光伏异质结电池系列报告之一：HJT：有望开启光伏新一轮技术革命.pdf

电气设备|证券研究报告行业深度 2020年2月 4日 Table_Industr yRank 强于大市 公司名称 股票代码 股价(人民币) 评级 迈为股份 300751.SZ 165.91 买入 捷佳伟创 300724.SZ 49.77 买入 东方日升 300118.SZ 14.02 买入 通威股份 600438.SH 12.19 买入 山煤国际 600546.SH 8.24 买入 金辰股份 603396.SH 20.93 未有评级 资料来源：万得，中银国际证券 以 2020年 2月 3日当地货币收市价为标准 相关研究报告 Table_relatedreport 光伏行业动态点评：异质结曙光已现，产业化加速在望2020.01.08 中银国际证券股份有限公司 具备证券投资咨询业务资格 Table_Industry 电气设备 Table_Analyser 沈成 (8621)20328319 cheng.shenbocichina 证券投资咨询业务证书编号：S1300517030001 李可伦 (8621)20328524 kelun.libocichina 证券投资咨询业务证书编号：S1300518070001 张咪 (8610)66229231 mi.zhangbocichina 证券投资咨询业务证书编号：S1300519090001 Table_Title 光伏异质结电池系列报告之一 HJT：有望开启光伏新一轮技术革命 作为新一代高效光伏电池中的佼佼者，异质结 HJT 电池具备转换效率高、提效空间大、发电能力强、工艺流程短等多重优势，目前正受到产业资本的高度关注。我们在HJT电池转换效率 23.5%、25年功率衰减 8%、4%发电增益的假设下，判断 HJT电池非硅成本的临界范围约 0.4-0.5元/W，预计当异质结电池性价比优势逐步显现之后有望实现对主流路线的替代。 支撑评级的要点 HJT电池实验室转换效率突破 25%：含本征非晶硅薄膜的非晶硅/晶体硅异质结（HIT/HJT）电池由于非晶硅薄膜优秀的钝化效果，转换效率近年在晶硅电池中位居前列，纯 HJT电池的实验室转换效率已达到 25.11%。 异质结是平台级技术，技术与工艺的延展性拓展提效空间：除提升自身性能之外，HJT电池可通过与其他技术路线或工艺的叠加提高转换效率。目前结合 IBC结构的 HBC电池已实现实验室 26.63%的转换效率，与钙钛矿组成的叠层电池转换效率有望提升至 30%以上。我们认为技术和工艺的延展性使得 HJT可被视为光伏电池片的平台级技术。 多重优势加持，产业化热情逐步上升：HJT 电池具备生产流程较短、温度系数良好、基本无光衰、双面率高等多方面优点。近期随着试验产品转换效率逐步提升及制造设备降成本取得一定进展，产业内对 HJT电池产线的投资热情逐步提高，目前全球已有约 5GW量产与试验产能。 高转换效率与强发电能力支撑组件溢价：通过电站收益测算并结合产业实际，可以得到在同容量场景下，HJT电池转换效率每提升 1%，异质结组件合理溢价增加 0.05-0.06元/W，在同面积场景下，合理溢价的敏感度则提升至 0.15-0.16元/W；同时 HJT电池抗衰减性能可为组件提供约 0.08元/W溢价；而发电增益每提高 1个百分点，组件溢价可增加约 0.03元/W。在 HJT电池 23.5%量产转换效率、25年功率衰减 8%、4%发电增益的假设下，我们认为目前HJT电池在组件端可享有约0.25-0.39元/W的溢价空间。 组件溢价构建 HJT电池非硅成本空间：在合理的组件溢价空间下，我们测算得到当前HJT电池的非硅成本相对于单晶PERC电池可高出0.18-0.27元/W，对应 HJT电池非硅成本约 0.41-0.50元/W。我们预判 HJT电池非硅成本的临界范围约为 0.4-0.5 元/W，如非硅成本下降至临界范围，HJT 电池有望实现对于单晶 PERC的替代，或复制单晶 PERC的产能扩张进程。 投资建议 HJT 电池相对于现有主流光伏电池具备多方面固有优势，目前产业投资热情正逐步提升。我们测算当 HJT电池非硅成本下降至 0.4-0.5元/W的临界范围时，其相对于目前主流单晶 PERC 电池的性价比优势有望逐步显现，从而有望实现对主流路线的替代，行业产能或复制单晶 PERC 路线的扩张进程。电池设备方面推荐迈为股份、捷佳伟创，建议关注金辰股份；电池片制造方面推荐东方日升、通威股份、山煤国际。 评级面临的主要风险 异质结电池效率进步与降本速度不达预期；辅材与设备降本进度不达预期；单晶 PERC电池效率进步或降本速度超预期；光伏政策风险。 Table_Companyname 2020年 2月 4日 光伏异质结电池系列报告之一 2 目录 HJT是电池片环节的平台级技术 . 5 高转换效率得益于电池材料和结构 . 5 技术和工艺的延展性拓展提效空间 . 8 多重优势加持，产业化热情逐步上升 . 