光伏行業專題報告:異質結,下一輪技術迭代週期正在開啟

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1、光伏行業投資的“矛盾點”——技術、補貼

1.1、技術迭代、補貼變化引導光伏投資週期

光伏產業是我國具有國際競爭力的產業之一;截至 2018 年底,國內硅料、 硅片、電池片及組件產量/產能市場佔全球份額分別為74.0%、93.1%、73.7%、 72.8%(數據來源 CPIA,其中電池片為產能佔比,其餘為產量佔比)。“531 政策”以來,光伏行業迎來發展陣痛,裝機增速下滑,產業鏈價格劇烈下跌。 在面對 2020 年底實現平價的上網目標,各家企業在提效和降本方面持續努 力。回顧歷史,我們結合資本市場特點及光伏板塊行情走勢,我們可以將光 伏產業分為:技術變革帶來的大週期和補貼變化所致的供需錯配小週期。

(一)提效與降本是技術週期產業生存的決定性因素。

(1)單晶趨勢已確立無疑:單晶與多晶之爭由來已久,這一競爭在近期隨 著多晶光伏產品價格的大幅下降、企業虧損逐漸進入尾聲。

長期以來,尤其 是光伏行業興起之時,多晶憑藉擴產快、成本低、對硅料要求低的優勢,市 場佔有率優勢明顯;但後來隨著單晶技術的完善使得該產業鏈成本具有更強 的競爭力:①金剛線切割技術引領單晶硅片產業革命:金剛線單晶線耗低、 時間快、出片量提升,這不僅使單晶硅片長晶環節攤銷成本降低、未來也有 助於薄片化;②拉棒環節則由 Cz 逐步向 RCz 過渡,經過多次裝料拉晶與高 拉速,提升了單爐投料量和拉晶效率,進而降低成本。

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(2)高效電池技術尤其是 PERC 的興起掀起提效革命:在目前所有高效的 電池片技術中,PERC 是投資成本最低、產線兼容率最高、效率提升最明顯 的技術之一。PERC 是在常規電池背面採用活性鈍化層取代鋁背場,PERC 電池大面積、可量產效率持續攀升;同時,單晶 PERC 電池新建產線產品效率普遍達到 22.5%;2017 年 PERC 更是成為“領跑者”的主力軍,兩者相 得益彰;隨後在基本不增加成本的基礎上,PERC 可實現雙面發電,2018 年亦成為行業熱點;而後鈍化技術(如 TopCon)的使用也進一步提升了效 率。

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當前市場主流的 PERC/PERL/PERT 都屬於背鈍化系列。背鈍化結構的共有 特點是在傳統鋁背場的基礎上增加了鈍化層,更好地降低電子在背表面複合, 從而提高了電池轉換效率;而 PERL/PERT 採用 N 型硅片為襯底。

(3)N 型硅片或是未來發展方向,以 N 型硅片為襯底製造的電池減少光學 損失和電學損失。這是因為磷摻雜形成的 N 型硅片對硅中的金屬雜質不敏感, 少子壽命超過 1μs。在這種基礎效用下,再進行電池技術的疊加,有助於進 一步提升產品效率, HJT 也是採用 N 型硅片的一種技術,也具備該基礎 優勢。

HJT(Heterojunction,異質結)作為未來高效光伏產品,是面向國際光伏 中高端市場企業;國內涉及能源轉型、欲彎道超車企業比較好的選擇。技術 革新從來不會停止,雖然 PERC 疊加電池和組件技術可以使量產效率接近或 超過 23%,但似乎已經逐漸接近瓶頸。目前,很多公司開始著手佈局下一代 HJT 太陽能電池,除了其較強穩定性強外,憑藉約 24%的起步轉化率、較簡 單的工藝,具有較好的投資收益,有望在未來贏得一定市場份額,在商業化 初期,HJT 在資本市場作為一個重要的題材,也開啟了相應的行情。

(二)補貼變化、併網政策導致裝機預期波動;光伏產業鏈盈利微笑曲線反 作用於供需。

可再生能源基金的實行極大的推動了光伏、風電等新能源發電行業的蓬勃發 展,但是面對快速提升的補貼需求、以及新時期面臨的經濟和財政困難,疊 加新能源技術進步所致的快速降本。補貼逐步退坡,且要求在 2020 年底後, 實現平價上網。

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退坡政策一般慢於技術進步降本,且政策發佈到執行也留出準備或過渡時間; 這些共同導致了搶裝、需求和市場預期的不斷調整。月度裝機數據基本反映 兩個事實,年中的搶裝和退坡規定時間點高度相關,年底的搶裝與年終搶工 程及併網壓力緩解相關。

2016 年,光伏標杆電價在 6 月 30 日下調,前幾個月出現搶裝潮,6 月單月 裝機近 10GW,7 月之後下降,這導致階段性產業鏈價格先上漲後下跌;由 於 2016 年的政策執行實際是在 2015 年底發佈的,市場對此一般會提前準 備及反應;2017 年,光伏標杆電價同理在 6 月 30 日下調,6 月單月裝機近 12GW,但 7 月裝機 11.3GW 裝機也超預期,是由於“領跑者計劃”固定電 價併網截止日期為 9 月 30 日等原因。

