光伏電池片行業(yè)研究報告

光伏電池片行業(yè)研究報告導語光伏行業(yè)：由政策+技術驅動，行業(yè)發(fā)展猶如“長江后浪推前浪”，伴隨每一代技術進步，中國出現(xiàn)了尚德、英利、協(xié)鑫、隆基、通威等一批又一批的光伏行業(yè)龍頭。1.光伏電池片：未來5年迎重大技術變革！設備受益迭代需求光伏行業(yè)：由政策+技術驅動，行業(yè)發(fā)展猶如“長江后浪推前浪”，伴隨每一代技術進步，中國出現(xiàn)了尚德、英利、協(xié)鑫、隆基、通威等一批又一批的光伏行業(yè)龍頭。未來5年：電池片是光伏產業(yè)鏈重大技術變革環(huán)節(jié)，設備受益迭代需求。技術發(fā)展史：鋁背場BSF電池（1代，2017年以前）→PERC電池（2代，2017年至今）→PERC+/TOPCon（2.5代）→HJT電池（3代）→HBC電池（4代，可能潛在方向）→鈣鈦礦疊層電池（5代，可能潛在方向）。光伏行業(yè)的核心是“降本+升效”、降低度電成本。單晶電池技術的不斷迭代，帶來轉換效率從2014年的19%上升至2020年的23%-24%，預計未來有望邁向30%。2.PERC：效率已近天花板；HJT、TOPCon將迎爆發(fā)2.1.PERC電池：效率瓶頸將至，HJT、TOPCon迎市場升級迭代需求PERC為目前市場主流技術路徑，仍具備幾年生命期，但產線擴張即將進入尾聲。1)據(jù)不完全估計，2021年主流PERC電池片廠商規(guī)劃的新增產能達143GW、為歷史最高值，主要因大尺寸技術迭代小尺寸所致。2)但PERC轉換效率已接近24%的理論極限，未來提高空間有限。此外，PERC電池存在PID、LID、LeTID等衰減，后期發(fā)電能力弱。3)預計2021年PERC擴產潮將達到頂峰、此后各大廠商再擴PERC產能意愿有限，更多精力將用于布局HJT、TOPCon等新技術路徑電池。2.2.復盤PERC歷史：重視技術變革帶來的產業(yè)機會！行業(yè)爆發(fā)力極強復盤PERC電池的發(fā)展歷程，可基本分為三個階段。1)第一階段，PERC電池尚處于技術驗證階段，技術路線可行性在此階段得到驗證，產能規(guī)劃多為試驗產能擴張，設備以進口為主。2)第二階段，PERC技術的成熟推動電池產能的擴張，實現(xiàn)GW級批量出貨，新型電池的市占率逐步提升，國產設備開始發(fā)力。3)第三階段，國產設備的投資降本顯著提高PERC電池利潤，在高利潤的驅動下，GW級擴產項目爆發(fā)式增長，PERC電池的市占率大幅提升，迅速取代BSF電池。1)2012-2014年：PERC電池小規(guī)模量產，設備供應由國外廠商主導PERC電池技術處于工藝驗證階段，逐步實現(xiàn)小規(guī)模量產。2012年，由中電光伏牽頭的“863”專項的啟動標志PERC電池正式在我國開啟產業(yè)化進程。這一階段，PERC電池轉換效率已提升至20.4%，但由于技術尚未成熟，該階段的產能布局多為試驗產能擴張。設備端：國外PERC電池設備供應商占據(jù)主導地位，國產設備開始起步。這一時期，PERC電池核心設備的供應由國外廠商壟斷，國內廠商開始推出國產設備的試驗與小規(guī)模量產，但此階段國產設備尚未涉及PERC電池背面鈍化，設備性能與國外相比仍有較大差距。2)2015-2017年：PERC效率提升推動產能擴張，國產設備技術逐步成熟隨著PERC電池技術的成熟，至2017年底，PERC電池的平均轉換效率提升至21.3%。這一時期的技術發(fā)展促進了PERC電池產能的進一步擴張。據(jù)CPIA數(shù)據(jù)，PERC電池的全球產能從2015年的4.9GW增長到2017年的28.9GW，2017年PERC電池的市場占比提升至15%。