光伏设备行业专题研究:TOPCon继往开来,22年扩产有望加速
作者 | 未来智库2022-02-09

一、TOPCon 继往开来,技术路线多样化

TOPCon技术是德国Fraunhofer太阳能研究所2013年在第28届欧洲PVSEC光伏大 会上首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池。TOPCon电池在结构上与PERC电池 的区别在于背面增加了超薄隧穿氧化层和多晶硅层,二者形成钝化接触结构,为硅 片背面提供了良好的界面钝化。

N型TOPCon电池结构

随着TOPCon技术的持续推进,其竞争力逐步显现,主要表现在以下三个方面:

第一,转换效率较高,潜力较大。PERC目前的量产转换效率在23%左右,转换效率 的提升空间已然有限,TOPCon目前的量产转换效率在24.0-24.5%左右,理论最高 转换效率在28.7%,与HJT(异质结)电池28.5%的转换效率较为接近,而HJT电池 的量产转换效率目前也在24.0-24.5%左右,两者较为接近。

第二,与存量PERC兼容度高,能够继承PERC时代的技术积累与大部分设备。与现 有 PERC 生 产 工 序 相 比 , TOPCon 主 要 增 加 硼 扩 散 和 隧 穿 层 沉 积 的 LPCVD/PECVD/PVD等设备;同时,近两年新建大尺寸PERC产线一般预留了 TOPCon的升级空间,一些厂商也专门推出了针对存量产线改造的设备,诸如捷佳伟 创推出了三合一设备,并与润阳签订了5GW存量产线改造的合同。

TOPCon技术可以延长现有产线的生命周期,节约资本开支。根据英利能源的数据, 新建PERC产线的设备投资额为1.2-1.7亿元/GW,新建TOPCon产线设备投资额为2- 2.5亿元/GW,新建HJT产线设备投资额为4-4.5亿元/GW。而若从PERC升级至 TOPCon则设备投资额为0.5-0.7亿元/GW,能有效降低投资成本;此外,从行业平均 的电池成本来看,TOPCon的单W成本比PERC高0.1元/W左右,而个别TOPCon先 进产能的单W成本已经与PERC相当接近,HJT的单W成本比PERC高约0.2-0.3元/W, 先进产能的单W成本差距可以做到0.2元/W左右。

PERC、 TOPCon、HJT电池的工艺、生产、成本对比

第三,性价比具有一定优势。TOPCon较高的转换效率使得电池单瓦及单位面积发 电量有所提升,能够有效的降低BOS成本。晶科能源N型TOPCon组件效率较现有产 品进一步提升,最新N型TOPCon组件Tiger Neo效率达到22.2%,功率达到620W, 天合和中来均推出了700W的组件。

同时,TOPCon电池具备良好的弱光效应,延迟组件日发电时长,有效降低LCOE。 根据中来公众号发布的数据,考虑25年全生命周期的维度,与PERC组件相比, TOPCon组件首年衰减低1%,BOS成本低3.9%,LCOE低6.6%,发电增益高6.3%,经第三方检测机构TUV北德在不同反射率的地面条件下的实证发电测试发现, TOPCon组件最高可以得到30%的发电增益,若控制LCOE不变($0.1066),与主 流PERC组件对比,TOPCon组件比PERC有2.8美分/每瓦的价格优势。

TOPCon技术方案多样,LPCVD较为成熟,PECVD、PVD、PEALD等各显身手, 电池片环节的专有技术有望增多,竞争格局有望优化。从结构方面来看,TOPCon结 构分为两层:第一层为超薄氧化硅隧穿层,厚度1-2nm,可以通过热氧、化学腐蚀方 式形成。