2018 年 5 月 31 日,國家發展改革委、財政部、國家能源局發佈了《關於 2018 年光伏發電有關事項的通知》,政策預備期較短,進而給產業及資本 市場極少的準備時間,引發了光伏產業鏈劇烈下跌。而值得欣喜的是經過多 年的發展,我國的光伏產業已經在世界範圍內具有重要的地位,所以歐洲市 場,MIP 解禁後,歐洲光伏行業發展的最大的不利因素——貿易摩擦已經消 除,在低價、高效的光伏系統帶動的高投資回報率的趨勢,我國的光伏設備 商充分受益,在一定程度上抵消了國內光伏補貼退坡的影響,市場預期也逐 漸修復。

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在國內新政策下,2019 年實際是較為糾結的一年,政策遲遲未明確整體的 裝機和補貼目標,雖然年初市場對2019年新增裝機40-45GW 持樂觀態度, 但直到 4 月、 5 月及 7 月相關政策才逐漸明確,而後資本市場迎來一定熱度, 但又被 10 月份,能源局公佈前三季度裝機 15.99GW,低於預期所影響。明 確原因後,隨著年底搶裝和併網效應,以及對 2020 年政策出臺時間的相對 樂觀,光伏產業鏈又領來一波預期修復。

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另一方面,光伏產業鏈盈利“微笑曲線”既體現了技術迭代的效果,又反映 了短期供需不匹配的情況;與此同時,光伏產業鏈盈利微笑曲線反作用於供 需。單晶硅片的擴產 2019 年後整體產能疊加擴產計劃約 190GW,也將帶來 產業鏈進一步降本和格局的變化。

1.2、平價時代漸進,HJT 有望引領技術變革

HJT 具有優異的光吸收性能、非晶硅薄膜的鈍化性能。HJT 電池是基於硅片 的太陽能電池技術和薄膜光伏技術的融合,且兼具兩者優點,也更偏向於半 導體技術,其原理在於:通過插入一個更寬的帶隙層進行鈍化使電子與基礎 區域分離,進而獲得更高的開路電壓。

HJT 電池將晶體的結構特點:將 硅片放在兩側沉積的本徵相對摻雜的非晶硅 層之間,在電池頂部設計透明導電的 TCO 薄膜。N 型 CZ 硅片經過清洗制 絨後,表面依次沉積本徵富氫非晶硅薄膜、P 型非晶硅薄膜,從而形成 p-n 異質結,然後在背面依次沉積本徵富氫非晶硅薄膜,以及 N 型重摻雜的非晶 硅膜,形成背表面場。在兩面的外側再沉積上透明導電氧化物薄膜 TCO,最 後通過絲網印刷技術在兩側頂層形成金屬電極(柵線),這樣就構成了擁有 兩面對稱結構的 HJT 電池。

(1)HJT 的非晶硅層可以有效降低表面懸掛鍵的密度,從而達到良好的界 面鈍化作用。標準晶體硅太陽能電池是同質結電池,也就是 p-n 結在同種半 導體材料上形成,而 HJT 電池的 p-n 結則採用不同的半導體材料形成。HJT 電池的 p-n 結形成於摻雜的晶體硅和導電性相反的非晶體硅材料之間。

(2)TCO 薄膜的作用在於實現導電、減少反射、同時保護非晶硅薄膜等。 該步驟主要通過物理氣相沉積(PVD)技術的方法來完成。

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我們把 HJT 的發展歷程分為四個階段:

(1)1974-1996 年是起始階段:

Walter Fuhs 首先提出了非晶硅和晶硅材料 結合的 HJT 結構,三洋為了改善非晶硅與晶體硅結合所造成的界面缺陷,在 摻雜的非晶硅層和晶硅層表面引入本徵非晶硅層,也就是 HIT(HIT 與 HJT 在含以上並無顯著區別,前者為三洋申請的專利名稱);

(2)1997-2009 年是初步發展階段:各個公司、實驗室開始不斷開始技術 研發,提升 HJT 電池效率;

(3)2010-2017 年是工業生產階段:2010 年,HIT 專利保護期結束,各個 光伏、薄膜技術、設備類公司開始進入該領域進行研究、積累;行業迎來新 的發展階段。在這個過程中松下連續創造 24.7%、25.6%的轉化效率記錄(均 為5英寸,後者結合IBC技術),最新的記錄則是Kaneka公司創造的26.6%;

(4)2017 年後:經過多年積累,多家公司開始投入試生產線,HJT 進入百 MW 級時代;2019-2020 年,三峽資本、國家電投、山煤國際、愛康科技等 均開始或計劃佈局 GW 級HJT 生產線,行業正在進入商業化推廣階段。

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1.3、HJT 更高效、工藝簡化、穩定性更強

HJT 電池具有開路電壓高、溫度係數低、結構對稱、能耗低、雙面發電、不 存在光致衰減(LID)和電位誘發衰減(PID)效應的光照穩定性強等優勢, 從而使得 HJT 電池具有更強的發電能力。 HJT 電池綜合了晶體硅電池和薄膜 電池的特點,性能優異,但由於其對於工藝要求嚴格,前期投資成本高,需 要儘可能提高電池轉換效率。

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HJT 電池有以下特點:

(1)效率更高:高開路電壓、溫度特性優異。

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(2)工藝簡化:結構對稱帶來工藝步驟的減少,低溫工藝節約能源,同時 為薄型硅片襯底的應用打下基礎。

(3)穩定性強:較好的光照穩定性,從而不存在光致衰減問題;正反面都 可實現光照發電。

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同時,其各項指標未來仍有進一步提升空間:

有效提升開路電壓有助於提升電池轉換效率。國際上被認可的 HJT 電池研究 單位有 NREL、CEA-INES、EPF、HZB、Sharp、Roth&Rau、LG 等。目 前轉換效率突破 24%的有 Kaneka、Panasonic(松下)和 Sharp(夏普), 開路電壓超過 740mV 的只有 Kaneka 和 Panasonic。目前制約 HJT 太陽能 電池的關鍵因素是開路電壓。

適度降低 a-Si 厚度,TCO 載流子濃度有助於提高電池短路電流密度。HJT 電池結構中 a-Si 薄膜和 TCO 薄膜必不可少,但 a-Si 薄膜缺陷態密度高導致 光生載流子複合幾率高,降低利用率;此外 TCO 薄膜吸收紅外光子,釋放 熱量,影響太陽能電池長波響應。適度降低 a-Si 厚度可提高電池短路電流密 度,且不影響電池開路電壓和填充因子。適度降低 TCO 薄膜載流子濃度可 改善電池長波響應,提高電池短路電流密度,且不影響電池填充因子。提高 電池光譜響應是有效提高電池轉換效率的難點和重點。

此外,HJT 電池亦可以與其他高效技術及材料結合:

(1)HJT 與 IBC 結合

IBC(指交叉背接觸)電池是指正負金屬電極呈叉指狀方式排列在電池背光 面的一種背結背接觸的太陽電池結構,它的 p-n 結位於電池背面,電流屬於 二維傳輸模型。(1)電池正面無柵線遮擋,可消除金屬電極的遮光電流損 失,短路電流可提高 7%左右;(2)可適當加寬柵線比例,從而降低串聯電 阻,提高填充因子;( 3)可對錶面鈍化及表面陷光結構進行最優化的設計, 可得到較低的前表面複合速率和表面反射,從而提高開路電壓和短路電流。

儘管 HJT 太陽電池可以獲得較高的轉換效率,但是 HJT 電池的雙面結構仍 然受限於前表面的光吸收和反射,進而影響短路電流密度。而 IBC 工藝使 p-n 結和金屬接觸都放在電池背面,能夠更好優化鈍化性能和光學性能。

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目前,HJT 與 IBC 已經有了結合的趨勢,在電池背面形成叉指式分佈的 a-Si:H(n) 層和 a-Si:H(p) 層,並用絲網印刷或電鍍工藝製備正負電極。 Kaneka 公司研發的 IBC-HJT 電池,打破單結晶硅電池世界紀錄,效率達 26.6%。

(2)HJT 與鈣鈦礦結合

鈣鈦礦/HJT 兩端疊層可以更好的提升理論極限效率,目前已成為該領域中最 熱門的研究課題。鈣鈦礦憑藉其高吸收係數、陡峭的吸收邊及可調帶隙範圍 寬(1.5-2.3 eV),成為理想的光電材料。常規鈣鈦礦電池厚度小於 1 µm, 對於長波可認為不吸收,進而有效地實現均勻分光。

英國 Oxford PV 公司宣佈研發出效率高達 28% 的鈣鈦礦/HJT 電池,面積 為 1 cm2。李正平等的研究結果表明(《硅基異質結太陽電池新進展》), 該太陽電池的效率是可能超過單結晶體硅電池的效率 29.5%極限。目前只是 在研的電池普尺寸遍較小(1 cm2左右)。因此,大面積鈣鈦礦/HJT 疊層電 池有待研發。

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2、非晶硅鍍膜和 TCO 膜沉積是 HJT 工藝關鍵環 節

2.1、HJT 電池四大重點工藝設備介紹

HJT 電池生產設備與常規電池的兼容性較差,新建項目需要重新投入生產線。 因此,很多深耕 PERC 的公司實際對於未來新技術的投資態度略有搖擺。 HJT 電池製造工藝流程主要包括:清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO 膜沉 積、電極金屬化;其中非晶硅鍍膜技術和 TCO 膜沉積兩個步驟較為核心。

(1)HJT 清洗包括:RCA 和臭氧兩種技術;

(2)非晶硅鍍膜技術包括:等離子增強沉積 PECVD 和熱絲鍍膜沉積 HWCVD,以前者應用較為廣泛;

(3)TCO 膜沉積技術包括:磁控濺射 PVD 和反應等離子沉積 RPD,以前 者應用較為廣泛;

(4)金屬化主要包括:

絲網印刷、電鍍和 Smart-wire(梅耶博格專屬技術)。

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根據調研信息,當前HJT單GW 設備投資額大約為8-10 個億,大概是PERC 投資的 2.5-3 倍左右,未來設備國產化後,設備投資將逐步減少 40%以上, 有望降低至 5-6 億元;如果進一步規模化,降低幅度的可能性將更大,如常 規 PERC 產線單 GW 設備投資額從起初的 5-6 億元降低至當前 2-3 億元。

2.2、制絨、清洗設備——RCA/O3

由於 HJT 是低溫工藝,無法通過後續的高溫工藝除去雜質,所以硅片厚度越 來越薄,絨面化陷光處理技術顯得更加重要;因此,前期以國外設備為主, 當前國內設備已經開始進入。目前,常用的方法主要是 RCA和臭氧清洗法。

RCA 清洗法效果佳,但成本較高;臭氧清洗法成本低,但穩定性和重複性 低。RCA 清洗法利用硫酸和過氧化氫製成高濃度混合溶液,從而去除硅片表 面顆粒、有機汙染物和金屬汙染;再通過 HF 處理並乾燥獲得乾淨的氫鈍化 表面;臭氧法的清洗成本優於 RCA,但存在穩定性和重複性低的問題;不同 生產廠家可以根據自己實際情況選擇路線,或者兩者的結合定製產品。

