveemitter),全称选择性扩散电池,主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂,光照区域磷低浓度掺杂,金属化区域浓扩散区结深大,烧结过程中金属等杂质不易进入耗尽区形成深能级,重掺杂区降低电阻以提高电池片转化效率。

SE电池最终结果比行业深度分析/其他专用设备16常规PERC电池可提高效率0.2%-0.3%。

图13:SE激光掺杂原理图14:SE激光掺杂工艺示意图资料来源:光伏技术,安信证券研究中心资料来源:光伏技术,安信证券研究中心优点:1)降低串联电阻,提高填充因子;2)减少载流子复合,提高表面钝化效果;3)增强电池短波光谱响应,提高短路电流和开路电压。

由于SE电池高性价比优势,现有超过60%的PERC产能引进了SE工艺,目前已成为PERC新建产能标配技术。

工艺及设备:目前市场主流SE电池采用激光PSG掺杂法,在扩散和边缘刻蚀两道工序间添加一道激光二次扩散工艺,需要新增SE激光掺杂设备。

其中设备单台售价约400万元,1GW中大约需要用到4台设备,对应1600万元。

据企业公告,目前帝尔激光仍占据SE激光设备主要份额,市占率约在86%。

2)双面PERC:双面PERC电池是将原本背面不透光的全铝背场改造成铝栅线电极,使得太阳照到电池表面时,有部分光线被周围环境反射照到电池背面,这这部分光可以透过SiNx镀膜材料,被硅吸取,激发的电子-空穴对被p+-p高低结分离(因P型硅背面钝化,相当于掺杂有Al原子),从而对电池的光电流和效率产生贡献。

图15:单/双面电池结构对比图16:爱旭PERC双面电池设计资料来源:光伏技术,安信证券研究中心资料来源:光伏技术,安信证券研究中心行业深度分析/其他专用设备17优点:1)双面发电;2)双玻封装高可靠性;3)与现有PERC生产线兼容;4)可采用单晶硅或多晶硅作为基体,成本优势显著。

5)降低铝浆用量,PERC单面电池Al耗量1.08g/pcs,PERC双面电池Al耗量0.35g/pcs,铝浆料用料大约节省68%。

工艺及设备:相应的,双面电池的工艺变化主要体现在高精度激光开膜、高精度背电场印刷、背铝浆料。

其中设备端主要涉及丝网印刷设备工艺优化,将全面印刷改为局部印刷,改造成本相对较小,目前天合光能、隆基乐叶、晶澳等厂商都已具备双面PERC电池的量产能力。

3.1.4.N型电池技术:N-PERT、TOPCON晶硅太阳电池可以用传统P型硅片,也可以用N型硅片来制作。

P型电池最主要的问题在于硼氧对引起的衰减,而掺磷的N型电池硼含量极低,从本质上消除了硼氧对带来光致衰减的影响。

此外采用N型硅作衬底,具有少子寿命高、对金属杂质的容忍度高,适合双面电池设计(双面率90%)等优点。

目前产业界量产平均转换效率大于23%的电池均为N型电池(N-PERT、TOPCON、HIT等)。

1)N-PERT:N-PERT(PassivatedEmitter,RearTotally-diffusedcell),全称发射结钝化及背场全扩散。

基于N型硅片的太阳电池一般都是双面电池,一般早期发展的N型双面电池主要是N-PERT电池。

图17:N-PERT双面太阳能电池结构示意图图18:N-PERT和P-PERC工艺对比资料来源:光伏测试网,安信证券研究中心资料来源:英利熊猫,安信证券研究中心优点:由于PERT与规模化生产的IBC、HIT等N型电池相比,其结构简单、制备成本低、工艺流程短,与现有的P型生产线相兼容,容易实现大规模量产。

工艺:N-PERT电池比传统PERC电池主要增加了硼元素掺杂工艺,在普通化学制绒的N型Si片上,通过硼磷管式共扩散制备正面P型发射结和N型背面,然后通过PECVD技术在前后表面制备钝化层和减反膜,正反面电极使用常规丝网印刷工艺完成。

