光伏電池不斷得到認可,產業化進程或加速

2020-01-09   進門財經

過去幾年,P-PERC等技術變革帶來的紅利推動了度電成本的顯著下降與行業的一輪大發展,當前,光伏產業正處在新一輪技術大發展的前夜,其中,高效電池與大矽片可能是未來幾年最有希望獲得突破的方向,其在眾多高效電池技術路線中,HIT具有一些突出的物理特性和優勢。

招商證券電新研究員游家訓在進門財經路演時認為,綜合產業端的現狀,我們認為HIT電池產業化在加速,並且可能正在醞釀著突破。

一、HIT問世已30年,技術積累帶來突破

1、異質結電池從萌芽走向成熟

HIT萌芽:1989-1990年。日本三洋用非晶矽薄膜代替本徵微晶矽層,做出的電池效率達到14.5%,並命名為HIT。三洋將HIT註冊為商標,專利保護到2015年結束。

HIT摸索:1991-2015年。海內外眾多研究機構對HIT工藝進行優化,對不同的工藝路線進行了摸索,少量企業建立了中試線,研發效率接近25%。

HIT導入:2016-2019年。2015年三洋專利保護到期,大量企業進入HIT領域,建設了十幾條中試線,嘗試將HIT導入商業化生產,量產效率站上23%,研發站上25%。

中國HIT產業發展歷史。

早期摸索:2011-2014年。上澎、賽昂、國電等企業引入進口設備進行了初步嘗試。

中期嘗試:2015-2018年。中智、漢能、晉能、鈞石等企業建立中試線進行量產嘗試,並摸索設備工藝和電池工藝,但礙於成本因素並未大規模量產。

近期突破:2019年。漢能研發效率達到25.11%,成為新的世界紀錄。晉能和鈞石研發效率接近25%,量產效率站上24%。靶材和銀漿國產化也取得重大突破,HIT降本路徑越來越清晰,性價比不斷提升,布局HIT的企業從早期7家拓展到當前約20家。

2、異質結電池工藝

HIT電池結構:晶矽襯底+正反面各3層膜。HIT電池以N型單晶矽片作襯底,正反面依次沉積本徵非晶矽薄膜、摻雜非晶矽薄膜、金屬氧化物導電層TCO,再通過絲網印刷製作正負電極,導出電流。

HIT電池製造工序:清洗制絨>非晶矽薄膜沉積>TCO沉積>製作電極>測試分檔。

清洗制絨:去除矽片表面雜質,製作金字塔絨面,減少陽光反射。HIT電池要求製作大絨面,制絨難度高於PERC。

非晶矽沉積:主要使用PECVD設備進行非晶矽薄膜沉積,薄膜厚度為納米級,且內部結構較為複雜,半導體級工藝,技術摸索集中在這個環節。

TCO沉積:使用PVD或者RPD設備沉積金屬氧化物導電層TCO,該工藝在平板顯示領域應用較多,已經十分成熟,PVD和RPD目前還存在路線之爭。

製作電極:絲網印刷或者鍍銅,製作電極導出電流,MBB多主柵技術導入後,銀漿消耗量大幅度下降,鍍銅必要性大幅降低,主流企業基本都走刷銀路線。

3、異質結電池優勢

效率高:目前主流企業量產效率都站上24%,行業新進者基本也在23.5%以上,明年底有望衝擊25%。效率高帶來組件環節BOM成本和電站環節BOS成本的節省。當前單晶PERC和常規多晶效率差3%,價格差0.35元/瓦。

衰減低:HIT年均衰減0.25%,不到PERC一半,25年內多發電5%左右。

N型矽片摻磷,沒有P型矽片的硼氧對、鐵硼對等復合中心,光致衰減LID很小;N型矽片少子為空穴,空穴比電子更難被俘獲而復合,對金屬雜質不敏感;

HIT表面TCO膜為導電體,電荷不會在電池表面聚集,無電位誘導衰減PID;

溫度係數低:組件表面溫度每升高1℃,組件實際輸出功率會下降一定比例。HIT下降0.25%,PERC下降約0.37%,HIT單瓦發電量比PERC高約4%。

雙面率高:HIT電池雙面率可以達到95%,PERC一般在75%左右。由於HIT電池正面功率也高,因此疊加高雙面率後背面增益更大,按60版型計算,有效功率多出10W。


