20220511-光大证券-电池技术_引领下一阶段光伏提效_降本_41页_2mb.pdf

证券研究报告 电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 2022年5月 光大证券电新环保行业首席分析师 殷中枢 光大证券电新环保行业分析师 郝骞 目 录 电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 HJT ：设备、生产工艺提升、降本进行中 1 TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 IBC：组合应用潜力大，HPBC有望成黑马 投资建议及风险分析 请务必参阅正文之后的重要声明 2 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 资料来源：中环股份公司公告、光大证券研究所；截至2022.4 （1）“提效、降本”是光伏产业发展的核心，规模化与技术进步相互促进。我国已在光伏规模化方面全球领先，技术方面如何“提效”则是下一阶段的重点。在投资中，我们需要重点判断是“某项技术保持超额收益的持续时间” 。 （2）硅料：在电池新技术的引领下，p型料到n型料的发展是大趋势，对提纯的要求更高；颗粒硅虽然在降本上体现了一定优势，但品质也需要进一步提升。硅片：大尺寸、薄片化是重要的发展趋势，连续拉晶则是提效的重要手段。电池： TOPCon、HJT、IBC等技术将开启对PERC的逐步替代，不同厂商基于自身策略进行选择，呈现各家争鸣的态势；材料及工艺的选择将持续推动电池技术进步。组件：叠瓦、MBB技术以及适配更多应用场景的组件产品将持续推出。 工艺关键词过去现在未来金属硅 多晶硅料 单晶硅棒 单晶硅片 单晶电池片 单晶组件制料 拉棒 切片 电池 封装低成本高品质连续拉棒大尺寸减损更薄P 型高效N 型高效高功率、高可靠性高电费西部低电费P 型料N 型料西门子法流化床法CZRCZCCZ砂浆切割金刚线切割更细金刚线200m160170m1 0 0 mP -常规P - P E RCHPBCN - T OP ConN - H JTTBC 、 HBC常规双面、叠瓦、半片、 M B B1 5 6 .7 51 5 8 .7 5 /1 6 61 8 2 /2 1 0叠层电池适配场景、电池/B IP V图：光伏产业各环节技术进步路径 请务必参阅正文之后的重要声明 3 资料来源：上海交通大学预测、光大证券研究所整理；截至2022.4 （1）TOPCon、HJT、IBC电池有望接力PERC，每项技术因供需错配而获得超额收益，进而形成投资最佳时间段。根据CPIA，2021年，PERC （发射极钝化和背面接触）电池片市占率达到91.2%，平均效率达23.1%， n型电池，主要包括HJT（本征非晶层的异质结）电池和 TOPCon （隧穿氧化层钝化接触电池）市占率约为 3%，TOPCon 电池平均转换效率达到 24%，异质结电池平均转换效率达到 24.2%，IBC （交指式背接触）电池平均转换效率达到 24.1%，未来， TBC（隧穿氧化层钝化背接触）、HBC （异质结背接触）等电池技术也会不断取得进步。 （2）2022年，TOPCon、HPBC、HJT 电池量产效率有望达24.5%。TOPCon（晶科）与HPBC（隆基）有望率先突围，当前降本较快，良率和成组率是需要突破目标，HPBC更适合分布式市场；而HJT（通威、迈为）待设备、薄片化、银浆及靶材进一步降本后，则会形成相对优势。 图：光伏不同技术的转化效率及未来前景 T OPConH J T类型 分类 2021 2022E 2023E 2025E 2027E 2030E p型多晶 BSF p型多晶黑硅电池 19.5% 19.5% 19.7% - - - PERC p型多晶黑硅电池 21.0% 21.1% 21.3% 21.5% 21.7% 21.9% PERC p型铸锭单晶电池 22.4% 22.6% 22.8% 23.0% 23.3% 23.6% p型单晶 PERC p型单晶电池 23.1% 23.3% 23.5% 23.7% 23.9% 24.1% n型单晶 TOPCon电池 24.0% 24.3% 24.6% 24.9% 25.2% 25.6% 异质结电池 24.2% 24.6% 25.0% 25.3% 25.6% 26.0% IBC电池 24.1% 24.5% 24.8% 25.3% 25.7% 26.2% 资料来源：CPIA,中国光伏产业发展路线图（2021年版），注：1.