設備端：國產設備工藝日趨成熟，逐步打破國外壟斷。以國內設備商捷佳偉創(chuàng)為例，通過在電池片設備領域的深耕，其PECVD設備性能不斷提升，2017年價格已下降至68.79萬/管。國產PERC電池設備的性價比日益凸顯，成功打破國外廠商對核心設備供應的壟斷。3)2018-2020年：PERC電池產能爆發(fā)式增長，核心設備完成國產替代成本下降促進PERC電池產能激增，各大光伏企業(yè)布局GW級擴產項目。由于轉換效率的提升和設備價格的下降，PERC電池產線的投資成本從2018年的42萬元/MW下降至2019年的30.3萬/MW，進而推動了PERC電池產能的爆發(fā)式增長，隆基、晶科、愛旭等標桿企業(yè)均推出了GW級擴產項目。2019年，全球PERC電池片新增產能高達59GW，同比增長103%，總產能突破126GW。設備端：隨著國產PERC設備的工藝基本成熟，高性價比的國產PERC電池設備成為主流，占據(jù)了市場50%以上的市場份額。2019年，通威向捷佳偉創(chuàng)采購PECVD設備的總金額超4億元，標志著國產設備受到電池龍頭的認可。復盤滲透率的表現(xiàn)來看，2017年常規(guī)BSF電池依然占據(jù)主流地位，市占率仍高達83%。隨著PERC電池經(jīng)濟性得到產業(yè)認可，PERC市占率從2017年的15%上升至2020年的86%，短短4年時間滲透率提升近6倍、全面替代BSF電池、爆發(fā)力極強，快速放量成為市場主流的技術路線。我們判斷，雖然未來2-3年PERC將仍為市場主流，但隨著HJT、TOPCon設備的成熟、經(jīng)濟實用性達到平衡點，將復制PERC電池快速滲透的歷程，快速爆發(fā)、開啟下一代電池片技術生命周期。3.異質結：“增效+降本”潛力巨大，是光伏未來顛覆性技術3.1.HJT電池：產業(yè)化臨近、規(guī)劃產能超60GW，將取代PERC成為第三代電池片技術晶體硅異質結太陽電池（HJT）是在晶體硅上沉積非晶硅薄膜，它綜合了晶體硅電池與薄膜電池的優(yōu)勢，具有轉換效率高、工藝溫度低、穩(wěn)定性高、衰減率低、雙面發(fā)電等優(yōu)點，技術具有顛覆性。對比PERC電池，HJT潛力巨大，將成為第三代電池片技術主流。據(jù)我們綜合測算，HJT在25年全生命周期綜合發(fā)電量較PERC高15%-20%。1)轉換效率更優(yōu)：HJT效率潛力超28%，遠高PERC電池。受P型單晶電池自身材料的限制，PERC電池轉換效率已接近天花板，而HJT最高轉換效率已超26%（日本Kaneka曾創(chuàng)26.63%，國內最高為漢能的25.1%），長期有望超28%，效率優(yōu)勢明顯。2)工藝流程更簡化，降本空間更大：HJT為低溫工藝，在硅片成本（利于薄片化和減少熱損傷）和非硅成本（燃料能源節(jié)約）上均更優(yōu)。同時，HJT只需4道工藝，相比PERC（8道工藝）和TOPCon（9-12道工藝）成本更低。3)光致衰減更低：HJT電池10年衰減率小于3%，25年發(fā)電量下降僅為8%，衰減速度遠低于PERC及TOPCon電池。4)低溫系數(shù)、穩(wěn)定性高：在82攝氏度環(huán)境下，HJT光電轉換效率比傳統(tǒng)組件高出13%。5)雙面率更高：HJT為雙面對稱結構，雙面率有望提升至93-98%（PERC和TOPCon均在80%附近，但很難再提升），可獲得10%以上的年發(fā)電量增益?；仡櫄v史：異質結（HJT）電池最早由日本的三洋（Sanyo）公司于1990年研發(fā)，專利保護于2010年過期。在過去30年間，產業(yè)經(jīng)歷了萌芽期、實驗室階段、初步的商業(yè)化階段和逐步的產業(yè)化階段。