目前主要的設備廠商是:日本的 YAC、德國的 Singulus、德國的 Rena、 中國的捷佳偉創;臭氧工藝可以對 PERC 電池溼化學處理設備進行改進,就 可以適用於 HJT 電池的生產。

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國產設備可以顯著降低成本,如果 HJT 商業化快速推進,設備價格亦可顯著 降低。捷佳偉創目前可使用臭氧/RCA 方法,可以控制破片率<0.05%,產、 清洗量為 6000 片/h;可以到達國際上較好的效果,國產設備可降低 40%價 格。

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制絨添加劑同樣重要,進口添加劑成本依然較高。

制絨液中的乙醇或異丙醇、 NaOH、硅酸納三者濃度比例決定著溶液的腐蝕速率和角錐體形成情況,日本 YAC 的制絨劑有著粘度低,易於製備和供應等優點,絨面紋理大小為 2~10μm,單晶制絨反射率在 11.1%-11.4%,幫助 YAC 製作出質量更高的絨 面。

2.3、非晶硅膜沉積設備——PECVD

HJT 非晶硅鍍膜技術主要有等離子增強沉積(PECVD)和熱絲鍍膜沉積 (HWCVD 或 CAT-CVD);日本 ULVAC 是採用 HWCVD 技術,薄膜均勻 性不高、熱絲維護成本高,目前國際上採用的主流的設備是 PECVD,國產 化速度也是非常快。

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PECVD 設備用來沉積本徵和摻雜非晶硅薄膜,在納米層級上進行控制,合 適的 PECVD 設備是決定 HJT 性能成敗的關鍵。PECVD 利用電磁場產生放 電,通過電子碰撞使通入氣體分解成高活性的粒子,從而在氣相和基板表面 發生化學反應而沉積薄膜的方法。該技術可用於沉積非晶硅、微晶硅、硅鍺、 氮化硅等薄膜,在硅基異質結電池、疊層硅薄膜電池、OLED 等領域有廣泛 運用。

按照產生輝光放電等離子方式,可以分為許多類型:(1)直流輝光放電等 離子體化學氣相沉積(DC-PCVD);(2)射頻輝光放電等離子體化學氣相 沉積(RF-PCVD);(3)微波等離子體化學氣相沉積(MW-PCVD);(4) 電子迴旋共振等離子體化學氣相沉積(ECR-PCVD)。

主要的 PECVD 設備供應商是:瑞士的梅耶博格、瑞士的 INDEOtec、美國 的應用材料、韓國的 Jusung、中國臺灣的精耀科技、中國大陸的理想能源、 中國大陸的鈞石能源、中國大陸的捷造光電。

梅耶博格的 PECVD 在眾多設備上處於領先地位,公司長期致力於該技術的 研發,已經應用於規模化生產,市場也證實了該公司 HJT 試生產線具有高效 率。梅耶博格和 Archers 公司正在提供量產設備。

2.4、TCO 薄膜沉積——PVD/RPD

在硅片表面沉積了非晶硅薄膜之後,下一個同樣重要的步驟便是在硅片的正 反面沉積透明導電氧化物(TCO)薄膜,該層透明導電膜可以實現導電、減 少反射、同時保護非晶硅薄膜等重要作用。TCO 薄膜位於 HJT 電池兩側, 通常運用 PVD 設備採用濺射的方法制備。

PVD 的基本原理是在電場和磁場的雙重作用下,將氣體 Ar 電離成 Ar+以形 成等離子體,再將高能粒子(即 Ar+)進行加速以獲得高能量,隨後轟擊靶 材(陰極)造成其表面的原子脫離原晶格逸出,逸出的濺射粒子最後沉積到 襯底表面與表面的氧原子發生反應而形成的最終的 TCO 薄膜。TCO 薄膜的 質量直接影響電池橫向電荷的收集情況,因此需要控制薄膜的透明度和電阻 率。目前行業的 PVD 設備供應商有德國的馮阿登納,瑞士的梅耶博格,德 國的新格拉斯和中國的鈞石能源、中國的捷造光電等。

PVD 鍍膜的技術已經較為成熟,膜厚均勻且易於控制,整體工藝穩定可控且 重複性較好,且價格方面較為理想,是目前 HJT 量產使用的主要 TCO 鍍膜主要技術。

但是目前的 PVD 技術也存在一定問題:效率相較 PERC 並未拉 開顯著優勢,且常用的製備 TCO 薄膜的材料是氧化銦錫(ITO),但銦的成 本較高,所以研究者仍在尋找可替代的材料。

反應等離子體沉積(RPD)是日本住友公司開發的一種低溫、低損傷的 TCO 薄膜鍍膜設備。其工作原理是在真空條件下,利用氣體放電的方式使得膜材 部分離化,再將離化的離子轟擊到被鍍基表面的過程。RPD 技術有著鍍層附 著性能好、表面覆蓋度較好、鍍層質量好、沉積速率較高帶來的成膜速度快 等優點,其效率相較於傳統的 PVD 技術有著 0.3~1%的效率優勢。但由於其 設備價格相對過高、且關鍵部件和靶材均受到住友的制約,導致其大規模應 用仍存在一定問題。

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2.5、電極金屬化——絲網印刷/電鍍銅

HJT 電池在完成 TCO 薄膜沉積後,下一個工藝為製備電極,即與 PN 結兩 端形成緊密的歐姆接觸。製備電極的目的是通過與硅形成具有良好導電性能 和高電流收集效率的歐姆接觸,收集光生載流子並導出到電池。目前主流的 電極金屬化工藝為絲網印刷。