由于N型PERT电池技术双面都是银浆印刷没有氧化铝覆盖,因此不需要使用激光工艺,不会对硅片造成额外晶体伤害。

设备:N-PERT的正面扩散需要将原本的磷扩散炉调整为硼扩散炉,背面的磷扩散需要用PECVD离子注入设备。

据公告,目前捷佳伟创配套N型电池的硼扩散炉已完成工艺调试,而PECVD离子注入设备目前仍主要依赖进口。

行业深度分析/其他专用设备182)TOPCON:在N-PERT电池工艺的基础上,德国FraunhoferISE研究所在2013年首次提出TOPCON(隧穿氧化层钝化接触)电池概念。

TOPCON是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构。

图19:topcon电池结构图20:topcon电池较N-PERT新增工艺路线资料来源:普乐新能源,安信证券研究中心资料来源:中来股份,安信证券研究中心优点:TOPCON电池为硅片的背面提供了良好的表面钝化,超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合,进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集,从而极大地降低了金属接触复合电流,提升了电池的开路电压和短路电流。

TOPCON的效率极限可高出PERC电池5%,2019年天合光能公布TOPCON量产效率已超出23%。

工艺:而TOPCON目前也面临着一定挑战,首先工艺方面,由于TOPCON在PERT基础上再次增加隧道结制备、离子注入、退火清洗等工艺,工艺更为复杂,步骤高达12-13步。

其次,由于工艺流程和双面银浆也带来了成本上升,此外在BBr3扩散、硼离子注入、制备双面掺杂层等方面也存在一些技术瓶颈,产品良率相对较低。

图21:LPCVD设备系统框图图22:LPCVD设备产品资料来源:摩尔光伏,安信证券研究中心资料来源:光伏技术,安信证券研究中心设备:TOPCON在现有PERC设备基础上增加LPCVD、硼扩以及绕镀清洗,增加1亿元/GW即可完成技术升级。

TOPCON的核心设备是用于沉积隧道氧化层和多晶硅的LPCVD设备,目前中来产线主要采购Tempress等进口设备。

据企业公告,捷佳伟创目前针对TOPCON的LPCVD设备已完成工艺调试,有望进一步降低成本。

目前中来、晶科、天合、林洋等电池厂家已具备一定TOPCON产能。

行业深度分析/其他专用设备19表11:国内TOPCon电池产能企业现有产能(MW)规划产能(MW)量产效率(%)中来1000460022.8晶科20080023天合50050023林洋30080023一道0100022.5资料来源:摩尔光伏,安信证券研究中心3.2.HIT工艺去繁为简,镀膜设备为核心环节HIT(HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer)电池,全称晶体硅异质结太阳电池,最早由日本三洋企业于1990年开发,后因HIT被三洋注册为商标,又被称为HJT、HDT、SHJ。

同质结电池指同一种半导体材料构成P-N结,而异质结即是两种不同半导体材料构成异质结。

HIT主要由N型硅片、双面非晶硅层、双面TCO膜和双面金属化组成,其中P-N结是由非晶硅(a-Si)和晶体硅(c-Si)材料构成。

图23:HIT电池结构示意图(左)和主要生产流程(右)资料来源:光伏领跑者创新论坛,安信证券研究中心HIT电池原理:当光照在HIT电池表面上时,首先被p+-a-Si层吸取,作为激发产生载流子的能量。

p+-a-Si和n-c-Si形成PN结,跟同质PN结一样,在内建电场的作用下,p区中的少数载流子(光生电子e-)将会漂移到n-c-Si中,n-c-Si中的少数载流子(空穴h+)同样会受力漂移到p+-a-Si层,于是在异质结两侧就会随之出现光生电荷的聚集累积,从而产生光电压,产生了异质结的光生伏特效应。

HIT工艺步骤:HIT的制作工艺相较于传统电池技术大大简化,只有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、金属化四个步骤,并且在小于200℃的低温环境中进行,还减少了高温对硅片的热损伤。