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前HJT國內規(guī)劃產能超60GW，新老電池片廠商均有開始布局。安徽華晟（500MW量產線）、明陽智能（5GW規(guī)劃）、金剛玻璃（1.2GW規(guī)劃）、愛康科技（3.4GW招標規(guī)劃）、潤陽集團（5GW規(guī)劃）等已紛紛開始布局，歷史包袱較輕。傳統(tǒng)電池片廠商中，通威（金堂1GW量產線）、晶澳、東方日升、阿特斯、天合光能等也已相繼進入，加速從PERC向HJT的轉型。展望未來：預計2020-2021年將成為HJT投資元年，行業(yè)擴產規(guī)模將達到10-15GW。

隨著設備國產化、銀漿和靶材成本的降低、以及轉換效率提升帶來的“增效+降本”效益凸顯，2022年行業(yè)將進入快速爆發(fā)階段、擴產規(guī)模有望達30GW以上。3.2.HJT設備：多技術路線“百花齊放”，國產設備廠將強力推動產業(yè)化進程HJT4大工藝步驟：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO制備、電極制備，對應的設備分別為清洗制絨設備、PECVD設備、PVD/RPD設備、絲網(wǎng)印刷設備,在設備投資額占比分別約10%、50%、25%和15%。1）制絨設備：主要是利用化學制劑對硅片進行清洗和表面結構化，核心設備是濕式化學清洗設備。主要廠商：日本YAC、德國Singulus、德國RENA。捷佳偉創(chuàng)的清洗設備已完成樣機并交付。2）PECVD（非晶硅薄膜沉積）：該步驟取代了傳統(tǒng)PERC工藝中的擴散工藝，是構造異質結結構的關鍵，難度、壁壘最高，價值占到全部設備的50%，為異質結設備的核心。從技術路徑上：板式PECVD是目前主流，管式PECVD、Cat-CVD具潛力。國外廠商包括：梅耶博格（已不對外提供）、應用材料等。國內廠商包括：邁為股份、金辰股份、捷佳偉創(chuàng)、理想能源、鈞石能源等。板式PECVD：將多片硅片放置在一個石墨或碳纖維支架上，放入一個金屬的沉積腔室中，腔室中有平板型的電極，與樣品支架形成一個放電回路，在腔室中的工藝氣體在兩個極板之間的交流電長的作用下在空間形成等離子體，分解SiH4中的Si和H，以及NH3中的N形成SiNx沉積到硅表面。優(yōu)勢：技術最成熟，易實現(xiàn)大面積均勻性，材料缺陷態(tài)密度低。管式PECVD：使用像擴散爐管一樣的石英管作為沉積腔室，使用電阻爐作為加熱體，將一個可以放置多篇硅片的石墨舟插進石英管中進行沉積。優(yōu)勢：相比板式PECVD，成本端有更大的下降空間。CAT-CVD：源氣體分子在真空室中通過加熱的催化劑進行催化裂化反應分解，并將裂解的物質輸送到基材上形成薄膜。優(yōu)勢：相比傳統(tǒng)PECVD，轉換效率提升潛力大，對于源氣體的利用率在80%以上。且Cat-CVD理論上可在熱絲兩側同時沉積，生產速度更快。3）TCO薄膜設備-PVD/RPD：技術壁壘低于PECVD，主要包括RPD和PVD兩種的技術路徑設備。目前主流技術路線是用PVD（物理氣相沉淀），相較于PVD，RPD的效率和質量更高，但是受制于日本住友公司對設備和靶材的壟斷，成本較高。國外廠商包括：瑞士Meyerburger、德國Vonardenne、德國Singulus、日本住友等。國內廠商包括：邁為股份PVD（MUP8K）設備已達到8000片/小時產能。捷佳偉創(chuàng)通過與日本住友合作也具備了RPD設備的供應能力，工藝成熟，并推出了PAR（RPD+PVD）二合一設備、在轉換效率和成本端取得平衡。