光伏设备专题报告:关于HJT技术的5个核心问题

2019-08-10     未来智库

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报告综述:

由于量产效率取得重要突破、大批产业内外资金涌入,年初以来HJT 技术备受关注。“一代技术,一代设备”,本文将围绕HJT最核心的5 个问题逐一展开,结合现有技术与量产情况,给出未来3 年HJT 发展路线,探究光伏设备行业投资机会。

问题一:HJT 好在哪,是否能解决当前产业瓶颈问题?HJT 产品结构&优势核心在于:凭借开路电压高、双面率高等天然特性,可以实现相对最低的LCOE,解决了产业痛点(与面积相关的BOS 成本下降空间较小),也是目前最契合双面组件工艺(未来主流发展方向)的电池片技术。

问题二:技术与量产情况如何,爆发期是什么时候?目前市场最受关注三个路线:REC(与MB 合作)、通威(与迈为、捷佳合作)、钧石(自主研发)。三家分别采用了不同整线商方案,所采用的CVD、PVD/RPD以及配套的靶材、浆料都有所差异,今年9 月份到明年3 月份之间,3 家都会陆续给出量产结果,届时将会分晓哪种技术路线更加稳定、适合大范围推广。随后2020 年中有望开启第一轮HJT 产线热,2021 年有望成为第一个HJT 组件量产爆发节点。

问题三:经济性分析,量产究竟有多远?目前未到量产节点,但已不遥远: 1HJT 组件经济性:测算得到HJT 组件附加价值0.43 元/W,当前310WPERC组件1.79 元/pcs,则HJT 组件合理价格为2.21 元/pcs,实际价格为2.47 元/pcs。尽管是在面积成本相对高的地方,目前HJT 组件仍未到具备经济性的阶段; 2HJT 电池片非硅成本:测算得到目前HJT 电池片非硅成本若采用RPD 工艺约0.659 元/W,采用PVD 工艺约0.627 元/W,非硅成本仍比主流PERC 高0.3-0.4元/W,降成本仍是长远之路;3硅片成本:目前N 型价格比P 型价格高5-8%,N 型薄片化是未来大趋势:硅片厚度每降低20 微米,单片含硅成本下降约0.25 元、产能提升约7%。一片厚度为130-140微米的高质量N 型硅片可以做到与

问题四:设备有哪些革新,空间多大?HJT 设备包括制绒清洗设备(捷佳、YAC)—CVD(爱发科、理想、钧石、迈为、捷佳)—PVD(冯阿登纳、钧石)—丝网印刷设备(迈为、捷佳、科隆威)。目前核心设备(CVD 和PVD) 总价值在700-1300万美元/100MW 之间,其余设备(入料管控、自动化、印刷、烧结、测试和筛选等)则在300-500 万美元之间。预计明年HJT实际投产6-10GW,由此带来增量空间在60-80亿。若HJT 推进顺利,成本大幅下降进一步催生需求,2021 年投产向20GW 靠近,带来增量空间可达百亿。

问题五:推荐哪些标的?强烈建议关注迈为股份、捷佳伟创(电新联合)。最后关于现阶段HJT技术最该关注的问题,我们认为应集中于“哪家设备技术成熟、运行稳定”而非“哪家设备价格更低、宣传的更好”。回顾PERC 推广的过程,经历了3个阶段:1领先设备商率先推出稳定设备与工艺路线; 2行业借鉴成功技术经验,加上自身工艺改造升级,促使行业平均成本大幅下降;3最终凭借成本优势,全面替代上一代BSF技术。HJT也将复刻这一过程,对于国内设备商来说,工艺改进加大产能、降低成本永远不是问题,确定一条成熟、稳定的工艺路线,才是现阶段重中之重(材料成本是先有鸡还是先有蛋的问题,HJT产能上来,银浆/靶材价格自然快速下降)。

报告内容:

前言

回顾2018 年,如福建钧石、中智(泰兴)、汉能、通威、爱康、彩虹等不少光伏企业陆续开出HJT 产能计划,市场颇有一片HJT 崛起之势。但在531 政策的压力下,由于技术含量较高、设备及材料成本高昂、缺乏终端市场等因素,部分企业HJT 扩产进度有所减缓。随着四季度全球光伏市场开始回暖,市场上HJT 的讯息突然多了起来,光伏企业暂缓的HJT 扩产计划也随着市场回暖而再度开启。

年初以来,HJT 技术备受关注,原因总结有三:

1量产效率取得重要突破:HJT 实验室技术早已成熟,并且创下26.7%超高效率纪录; 但量产效率始终停滞在21%、22%,直到18 年底突破到23.5%,比PERC 高出1%以上(反应在组件端提高20W),量产技术上完成实质性进步;

2行业竞争日趋激烈,可长远发展的技术备受青睐:离发电侧平价时代越来越近,终端客户对电价更加敏感,各环节决策考虑不单是采购成本多少,而是终端产品成本如何(以LCOE 作为核心指标),这样的大背景下,双面工艺凭借低LCOE 优势,被公认为未来主流技术方向,最契合双面的HJT 电池片技术自然也备受关注;

3方向清晰,大批社会资本涌入:国内产业界设备商快速成长,18 年大批设备商上市,热钱涌入,极大推动了新技术研发热情,推动HJT 发展速度比当年PERC 更快。同时产业外资金瞄准HJT 新赛道,斥巨资以求谋得新技术下一席之地(如山煤国际与钧石合作10GW),也为HJT 技术带来极高的曝光度。

如果想寻找HJT 新技术带来投资机会,就不得不站在光伏产业链的角度,首先思考光伏行业本质:

光伏行业的本质是什么?是从终端客户的价值来考虑,也就是聚焦度电成本的降低。光伏产业定位于制造业,而非高科技产业。除了产业链下游电站设计、建设以及并网运营能归属到能源业外,硅料、硅片、电池、组件等环节,都属于典型的制造业。而制造业的发展,必然遵循制造业的内在规律:光伏各环节相对过剩将是一个常态,因此未来的竞争格局一定是一个充分并且完全的竞争局面,各个环节的成本降低将是这个行业永恒的发展方向。

围绕光伏行业本质,诞生关于HJT 的5 个核心问题,也正是本文的架构:1HJT 技术是否符合光伏行业本质,能否解决当前产业瓶颈问题?2如今技术与量产情况如何?3 当前经济性如何,未来量产时间如何判断?成本下降空间又有多大?4落到光伏设备角度,也需要关注HJT 相比于PERC 设备端有何革新?5市场空间有多大以及有哪些值得关注的光伏设备公司?

最后,关于现阶段HJT 技术最该关注的问题,笔者认为应集中于“哪家设备技术成熟、运行稳定”而非“哪家设备价格更低、喊得最响”。回顾PERC 推广的过程,经历了3 个阶段:1领先设备商率先推出稳定设备与工艺路线;2行业借鉴成功技术经验,加上自身工艺改造升级,促使行业平均成本大幅下降;3最终凭借成本优势,全面替代上一代BSF 技术。HJT 也将是一样的情况,对于国内设备商来说,工艺改进加大产能、降低成本永远不是问题,确定一条成熟、稳定的工艺路线,才是现阶段重中之重(材料成本是先有鸡还是先有蛋的问题,HJT 产能上来,银浆/靶材价格自然快速下降)。

如今市场最关注的3 条技术路线:1与梅耶博格合作的REC;2自主研发的钧石;3 与捷佳伟创、迈为股份合作的通威。尽管3 条路线是HJT技术,但各环节、设备仍有许多区别(如HWCVD与PECVD,RPD 与PVD),使用的靶材浆料也不尽相同,哪家率先推出稳定工艺设备与技术路线,明年就可能率先引爆HJT 投资热潮。

问题一:HJT 好在哪,是否能解决当前产业瓶颈问题?