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絲網印刷是目前太陽能電池金屬化的最主要手段,其技術和設備已較為成熟。 但 HJT 電池有所不同的是,其採用非晶硅薄膜,而為了防止氫化的薄膜在高 溫下逸出破壞電池鈍化效果,需要將工藝溫度控制在 200~220℃,因此需要 採用在低溫下可用的特殊銀漿,這也是 HJT 電池和 PERC 電池設備上的核 心區別。目前國際和國內主流的絲網印刷廠商均可以提供用於 HJT 產線的設 備,但是低溫銀漿的材料供應始終是制約 HJT 成本的核心因素。目前,國際 上德國Heraeus和俄羅斯Monocrystal公司可以提供在常溫下儲存加工的低 溫銀漿材料,而國內的蘇州晶銀等新研發的國產低溫銀漿有望打破國外的壟 斷局面。

HJT 電池因其正反兩面都需製備電極,從而帶來更多的銀漿消耗。目前在 PERC 電池上採用的多主柵技術不僅可以提升電池端的轉換效率,也可以節 省耗銀量(主柵線數量的提升可以帶來主柵線和細柵線物理尺寸的減小,進 一步實現減少遮光和降低單位耗銀量),而未來有望在 HJT 電池上實現的無 主柵、乃至無柵線技術有望進一步促進單位耗銀量的降低。

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此外,雙面電池的背面較之正面消耗更多的銀漿,因為背面需要更多的柵線 減少 TCO 消耗的功率。銀漿佔整個電池成本的 10%-15%,而不同互連方式 消耗的銀漿量並不相同,銀漿消耗量會隨主柵數量的增加而減少,最優化的 電池互連工藝可以將銀漿消耗量減低到傳統主柵電池消耗量的五分之一以 下,從而大大降低電池生產成本。如梅耶博格的 SWCT 技術可以將銀漿消 耗量降低到 60-100mg。

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焊接互連常採用導電膜或導電粘合劑的方式減少銀漿用量,而 SWCT 技術 是梅耶博格的一種可以替代傳統串接焊連技術的多線互聯技術,又被稱作 SmartWire。該種方法是將具有熔點低合金塗層的金屬導線嵌入聚合物中作 為互聯物質,將金屬箔堆疊層壓在電池上,實現金屬箔和電池的金屬化結合。 該種技術可以提高組件功率,削減漿料厚度,可將漿料使用量降至 60mg。 但是需要注意的是,SWCT 由於銦錫焊料的高價格,亦會提升一定程度的生 產成本,因此其大規模的推廣仍需時間。

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電鍍銅則是實現 HJT 電池金屬化的另一種可行辦法。通過電鍍可以幫助實現 對電池正背面同時進行金屬化操作,這也契合 HJT 雙面電池的本質。瑞士 CSEM 的研究結果表明,HJT 電池的電鍍方式基於種子層柵線,通常採用 3 種方法:在整體硅片表面沉積種子層柵線附加有機電鍍掩膜,或是利用電解 質掩膜沉積種子層柵線,或是通過圖案化濺射的種子層利用印刷金屬漿料獲 得導電層柵格。目前已有多家公司通過電鍍銅技術實現了 HJT 電池的製造, 並獲得了可觀的電池效率;而電鍍銅的潛在問題在於環保要求技術審批。

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3、HJT 投資收益較佳,國產化、規模化推動降本

3.1、相較於 PERC,HJT 具有約 6%的發電增益

HJT 並不是一項新開發技術,歷年來,很多企業已經在轉化效率上進行了嘗 試。未來 HJT 以 24%的起步效率依然有一定的進步空間。在商業化初期, 確實需要克服一些困難,如初始投資大、產業配套的問題;因此,第一個吃 螃蟹的企業確實需要較強的魄力。

對於 HJT 的發展,若 GW 級的規模化產能能投放出來,將是整個產業發展 非常好的開端。因此,我們需要密切關注該進展,預計 2020 或 2021 年將 是 HJT 商業化加速發展的開始。設備、配套國產化以及規模化效應將在 2-3 年後逐步顯現出來。

目前,晉能、中智、愛康、鈞石、通威擁有 HJT 產能,且有進一步的擴展空 間的計劃,山煤國際也在能源轉型的過程中,也計劃投建 HJT 產能、東方日 升有計劃拓展自身能力,也正在投建 HJT 產能。而設備類公司、梅耶博格、 國產的捷佳、邁為、鈞石、理想、捷造均具備一定的設備製造能力。

雖然當前設備成本依然較高,但由於其優質的性能,具有較好的發電增益。 根據信息產業第十一研究院設計院、三峽資本的實驗和測算:標準 PERC 雙 面組件相比常規電池具有 8%的發電增益,HJT 雙面組件比常規電池根據不 同發電轉款大概具有 10-25%的發電增益,平均 14%左右。

根據信息產業第十一研究院設計院、三峽資本的結論:2021 年之後,HJT 電池光伏電站資本金 IRR 具有明顯優勢。

(1)發電量:HJT 電池>N 型雙面>PERC 電池>IBC 電池>普通單、多 晶電池,同等規模的電站 HJT 電池技術發電量具有明顯優勢;

(2)電站收益率:2018年200MW的光伏電站在運營期25年的資本金IRR, HJT 電池≥PERC 電池≥N 型雙面>普通單、多晶電池>IBC 電池;2021 年 之後,HJT 電池>PERC 電池>N 型雙面>普通單、多晶電池>IBC 電池。