其中HIT关键技术在于非晶硅薄膜沉积环节,制备的超薄本征非晶硅层i-a-Si可以大幅度降低晶硅的表面复合,从而获得很高的开路电压(高达750mV)。

目前HIT每个工艺环节均存在多种平行技术路径。

行业深度分析/其他专用设备201)制绒清洗:原理与传统电池技术类似,目的是降低硅片表面的反射率,提高硅片的陷光作用,产生更多的有效载流子。

清洗流程主要有RCA清洗和臭氧清洗两种方式,目前RCA清洗是市场主流技术方向。

①RCA清洗:半导体级别的湿法化学清洗,能获得的低金属杂质界面,RCA清洗法非常有效,但是引入氨水会导致表面粗糙度增加且成本十分高昂。

松下1GW的HIT电池采用RCA清洗,主要用到湿式化学清洗设备。

②臭氧清洗:硅片表面粗糙度几乎不变,能获得比较平滑的表面,臭氧清洗还降低了化学试剂的使用量,大大降低了HIT电池清洗段的成本,但衬底表面残留较多金属杂质,未来随着工艺改进,性价比有望逐步提升。

2)非晶硅薄膜沉积:在硅片正面沉积厚度为3-5nm的本征非晶硅薄膜i-a-Si和p型非晶硅薄膜p-a-Si,从而形成PN异质结;在背面沉积本征非晶硅薄膜i-a-Si和n型非晶硅薄膜n-a-Si,从而形成背表面场。

因为PN结是在表面形成的并且沉积层也决定了钝化的效果,因此这是HIT电池制造的最核心步骤之一。

目前非晶硅沉积主要有HWCVD与PECVD两种工艺方法,除去生长速率以外,PECVD的方法更具备竞争优势且稳定,国内许多厂商都朝着PECVD的方向做研发。

表12:PECVD和HWCVD相关性质对比性质PECVDHWCVD生长速率慢快生长面积大小生长均匀性好较差薄膜质量较好好工艺稳定性好较差工艺成熟度成熟相对不成熟资料来源:产业信息网,安信证券研究中心①HWCVD(热丝化学气象沉积):此类工艺优点是对界面轰击较小,薄膜质量较好,对硅片钝化较好,但是其劣势也比较明显,均匀性较差并且维护成本较高。

日本松下企业目前拥有的1GW产能均采用HWCVD沉积本征非晶硅与掺杂非晶硅,主要用到HWCVD设备。

②PECVD(等离子增强化学气相沉积):主要进行本征和掺杂非晶硅薄膜的多层堆叠,并在纳米尺度上对其控制。

PECVD现在主要分为RFCVD与VHFCVD技术,两者在射频频率上存在差异,主要用到PECVD设备。

表13:PECVD两种技术路径对比全称优势劣势VHCVD甚高频等离子体化学气象沉积薄膜质量较好,对衬底轰击较小非晶硅均匀性略差,受制于等离子体驻波效应以及趋肤效应难以做成大面积chamber,产能会受限制RFCVD射频等离子体化学气相沉积沉积非晶硅均匀性较好,薄膜氢含量较高沉积非晶硅薄膜悬挂键和Si-Si弱键较多,成膜质量较差,对硅衬底的轰击强资料来源:光伏领跑者创新论坛,安信证券研究中心3)TCO薄膜沉积:非晶硅薄膜沉积后,还需要在两侧非晶硅薄膜再沉积透明导电氧化层TCO薄膜,用作减反层以及横向输运载流子至电极的导电层,TCO薄膜的质量影响横向电荷收集。

目前,沉积HIT电池TCO薄膜的方法主要有RPD和PVD两种,目前市场主导PVD技术。

行业深度分析/其他专用设备21①RPD(反应等离子体沉积):采用日本住友重工RPD设备匹配自己生产的IWO(氧化铟掺钨)靶材制备IWO透明导电薄膜,国产化后成本较低。

RPD相对于传统PVD工艺制备ITO效率上提升0.5-1%,但技术成本相对更高,同时存在住友专利壁垒。

需要用对应RPD设备,目前捷佳伟创与日本住友开展合作,推动RPD工艺的设备研发。

②PVD(物理化学气象沉积):采用直流磁控溅射制备TCO,现在HIT电池采用PVD工艺制备的TCO一般是ITO,但是由于PVD工艺带来了粒子高轰击、损伤较大,同时ITO光电学性能差于IWO导电薄膜。