目前电池片技术百花齐放,但未来几年内最有可能成为主流技术只有HJT,没有明显短板。其他如N-PERT 的竞争力不够强,其成本和收益性价比不如PERC,工艺复杂增加效率的空间也不大;IBC 技术是一种证明过可以实现量产的超高效技术,但是短期内成本很难降低,至少目前来看其二十多步的工艺流程相比异质结的四步工艺没有可比性;TOPCon 技术实验室效率已经做到25%,但实验室的很多技术很难量产,目前也有一些企业在研发中,可能还需观望一下后续的发展情况,而其最受诟病的,还是过多的程序可能显著降低良率(N 型薄片化是方向,自动化工具接触多,容易出碎片);还有一些更复杂更新的材料,如钙钛矿材料,成本低,结合晶硅转换效率也较高,但稳定性和耐候性较差,必须要先解决实验室技术问题才能考虑能否产业化。

HJT 产品结构&优势核心在于,可以实现相对最低的LCOE,解决了产业痛点,契合了从P 型发展到N 型、精度向半导体靠近的大方向。HJT 产品的优异性能已经被大部分客户所认可,以可靠着称,市场接受壁垒不大,而且随着行业往更高效、更高功率方向发展,企业对高效技术之间的融合有更迫切的需求,双面是未来确定性趋势,HJT 是最适合双面组件的技术之一,总结起来,HJT 产品具有4 大优势,最终使HJT 产品可以实现相对最低的LCOE,符合光伏行业本质规律:

(1)更高的效率。1 效率潜力提高1.5-2%:HJT 采用N 型硅片具有较高的少子寿命,特殊的非晶硅钝化的对称结构可以获得较低的表面复合速率,这些特点使得HJT 可以获得很高的开路电压(Voc>735mV,最大的优点),最终效率潜力比目前P-perc 电池片要高1.5-2%,可以达到25%以上,从而降低系统平衡成本;2无光衰、温度系数好: P 型晶硅太阳能电池最大弊端是光致衰减问题(掺杂硼元素所致),与平均光致衰减率1.1%-1.8%的PERC 电池相比,HJT 电池从根本上避免了初始光衰的现象(掺杂磷元

素);并且温度稳定性上,PERC 温度系数为-0.5%/°C,而HJT 温度系数-0.28%/°C,高温环境发电量比PERC 高6-10%(适合泰国、欧洲等高温区域)。

(2)更大的降本空间。HJT 中a-Si与c-Si 的异质结在低温(<250°C)环境下即可制备,远远低于传统晶硅p-n 结制备需要的900°C高温。低温制备一方面可以降低能源消耗,另一方面可以降低热应力对于晶硅衬底性能的损害,从而将对衬底的材料要求降低到廉价低质量的单晶硅,技术未来真正成熟之际,可使用100 微米厚度的硅片,而P-perc 继续降低硅片厚度的空间十分有限(背部的铝背场温度系数和硅片温度系数不同,过薄的P型硅片容易产生隐裂,也容易翘边)。

(3)更容易达到高良率。为了达到较高的转换效率,PERC 需要十道以上的工艺,会导致电池片良率的下降,而HJT 电结构对称,制备工艺仅需4 步,并且制备所需非晶硅薄膜厚底低,可以同时提高电池片良率和生产效率,在2016 年国电光伏公司已实现HJT 量产80MW 生产线98%的产品良率,晋能也可稳定在95%以上。

(4)更好契合组件端发展。PERC 电池的双面率(背面效率与正面效率比值)一般为60-70%,并且由于背面特殊的钝化开槽设计使得其双面率难以进一步提高,而HJT 高度对称结构使其能够达到90%甚至96%的双面率,其年平均发电量比单面电池片组件高出约10%。双面发电用于雪地和涂反射层面的地面效果最好。和技术人员交流,在北海道最多有30%的增量。正是由于双面率高的特性,HJT 与叠瓦技术结合后,降低度电成本LCOE 单位面积上安装功率更高,实际发电量也远高于PERC 组件系统。使得电站建设过程中的成本,例如土地、运输、安装、桩基、支架等部分成本得到更有效的摊低。

问题二:技术与量产情况如何,爆发期是什么时候?