3.2、HJT 未來 5 年設備降本或 45%、材料降本或 30%

從目前的市場情況看,PERC 電池的成本已經降低到 0.63 元/W,而 HJT 電 池成本依然要比 PERC 的比較依然要高 0.5-0.6 元/W;國內市場售價認可的 產品價差也是 0.6 元;國際市場價格則相對樂觀;產品差價可以高出 12 美 分;因此,目前 HJT 在國際的高端市場或對發電量和穩定性屋頂光伏市場是 很受歡迎的。

光伏行業專題報告:異質結,下一輪技術迭代週期正在開啟

從成本下降角度,具體可以分為設備降本路線和產品降本路線。

(一)設備降本:從國產化到規模化,相互促進,5 年降本空間預計 45%, 產線成本或從 10 億降到 5.64 億。

(1)設備國產化過程:目前進口設備仍具有技術優勢,PECVD 和 PVD 設 備可有部分公司可以小規模生產,制絨設備和絲網印刷設備經過一定改造也 可基本可以先實現國產化;目前整體依然處於間斷生產或者試驗生產階段; 而後,在保證長期穩定的運營性能的條件下,預計主要設備中 PECVD 可逐 漸實現大部分國產化,部分自動化設備國產化,PVD 大部分實現國產化。設 備國產化降本起初將是緩慢的,而隨著產業規模化的提升,兩者將相互促進, 共同促進整體設備降本。

光伏行業專題報告:異質結,下一輪技術迭代週期正在開啟

(2)設備規模化過程:GW 級項目將是規模化降本的標誌性事件,既有助 於降低製造成本,也可以推動設備製造產業鏈配套的整體提升,我們預計, 2020 年百兆瓦級的項目有望進一步落地,而 GW 級的項目有望在 2021 或者 2022 年落地。

(二)材料降本:硅片薄片化、靶材國產化、銀漿國產化等可使用材料成本 及用料成本,5 年預計降低 30%以上。

(1)硅片薄片化: 目前主流 PERC 用硅片厚度為由 180μm 降到 160μm,但由於是高溫工藝, 導致進一步 PERC 薄片化存在熱卷等技術問題;而異質結在薄片化方面存在 空間,三洋在 2013 年報道的 HJT 電池,硅片厚度是 98μm,面積為 101cm2, 電池效率最高大 24.7%。說明 HJT 用硅片可以進一步的降低,進而較少用料 成本。當前的金剛線技術是可以達到 100μm 的切割水平的。因此,硅片的 薄片化可以是成本降低,下降比例約為 20-30%。

(2)靶材國產化:

產業化的HJT 電池的 TCO 薄膜為 In2O3系列,如 ITO——錫摻雜In2O3, 為 PVD 濺射法、IWO——鎢摻雜 In2O3為 RPD 法等。目前,培育的國產 靶材是重中之重,目前先導、映日等國內廠商採用的靶材已經具有成本優勢, 隨著 HJT 產業鏈進一步規模化,用料成本會進一步降低。

(3)銀漿國產化:

由於 HJT 是低溫工藝,要使用低溫銀漿才能符合要求,目前低溫銀漿主要依 賴於國外進口,品質雖好但成本較高;因此,培育國產銀漿企業興起也是當 前的重點,HJT 規模化則將提供這樣的機會,常州聚和、蘇州晶銀可供應。 未來銀漿國產化後,有望從 7000 元/kg 降到 5000 元/kg。

我們根據設備降本路線和材料降本路線做出假設,進行測算,我們預計 HJT 電池片成本有望從 2020 年的 1.17 元/GW,下降到 2025 年的 0.79 元/GW。 其中影響降本路徑的最核心因素則是 HJT 規模化的進度。

3.3、HJT 設備、產品均具 50%增速高成長市場特點

為了方便分析,我們將 HJT 商業化過程兩塊市場,HJT 設備市場和 HJT 產 品市場。我們基於全球光伏總需求量預測以及 HJT 市佔率假設進而測算設備 需求空間以及電池產品銷售市場空間。我們可以得出結論:

(1)設備方面:2020 年可以開始實現起步,2021 或 2022 年或開始放量增 長,維持 50%以上的較高增速,具備成長性行業的重要特點。市場空間也從 2020 年的 16 億元/年增加到 2025 年的近 78 億元/年,5 年複合增速 37%; 企業是否可以在其中獲得高彈性,還需要重點關注其市佔率水平。

(2)產品方面:隨著市場放量和成本的降低,行業也呈現高速增長,市場空 間有望從 2020 年的 44 億/元,發展到 2025 年的 347 億/元;5 年複合增速 亦可維持 50%左右;同樣具備高成長性的特徵。當然,市場競爭激烈後,電 池片產品的毛利率將逐漸降低。

4、投資建議:設備及產品類公司受益於技術迭代

4.1、設備類公司:重視國產化和規模化兩個過程

4.1.1、捷佳偉創

◆晶體硅太陽能光伏設備製造領先企業。捷佳偉創成立於 2003 年,是一家 主要從事晶硅太陽能電池研發生產的企業,於 2018 年 8 月在創業板上市。 2017 年,捷佳偉創位列中國半導體設備行業銷售第三名。

企業於 2005 年正式步入光伏行業,現已擁有包括制絨清洗設備、刻蝕機、 PECVD 設備、擴散爐、退火爐等多種太陽能電池製備相關的主要設備,並 於 2019 年成功研發新一代全自動絲網印刷產線,有望成為整線設備供應商。