背接触n型单晶电池目前处于中试阶段，2. 均只记正面效率 图：2021-2030年各种电池平均转化效率变化趋势 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 请务必参阅正文之后的重要声明 4 资料来源：TaiyangNews 2021，光大证券研究所整理 表：各电池技术的关键特性 （1）晶硅电池技术的最大区别在于钝化机理和金属化方案。大多数光伏电池结构中，与金属接触区域会形成高度活跃的载流子复合中心，钝化是使硅材料的表面形成缺陷而失活，进而减少载流子的表面复合1）场效应钝化：在近表面创建电场，以相同极性排斥载流子；2）化学钝化：通过形成饱和悬空键来弱化介面电子态。 （2）PERC是通过背面氧化铝覆盖层实现了化学及场效应钝化，钝化接触除满足表面钝化外，通过插入更宽的带隙层解决金属接触区域高度活跃的复合中心而造成的损失；TOPCon是在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。此外，钝化接触也广泛应用于HJT、IBC等其他光伏电池技术。 电池技术 关键工艺 主流硅片 钝化 金属化 额外步骤 硅片的侧位 电介质 应用方法 PERC钝化发射极背场点接触电池 背表面钝化技术代替表面场 单晶/多晶 前 氮化硅 PECVD 背表面场铝浆，背电极银浆，正面低温银浆 激光接触开孔，背面抛光 单晶/多晶 背 氧化铝/氮化硅（覆盖层） PECVD, ALD/PECVD 单晶 氮氧化硅/氮化硅（覆盖层） PECVD 钝化接触（如隧穿氧化层钝化接触即TOPCon） 生长的超薄氧化铝能使载流子隧穿通过；多晶硅的沉积和掺杂 n型 前 氧化铝，氧化硅，硼硅玻璃/氮化硅（覆盖层） PECVD, ALD, 扩散/PECVD, 热氧化，湿化学法 前表面铝掺杂的银浆，特殊的背面接触银浆，所有电极能承受低温烧结工艺 硼扩散，前表面钝化，基于湿化学法的清洗步骤 背 氧化硅（薄） 热生长，化学法，沉积 多晶硅 LPCVD, PECVD, APCVD, PEALD, PVD HJT异质结电池 在掺杂的晶硅衬底和具有反向导电率的非晶硅层形成异质结 n型 前/背 非晶硅 PECVD 需要低温固化浆料，电镀也是一种潜在替代方法 特殊的湿化学清洗工艺，透明导电氧化物沉积 IBC插指式背接触 被表面交替进行n+和p+掺杂 n型 前 氧化铝，氧化硅，硼硅玻璃/氮化硅 PECVD 正负电极均位于背表面 掩膜和清洗工艺 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 请务必参阅正文之后的重要声明 5 （1）根据德国ISFH 2018年的理论结果，PERC的理论极限效率24.5%，这意味着当前量产PERC技术提效已经接近极限。 （2）基于不同电子、空穴选择性接触材料结合组成的电池最高理论极限是28.7%（ISFH 2018 ），以非晶氧化层作为接触材料电池（经典HJT）的极限效率为27.5% （ISFH 2018 ），隆基在Solar Energy Materials and Solar Cells 231（2021）111291 认为HJT极限效率为28.5%；而双面多晶硅钝化的经典TOPCon电池的极限效率为28.7% （ISFH 2018 ） 。 资料来源：Jan Schmidt；Surface passivation of crystalline silicon solar cells: present and future 表：各电池技术的关键特性 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 PERC的理论最高效率24.5% 经典HJT的理论最高效率27.5% (隆基28.5%) 经典TOPCon最高效率28.7% 请务必参阅正文之后的重要声明 6 科目 P-PERC（基准） TOPCon HJT IBC 经典IBC TBC 经典HBC 实验室效率 22.8%-23.2% 23.5%-24.5%（Fraunhofer） 26.3%（隆基） 25.2%（SunPower） 26.1%（Fraunhofer） 26.63%（Kaneka） 量产效率 22.8%-23.2% 23.5%-24.5% 