晶科能源组件功率与组件功率

第二层是掺杂多晶硅层,可以由LPCVD、PECVD、PVD等方法制备,主要技术路线 分为磷扩掺杂、离子注入掺杂、原位掺杂,与传统的扩散掺杂不同,离子注入是将杂 质原子电离成带电粒子后,再用强电场加速这些粒子注入到硅基体材料中进行掺杂, 但是离子碰撞会引起晶格断裂或损伤,需要退火来完成掺杂离子的去除和激活;原 位掺杂是在沉积多晶硅的同时通入含有杂质的气体,使多晶硅掺杂均匀,后期也需 要退火处理来达到晶化目的,PECVD、PVD多使用原位掺杂。各家电池厂商基于自 身的技术积累,选择了不同的技术路线进行攻关,隆基、晶科以LPCVD为主,通威 以PECVD、PEALD为主,中来以POPAID为主。

我们认为与PERC和HJT较为统一的技术路线不同,TOPCon多样的技术方案使得 电池厂商从以往的整线采购向分环节采购设备“攒”产线转变,有望增强电池端在 产业链中的话语权,竞争格局有望优化。

隧穿氧化层的制备,热氧化法较为成熟,而PECVD法和ALD法也是目前研究的重点 方向。对于隧穿氧化层的制备主要有热氧化法、PECVD、原子层沉积、湿化学法等, 目前TOPCon氧化层制备主要采用热氧化法,其钝化效果最好,但反应速度较慢,热 氧法所用设备为热氧化管式炉,其可以与非晶硅沉积环节设备集成;PECVD法的优 势在于生长速率较快,但是钝化效果和均匀性稍差;ALD钝化效果和均匀性优于 PECVD法,但是生长速率较差;湿化学法和准分子源干氢法应用较少。

隧穿氧化层的制备方法

掺杂多晶硅层的制备,LPCVD法为现有主流且较为成熟,PECVD法、PEALD法、 PVD法也是目前研究的重点方向。对于掺杂多晶硅层,主要有4中制备方法,其中 LPCVD、PECVD和PEALD属于化学沉积方式,而溅射法是属于物理气相沉积(PVD) 方法。LPCVD是目前工艺较成熟的设备,具有产量高、可直接制备n型多晶硅层的优 点,但会损伤石英件,石英件需要定期更换,且存在绕镀问题;PECVD法沉积速度 要高于LPCVD,但其设备要求高,同时产生的膜层不致密,烧结后开压较低;PEALD 则是较新的技术,采用原子层沉积原理,其沉积速率最高,但成本较高,也无法解决 PECVD膜层不致密的问题;PVD的优点在于无污染,操作简单且安全,沉积速率也 高于LPCVD,但缺点在于其硅靶材用量较大,成本较高,膜层均匀性相对较差,退 火温度也较高。

除去常见的N型TOPCon电池之外,现在出现了一种基于P型硅片的TOPCon电池结 构,根据中科院宁波材料所的公开资料,P型TOPCon电池正面和PERC结构一致, 无需增加扩硼设备,只需增加氧化硅和多晶硅的相关设备(诸如“二合一”PECVD 设备),只需有限的设备投入,非常适合现有PERC产线的升级。

从现有的转换效率纪录和厂商布局来看,由于LPCVD较为成熟,绝大部分厂商现有 布局以LPCVD法为主,少部分为PECVD法;值得注意的是,宁波研究所的25.50% 的转换效率是用PECVD法取得的。另外,PVD法主要是中来在布局,PEALD主要是 通威、微导在主导。

P型TOPCon电池结构

当前业内多家企业已布局TOPCon电池,推出大功率级TOPCon组件。根据2021年 SNEC展会,多家厂商已推出TOPCon组件产品,量产转换效率多数已达到22%以上。

TOPCon有望率先放量,22年全年产能投入有望超过30GW。根据晶科能源公众号 的披露,2022年1月安徽晶科能源一期8GW新型高效电池片实现贯通投产,主要生 产高效N型TOPCon电池,目前晶科TOPCon电池平均量产效率在24.5%,最高效率 已经达到25.4%,该项目的投产预示着TOPCon大规模投入的条件已经较为成熟;除 去晶科之外,隆基、天合、中来、晶澳等电池片厂商以及比亚迪等新晋厂商均有不同 规模的投入计划,根据集邦咨询和我们的统计,目前规划的TOPCon产能超过 100GW,我们预计2022年TOPCon将迎来投产高峰期,有望超过30GW。(报告来源:未来智库)