异质结电池自出现以来,经过几十年的发展,其转换效率得到很大提升。1991 年三洋首次开发的HJT 电池效率为18.1%; 2013 年松下收购三洋后开发的实验室效率达到24.7%;2014 年松下结合背接触技术提升转换效率至25.6%,随后SHARP 和Kaneka 先后实现转换效率超越25%;2016 年日本NEDO 研发机构与日本KANEKO 公司利用异质结与背接触耦合技术将转换效率提升至26.33%,刷新了世界新高纪录;2018 年夏普集团实现背接触异质结电池的转换效率为25.09%。

在国外异质结电池及组件的量产上,主要集中在欧美及日本企业。具体来看,日本松下一直处于领先位置,目前量产效率高达23%,并且今年5 月已经实现HJT 光伏组件世界最高输出温度系数(-0.258%/°C),技术水平的领先使其保持在日本及马来西亚1GW 的稳定产能,目前正与特斯拉旗下SolarCity 合作在美国共建1GW 异质结产能;Eco Solifer在2018年第四季度完成产线改造,实现产能80MW;意大利的3 Sun在2018 第二季度完成80MW 产线,计划于2019 年第三季度扩产至200MW;REC 结合梅耶博格的异质结技术及SWCT 电池片连接技术,重磅打造异质结产品。此外,欧洲企业如俄罗斯Hevel、意大利3 Sun、匈牙利Ecosolifer 等在异质结方面也频频布局,多为百MW 级。由此可见,欧美日等企业正在有序推进异质结电池的产业化,以希在先进技术产品上重夺竞争力。据统计,国外异质结项目规划产能约为3.66GW,已建约1.86GW。

国内HIT 电池布局以“小”为主,异质结企业规划产能多为GW 级,拟投资金额巨大,但建成产能相对较小。多数企业目前仍在评估或中试阶段,还未形成大规模发展。据统计2016 年至今,国内异质结项目总规划产能约达22GW,拟投资总额高达520 亿元,实际已建产能约为1GW,目前已经量产或计划量产HJT 电池的企业约十余家,规模多在百MW级。

HJT 爆发阻力之一:技术壁垒较高,推广亟待时日。目前异质结终端需求市场主要还是海外:中东、欧美等高端市场(BOS 成本相对较高),国内的规模还不是很大,归根结底还是技术稳定性并未达到大范围推广的程度,成本仍然较高。HJT 技术具有较高的壁垒,比当年PERC 工艺技术跨度更大。HJT 非晶硅膜要求是3/6nm,而PERC 要求氧化铝/氮化硅厚度为20-80nm,尽管也有厚度要求,更多是出于节省材料考虑,即使镀厚仍可正常使用,容错率高;而HJT 精度高、容错率低,一旦镀厚便丧失功能性,目前市场各家工艺仍在寻求突破,未来技术推广亟待时日。

HJT 爆发阻力之二:革新性技术,与原产线不兼容。随着行业往更高效、更高功率方向发展,企业对高效技术之间的融合有更迫切的需求,然而由于HJT 是一种全新技术路线,对其他高效技术的兼容性存在一定困难,这也成为众多企业驻足观望、甚至被诟病的地方。但当颠覆性技术成熟时,不会问产线兼不兼容,也不以人们的意志为转移,最后还是看技术的优越性能够带来多大的差异化,市场来作选择。

HJT 爆发阻力之三:现有量产线稳定性不达标。有一点需要注意,目前市场讨论的材 料成本(包括本文问题三相关数据),均是基于设备 uptime90%、良率 95%以上的中试 线数据测算,从中试线到量产线推广最大的问题仍是产线运行稳定性,这也是目前最亟 待解决的问题,准确来说 HJT 的推广之路,第一步是先确定稳定生产的技术,第二步是通过规模效应降低成本,第三步才会迎来爆发期。

目前市场最受关注三个路线:REC、通威、钧石,三家分别采用了不同整线商方案,CVD、PVD/RPD 以及配套的靶材、浆料都有所差异,而今年9 月份到明年3 月份之间,3 家都会陆续给出量产结果,届时将会分晓哪种技术路线更加稳定,适合大范围推广。随后2020 年中有望开启第一轮HJT 产线热,2021 年有望成为HJT 组件量产爆发节点。

问题三:经济性分析,量产究竟有多远?