23.5%-24.5% 23.5%-24.5% 24.5%-25.5% 25%-26.5% 量产难度 工序中等，难度低 工序多，难度中低 工序少，难度中高 工序度，难度中高 工序多，难度中高 工序多，难度高 生产成本 约0.6-0.8元/W 约0.7-0.9元/W 约1.0-2.0元/W 约1.0-2.0元/W 约1.0-2.0元/W 约1.2-2.2元/W 银浆耗量 80mg/片 100-120mg/片 200-220mg/片 低于双面PERC 低于双面TOPCon 低于HJT 薄片化 160-180m 150-160m 90-140m 130-150m 130-150m 90-140m 产业兼容性 目前主流产线 可升级PERC产线 完全不兼容PERC 兼容部分PERC 兼容TOPCon 兼容HJT 设备投资 1.5亿元/GW 2-2.5亿元/GW 3.5-4亿元/GW 3亿元/GW 3亿元/GW 5亿元/GW 量产成熟度 已成熟 已成熟 即将成熟 已成熟 即将成熟 即将成熟 资料来源： 普乐科技POPSOLAR，光大证券研究所 表：不同光伏电池性能、成本比较分析 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 （1）PERC电池目前最为成熟，设备投资约1.5亿元/GW为最低，非硅成本约0.17-0.18元/W，虽然效率有极限，但其他电池工艺若想对PERC形成替代，需要至少在效率、非硅成本、设备投资这三个指标有所突破； （2）TOPCon工艺可在PERC旧有设备进行改造，追加投资约6000万元/GW；新建产线则约2-2.5亿元/GW，目前非硅成本依然要比PERC增加0.04-0.1元/W，在效率上目前可以增加约1%，因此，现阶段TOPCon具有一定性价比，在此基础上，设备投资和非硅成本可进一步降低，所以产业内当前TOPCon扩产较为激进。 （3）隆基股份拟推出HPBC技术路线，该路线可以更好的利用p型硅片的技术优势，效率比PERC也可高出1%，成本与PERC持平，在应用场景方面，由于其为背面金属化，更适用于分布式，当前需要关注良率和产能落地情况。 （4）HJT目前设备投资依然较高，非硅成本也高出PERC约0.2元/W，需要薄片化、银浆、靶材技术推动进一步降本，产业化才能更具优势。 请务必参阅正文之后的重要声明 7 工艺 PERC TOPCon HJT IBC 经典IBC TBC 经典HBC 1 清洗制绒 清洗制绒 清洗制绒 清洗制绒 清洗制绒 清洗制绒 2 磷扩散 硼扩散 本征氢化非晶硅（正面） 背面磷扩散 隧穿+磷掺杂非晶硅 本征氢化非晶硅（正面） 3 激光SE 激光SE 硼掺杂非晶硅（正面） 去PSG 掩膜 减反膜（正面） 4 热氧 去BSG 本征氢化非晶硅（背面） 掩膜 激光开槽 本征氢化非晶硅（背面） 5 去PSG 隧穿+本征非晶硅 磷掺杂非晶硅（背面） 激光开槽 硼掺杂非晶硅 硼掺杂非晶硅（背面） 6 碱抛 磷扩散 透明导电膜（背面） 刻蚀 刻蚀 掩膜 7 退火 去PSG&去绕镀 透明导电膜（正面） 背面硼扩 SiOx钝化 激光开槽 8 AlOx钝化 AlOx钝化 丝网印刷 去BSG 减反膜（正面） 刻蚀 9 减反膜（背面） 减反膜（正面） 银浆固化 双面热氧 减反膜（背面 本征氢化非晶硅（背面） 10 减反膜（正面） 减反膜（背面） 光注入 减反膜（正面） 激光开槽（PN隔离） 磷掺杂非晶硅（背面） 11 丝网印刷 丝网印刷 测试分选 减反膜（背面 丝网印刷 刻蚀 12 烧结 烧结 丝网印刷 烧结 透明导电膜（背面） 13 光注入 光注入 烧结 光注入 激光开槽（PN隔离） 14 测试分选 测试分选 光注入 测试分选 丝网印刷 15 测试分选 银浆固化 16 光注入 17 测试分选 资料来源：普乐科技POPSOLAR，光大证券研究所 表：不同光伏生产工艺比较 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 （1）与p型PERC路线不同，如果是基于n型的TOPCon路线需将磷扩散改成硼扩散、增加隧穿氧化层和非晶硅层工艺，但总体上改进或增加步骤较少，同时核心设备和技术都有进一步集成空间，PERC产能较大的龙头厂商，支持该路线的较多； （2）HJT路线则采用全新的工艺路线，核心在于非晶硅膜和透明导电膜工艺，这些核心设备均需要重新购置，所以新进入者更青睐该路线； （3）IBC路线的核心是在电池背面制备出质量较好、呈叉指状间隔排列的p区和n区，需在电池背面印刷一层叉指状扩散掩蔽层。 