需要用对应PVD设备。

表14:PVD、RPD工艺量产成本对比工艺靶材种类靶材密度靶材成本(元)成本(元/pcs)PVDITO>7.127000.4-0.5SCOT>6.835000.45-0.5IWO4-4.5进口32000.6-0.7RPDIWO(国产)4-4.5国产20000.2-0.3托盘改进4-4.5国产20000.2-0.3资料来源:光伏前沿,安信证券研究中心4)金属化:最后一般通过丝网印刷技术在TCO表面形成金属电极,由于HIT电池采用非晶硅薄膜需要温度限制在200℃的低温环境,因此HIT电池通常使用可在低温下固化的特殊银浆。

但银浆由于加工时间长和电阻较高,目前也出现了电镀等技术替代丝网印刷。

目前电镀铜和丝网印刷是HIT金属化的两种主要方法,其中丝网印刷是金属化主要手段。

①丝网印刷:HIT丝网印刷与传统晶体硅电池差异较小,均采用普通的钢丝复合网,但一般背面细栅线条数是正面的两倍左右。

HIT丝印主要差别体现在银浆上,常规晶体硅电池采用高温银浆,高温烧结后通过银和硅衬底隧穿导电,烧结温度一般在950℃。

而HIT的低温银浆是通过树脂包裹银颗粒与TCO接触隧穿导电,低温银浆固化(烧结)温度一般在200℃左右。

由于高体电阻率需要较厚的浆料沉积层,因此HIT的浆料成本也大幅增加。

②电镀铜:HIT电池电镀是基于种子层栅线的方法替代丝网印刷,优点是可实现双面电镀,电池正背面金属化可以同时完成,价格低廉,同时电镀可以与标准的基于焊接的组件互连技术结合使用。

但由于电镀技术相对复杂且污染更多,目前行业主流仍然采用丝网印刷路线。

表15:HIT电池各环节生产设备及竞争厂商工序价值链占比设备类型国内主要厂商国外主要厂商市场格局制绒清洗10%RCA清洗设备捷佳伟创YAC、RENA捷佳目前链式清洗、高产能单晶制绒清洗设备完成样机,可实现进口替代臭氧清洗设备新格拉斯非晶硅薄膜沉积50%PECVD设备理想能源、迈为股份、钧石能源梅耶博格、AMAT、新格拉斯目进口设备为主,国内理想能源已布局VHFCVD设备,捷佳、迈为CVD设备目前也在客户测试认证中HWCVD设备日本真空(爱发科)TCO薄膜沉积25%RPD设备捷佳伟创(与住友合作)日本住友日本住友垄断RPD设备专利及对应IWO靶材。

外资企业基于PVD工艺推出产品,但PVD的镀膜工艺、ITO靶材性价比有差距PVD设备新格拉斯、冯阿登纳、日本真空(爱发科)金属化15%丝网印刷迈为股份、捷佳伟创Baccini(应用材料旗下)国内迈为股份、国外Baccini具备较为明显的优势电镀铜钧石能源资料来源:各企业公告,安信证券研究中心行业深度分析/其他专用设备22HIT设备投资较高,非晶硅镀膜占主要价值。

尽管HIT流程简化但难度系数更高,当前HIT设备投资约为8-10亿元/GW,若实现国产化有望降低至5元/GW左右。

其中核心环节在于非晶硅薄膜沉积,价值占比高达50%。

HIT设备国产化进程加快,有望实现弯道超车。

在制绒清洗和丝网印刷环节的相应设备,国内的捷佳伟创和迈为股份已经可以实现国产替代。

设备价值占比最大的非晶硅薄膜沉积和沉积TCO薄膜工艺的相关设备,虽然目前仍主要依赖进口厂商,但国内设备商也在进行积极的布局,如理想能源、迈为股份、捷佳伟创已经开始研制开发镀膜设备且已实现小批量出货,关键的CVD设备也开始进入主流电池片厂商的产品认证过程中。