鈞石能源、理想萬里暉均有PVD設備布局。4）絲網(wǎng)印刷機：包括絲網(wǎng)印刷（包括絲網(wǎng)印刷機，燒結爐，分選機）和電鍍銅電極兩種技術路線，目前以絲網(wǎng)印刷為主流。電鍍銅電極相較而言更便宜，但是工序較多、工藝復雜、有廢水處理難等問題，目前參與廠商較少。國外廠商包括Baccini（AMAT的子公司）等。國內廠商：邁為股份占主導地位，捷佳偉創(chuàng)、金辰股份也推出了相關產品。目前，HJT設備4大環(huán)節(jié)均已實現(xiàn)國產化。國內電池設備廠商（邁為、捷佳、金辰、鈞石、理想）已紛紛在HJT不同工序環(huán)節(jié)布局，實現(xiàn)小批量訂單銷售，推動HJT電池行業(yè)加速前進。HJT技術壁壘高、成本優(yōu)化空間大，只有將設備做到極致的企業(yè)能最終勝出。行業(yè)可能類似PERC時代，形成2-3家寡頭壟斷的競爭格局。3.3.展望未來：成本降低是核心！預計2022年將具備產業(yè)化性價比、行業(yè)將爆發(fā)電池片核心看單W成本：我們預計各項成本均有望在未來下滑，預計到2022年HJT將達到與PERC旗鼓相當?shù)某杀緟^(qū)間。4大降本方向分別為：1)硅片：目前N型硅片對比P型具有約8%左右的溢價空間，未來有望通過2方面降本。HJT為低溫工藝，利于硅片的薄片化（從170um降低至120-130um）。預計硅片每減薄20um價格可下降10-15%，對應組件價格降低5-6分/瓦。隨著未來N型硅片需求起量，規(guī)模效應將縮小N型與P型硅片之間的溢價空間。2)設備折舊：隨著國產設備的“降本+提效”，目前4-5億/GW的設備投資額仍有較大的降本空間。3)漿料：HJT需使用低溫銀漿，目前主要依賴進口，有望通過4大方向降本。無主柵、多主柵技術在HJT電池、組件上的應用，使得銀漿的耗量快速減少?！般y包銅技術”商業(yè)化量產，將降低銀漿耗量30%。通過對串焊設備精度的提升，減小銀漿主柵上焊接點的大?。ㄣy漿主柵上耗銀量較高的部分），從而節(jié)省主柵上的銀漿耗量。國產低溫銀漿起量（常州聚和、蘇州晶銀、浙江凱盈等），打破日本壟斷，相比高溫漿料的溢價將大幅消失。4)靶材：目前主要被日本住友壟斷，未來將通過提升靶材利用率、規(guī)?；厥?、背面AZO替代和國產化（廣東先導、壹納光電等）降本等方式解決。據(jù)測算，對比PERC電池目前約7毛/瓦的不含稅總成本，HJT電池仍有2毛/W的成本劣勢。預計隨著設備廠商的技術進步（如轉換效率和節(jié)拍的提升）、銀漿、靶材的國產化（已有多家國產廠家布局）、硅片的薄片化（N型硅片厚度降至120-130μm），將共同推動HJT技術的真實降本，使得經(jīng)濟性進一步凸顯，預計到2022年HJT將達到與PERC旗鼓相當?shù)某杀緟^(qū)間。伴隨HJT電池產業(yè)化經(jīng)濟性逐步接近、超越PERC電池，預計2021年將有10-15GW的HJT擴產潮，2022年將迎來30GW以上擴產潮，產線建設進入加速期。3.4.市場空間：預計2025年HJT設備市場空間超400億，龍頭企業(yè)市值將超千億我們對2020-2025年HJT市場空間進行測算，假設:1)全球電池片產量從168GW增長至490GW，CAGR=24%，產能利用率為75%，產能從224GW增長至653GW。（2019年全球電池片產量為140GW，yoy+23%，產能利用率為66%）；2)未來5年HJT在行業(yè)滲透率從3%提升至55%；3)設備投資額從5億，以15-20%的年降幅下降至2.5億元。測算得出，2025年HJT設備市場空間有望達419億元，2020-2025年CAGR達80%，其中PECVD設備規(guī)模達210億元，市場將迎來爆發(fā)式增長。