HJT 各种优点,归根结底在于降低了用户端的LCOE,HJT 在经济性上优势多大,现在是否已经具备经济性,需要量化估算得出结论:

3.1 HJT 组件经济性测算

如今考虑HJT 技术,不能仅站在电池片环节,而应该从整个产业链出发。HJT 电池形成的组件,一方面,由于优秀的温度系数,没有PID、LID 导致的衰减现象(仅有老化衰减),以及超过90%的双面率,所以与PERC 组件同瓦数情况下发电量更多;另一方面,Voc 较高带来较高的转换效率,节省了一系列BOS 成本中的面积相关成本。两方面作用下将显著降低LCOE,HJT 组件应享有更高的单瓦成本,那高出幅度多少?正是本节研究重点:

(1) 发电量更多带来的附加价值:由于优秀的温度系数,没有PID、LID 导致的衰减现象(仅有老化衰减),以及超过90%的双面率,所以与PERC 组件同瓦数情况下发电量更多,根据PV-tech 实测数据:1温度系数提升2-6%:HJT 更优的温度系数可以获得比系数值为-0.38%/°C的PERC 组件高2-6%的额外电能,并且在热带地区的双面单轴跟踪太阳能系统上获得6%的额外电能;2无PID、LID 提高1.2-3%;3双面率提升2%:用合适工艺电池的HJT 组件在光浸润测试下的填充因子和Voc 都有轻微的提升。由于它们的双面率高达93%,可以比双面率为82%的标准组件多收集2%的能量;4 弱光效应提高0.3%-1%:由于HJT 有着更高的电压,同时PN 结内不存在金属杂质(带来更好的二极管理想因子),与丝网印刷PN 结相反,根据应用环境的不同,在低辐照条件下可以获得0.3-1%的额外能量(因为相对压降更低)。整体提高发电量5.5-10%。根据钧石实测数据,HJT 双玻比PERC 双玻发电量提升7%,也验证这一结论。

我们采用HJT组件相对于PERC 组件发电量多7%的保守数据,以PERC组件主流310W(0.26 美元/W),HJT330W(0.36 美元/W)测算: HJT 组件由于自身特性附加价值为0.11 元/W。

(2)BOS(与面积相关)成本下降带来的附加价值:HJT 单位面积功率更大,使得下游电站建设过程中和面积相关的BOS 成本(例如土地、运输、安装、桩基、支架等) 得到更有效的摊低,根据Solarwit 数据,这块成本按照不同项目类型、不同项目区域有很大差异,通常介于400-1000 元之间。

我们采用800 元/pcs 的面积成本的假设,由于同瓦数的面积相关成本降低,HJT 组件附加价值为0.31 元/W。

两项相加的结果是0.43 元/W,就是现阶段HJT 组件自带的附加价值(并未体现在价格中)。所以当前310WPERC组件1.79元/pcs,则HJT组件合理价格为2.21元/pcs,实际价格为2.47 元/pcs,可以发现尽管是在面积成本相对高的地方,目前HJT 组件仍未到具备经济性的阶段。展望1-2 年后,若HJT 主流组件达到360W,PERC 达到330W (2.1 元/W),HJT 相组件的附加价值则达到0.5 元/W(越来越高)。放眼未来,光伏电站建设过程中和面积相关的一系列成本是很难继续降低的,有一些和“人”直接相关的成本(如安装、维护)由于人力成本的持续上升甚至可能出现不断上升的窘境。进一步降低光伏电成本的最有效突破口便是提升单位面积内的功率和提升同等功率下的发电能力。目前看来,能完美满足这一要求的电池路线就是HJT。

3.2 HJT 电池片非硅成本测算

任何一种技术都要经过从研发到中试、再到量产的过程,在这过程中会出现成本等各种量产方面的问题,并最终研究出解决方法。以PERC 为例:行业用了大约五年的时间来降低单晶PERC 的技术成本,从最初每家企业先做中试线,尝试不同的技术路线,到产品小批量产出后进行各种性能测试,直到18 年实现成本的大幅下降,这是非常典型的新一代技术从研发到量产的发展过程。