10 高转换效率与强发电能力支撑HJT组件溢价 . 13 转换效率溢价来自于发电功率提升和电站成本摊薄 . 13 抗衰减性能可支撑约0.08元/W 溢价 . 15 发电增益对溢价空间亦有贡献 . 17 小结：HJT组件当前溢价空间可观 . 19 组件溢价构建HJT电池非硅成本空间 . 20 高功率有助于摊薄组件封装成本 . 20 硅片成本有望受益于薄片化 . 21 当前组件溢价可允许HJT非硅成本高出0.18-0.27元/W . 21 投资建议 . 24 风险提示 . 25 捷佳伟创 . 27 东方日升 . 29 2020年 2月 4日 光伏异质结电池系列报告之一 3 图表目录 图表 1. 降低光电转换中电损失的主要途径 . 5 图表 2. PERC电池的基本结构（钝化层为局部钝化） . 6 图表 3. TOPCon电池的基本结构 . 6 图表 4. 异质结电池的基本结构 . 6 图表 5. 异质结电池发展历程 . 7 图表 6. NREL光伏电池转换效率图（蓝色部分为晶硅电池、蓝色实心圆点为异质结电池） . 7 图表 7. 近年来 Sanyo/松下异质结电池转换效率与参数 . 8 图表 8. 异质结电池实验室最高转换效率 . 8 图表 9. 汉能异质结电池转换效率提升历程 . 9 图表 10. 异质结电池的基本提效思路 . 9 图表11. HBC、IBC电池的转换效率与参数及与 HJT电池的对比 . 9 图表 12. HBC电池基本结构 . 10 图表 13. Kaneka HBC电池 26.33%转换效率与参数图 . 10 图表 14. 钙钛矿与异质结电池的叠加 . 10 图表 15. 异质结电池生产工艺流程（深红色为主工艺） . 11 图表 16. 不同电池技术的相对输出功率与组件温度的关系 . 11 图表 17. 松下异质结组件长期发电量情况（14年，3.34kW系统） . 12 图表 18. 部分企业异质结电池产能（量产+试验） . 12 图表 19. 光伏发电国内三类资源区划分 . 13 图表 20. 相同电站 IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格 1.7元/W） . 13 图表 21. 相同电站 IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 23%、组件价格 1.7元/W） . 14 图表 22. 相同电站 IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格 1.5元/W） . 14 图表 23. 不同情景下组件溢价与异质结电池转换效率的关系（PERC效率 22.5%、组件价格 1.7元/W） . 15 图表 24. 异质结组件热循环测试（-40至+85）结果 . 15 图表 25. P型单晶组件的典型衰减趋势 . 16 图表 26. 单晶 PERC组件与异质结组件的衰减趋势 假设 . 16 图表 27. 异质结组件抗衰减溢价（异质结电池转换效率 22.5%、无其他发电增益）16 图表 28. 相同电站 IRR水平下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件1.7元/W） . 17 2020年 2月 4日 光伏异质结电池系列报告之一 4 图表 29. 相同电站 IRR水平下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 23%、组件1.7元/W） . 18 图表 30. 相同电站 IRR水平下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件1.5元/W） . 18 图表 31. 不同情景下组件溢价与发电增益的关系（PERC效率22.5%、组件价格 1.7元/W、 HJT效率 23.5%） . 19 图表 32. 异质结组件合理溢价测算结果（假设异质结电池转换效率 23.5%、发电增益 4%）. 19 图表 33. 异质结组件溢价的组成示意（非定量） . 20 图表 34. 单晶 PERC组件封装成本构成 . 20 图表 35. 当前异质结组件与单晶 PERC组件封装成本对比. 20 图表 36. CPIA对于硅片厚度的预测 . 21 图表 37. 近期光伏组件价格走势 . 22 图表 38. 近期光伏电池片价格走势 . 22 图表 39. 异质结电池非硅成本空间 . 22 图表 40. 异质结电池非硅成本拆分及目标 . 23 图表 41. 单晶 PERC电池产能扩张历程 . 23 附录图表 42. 报告中提及上市公司估值表 . 26 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 5 HJT是电池片环节的平台级技术 高转换效率得益于电池材料和结构 异质结电池与同质结电池的差异：广义而言，p-n结由两种不同类型的半导体材料组成的太阳能电池均可称为异质结太阳能电池，与之相对的是同质结电池，即 p-n结由同种半导体材料组成。