随着HIT整线国产化推进有望大幅降低设备成本,加速电池产业化落地。

3.3.设备市场空间潜力巨大,龙头企业将率先受益1)从供给端测算:按上文分析,目前全球HIT实际产能约为3-4GW,现厂家已公布规划约为40GW,还存在37GW左右缺口,若按照HIT国产化后设备投资价格5亿元/GW、规划产能未来三年内投建测算,未来三年HIT设备市场空间约为185亿元,对应年均市场空间约62亿元。

2)从需求端测算:根据大家测算分析,未来三年HIT设备市场空间约为201亿元,其中2020-2022年市场空间分别为28、60、113亿元。

假设1:随着全球范围内光伏发电降本增效、平价上网的持续推进,未来光伏发电的渗透率将不断提升,光伏终端装机需求有望保持持续增长。

预计2020-2022年全球新增装机需求分别为140GW、170GW、190GW。

假设2:2020年内HIT整线设备国产化落地,HIT电池较目前传统电池技术经济性优势显现,下游电池厂商投建HIT产能意愿强,HIT电池渗透率将保持高速增长。

预计2020-2022年HIT渗透率分别为6%、12%、24%。

假设3:2020年国产设备厂商进度良好,完成HIT各环节设备国产化,设备投资额大幅降低,并随着电池片技术成熟、效率提升,未来HIT设备单GW投资有望持续降低。

预计2020-2022年HIT设备单GW投资分别为5.5亿元/GW、5亿元/GW、4.5亿元/GW。

表16:HIT设备市场空间测算201820192020E2021E2022E国外新增装机(GW)4530456070国内新增装机(GW)598095110120全球新增装机(GW)104110140170190HIT渗透率0.0%3.0%6.0%12.0%24.0%HIT存量产能(GW)0.003.308.4020.4045.60HIT新增产能(GW)3.305.1012.0025.20设备投资(亿元/GW)8.005.505.004.50市场空间(亿元)26.4028.0560.00113.40资料来源:索比光伏网,安信证券研究中心根据大家测算,未来三年HIT设备市场规模有望达到185-201亿元,市场空间十分广阔。

同时由于HIT设备技术门槛较高、产线一致性要求严格,未来电池片设备企业竞争格局将趋于集中,且整线设备供应商将拥有较强的议价能力。

目前国产电池片设备龙头厂商捷佳伟创、迈为股份有望率先完成HIT设备整线布局,充分受益于HIT电池技术迭代浪潮。

行业深度分析/其他专用设备234.推荐标的4.1.捷佳伟创:电池片产品线覆盖完整,技术路线多条布局光伏电池设备龙头企业,前道工艺设备优势显著。

捷佳伟创成立于2007年,主营光伏电池片PECVD、制绒、刻蚀、清洗等设备,目前是国内唯一能为客户提供整套电池片前中端生产线设备的供应商。

其中企业在前道占据垄断地位市占率超过50%,其中镀膜等核心工艺环节高达70%以上。

随着2019年企业丝网印刷、烧结设备的陆续出货,目前企业几乎覆盖整条电池片设备产品链。

企业产品种类、型号储备完善,有望成为整线设备提供商,有利于增强企业与客户之间的粘性,提高与国内外厂商的竞争能力。

高效电池技术多条布局,HIT国产化持续推进。

捷佳在HIT、TOPCON等新型高效电池片技术布局进展良好,据企业公告,目前TOPCON电池工艺技术钝化设备研发已进入样机调试阶段,HIT工艺设备也在研发逐步开展中。

目前企业HIT清洗制绒机已经有产品突破,节拍可以做到6000片/小时,RPD已经与日本住友布局代工及产品开发,企业丝网印刷机于2019年成功开发出货。

随着企业CVD产品研发出货,届时企业将具备HIT整线交付能力,将充分受益于电池片技术更新迭代浪潮,有望进一步厚增估值水平。

PERC订单预期良好,支撑企业收入业绩增长。

而在传统PERC领域,目前捷佳伟创已经与国内隆基、通威等龙头厂商建立合作关系,随着2020年光伏终端需求提升,电池片PERC有效产能预计仍有40GW空缺,将支撑电池片设备企业订单整体规模。