目前HJT电池片成本较高的原因:市场没有看清可量产化技术路线,因而仍没有推广; 由于没有量产,生产不具备规模效应。规模效应又存在两个层面,第一层面是行业层面,随着HJT 产能攀升,相应的浆料、靶材、设备等都会因更多厂家进入大大降低成本; 第二层面是公司层面,很大程度上是分摊管理、财务和销售费用,生产异质结的企业,一定要有较大规模,从生产成本方面来看,其实与规模并无直接关系,单瓦成本是固定的,不过上规模后供应商方面是会降价的,这部分效果因公司而异。能够总结规律并作出经济性测算,主要聚焦在行业层面,也就是HJT 电池片非硅成本测算。

我们从“制绒清洗-非晶硅沉积-TCO 膜制备-表面金属化”四个环节,拆解分析HJT 电池片非硅成本:

(1)制绒清洗

16 年松下主推RCA 清洗,目前采用臭氧+双氧水清洗。臭氧+双氧水工艺在大批量生产验证后清洗效果较为稳定,并且在去除氨氮工艺后污水处理与化学品成本大大降低,是现在最佳的清洗工艺,其总体化学品成本已经贴近PERC 电池清洗成本。

但目前HJT 电池制绒添加剂成本还是较高,原因在于主要还是靠进口添加剂,采用双氧水+臭氧单片成本在0.22-0.3 元之间。添加剂本身的成本非常低,目前国内相关厂家也在研究制绒添加剂并已有所突破,所以相关降幅可达80%以上。

(2)非晶硅沉积

非晶硅沉积主要考虑为薄膜均匀性、氢含量、光敏性。两种主流工艺PECVD 和HWCVD (热丝化学气相沉积):HWCVD 优势明显:对界面轰击较小,薄膜质量较好,对硅片钝化较好,但劣势也比较明显,均匀性较差且维护成本较高。PECVD 分RFCVD(射频等离子体化学气相沉积)与VHFCVD(甚高频等离子体化学气相沉积),差异主要是射频频率,总体来说RFCVD 沉积非晶硅均匀性较好,但成膜质量不如VHFCVD,并且对硅衬底的轰击也强于VHFCVD。目前单片成本集中在0.03-0.05 元,未来有望下降到0.01-0.02 元。

(3)TCO 膜制备

现阶段TCO 制备工艺主要为PVD 与RPD。PVD 正/背面均需要2-6 个ITO 靶材,目前单片成本在0.4-0.5 元之间。ITO 技术在平板显示中的应用与HJT 的应用差别不大,不管是国产的磁控溅射设备,还是靶材的供应商,在平板显示行业都已经比较成熟,所以这块降本空间较大。RPD 正/背面均需要2 个IWO/ICO 靶材,进口靶材成本在0.6-0.7 元,国产化后有望降到0.2-0.3 元。

(4)表面金属化

HJT表面金属化主要有丝网印刷和镀铜工艺。HJT 全程采用低温工艺,低温银浆价格较高,而且目前HJT 电池银浆耗量大约是传统电池的3 倍,所以既可以国产化降价,又可以结合组件技术减少耗量:

现阶段低温银浆价格高主要是生产量太低、厂商太少,一旦HJT 产能突破将一解百解。杜邦、Soltrium、常州聚合等都有相关产品,将显著降低银浆价格。降低银浆耗量主要通过结合多主栅、叠瓦等技术,采用MBB 比5BB 成本降幅50-70%。

结合4 大环节耗材成本情况,我们可以测算出:目前HJT 电池片非硅成本若采用RPD 工艺约0.659 元/W,采用PVD 工艺约0.627 元/W,HJT 电池片非硅成本仍比主流PERC 高0.3-0.4 元/W,降成本仍是长远之路。此外仍需注意的是,上述提及的材料成本等,均是基于设备uptime90%、良率95%以上的中试线数据测算,从中试线到量产线推广最大的问题仍是产线运行稳定性,这也是目前最亟待解决的问题,准确来说HJT 的推广之路,第一步是先确定稳定生产的技术,第二步才是通过规模效应降低成本。