4、異質結電池升級空間大

HIT 升級空間大。晶矽電池的效率極限在 30%左右,無論 PERC 還是 HIT 都達不到這 個效率水平,PERC 潛力預計在 23%,HIT 預計在 26%,因此 PERC 和 HIT 都是光伏 產業技術進步歷程中的過渡形態。

就近幾十年的技術探索結果而言,未來 10 年行業比 較認可的技術方向是 HIT+鈣鈦礦做疊層電池(Tandem)。HIT 到疊層只需要增加 3 道 設備,4 層膜,成本增加約 0.2 元/瓦。HIT 可以升級到疊層,HIT 產線和下一代疊層產 線可以完全兼容,大幅度降低了 HIT 產線被顛覆的風險。

二、行業:HIT產業化路徑

1、設備:進口設備做熟工藝,國產設備跟進降本

HIT主要生產工序有4步,對應4種專業設備,依次是清洗制絨機、PECVD、PVD/RPD、絲網印刷機。其中壁壘最高的是PECVD,海外梅耶博格和應用材料的設備比較成熟,但價格比較昂貴;國內鈞石和理想有供貨能力。

清洗制絨機目前日本YAC比較成熟,YAC目前也在推進中國本土製造,國產捷佳偉創正在積極研發,已經有數台機器出貨。PVD國內宏大和紅太陽有出貨,絲網印刷機邁為等已經做的非常成熟。

回顧光伏產業發展歷史,往往是頭部企業引進國外成熟設備打通工藝,國內設備廠跟進降本。當前國內HIT中試線基本以進口歐美日設備為主,但國內設備廠已經在積極研發,攻關的重點在PECVD設備,明年很可能會有大的突破。

當前1GW進口設備價格約7-8億元,一旦國產化,將迅速下降到5億元1GW,技術再擴散,預計3億元1GW。

2、耗材:國產化已經突破,需求放量將推動成本迅速下降

HIT電池的生產工藝有四步,分別對應4大類的耗材。

清洗制絨:KOH、HCL、H2O2、HF、添加劑等,主要是大宗化學品,非常成熟。添加劑目前還是進口為主,有企業在嘗試國產化,進口添加劑成本約8分/片,如果國產化成功,可以降到2分/片。

PECVD:主要是TMB、B2H6、PH3等氣體,非常成熟,成本占比可以忽略。

PVD/RPD:氬氣、靶材。先導、映日、壹納等國內廠商已經突破,價格大幅低于海外廠商,未來需求放量,價格還有下降空間。靶材核心成分是氧化銦,質量占比在90%以上,剩餘10%是氧化錫、氧化鎢、氧化鈰、氧化鈦等金屬氧化物。

目前銦價格約900-1000元/千克,加工費約500-1000元/千克,完全成本在2000元/千克以下,價格在3000元/千克左右。當前靶材成本約5分/瓦,未來需求放量之後有望降到3分/瓦。

絲網印刷:低溫銀漿。HIT由於是低溫工藝,PERC所用高溫銀漿不能應用於HIT電極製作,需要使用低溫銀漿。

國內常州聚和、蘇州晶銀等廠商有供應,REC新加坡HIT工廠已經在採購上述某廠的低溫銀漿,其品質得到海外大廠認可,標誌著低溫銀漿國產化已經取得實質突破。目前銀漿價格約7000元/千克,需求放量後預計向5000元靠攏。

產業外資本謀求彎道超車。HIT技術的成熟吸引了部分產業外資本的目光,當前國內流動性整體充沛,部分傳統行業企業通過供給側改革積累了大量現金,同時傳統行業由於產能過剩,難以在現有產業擴大再生產,只能謀求新的投資方向。

今年7月山煤國際公告建設10GW異質結生產線,正式開啟轉型之路。除了山煤以外,中國神華、陝西煤業、晉能集團、同煤集團、潞安集團、平煤集團、中國建材、國家電投等大型國有集團都在積極布局光伏產業,只是各自的技術方向和參與形式不一樣。

除了國有企業外,部分實力雄厚的民營集團也已經行動起來,積極布局HIT產業,謀求在HIT時代彎道超車,成為HIT時代的頭部企業。由於沒有傳統產能的掣肘,一旦技術方向確認,國產設備突破,其產能擴張將會非常迅速。

資本湧入將加速HIT技術的成熟。中國早期從事HIT的企業主要有漢能(技術人員被新進廠商瓜分)、中智(嗅到風口正在復產)、鈞石(定位設備商)、賽昂(退出,人員流動到國電投等企業)、上澎(停產,設備太老)、晉能(積極研發,醞釀上市)。