捷佳将充分受益于PERC+技术深化的红利贡献,目前企业积极推进布局管式二合一、镀膜等新型PERC+技术,进一步提升企业在传统PERC电池的价值份额占比和盈利能力,有望为企业收入及盈利水平打造增长点。

风险提示:下游电池片扩产不及预期,企业新产品研发不及预期。

4.2.迈为股份:丝网印刷设备龙头,HIT核心技术不断突破专注丝网印刷细分市场,优质客户保障订单稳定。

企业成立于2010年,主营产品为太阳能电池丝网印刷生产线成套设备,包括核心设备全自动太阳能电池丝网印刷机和自动上片机、红外线干燥炉等生产线配套设备。

迈为专注于后道丝网印刷设备,市占率高达70%以上,目前绑定隆基、通威等国内主要电池片厂商订单份额。

其中,企业自2018年Q4以来与隆基持续签订订单,累计金额4.15亿元,支撑业绩稳定增长。

高效电池技术路线推进布局,有望受益HIT景气浪潮。

企业在现有光伏设备的基础上,相继进入光伏激光设备(PERC激光开槽设备、SE激光掺杂设备),以及叠瓦组件设备等光伏上下游高效设备领域,光伏高效技术推进将提振企业相关设备需求。

在HIT技术布局方面,企业目前与通威在合肥积极研发接触,目前丝网印刷设备已完成布局,CVD设备也有望实现突破,有望充分受益于HIT的高景气浪潮。

拓展OLED、锂电设备布局,打造未来业绩增长点。

企业凭借其领先的研发领域,延伸产业链布局至OLED、锂电领域。

2018年企业已中标维信诺固安第六代AMOLED面板生产线激光项目。

未来两年全球OLED制造设备市场预计达到284亿美金。

其中第六代设备市场预计将占61%份额为172亿美金。

此外企业在双工位锂电卷绕设备也在研发布局,目前进入样机调试阶段。

未来企业新领域高端设备有望贡献业绩增长点。

风险提示:下游电池片扩产不及预期,企业新产品研发不及预期。

行业深度分析/其他专用设备245.风险提示1)光伏发电渗透率不及预期:光伏终端发电需求将直接影响各环节产业需求,若光伏用电端需求不及预期,全球光伏新增装机量或将出现波动,影响电池片厂商的扩产进度,进一步削减对于设备企业的订单招标情况。

2)HIT设备国产化不及预期:目前捷佳伟创、迈为股份等国产设备厂商正积极布局HIT核心环节设备工艺,若相关设备厂商研发、验证进度不及预期,或将影响HIT国产化进度,从而推迟HIT产业化进程。

3)设备市场竞争环境加剧:目前龙头设备厂商在各优势环节具备较高市占率水平,若未来设备厂商互相延伸产业链布局,或行业有新竞争者进入,或将影响光伏设备市场竞争格局,相关设备厂商盈利能力和市场份额可能出现波动。

行业深度分析/其他专用设备25行业评级体系收益评级:领先大市—未来6个月的投资收益率领先沪深300指数10%以上;同步大市—未来6个月的投资收益率与沪深300指数的变动幅度相差-10%至10%;落后大市—未来6个月的投资收益率落后沪深300指数10%以上;风险评级:A—正常风险,未来6个月投资收益率的波动小于等于沪深300指数波动;B—较高风险,未来6个月投资收益率的波动大于沪深300指数波动;分析师声明李哲、崔逸凡声明,本人具有中国证券业协会授予的证券投资咨询执业资格,勤勉尽责、诚实守信。

本人对本报告的内容和观点负责,保证信息来源合法合规、研究方法专业审慎、研究观点独立公正、分析结论具有合理依据,特此声明。

本企业具备证券投资咨询业务资格的说明安信证券股份有限企业(以下简称“本企业”)经中国证券监督管理委员会核准,取得证券投资咨询业务许可。

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发布证券研究报告,是证券投资咨询业务的一种基本形式,本企业可以对证券及证券相关产品的价值、市场走势或者相关影响因素进行分析,形成证券估值、投资评级等投资分析意见,制作证券研究报告,并向本企业的客户发布。

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行业深度分析/其他专用设备26安信证券股份有限企业对本声明条款具有惟一修改权和最终说明权。

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