请务必参阅正文之后的重要声明 8 资料来源：CPIA,中国光伏产业发展路线图（2021年版） 图：不同电池技术产量占比 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 2022年n型电池出货量市占率有望达11%，主要以TOPCon产品放量为主。观察已投产n型技术的企业，布局HJT的新进企业多数为中试线水平，HJT中试线生产良率达到98%-99%，大规模量产的良率波动在80%-90%之间，生产良率、稼动率仍有待改善；而TOPCon进入者多为一体化企业，预计后续扩产计划也都为TOPCon预留升级空间，且扩产的GW级产线相对较多，中短期来看TOPCon产能的实际放量将高于HJT的产能。根据CPIA预测2025年TOPCon+HJT产能将达到35%的比重。 n型硅片技术对比p型硅片更倾向于半导体化，n型电池片可以实现更高的理论转化效率，且具有寿命高、温度系数低、光衰减系数低、弱光响应等综合优势，不仅BOS成本更低，n型电池在全生命周期内的发电量也高于p型。n型硅片制备更贴近于半导体材料，一方面它具有更高的少子寿命、更低的氧碳含量、还有更加集中的电阻率分布，对材料提出了更高的要求，一般要达到电子级2级要求。在制作n型技术电池上，大家更多采用差异化的产品设计，材料端、电池端、组件端的产业链相互配合，标准和要求才能进一步提高，所以当前更需要建成n型的产品生态。 标准 GB/T 12963-2014电子级多晶硅 GB/T 25074-2017太阳能级多晶硅 电子及1级 电子级2级 电子级3级 太阳能特级 太阳能1级 太阳能2级 施主杂质浓度，10-9 0.15 0.25 0.30 0.68 1.40 2.61 受主杂质浓度，10-9 0.05 0.08 0.10 0.26 0.54 0.88 少数载流子寿命us 1000 1000 500 300 200 100 碳浓度 4.0*1015 1.0*1016 1.5*1016 2.0*1016 2.5*1016 3.0*1016 氧浓度 1*1016 - - 0.2*1017 0.5*1017 1.0*1017 基体金属杂质浓度，10-9 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：1.0 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：1.5 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：2.0 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn总金属杂质量：15 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn总金属杂质量：50 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn总金属杂质量：100 表面金属杂质浓度，10-9 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na总金属杂质量：5.5 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na总金属杂质量：10.5 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Al、K、Na总金属杂质量：15 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：30 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：100 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn、Na总金属杂质量：100 资料来源：GB/T 12963-2014电子级多晶硅、GB/T 25074-2017太阳能级多晶硅 图：不同等级多晶硅要求 资料来源：晶科能源n型TOPCon组件产品白皮书 图：n型硅片全生命周期发电量更高 请务必参阅正文之后的重要声明 9 一、电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 n型硅片成本和售价一般比p型硅片高出约6-10%。