這些企業是中國HIT產業的先驅,進行了大量的工藝摸索和降本嘗試,其技術人員成為當前中國HIT產業的中堅力量,由於沒能實現產業化,大部分企業資金狀況較差,制約了技術研發進展。

當前中國布局HIT的企業已經達到20家,資本的湧入為HIT設備和工藝研發創造了良好的客觀條件,這會加速HIT工藝的成熟,一旦產能放量,又會加速耗材的降本和整個產業鏈配套的成熟,進而加速產業化進程。

4、市場:高端到低端,分布式到電站

HIT電池存在溢價。HIT具備高效率、低衰減、低溫度係數、高雙面率的優勢,目前23%效率的HIT電池售價1.6元/瓦,較21.9%效率的同尺寸PERC溢價0.65元/瓦。

HIT電池優異的特性對不同業主價值不一樣。在BOS越高、溫度越高,利用小時越高,電價越高的地區,HIT可以有更高溢價,因此HIT目前主要應用於歐美日等高BOS成本和中東等熱帶地區。

高效率:高效率可以攤低組件BOM成本和電站BOS成本,不同地區存在較大差別,國內1%效率優勢對應約8分/瓦的溢價,在歐美日等高BOS地區,高效率帶來的溢價會更高,這也是HIT目前主要市場在歐美日的原因。

低衰減:按8%折現率計算,低衰減溢價=0.37*利用小時/1000*不含稅電價*(1-所得稅率)。

低溫度係數:溢價=10.67*(組件溫度-25)*發電小時/1000*溫度係數差*不含稅電價*(1-所得稅率),在中東等熱帶地區,溫度和發電小時都很高,特別適合HIT。

高雙面率:等效功率多10W,溢價1-2分,雙面得到客戶認可,但定價還有待規範。

高端到低端,分布式到電站。HIT的特性決定了其市場將由高端逐步滲透到低端,從分布式滲透到電站。光伏電池由於是ToB的產品,無法對客戶進行差異化定價,因此市場滲透過程中,HIT電池的價格會逐步降低,當前價格1.6元/瓦,預計規模化生產後價格將下降到1.2-1.3元/瓦。

5、進程:設備工藝和電池工藝擴散,產能快速擴張

HIT產業化進程預估:

第一階段:2019-2020年。頭部企業引入進口設備,打通工藝。

第二階段:2020-2021年。國產設備突破,將GW設備投資降到5億以下。

第三階段:2021-2022年。國產龍頭設備廠開始量產出貨,HIT電池產能年度增量在10GW以上,但國產設備技術逐步擴散,其他設備廠跟進,設備產能大幅擴張,GW設備投資降到3億。

第四階段:2022-2024年。HIT產能大幅擴張。

2020年大機率是HIT產業化元年。如果以GW級大線作為產業化的標誌,明年大機率會是HIT產業化的元年,山煤國際大機率會投出數個GW的大線,2020年底全球HIT產能有望超過8GW,目前約2.8GW。

技術革新帶來產業繁榮,光伏市場規模有望保持高速增長。2019年全球光伏裝機約115GW,2020年預計140GW,同比增長22%。如果保持20%的增速,到2024年光伏市場規模就將接近300GW。

HIT成熟後,不僅可以滲透現有市場,還可以享受增量市場,預計2023年HIT將成為主流路線。

三、HIT對產業的影響

1、矽料:品質要求更高,單瓦矽耗下降

品質要求更高,或刺激矽料產能進一步集中。2019年單晶PERC成為絕對主流,多晶電池加速退出,導致低品質矽料廠商難以維持,陸續退出市場,矽料市場向五大龍頭(通威、大全、新特、協鑫、東方希望)集中,五大龍頭最終勝出的核心競爭力在於單晶料占比和成本控制能力。HIT開始產業化之後,N型料占比較高的企業將更有優勢。

HIT允許矽片變薄,單片耗矽量下降。HIT是低溫工藝,因此可以使用更薄的矽片(高溫下矽片太薄容易翹曲),目前主流PERC電池矽片厚度180微米,主流HIT矽片厚度150微米,頭部企業可以兼容120微米矽片,理論上可以減薄到100微米。矽片減薄之後,出片率會增加,單片耗矽量下降。

目前180微米厚的矽片耗矽15克,如果減薄到120微米,單片耗矽10.9克,矽耗下降27%。矽片減薄在電池環節實現難度較低,但矽片環節目前只能切到120微米,再薄不具備經濟性,組件環節工藝較粗糙,需要更加精細化以匹配超薄矽片。