目前实际商业应用的晶硅太阳能电池基本均为同质结电池（p-n结由晶体硅材料形成），而产业中一般所提到的异质结电池则是指 p-n结由非晶硅和晶体硅两种材料形成的电池，其中含本征非晶硅薄膜的异质结电池（Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer，HIT/HJT，下称“HJT电池”或“异质结电池”）转换效率较为优秀，受到的关注度相对较高，与大规模产业化的距离亦相对更近。 钝化是提高光伏电池转换效率的重要途径：一般而言，提升光伏电池片光电转换效率的核心是降低光电转换过程中的能量损失，主要是光损失与电损失。其中降低电损失的主要方法包括选择高品质硅片、提高p-n结质量、提高少数载流子寿命、降低材料体电阻等。在提高少数载流子寿命这一途径中，通过改善晶面缺陷来降低衬底硅片表面的复合速率（即钝化接触）是光伏电池提效的重要研究和产业化方向。 图表 1. 降低光电转换中电损失的主要途径 降低能量损失降低电损失选择高品质硅片提高 p - n 结质量提高少数载流子寿命提高电极接触 质量降低光损失资料来源：中国知网，中银国际证券 常见电池结构大多受钝化思路影响：良好的钝化接触可以在最大化降低接触表面的载流子负荷速率的同时保持电池较好的电学性能，近年来产业中常见的 PERC电池（背面 Al2O3/SiNx（SiO2）叠层钝化）、TOPCon电池（SiO2和多晶/微晶硅层钝化）、异质结电池（氢化本征非晶硅钝化）结构的产生均受钝化接触思路的影响，而异质结电池结构是其中的佼佼者。 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 6 图表 2. PERC电池的基本结构（钝化层为局部钝化） 图表 3. TOPCon电池的基本结构 资料来源：索比光伏网，中银国际证券 资料来源：光伏前沿，中银国际证券 异质结电池在 1997年实现量产：20世纪 80-90年代，日本Sanyo（目前已被松下收购）首次将本征非晶硅薄膜用于非晶硅/晶体硅异质结光伏电池，在 P型非晶硅和 N型单晶硅的 p-n异质结之间插入一层本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H），有效降低了晶硅/非晶硅异质结表面的复合速率，同时补偿了本征非晶硅层自身存在的悬挂键缺陷，在硅片表面获得了令人满意的钝化效果，以这一结构为基础的光伏电池随后在 1997年实现量产，即光伏异质结（HIT/HJT）电池。 HJT异质结电池的基本结构：HJT异质结电池以 N型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的 N型硅片正面依次沉积厚度为 5-10nm的本征 a-Si:H薄膜和 P型掺杂 a-Si:H薄膜以形成 p-n异质结，在硅片背面依次沉积厚度为 5-10nm的本征 a-Si:H薄膜和 N型掺杂 a-Si:H薄膜形成背表面场，在掺杂 a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜（TCO），最后通过丝网印刷或电镀技术在电池两侧的顶层形成金属集电极，其结构具有对称性。 图表 4. 异质结电池的基本结构 资料来源：Green，中银国际证券 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 7 图表 5. 异质结电池发展历程 资料来源：TaiyangNews，中银国际证券 HJT电池转换效率已在晶硅光伏电池中位居前列：HJT电池量产之后，日本 Sanyo/松下仍在持续研究提高其光电转换效率，近年来 HJT电池转换效率已在晶硅光伏电池中位居前列。 图表 6. NREL光伏电池转换效率图（蓝色部分为晶硅电池、蓝色实心圆点为异质结电池） 资料来源：NREL，中银国际证券 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 8 图表 7. 近年来 Sanyo/松下异质结电池转换效率与参数 年份 开路电压（V） 短路电流密度（mAcm-2） 填充因子(%) 转换效率(%) 2014（HBC） 0.740 41.8 82.7 25.6 2013 0.750 39.5 83.2 24.7 2011 0.745 39.4 80.9 23.7 2009 0.729 39.5 80.0 23.0 2007 0.725 39.2 79.1 22.3 2006 0.718 38.4 79.0 21.8 2004 0.712 38.3 78.7 21.5 资料来源：人工晶体学报，中银国际证券 技术和工艺的延展性拓展提效空间 纯异质结电池实验室转换效率已超过 25%：在日本松下/Sanyo之外，目前国内外对异质结电池的研究已大范围展开，转换效率亦逐步攀升。