成本高的原因：掺杂磷且均匀性要求提高（分凝系数磷0.35硼0.8-1）、纯度要求提高、客户要求各异、工艺难度在增加、硅棒也短一些增加成本。 根据中环股份业绩汇报材料： （一）少子寿命影响因素及改善目标： （1）从原料方面：1）原生多晶：体表金属含量控制；2）回收料：清洗质量控制。 （2）单晶工艺方面：1）拉晶棒长设定；2）拉晶颗次设定。 （3）热场、工装影响：热场、工装夹具纯度以及材质的优化都可以降低拉晶过程中对于微量杂质的引入。 （4）电阻率范围差异化：掺杂剂浓度越高电阻率越低，少子寿命呈降低趋势，不同电阻率范围少子寿命差异巨大。 （二）氧含量的控制： 反映出材料的纯度，同时在越低的氧含量，越有利于获得更高的光电转换效率，可以通过基础研究、加快氧挥发速率和降低单晶制备中硅溶液与坩埚的反应速率来改善。 硅料端：n型料前期以海外进口为主，后期以国内产品为主，差距不大，目前改良西门子法可实现，颗粒硅方法需要提升品质。硅片端：拉棒：n型硅棒更短、少子寿命更高、氧含量降低，品质要求高；切片：薄片化，金刚线更细，热场及石英坩埚纯度提升，耗量增加。 图：硅片厚度及金刚线线径 资料来源：高测股份官网 图：不同品质硅料比较 资料来源：中环股份业绩汇报材料 图：中环硅片薄片化进程及拉棒控制 资料来源：中环股份业绩汇报材料 目 录 电池技术：引领下一阶段光伏提效、降本 HJT ：设备、生产工艺提升、降本进行中 10 TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 IBC：组合应用潜力大，HPBC有望成黑马 投资建议及风险分析 请务必参阅正文之后的重要声明 11 （1）TOPCon即隧穿氧化层钝化接触电池，是2013年在第28届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池。 （2）大多数TOPCon是基于n型硅，正面采用氧化铝和氮化硅电解质层来钝化p+硼扩散发射极，在背面拥有1nm隧穿氧化层“氧化硅”是其核心特点 ，而后分别镀n+多晶硅层和氮化硅层，最后在电池正反面刷上银电极。 （3）氧化硅提供极好的化学钝化作用，重掺杂的多晶硅截面排斥“少子”，隧穿氧化层可以使“多子”在非常低的结电阻下隧穿通过，由于载流子选择性，在掺杂层之间，载流子形成快速输运能力，使得电阻损失减少、载流子复合率降低，而达到提升效率的目的。 （4）TOPCon电池具有全新的表面钝化体系、全新的金属接触体系（金属/半导体之间隔离/半隔离状态、多晶硅高掺杂浓度表面形成较好的欧姆接触）、完美的光学匹配（多晶硅膜位于背面，最大化光吸收利用能力）、较好的体材料匹配（n型料）。 资料来源：晶科能源n型TOPCon组件产品白皮书 资料来源：晶科能源n型TOPCon组件产品白皮书 图：TOPCon电池基本结构 图：TOPCon电池提效原理 图：TOPCon电池基底及膜层拆分 资料来源：中来股份官网 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 请务必参阅正文之后的重要声明 12 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 资料来源：晶科能源官网，光大证券研究所整理 24.0%24.4%24.8%25.2%25.6%26.0%26.4%图：TOPCon电池提效原理 图：晶科能源n型TOPCon电池效率记录 资料来源：晶科能源官网 （1）晶科能源在2022.4.27宣布，其研发团队率先开发出硅片吸杂、高激活掺杂发射极以及金属电极光反射等多项适用于大尺寸的先进技术，以及自主开发的成套HOT高效电池工艺技术等多项创新及材料优化，实现25.7%的效率，再次突破去年10月创造的25.4%的世界纪录。 （2）基于p型硅片亦可以完成TOPCon电池制备。2021.7，隆基电池研发中心单晶p型TOPCon电池研发实现高达25.19%转换效率，是目前商业化尺寸p型电池世界最高效率，也体现了隆基股份在p型硅片及新型电池强大实力。 （3）n型TOPCon钝化机理和提升方案相对清晰，25-26%的量产效率可期待。