通用設備行業(yè)具有較強的“先發(fā)優(yōu)勢”特征，在技術未成熟的初期，設備公司需要與下游客戶進行不斷的工藝磨合、驗證。雖然前期成本較高，但一旦驗證通過，將拿下絕大多份額，且不容易被其他競爭對手所替代。對比PERC工藝，由于HJT單工藝步驟難度較大（更偏向于半導體工藝）、前期研發(fā)投入成本更高，當行業(yè)進入成熟期，我們預計會類似半導體設備行業(yè)（應用材料+泛林半導體），由2-3家占據(jù)90%以上市場份額。我們對2025年HJT設備400億市場空間，進行合理市值空間測算：1)假設HJT設備凈利率20%（參考捷佳PERC設備在2017-2018年左右的盈利表現(xiàn)，40%毛利率，20%凈利率，HJT設備技術壁壘較PERC更高，盈利能力預計不弱于PERC設備），對應約80億利潤；2)給與設備行業(yè)25倍PE估值（邁為、捷佳上市以來PETTM基本在30-35倍PE以上），對應支撐2000億市值。3)基于設備行業(yè)集中度較高的特征（通常2-3家占據(jù)90%以上市場份額），假設行業(yè)基本面沒有大的變化，市場將有望誕生千億市值公司！4.TOPCon：后PERC時代的延伸技術，有望接力放量4.1.PERC電池效率瓶頸將至，TOPCON將迎存量市場升級需求TOPCon太陽能電池-TunnelOxidePassivatedContactPassi是一種使用超薄氧化層作為鈍化層結構的太陽能電池。由德國Fraunhofer研究所的FrankFeldmann博士在2013年稱的電池概念，近2年開始逐步實現(xiàn)產業(yè)化。TOPCon原理：在電池的背面制備一層超薄的隧穿氧化層和高摻雜的多晶硅薄層。兩者共同形成的鈍化接觸結構，為硅片的背面提供了良好的表面鈍化。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入多晶硅層時租到少子空穴復合，進而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，從而降低了金屬接觸復合電流，提升了電池的開路電壓和短路電流。TOPCon結構：電池基板以N型為主，使用一層超薄的氧化層和摻雜的薄膜硅鈍化電池的背面。背面氧化層厚度為1.4nm，采用濕法化學生長，隨后在氧化層上，沉積20nm摻磷的非晶硅，之后經(jīng)過退火重結晶加強鈍化效果。TOPCON將為PERC打開天花板。從未來2-3年的維度來看，因存量PERC電池體量較大（2021年底PERC產能將超300GW）、且絕大多為近2年新上產能，有較強的升級需求，疊加HJT設備投資短期不具備性價比等因素。存量電池片廠商將更優(yōu)先選擇通過對原有PERC工藝進行技術升級（即升級TOPCON）,來提升電池的轉換效率。TOPCon幾大核心優(yōu)勢：1)兼容性：與傳統(tǒng)PERC電池產線具有兼容性，可直接升級。由于TOPCon電池和PERC電池的制作工藝流程相似，因此大部分設備可以和PERC產線共用，只需增加硼擴散設備、薄膜沉積設備和去繞鍍環(huán)節(jié)清洗設備。2)轉換效率：提升潛力遠高于PERC電池。據(jù)知名太陽能研究所ISFH分析，理論上TOPCon電池的效率極限遠高于P型PERC電池（TOPCON極限達到28%以上），具有更高的提升潛力。就目前量產效率而言，TOPCon電池的量產效率已提升至24%附近，而PERC電池的量產效率在23.5%以內。3)設備投資額：有望持續(xù)降低，性價比凸顯。由于與PERC產線兼容，TOPCon單GW設備投資額較PERC僅增加20-30%。