公司目前在制絨清洗設備已具備量產能力,並持續進行 TCO 鍍膜、絲網印 刷、非晶硅沉積等設備的研發。

企業產品於 2010 年進入印度市場,2014 年進入泰國市場,2015 年進入馬 來西亞市場,2016 年進入新加坡和越南市場,2018 年進入土耳其和埃及市 場,境外銷售收入佔比超過 30%。公司自成立以來,已為全球 200 多家光伏 企業,近 900 條電池生產線提供設備和服務,工藝設備市場佔有率超過 50%。 截止 2018 年末,公司擁有專利 196 項,且未來將繼續研發高效電池技術設 備。

由捷佳偉創自主設計研發的晶體硅交鑰匙生產線,單晶硅電池的平均轉換效 率高達 22%,多晶硅電池的平均轉換效率高達 20.5%;電池片平均月度破片 率低於 0.8%;每條 300MW 晶體硅太陽能電池生產線,產能高於 8000 片/ 小時;適用於 166mm×166mm 的硅片,硅片厚度 160μm 以下。

◆高效電池技術研發成果顯著。捷佳偉創研發的 HJT 制絨清洗設備,兼容 MES、UPS 和 RFID 功能;機械手分配合理,能有效避免藥液交叉汙染和槽 體反應超時;結構佈局緊湊合理,酸性區域、鹼性區域、高潔淨區域採用隔 斷區分,設備佔地空間小;是先進的 400 片雙層槽結構,能有效提高設備工 藝產能;工藝槽體採用“定排定補”模式和“時間補液”模式相結合,有效 延長藥液使用壽命和減少換液週期;補配液採用槽內與補液罐雙磁致伸縮流 量計線性檢測,以及可調節氣閥控流結構,有效保證初配時間和微量精補配 液的精度;所有與液體接觸材料優化升級,避免材料使用雜質析出;採用最 新低溫烘乾技術,保證槽內潔淨度和溫度控制精度,提高制絨後少子壽命。

◆盈利預測、估值與評級

關鍵假設:公司主營業務包括半導體摻雜沉積光伏設備、溼法工藝光伏設備、 自動化配套設備以及其他業務(配件銷售、設備改造等)。公司半導體摻雜 沉積光伏設備業務主要由 PECVD 和擴散爐銷售組成,HJT 電池產線的持續 佈局和陸續投產有望保障該板塊訂單的高景氣度,從而實現高速的營業收入 增長(假設 19/20/21 年營業收入增速為 90%/50%/45%);溼法工藝光伏設 備業務主要由制絨、蝕刻、清洗等溼法工藝設備銷售組成,該板塊業務受單 晶PERC產能投放影響較大,隨著2020年迎來單晶PERC電池的投產高峰, 我們預計該板塊業務的營業收入增速將在 2020 年達到近三年的高峰(假設 19/20/21 年營業收入增速為 10%/20%/10%);自動化配套設備業務銷售相 對穩定,假設未來三年營業收入增速均為 10%;其他業務增速有望隨著公司 HJT 產線業務的佈局而小幅放緩(假設 19/20/21 年營業收入增速為 10%/5%/5%)。上述業務的毛利率水平在未來三年均將維持穩定(PECVD 設備的成本有望隨著技術進步穩步下降,帶動半導體摻雜沉積光伏設備業務 板 塊 毛 利 率 在 未 來 三 年 小 幅 提 升 , 假設 19/20/21 年 毛 利 率 為 35%/35.5%/36%)。

我們預計公司 19-21 年營業收入分別為 23.12/32.17/43.70 億元,同比增長 55%/39%/36%,毛利率分別為 37.0%/37.0%/37.1%。

我們預計公司 2019-2021 年淨利潤分別為 4.68/5.90/7.83 億元,對應 EPS 分別為 1.46/1.84/2.45 元。當前股價對應 PE 分別為 37/29/22。考慮到公司 的核心業務為光伏設備銷售,我們選擇光伏設備銷售公司邁為股份、先導智 能、晶盛機電作為可比公司。可比公司 2020 年 PE 均值為 27 倍,公司 2020 年 PE 為 29 倍。鑑於 HJT 興起,設備國產化和規模化進度的推進,行業將 維持高速增長,而公司作為 HJT 核心設備研發和製造的國產化龍頭,制絨清 洗設備已具備量產能力,TCO 鍍膜、絲網印刷、非晶硅沉積等設備的研發亦 處於領先地位,未來有望成為 HJT 設備全產線供應商;根據我們上文預測, HJT 設備市場空間 5 年複合增速達 37%,公司作為龍頭可享受一定的估值溢 價,給予公司 2020 年 32 倍 PE,對應目標價 58.99 元,首次覆蓋給予“買 入”評級。

◆風險分析:光伏裝機和 HJT 技術革新低於預期,設備國產化和規模化進度 低於預期,市場競爭力導致盈利下行。

4.1.2、邁為股份

◆公司為光伏絲網印刷設備龍頭。邁為股份為太陽能電池絲網印刷生產線成 套設備,主要應用於光伏產業鏈的中游電池片生產環節,包括核心設備全自 動太陽能電池絲網印刷機和自動上片機、紅外線乾燥爐等生產線配套設備。 公司在現有光伏設備的基礎上,相繼切入光伏激光設備、疊瓦組件設備等光 伏上下游設備領域,並進入了 OLED 顯示裝備領域。目前光伏激光設備及疊 瓦組件設備正處在快速發展階段;在 OLED 顯示裝備方面,維信諾固安 AMOLED 面板生產線激光項目已交付客戶進行安裝調試。