根据晶科能源年报：Voc-开路电压提升路线：1）B扩发射极优化、正接触复合损失降低（面积、复合浓度）；2）钝化接触复合进一步降低、背接触新型金属浆料体系；3）切割技术、清洗工艺升级；Jsc-短路电流提升路线：1）减少金属电极正面遮光损失：超细栅技术、提升电池电流；2）提升电流收集：基础结构、正面工艺优化；3）光学损失：设计优化、新材料。 （4）隆基股份对于TOPCon效率优化也集中于栅线优化、 SE、光学损失优化、增透膜、高质量硅片等，以减少遮光、复合等问题。 请务必参阅正文之后的重要声明 13 表：TOPCon电池已建、待建及规划产能 资料来源：公司公告，光大证券研究所整理；单位：MW 企业 产地 项目状态 已建 22年在建待建 规划 详细 国电投 西安 投产 400 韩华 韩国 投产 600 2500 鸿禧 - 募资 2000 嘉悦 安徽金寨 募资 5000 晶澳 河北宁晋 投产 100 晶科 浙江海宁 量产 900 安徽合肥 量产 8000 8000 8000 计划合肥二期 浙江海宁尖山 设备定标 8000 8000 2022年3月下线 正泰 规划 2000 2022年5月设备入场 钧达 安徽滁州 开工 8000 8000 2022年5月设备入场 隆基 江苏泰州 投产 100 尚德 江苏 签约 2000 调试中 一道 浙江衢州 投产 1000 5000 预计2022年5月投产 苏州潞能 江苏张家港 开工 1000 天合 江苏常州 投产 500 江苏宿迁 规划 8000 8000 2022年8月 东方日升 安徽滁州 投产 500 浙江义乌 规划 2500 2500 Q2设备进场 江苏常州 规划 4000 通威 四川眉山 规划 1000 同翎新能源 江苏高邮 签约 5000 中节能 江苏 规划 5000 中来 江苏泰州 投产 3600 安徽滁州 签约 10000 中来华阳 山西太原 开工 8000 8000 协鑫集成 四川乐山 募资 10000 中清 - 规划 5000 LGE 韩国 投产 1500 REC 新加坡 投产 300 合计 17500 51500 93000 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 （1）根据各公司公告，我们预计到2022年底TOPCon落地的产能有望达到40-50GW，其中晶科能源合肥、海宁项目达16GW，日前又公布了合肥二期8GW计划。钧达股份、天合光能各8GW有望在2022年年内落地。 （2）隆基股份在TOPCon技术储备充足，但坚持“不领先、不扩产”原则，目前并未公布激进的TOPCon电池扩产计划。 请务必参阅正文之后的重要声明 14 PERC 制绒清洗 磷扩散 激光SE 背面AlOx SiNx 正面SiNx 丝印与烧结 测试分选 去PSG和背结 TOPCon 制绒清洗 硼扩散 激光SE 去BSG和背结 LPCVD：氧化层+本征非晶硅 磷扩散 去PSG 绕镀多晶硅刻蚀 磷离子注入 高温激活及修复 绕镀多晶硅刻蚀 正面AlOx SiNx 背面SiNx 丝印与烧结 测试分选 边缘多晶硅刻蚀 PECVD非晶硅 退火 TOPCon增加 工序及设备 UV-氧化层 TOPCon设备名称 较PERC 改动 重点国内厂家 制绒清洗设备 现有设备 捷佳伟创 扩散炉 现有扩散炉改造（一次or二次硼扩） 拉普拉斯、捷佳伟创 激光掺杂设备 帝尔激光、海目星、大族激光 刻蚀设备 现有设备 捷佳伟创 (1)LPCVD：本征+磷扩+刻蚀 (2)PECVD+退火+刻蚀 新增LPCVD或PECVD 、改造扩散炉 LPCVD：拉普拉斯（成熟）、普乐、捷佳、北京科锐 PECVD：捷佳伟创（待成熟）、金辰、北方华创 PECVD设备 现有设备改造 捷佳伟创 丝印烧结设备 现有设备改造 丝印：迈为股份、捷佳伟创、科隆威 激光转印：帝尔激光 测试分选设备 现有设备 迈为股份、捷佳伟创、科隆威 资料来源：TaiyangNews 2021，各公司公告，光大证券研究所整理 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 （1）TOPCon需要在PERC增加约3-4个工艺步骤，硼扩和沉积工艺是核心： 1）硼发射极制备；2）隧穿氧化层生长；3）多晶硅沉积及掺杂；4）附加的扩散工艺或清洗。TOPCon的设备投资约2-2.5亿元/GW ，较PERC的1.5亿元/GW依然略高，规模化或设备集成后有望实现进一步降本。 （2）目前沉积工艺中LPCVD设备较为成熟，量产中采用较多，但存在绕镀问题；PECVD集成性提升后有望实现设备降本，技术仍在开发中。