二、TOPCon 技术方案多点开花,设备厂商争奇斗艳

TOPCon技术方案多样,设备厂商各有侧重。在PERC技术升级为TOPCon的核心3 大工艺步骤中(隧穿氧化层、多晶硅层、扩散),多家厂商推出了各自的技术方案, 氧化层需要新增的设备主要是氧化炉、PECVD、PEALD,隧穿氧化层一般需要增加 LPCVD、PECVD,根据掺杂方案的不同,需要增加退火炉、扩散炉或者离子注入机。

目前采用较多的为拉普拉斯的LPCVD方案,即隧穿氧化层用热氧(氧化炉),多晶 硅层用“本征+磷扩”(LPCVD、扩散炉),该方案技术成熟,但存在产能低、良率 低等问题,多晶硅层亦可用“掺杂+退火”(LPCVD、退火炉),绕镀较易清理,但 是存在镀膜速率较慢、膜层均匀性等问题;捷佳伟创基于自身在PECVD方面的深厚 积累,推出了“三合一”设备,实现了隧穿层、多晶硅层、原位掺杂层的制备,解决 了传统TOPCon电池生产过程中绕镀、石英件高损耗的固有难点,而且新型PE-poly 路线的原位掺杂时间仅为传统LP路线的五分之一;微导提出了基于PEALD的方案, 隧穿氧化层采用基于PECVD的“掺杂+退火”方案,具有氧化层均匀性易控制,绕镀 轻微,镀膜速率快,但是也有H含量较高,容易爆膜的问题。

预计2022年光伏电池片设备市场规模约254亿元,其中TOPCon设备市场规模约92亿元。我们通过统计国内新增电池片环节的新增产能,并对不同技术路线的在新增 产能中的占比以及产线投入作出假设,得到2022-2025年的光伏设备市场规模为 254/348/430/535亿元,复合增长率保持在20%左右。

三、硅料产能释放,电池片盈利回升,资本开支望上行

短期波动不改长期趋势,静待下游盈利好转。从21年初到22年1月初,硅料价格从72 元/kg,上升到235元/kg,上升幅度达226%,期间最高达到270元/kg,上升幅度达 275%,同期电池片价格从约0.95元/W上升到约1.10元/W,上升幅度只有约16%,硅 料价格上涨,电池片环节成本不能顺利向下传导,使得电池片环节盈利恶化。

以爱旭股份为例,20Q4-21Q3四个季度的毛利率分别为17.7%/9.7%/1.7%/6.0%,净 利率为12.7%/3.4%/-3.2%/-0.5%,电池片环节开工率与盈利情况均不甚理想,也对 电池设备的投入与验收工作造成了一定的负面影响。我们认为硅料价格的高企造成 的只是电池片设备投入的推迟而不是取消,随着硅料产能的逐步释放、电池片环节 开工率与盈利的逐步好转,电池片设备的投入将继续。

硅料价格与电池片价格变化情况

2022年随着硅料产能逐步释放,硅料环节“相对紧缺”现状年内有望得到改善,电 池片盈利或将回升,有望带动资本开支上行。根据集邦咨询,至2022年年底全球多 晶硅有效产能有望达80-85万吨,新增产能约为20-30万吨。考虑硅料产能爬坡时间 约6个月,且受能耗双控及产线检修影响,2022年上半年硅料新增有效产能有限,叠 加下游刚性装机需求,硅料仍处于紧平衡状态,随着Q3、Q4季度硅料厂商扩产项目 达产,产能逐步释放,Q2末硅料供需紧平衡状况将得到缓解,硅料或将小有余量, 电池片盈利或将回升,将有效带动设备的需求增长。

四、重点公司分析:技术路线多点开花,设备厂商各有千秋

(一)捷佳伟创:多路线布局,有望受益于行业扩产进程

捷佳伟创成立于2007年,是国内领先的从事晶体硅太阳能电池设备研发、生产和销 售的国家高新技术企业。公司凭借自身的技术研发实力在太阳能电池设备生产领域 行业地位突出。