3.3 N 型硅片成本较高,薄片化是大趋势

除了非硅成本外,N 型硅片也是HJT 电池成本较高的重要原因,厚度180 微米的n 型硅片通常比p 型硅片高出5-8%,主要原因在于n 型与p 型的主要差异是在坩埚内的提拉次数(只需要3 次,而不是5 次)更少,本质上并没有区别,只是N 型硅片目前的市场需求较少而导致单价更高,随着HJT 的规模扩大,形成规模效应后,N 型硅片的成本也会降下来。

薄片化也是降低硅片成本重要方式。对于HJT 技术,采用低温或无应力制程可以比使用标准硅技术更容易抓取更薄的硅片。不仅如此,其效率不受硅片厚度影响,即使是减薄到100um 左右:即短路电流的损失可以通过开路电压补偿回来,依赖的是超低表面复合。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、产能提升约7%。一片厚度为130-140um 的高质量n 型硅片可以做到与一片厚度为170-180um 的PERC 单晶p 型硅片相同的价格,未来成本下降空间较大。

问题四:HJT 设备有哪些革新,空间多大?

4.1 核心设备为 CVD+PVD

HJT 电池的一大优势是工艺简单,仅包括制绒、非晶硅沉积、TCO 沉积、丝网印刷四步,而PERC 电池为了达到较高的转换效率,除了传统工艺流程外还要增加退火等工艺,复杂的工艺不仅带来了额外的设备投资要求,还对生产电池片的良率和生产效率造成一定程度的影响。

HJT 电池优于PERC 电池的之处在于非晶硅薄膜的沉积,故也导致了两者制备工艺上最大的不同。虽然PECVD 作为沉积镀膜的核心方法,但是在PERC 电池和HJT 电池制备工艺中却对应着截然不同的PECVD 设备(前者为场钝化、后者为化学钝化),这也是HJT 电池制备与PERC 电池生产线不相容的根本原因。印刷和制绒相对来说变动较小,制绒这一块比PERC 要求更高纯净度的清洗,表面不能有一些金属离子;印刷主要是浆料需要使用低温银浆。

制绒清洗设备:清洗制绒设备主要包括捷佳伟创、北方华创、YAC。HJT 通常采用N 型单晶硅做为衬底,且在切割加工过程中会在表面层产生损伤层,通常使用碱性腐蚀液进行各向异性腐蚀,利用不同Si 晶面的腐蚀速度差异,在硅片表面形成3-6 的金字塔结构,衬底表面的制绒效果直接影响电池的最终特性,故在制绒过程中必须控制制绒速率和金字塔表面均匀度,这对制绒设备和制绒工提出了更高的要求。目前工艺温度、溶液均匀性、产能等都是衡量制绒设备效果技术指标,目前主要设备生产厂家为日本YAC 和中国捷佳伟创。

非晶硅薄膜沉淀设备:HWCVD 设备主要厂商为ULVAC;PECVD 设备主要供应厂商为梅耶博格、应用材料、理想万里晖、钧石。迈为股份和捷佳伟创已有CVD 产品储备,仍在试验中。国内的理想万里晖率先研发出用于HJT 的PECVD设备,打破了长期以来国外厂商的垄断,并且在2019 年成功竞标某标志性百兆瓦级HJT 项目的PECVD 设备供应,并陆续升级PECVD 推出配套工艺。迈为股份、捷佳伟创也陆续推出CVD 新产品,现阶段仍在试验中。

TCO 镀膜设备:RPD 设备商包括日本住友、台湾精耀,PVD 设备商包括梅耶博格、应用材料、冯阿登纳、国内钧石等。

现阶段采用PVD 方式成膜的企业较多,主要是PVD 设备较为成熟,价格便宜,同时设备较为稳定,产能完全可以做到6000pcs 以上,德国冯阿登纳公司今年已经推出产能8000pcs 设备,主要采用直流磁控溅射工艺,部分厂家引入了射频磁控溅射工艺。同时PVD 所使用的的靶材生产企业较多,基本不受专利限制,主要是ITIO 受制于日本住友专利。但是缺点也较为明显,效率偏低,和PERC 没有拉开明显的效率差异,总的来说短时间看来PVD 为HJT 电池的量产方向。