◆前瞻佈局異質結整線解決方案。公司前瞻性佈局異質結技術,異質結生產 裝備主要有清洗設備、CVD 設備(非晶硅薄膜沉積目前通常採用 PECVD 法 製備)、PVD 設備、絲網印刷設備等,公司目標提供異質結的整線解決方 案。公司目前設備主要供應 PERC 產品,未來切入到異質結技術 生產領域, 設備價值量將會得到大幅提高。

◆風險分析:光伏裝機和 HJT 技術革新低於預期,設備國產化和規模化進度 低於預期,市場競爭力導致盈利下行。

4.2、產品類公司:受益於 HJT 市佔率提升和產品降本

4.2.1、山煤國際

◆背靠山煤集團,煤炭貿易業務是其發展亮點。山煤國際前身為中油吉林化 建工程公司,2009 年山煤集團借殼中油化建,通過重大資產重組將旗下 3 家煤炭開採公司、18 家煤炭貿易公司置入上市平臺。公司目前已形成以煤炭 生產、運輸倉儲、銷售、及物流業務全覆蓋的礦貿一體化模式。受益於收購 河曲露天煤業有限公司 51%股權帶來的自產煤產量增長(同比+25.2%), 公司 2019 年前三季度營業收入同比-12.0%至 316.2 億元,歸母淨利潤同比 +97.7%至 8.0 億元,公司自營業務規模、效率仍有較大的提升空間,且煤炭 資產質量的持續改善也會進一步提升主業的抗風險能力。

◆攜手鈞石佈局光伏產業。2019 年 7 月,公司與鈞石能源簽訂《戰略合作 框架協議》,雙方擬共同建設總規模 10GW 的異質結電池生產線項目。佈局 光伏電池生產符合山西省國改政策導向,是公司進一步延伸在能源領域產業 鏈佈局、拓寬產品結構的戰略行為,也是應對當前煤炭市場波動和未來能源 供應格局調整而進行的前瞻性考慮。

◆盈利預測與投資評級:在當前山西國改及能源革命背景下,公司積極向新 能源領域拓展,市場關注度提升。我們維持原盈利預測,2019-2021 年若暫 不考慮未來光伏貢獻,淨利潤分別為 11.3/13.0/14.6 億元,對應 EPS 分別為 0.57/0.66/0.74 元。當前股價對應 PE 分別為 11/10/9 倍;維持“買入”評級。

◆風險提示:拓展光伏業務風險:公司缺乏新能源領域相關投資經驗,異質 結電池項目投資規模較大,前景具有不確定性。

4.2.2、東方日升

◆國內領先光伏組件企業,充分收益海外市場快速增長。

東方日升成立於 2002 年,目前我國排名前十的光伏組件生產製造商,也是較早佈局海外市 場的光伏產品製造商之一,預計至 2019 年底公司組件產能有望達到 11GW。 目前公司主營業務已由中游的電池組件設備拓展至下游的電站EPC及投資, 全面實現光伏產業鏈多環節佈局。受益於海外市場的快速增長,公司 2019 年前三季度營業收入同比+42.87%至97.74億元,歸母淨利潤同比+271.16% 至 7.83 億元。

◆高效 PERC 產能穩步投放,極儲備異質結技術路線。2018 年,在原有 6.6GW 光伏產能基礎上,公司啟動金壇 5GW 高效電池組件擴產計劃以及義 務 5GW 光伏組件擴產計劃。此外公司積極儲備高效異質結電池技術,2019 年上半年已公佈相關電池技術研發進展,2019 年 8 月,公司 2.5GW 高效異 質結電池與組件生產項目(總投資 32 億元)已在浙江寧波寧海縣正式開工, 相關產能的逐步建成投產將給公司業績帶來的新的增量。

◆盈利預測、估值與評級:公司電池組件產能釋放以及海外電站項目穩步推 進,維持 2019-2021 年公司 EPS 分別為 1.07/1.26/1.74 元,當前股價對應 2019-2021 年 PE 分別為 11/9/6,維持“買入”評級。

◆風險提示:

海外光伏市場需求增長不及預期,光伏產業鏈產能釋放導致價 格大幅調整。

4.2.3、愛康科技

◆從“重”到“輕”,國際化+科技化助力公司轉型。愛康科技成立於 2006 年,從傳統的光伏邊框製造起家,通過兩次在光伏產業鏈上的研發和拓展(從 光伏配件製造到光伏電站投資運營,再到電池組件製造),目前已發展成為 兼具光伏配件製造、高效電池組件製造、和新能源電力服務等三大核心業務 的新能源綜合服務提供商。受光伏行業政策影響,公司持續推進資產結構調 整(即出售電站)致使業績呈現波動,2019 年前三季度營業收入同比+3.19% 至 37.88 億元,歸母淨利潤同比-58.34%至 0.56 億元,但公司正持續進行戰 略轉型後的輕資產國際化佈局。

◆擬定增佈局異質結項目,未來發展值得期待。公司於 2019 年 12 月公告, 擬通過定增募集不超過 13 億元,用於 1GW 高效異質結(HJT)光伏電池及 組件項目(項目總投資額 12.39 億元,擬投入募集資金 9.5 億元,另有 3.5 億元用於補充流動資金)。項目選址在長興縣梅山鎮先進產業製造園,已於 2018 年 7 月開工,已投資金額約 2.89 億元,預計 2021 年 9 月建設完成。

◆風險提示:異質結電池項目投資規模較大,前景具有不確定性。

……

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