公司的主要业务为晶体硅太阳能电池设备研发、生产和销售,主要产品包括PECVD 及扩散炉等半导体掺杂沉积工艺光伏设备、清洗、刻蚀、制绒等湿法工艺光伏设备 以及自动化(配套)设备、全自动丝网印刷设备等晶体硅太阳能电池生产工艺流程 中的主要及配套设备的研发、制造和销售。

捷佳伟创产品谱系

公司收入和净利润稳中有升。公司实现2020年收入40.44亿元,同比增长60%, 2021Q1-Q3季度实现37.45亿元,同比增长21.43%,2021年收入预计将保持增长。 公司2020年净利率为12.93%,毛利率为26.43%,相较于2019年均出现下滑,2021 年Q1-Q3季度净利率为16.01%,毛利率为25.70%,净利率较2020年有所上升,毛利 率下滑速度趋缓。

根据公司在互动易对投资者的答复,公司正加速第三代电池设备布局,管式PECVD 正在中试线上进行量产定型的工艺调试阶段,运行情况均符合公司预期,并且还在 升级优化,公司在光伏各技术路线及海外市场上的新签订单在不断增加。(报告来源:未来智库)

捷佳伟创营收与净利润变化情况

(二)迈为股份:国际 HJT 设备领先企业,率先受益于 HJT 扩产进程

迈为股份成立于2010年,是一家集机械设计、电气研制、软件算法开发、精密制造 装备于一体的高端智能装备制造商。公司凭借多年来优异的自主研发能力、产品质 量与售后服务体系,打破了外国厂商在光伏丝网印刷设备领域的垄断,成为全球光 伏丝网印刷设备的龙头企业,实现了光伏丝网印刷制造设备领域的国产化替代。

迈为股份的主要业务为面向太阳能光伏、显示、半导体三大行业,研发、制造、销售 智能化高端装备,主要产品包括全自动太阳能电池丝网印刷生产线、异质结高效电 池制造整体解决方案、OLED柔性屏激光切割设备、Mini/Micro LED晶圆设备、半导 体晶圆封装设备等。

公司收入和净利润稳中有升,净利率和毛利率持续回升,盈利能力强。公司实现2020 年收入22.85亿元,同比增长59%,2021Q1-Q3季度实现21.85亿元,同比增长35%, 2021年收入预计将保持较高增长。公司2020年净利率为17.25%,毛利率为34.02%, 2021年前三季度净利率为20.39%,毛利率为38.41%,净利率与毛利率持续上升,盈利能力较强。

迈为产品谱系

(三)帝尔激光:光伏激光设备龙头,技术持续突破

帝尔激光成立于2008年,是一家研发精密激光加工配套设备,提供相应解决方案设计 的国家级高新技术企业。公司在微纳级激光精密加工领域深耕多年,在高效太阳能 电池路线领域,PERC激光消融设备、SE激光掺杂设备,技术水平处于行业前列, 是行业内少数能够提供高效太阳能电池激光加工综合解决方案的企业。

公司主营业务为精密激光加工解决方案的设计及其配套设备的研发、生产和销售。 公司主要产品为应用于光伏产业的精密激光加工设备,目前的主要产品包括PERC 激光消融设备、SE激光掺杂设备、MWT系列激光设备、全自动高速激光划片/裂片 机、LID/R激光修复设备、激光扩硼设备等激光设备。近来公司在激光转印等领域 持续突破,已覆盖了高效太阳能电池的PERC、MWT、SE、LID/R等多个工艺环 节,PERC、IBC、SE、LID/R等工艺可在高效太阳能电池生产过程中叠加。

帝尔激光营收与净利润变化情况

公司收入和净利润稳步上升,净利率和毛利率缓慢下滑但仍维持高位。公司实现2020 年收入10.72亿元,同比增长53%,2021Q1-Q3季度实现9.35亿元,同比增长31%。 公司2020年净利率为34.79%,毛利率为46.54%,2021年前三季度净利率为30.12%, 毛利率为44.62%,净利率与毛利率有所下滑,但整体盈利能力仍较强。

本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。


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