现在在 M2的标准硅片尺寸下，纯异质结结构电池的转换效率世界纪录为 25.11%，由我国汉能成都研发中心创造，且此转换效率是在使用量产设备和量产工艺的前提下取得的，具备相当程度的量产可能性。 图表 8. 异质结电池实验室最高转换效率 21.0 %21.5 %22.0 %22.5 %23.0 %23.5 %24.0 %24.5 %25.0 %25.5 %汉能 K anek a P anas oni c 晋能 中智 上海微系统所实验室最高效率资料来源：中科院电工所，中银国际证券 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 9 图表 9. 汉能异质结电池转换效率提升历程 22.0 %22.5 %23.0 %23.5 %24.0 %24.5 %25.0 %25.5 %资料来源：汉能官网，中银国际证券 异质结电池仍有进一步提效空间：异质结电池转换效率已位居晶硅电池前列，但其仍有进一步的提效空间。在不改变其结构的基础上，可以从提高开路电压、短路电流、填充因子三方面着手提效。而异质结电池的内部结构亦具备与其他技术路线或工艺的可叠加性，可在优化内部结构的基础上吸取其他工艺的优点进一步提高电池转换效率。 图表 10. 异质结电池的基本提效思路 改善重点 工艺思路 具体方式（不完全统计） 开路电压 提升 a-Si:H/c-Si异质结界面性能 提高清洗制绒质量 提高成膜质量 在成膜的同时降低硅片表面损伤 短路电流 减少 a-Si:H和 TCO的光吸收损失、减少遮光损失 优化绒面结构 优化栅线电极 填充因子 减少电池的串联电阻和漏电流 提高栅线材料电性能 减少 TCO层电阻 资料来源：中国知网，中银国际证券 异质结叠加 IBC技术转换效率突破 26%：在高效光伏电池领域，IBC（Interdigitated Back Contact，交叉背接触）电池在产业中也颇受关注，其结构特点是 p-n结和金属电极接触都位于电池背部，电池正面避免了金属栅线电极的遮挡，能够最大限度地利用入射光，减少光学损失。日本松下、Kaneka 等公司将 IBC电池的结构优点与异质结电池相结合，将 p-n结转移至背面的同时保留本征非晶硅的钝化结构，称为 HBC电池，目前已实现实验室 26.63%的转换效率。 图表 11. HBC、IBC电池的转换效率与参数及与 HJT电池的对比 公司 电池类型 开路电压（V） 短路电流密度（mAcm-2） 填充因子(%) 转换效率(%) Kaneka HBC 0.740 42.5 84.6 26.63 Kaneka HBC 0.744 42.25 83.78 26.33 Panasonic HBC 0.740 41.8 82.7 25.6 SunPower IBC 0.747 41.33 82.71 25.2 Kaneka HJT 0.738 40.8 83.5 25.1 Panasonic HJT 0.750 39.49 83.2 24.7 资料来源：Kaneka，中银国际证券 2020年 2月4日 光伏异质结电池系列报告之一 10 图表 12. HBC电池基本结构 图表 13. Kaneka HBC电池 26.33%转换效率与参数图 资料来源：GUNAM，中银国际证券 资料来源：Kaneka，中银国际证券 异质结叠加钙钛矿进一步提升效率上限：在叠加 IBC技术成为 HBC电池的路径之外，异质结电池同时也比较适合叠加钙钛矿成为叠层/多结电池。叠层技术需要用低温沉积工艺（PVD/CVD 方式）实现短波长吸收（钙钛矿）和长波长吸收（HJT）的结合，其所应用的 TCO膜层已然在异质结电池中采用，而在 HJT单结中损失的蓝光可被上层钙钛矿收集利用。整体而言，HJT与钙钛矿在兼容性上有着天然的优势，目前英国Oxford PV的叠层电池已获得了 28%的实验室转换效率，后续甚至有望进一步提升至 30%以上。 图表 14. 钙钛矿与异质结电池的叠加 资料来源：捷佳伟创行业会议演示材料，中银国际证券 异质结电池具备技术路线和工艺方面的延展性：此外，异质结电池亦有可能吸收其他电池在结构层面上的优点以提高转换效率。总而言之，我们认为在技术路线和工艺方面的延展性使得异质结结构可被视为光伏电池片的平台级技术，这也是异质结电池具备长期提效空间和发展潜力的重要原因。 多重优势加持，产业化热情逐步上升 在最为重要的效率优势之外，异质结电池同时具备生产流程较短、温度系数良好、基本无光衰、双面率高等多方面优点。 生产流程共 4步主工艺：从电池结构上看，异质结电池由中心的硅片基底叠加两侧的数层薄膜组成，其生产过程的核心即为各层薄膜的沉积，整体而言其工艺流程较短，主工艺仅有 4 步。相对于同属于 N型电池、但生产工艺需要 10-20步的 IBC和 TOPCon电池，异质结电池较短的工艺流程在一定程度上降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难度。