HIT效率提升,單瓦耗矽量下降。目前主流PERC電池廠電池效率在22.5%左右,對應單瓦矽耗2.72克(含切割損失),主流HIT電池廠電池效率在24%左右,按照目前使用的150微米厚度矽片計算,單瓦耗矽2.25克,下降17%。將來減薄到120微米,則單瓦矽料下降到1.95克,較當前PERC減少28%。

2、矽片:P型轉N型,HIT或加速大矽片推廣

矽片進入N型時代。N型矽片少子是空穴,壽命比P型高兩個數量級,且對金屬雜質不敏感,衰減低,因此更適合用來製作HIT電池。目前國內N型矽片供應商主要是隆基、中環、晶科,其工藝已經成熟,矽片環節的切換難度相對較低。

矽片尺寸分歧較大,大矽片主要是新產線在兼容。傳統電池產線使用M2矽片,明年主流預計是同尺寸但不帶倒角的G1。隆基主推的M6需要對現有產線進行改造,改造費用約2500萬元/GW,目前PERC電池廠盈利較弱,改造的積極性較低,因此主要是新建產線在配套M6。

中環主推的M12則完全無法通過現有產線升級,只有新建產線才能兼容M12,但M12由於產業鏈各個環節改動較多,產業鏈配套尚未成熟,因此產業里觀望較多,僅頭部企業新建產能兼容了M12。從半導體產業發展經驗來看,矽片尺寸做大有利於降低成本。

HIT是板式工藝,更容易兼容大矽片。HIT生產工藝僅4步,清洗制絨機和絲網印刷機尺寸調節較為容易。PECVD和PVD都是板式設備,其加工能力取決於載板面積。

比如梅耶博格的PECVD載板一次可以放置56片(7*8)矽片,美國應材的6代PECVD一次可以放置99片(9*11)矽片,矽片尺寸變大之後,可以通過做大載板面積或者減少矽片放置數量來解決,因此HIT工藝比較容易兼容大矽片。PERC電池有部分管式生產設備,矽片尺寸超過爐管直徑後只能更換設備。

PERC產線無法改造為HIT,新建HIT產線必然會考慮兼容大矽片。其實不管是新建PERC還是HIT抑或TOPCon產線,電池廠都會考慮對大矽片的兼容。但當前PERC技術完全擴散,壁壘較低,格局較散,盈利較弱,靠PERC推廣大矽片大機率會比較緩慢。

如果HIT技術成熟,新建HIT產線必然會直接過渡到大矽片,這會加快大矽片的推廣。從目前產業調研情況來看,HIT設備廠普遍已經兼容M6矽片,或者直接就是按照M6矽片在設計,個別設備廠已經在往M12升級。

3、電池:資本入局,格局重塑

PERC電池工藝高度集成在設備中,技術擴散導致產能大幅擴張。2019年PERC技術完全擴散,單晶PERC產能從年初的57GW增加到年底的116GW,增加1倍以上。

無序擴張導致產能過剩,2019年Q3電池價格大跌,中小電池廠擴張停滯,但大廠擴張步伐在Q4重新啟動,按照各家擴產計劃,2020年底單晶PERC產能將達到166GW,超過需求量,因此即使沒有新技術引入,2020年落後PERC也將退出。

技術變革帶來格局重塑。

傳統PERC大廠:資金允許的前提下不斷疊代,多晶>常規單晶>單晶PERC>HIT;

傳統PERC小廠:PERC產線盈利甚微,如果沒有資金投入HIT,可能逐漸邊緣化;

傳統多晶電池廠:多晶退出,如果資金允許,在PERC上追趕不如直接上HIT;

產業外資本:山煤等產業外資本依託主業充沛現金流強勢入局,規模和節奏可能超預期;

PERC和HIT工藝差別較大,PERC技術優勢較難遷移到HIT。HIT電池製造工序和PERC差別較大,尤其是核心的非晶矽鍍膜和TCO沉積,工藝已經是半導體級.

目前國內從事HIT的技術人員很多都是從半導體行業轉行而來,HIT電池的Know-How和PERC電池差別較大,因此PERC時代技術領先的廠商其優勢難以遷移到HIT。對於準備布局HIT的企業,需要儘早募集和培養高級技術人員。

4、組件:現有產線兼容性較好

現有組件產線兼容HIT電池。HIT是電池環節的技術變革,現有組件產線可以兼容,未來HIT使用的矽片減薄到120微米,則需要對組件產線進行升級,避免碎片率的提升。

HIT電池組件封裝以半片為主。在封裝方式上,目前主流的HIT電池採用半片封裝。HIT高效率的根源在非晶矽薄膜對懸掛鍵優異的鈍化效果.