隨著核心設備的LPCVD國產化，TOPCon設備投資額已下降至目前的2.1-2.3億元/GW（相當于基于PERC老產線，增加5000-7000萬投資），性價比逐步凸顯。目前PERC產線擴張即將進入尾聲，而HJT技術仍存在設備成本較高的問題（單GW投資成本為4-5億元左右）。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內PERC+/TOPCon電池計劃產能已達75GW。4.2.TOPCon多技術路徑并存，2022-2024年迎行業(yè)爆發(fā)期在TOPCon核心的薄膜沉積工藝設備中，LPCVD為目前市場主流。我們判斷，未來管式PECVD可能成為行業(yè)趨勢，ALPVD具一定潛力。1)LPCVD:可一站式完成隧穿氧化層和poly層的制備。熱氧和淀積poly層兩個工藝二合一能夠大幅提高產能，降低設備成本。熱氧工藝完成后在低壓狀態(tài)下進行淀積poly層，除節(jié)約時間外，更重要的是能夠對超薄氧化硅層起到保護作用，一方面使氧化層不會在出舟過程中被進一步氧化，失去隧穿效應；另一方面氧化層也不會在空氣中被污染。優(yōu)勢：相比PECVD和ALPVD技術較為成熟，可靠性高，厚度均勻性好。2)管式PECVD:在一定溫度下，通過高壓放電(通常在反應爐周圍施加混合頻率的RF電磁場)，使得原材料其它發(fā)生電離，產生自由電子、等離子體、中性粒子混合態(tài)。多種粒子混合態(tài)中，電離導致化學基團活性增強，化學反應所需要的環(huán)境溫度降低；同時電離導致粒子密度增加，各種離子之間的碰撞概率增加，從而也促進氣體的反應以及薄膜沉積。優(yōu)勢：沉積速度快、沉積溫度低（200℃），相比LPCVD成本更低。3)PEALD：是一種化學氣相沉積技術，最初被用于生產納米結構的結緣體和薄膜電致發(fā)光顯示器的硫化鋅發(fā)光層?？梢詫⑽镔|以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。優(yōu)勢：相比LPCVD和PECVD穩(wěn)定性、適用性高。目前，在TOPCon設備領域布局的主要企業(yè)包括：金辰股份、捷佳偉創(chuàng)、拉普拉斯、江蘇微導等，多技術路徑廠家并存。金辰股份：管式PECVD布局領先，以累計獲3家客戶導入。1)繼6月SNEC光伏展后，公司管式PECVD技術獲重要客戶晶科引入，標志著公司TOPCon技術獲市場進一步驗證。目前，晶科已具備GW級TOPCon量產布局，量產轉化效率達24.5%。5月底，晶科TOPCon研發(fā)效率達25.25%，創(chuàng)下大面積N型單晶鈍化接觸電池效率世界紀錄。2)此前，公司TOPCon技術已導入晶澳、東方日升2家客戶。東方日升平均效率已≥24%+（經(jīng)過半年時間），晶澳已進入中試提效階段（經(jīng)過一年半時間）。3)2019年起，公司與中科院寧波材料所合作研發(fā)TOPCon，目前已實現(xiàn)管式PECVD設備、“超薄氧化硅+原位摻雜非晶硅”核心材料制備，在抑制非晶硅爆膜、防止電場導通等取得重大突破。捷佳偉創(chuàng)：具TOPCon整線設備供應能力，在行業(yè)保持技術領先地位。1)公司核心布局LPCVD，設備性能已達到海外領先水平。公司持續(xù)研發(fā)LPCVD硼擴散等設備，自主研發(fā)的LD-320型號已實現(xiàn)量產（適用于156尺寸），針對TOPCon電池的大口徑LD-420型LPCVD設備樣機已完成裝配，處于調試階段。2)同時，公司已布局管式PECVD技術進行TOPCon電池的摻雜和隧穿層制備，目前進展較好，有望解決LPCVD設備鍍膜產生的繞鍍問題。3)截至2021年2月22日，公司PERC+/TOPCon在手訂單達0.75億