效率上RPD 现阶段较PVD(ITO)优势在0.4%左右,可以通过托盘优化将差异拉开至0.6% 以上,并且可以通过使用其他更高效的靶材进一步拉开与PVD 的效率差异至0.7%。但是RPD 缺点较为明显,第一:设备产能较低(百MW 投资高)导致售价高,第二:RPD 主要核心部件为住友把持,成本较高,第三:RPD 的靶材受制于住友专利问题销售限制性较大,并且成本过于高昂。

总的来说短期之内HJT电池扩产技术主要以PVD 为主,主要是PVD设备较为成熟,价格便宜,同时设备较为稳定,产能完全可以做到6000pcs 以上,德国冯阿登纳公司今年已经推出产能8000pcs 设备,主要采用直流磁控溅射工艺,部分厂家引入了射频磁控溅射工艺。但现阶段常州捷佳创/台湾精曜已经开始开发6000pcs以上产能设备,预计2020 年推出,在产能翻倍同时成本不会成倍增加。其次国内靶材公司已经开发出住友相关使用于HJT 的高效靶材,靶材成本大幅下降。随着RPD 设备国产化与产能放大化,再匹配国产蒸镀靶材后RPD 将会显现出一定的优势,未来仍会存在PVD 与RPD之争。

丝网印刷: 国际主流的厂商有Baccini、ASYS、DEK,国内厂商有迈为股份、科隆威、捷佳伟创。HJT 和PERC 电池采用同样的印刷设备,最大的区别在于HJT 印刷原料为低温银浆,目前苏州晶银生产的新一代正面银浆已经打破了低温银浆被外国企业垄断的局面。

4.2 设备增量空间百亿

HJT 工序中PECVD、PVD 价值可以占70%。目前HJT 产线核心设备(CVD 和PVD) 总价值在700-1300 万美元/100MW 之间,其余设备(入料管控、自动化、印刷、烧结、测试和筛选等)则在300-500 万美元之间。以REC 新加坡600MW 产线为例,PECVD 要6 台,PVD 单机产能大一些,要5 台。100MW 设备投资1 亿人民币,一台PECVD+PVD 要7000 万。

未来设备单GW 设备总价有望降到5 亿元或5 亿以下,主要通过;

1提高设备产能,如设备产能提升50%而单价仅上升10%:目前制绒、PVD、印刷三道产能可达8000 片/时,主要挑战在CVD(仍是6000 片/时),但后续优化技术难度不算太大,CVD 设备沉积腔里都不需要变,只要将一些传输设备及机械进行优化,产能就可以翻倍。

2优化工艺设计,缩短周期:除了设备的单纯制造产能外,降低资本支出的途径还包括以下几点:工艺反应器的平行化、PECVD 和PVD的单个承载工艺、在线工艺和通过合理系统设计缩短工艺周期。例如,在INDEPtec 的技术里,单个空腔承载允许硅片处在同一个承载上,前表面和背面a-Si:H 可以同时进行沉积,即缩小了空间又能实现自动化。

依据厂商HJT 产能的规划数据,目前全球已实现稳定产能约3.14GW,明年规划投产15GW 以上,预计实际投产10GW 左右,那么由此带来HJT 设备增量空间在60-80 亿。

问题五:推荐哪些标的?

国内上市公司中,迈为股份、捷佳伟创(电新联合)均具备HJT 整线能力,而且均有核心环节(CVD、PVD)产品,也都在验证阶段,是最有可能分掉新技术设备红利蛋糕的两家公司,强烈建议关注两大光伏设备龙头。此外HJT 技术对自动化设备精度较高,建议关注光伏设备自动化领先者罗博特科。

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(报告来源:招商证券;分析师:诸凯、吴丹、刘荣)

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