如果採用疊瓦封裝,需要對電池片進行大量的雷射切割,這會產生大量的懸掛鍵,HIT電池的效率會有較多損失。因此目前主流的HIT電池封裝以半片為主,一切二,儘可能降低效率損失。

梅耶博格的智能串焊技術Smartwire需要更換串焊機,後端仍然兼容。MB的無主柵技術使用焊帶代替主柵,串焊技術不同於現有產線,需要更換串焊機,並使用特殊的助焊劑,但後端供工序仍然和現有產線兼容。

四、結論與投資建議

1、提效降本持續推進,HIT性價比不斷提升

HIT電池的提效降本在快速推進。今年HIT產業的一個重大進展就是MBB技術的引入,銀漿消耗量下降50%,同時電池效率提升0.5%,銀漿成本下降約0.2元/瓦,HIT電池的性價比大幅提升。我們估算明年HIT電池的不含稅完全成本在0.81元/瓦。

HIT設備廠邁為股份對HIT電池完全成本的指引是含稅0.95元/瓦,不含稅0.84元/瓦,和鈞石集團0.85元/瓦的成本指引基本一致。其矽片成本按照現有價格計算,考慮到明年矽片降價,2020年其不含稅完全成本同樣可以控制在0.8元/瓦左右。

當前23%效率的HIT電池售價1.6元/瓦,明年HIT量產之後,預計價格會逐漸下降。預估2020-2022年HIT電池價格分別為1.3/1.21/1.02元/瓦,凈利分別為0.29/0.28/0.20元/瓦,較目前PERC電池盈利能力有一定擴張。

2、結論與投資建議

HIT很可能是下一代光伏電池主流技術,當下HIT正處於從路線之爭中走出來,得到光伏產業和產業外資本認可的階段,而且這種認可正逐漸傳導到資本市場,一旦技術方向確認,這是一個從0到1的市場,會在各個環節帶來具有爆發力的投資機會。

矽料環節:推薦或關注N型料占比較高的通威、大全(美股)。

矽片環節:推薦N型矽片龍頭隆基股份

電池環節:推薦大手筆布局的山煤國際(煤炭聯合)、通威股份、東方日升

耗材環節:關注蘇州固鎝(子公司蘇州晶銀生產低溫銀漿)、常州聚和(擬上市)。

設備環節:推薦捷佳偉創(機械聯合)、邁為股份(機械聯合)、金辰股份

產業認可正迅速傳導到資本市場。2018年底,國內布局HIT的企業僅6家(漢能、晉能、鈞石、中智、通威、上澎),當前已經達到20家,尤其是頭部幾個大廠轉向HIT更加驗證了HIT的可行性。

近期HIT產業人才流動頻繁,各家企業都在圈人,設備商詢單也明顯增多,HIT得到了產業認可,這種認可近期在迅速向資本市場傳導,相關標的都已經啟動。

2020年催化劑不斷。HIT沒有停留在概念階段,而是已經開啟了產業化,隨著產業化的推進,2020年會有大量的進展,催化HIT行情。

中試線效果不斷提升。通威、愛康、日升、晉能、普蘭特等中試線陸續會有結果;

產業內外不斷有企業宣布布局HIT。產業內外不少企業在積極籌備HIT項目,目前正在人員募集和設備選型階段,HIT項目不斷落地會進一步催化HIT行情;

設備廠取得突破。目前邁為已經交付樣機,鈞石、捷佳、金辰明年預計都有樣機交付,樣機得到驗證將完成設備國產化,設備價格將迅速下降,刺激HIT產能爆發。

山煤等GW級產線得到初步驗證。HIT目前還沒有GW級的大線,山煤公告了10GW的項目,明年預計會有數個GW投放,效率、良率、成本、稼動率等參數會得到初步驗證,一旦效率能做到24%+,良率能做到96%+,完全成本能控制在0.9元/瓦以下,HIT產業化會加速推進。

HIT為電池廠恢復融資能力,明年或有不少融資項目募投HIT。近期愛康科技宣布定增融資16億,其中9.5億投資1GW的HIT產線,明年很可能會有企業跟進。

文章主要內容為招商證券電新研究員游家訓在進門財經路演核心觀點