激光设备在激光开槽、激光掺杂中广泛应用，前者相对成熟，后者技术需要持续提升。 资料来源：TaiyangNews 2021，光大证券研究所绘制 表：TOPCon电池设备及重点国内厂家 图：TOPCon与PERC电池工艺流程比较 请务必参阅正文之后的重要声明 15 资料来源：中科院宁波材料所 资料来源：拉普拉斯公司官网 （1）氧化硅制备采用湿化学氧化法与气相氧化法，非晶硅薄膜采用化学沉积法（LPCVD、PECVD、PVD、PEALD、APCVD等） （2）LPCVD优势：技术较为成熟，兼容现有产线；同时集成度较高，氧化硅与非晶硅可以单管集成；无脱膜现象；设备产能大、成本不高、占地面积小；电池效率高。 （3）LPCVD不足：非晶硅成膜速率低，且厚度均匀度控制难度大；通常需要结合二次磷扩散；非晶硅绕镀严重，部分解决方案会降低产能，刻蚀绕镀需要增加设备且控制难度大；石英舟目前需要2个月换一次，石英管需要3-6个月更换，备件成本比PERC高。 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 技术难点一：隧穿氧化层制备及非晶硅膜沉积 气体通入 气体对流 气体扩散 表面反应 表面吸附 表面脱附 薄膜成核生长 图：LPCVD绕镀问题原理及图片 图：LPCVD设备原理及工艺流程图 请务必参阅正文之后的重要声明 16 公司 拉普拉斯 捷佳伟创 普乐科技 Centrotherm SEMCO 型号 - LD-420 c.DEPO X HORTUS LPCVD 技术 LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD 工艺 隧穿氧化物+本征多晶硅附着+原位掺杂 隧穿氧化物，多晶硅附着，原位掺杂 隧穿氧化物+多晶硅附着 隧穿氧化物+本征多晶硅附着+原位掺杂 隧穿氧化物，多晶硅附着，原位掺杂 晶圆方向 水平 - 水平 设备配置 5层管 4-6层管 10层管 6层管 环绕式处理 最小化 最小化 原位掺杂 可选 是 否 是 每管硅片数量（片/管） 2000 1600 1600-半节距；800-全节距 1400 氧化层厚度（nm） 1.4-2.2 1-1.5 多晶硅层厚度（nm） 80-200 100 100-150 160 产量（每小时） G12:1600 M10:3300 3000 3600 6000 G12:5700 M10:6000 机械成品率（%） 0.96 薄膜均匀性 批次控制3%以内，同一批次4%以内 商业化情况 可商业化 可商业化 可商业化 可商业化 规模投产准备 是 是 完成测试 是 资料来源：TaiyangNews 2021 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 （1）本征多晶硅沉积需要80min，再加上原位掺杂达到3h。SEMCO 6层管配置，每批次可处理10800片，C12产量5700片/h，M10产量6000片/h；拉普拉斯对尺寸在190mm硅片每批次装载10000片，G12产量1600片/h，M10产量3300片/h。 （2）拉普拉斯是中国领先的LPCVD供应商，是TOPCon热加工一站式供应商，包括硼与磷扩散炉、LPCVD、PEALD（硼发射极生长钝化层）、激活掺杂源的退火炉；采用水平方向加工硅片目的是减少绕镀、减少大硅片碎片。 表：LPCVD设备厂家及产品主要参数 请务必参阅正文之后的重要声明 17 项目 LPCVD PECVD 原理差异 利用热效应分解反应气体 （1）受限于热力学平衡，无法显著提升沉积速率 （2）受限于不同反应气体热力学分解条件差异，难以灵活调控掺杂类型和浓度 利用等离子体场分解反应气体 （1）在平衡态下实现提升沉积速率； （2）可灵活引入不同掺杂原子、控制沉积区域 优势 技术和设备成熟，可大规模生产，与热氧化技术集成度高，成膜质量好，电池效率高24.5% 沉积速率快、无绕镀、可定期清洗石英舟，无石英管耗材，可制备p-TOPCon 劣势 成膜速率低、无法避免非晶硅绕镀，定期停机维护，更换石英炉管和载具 易出现脱膜，热氧化技术无法和PECVD集成，核心设备较贵，工艺制程，关键辅材未配套到位 工艺 供应商数量 商业可用性 大规模生产 避免绕镀 原位掺杂 钝化性能 产量 代表企业 LPCVD 拉普拉斯、捷佳伟创、乐普、Centrotherm、SEMCO PECVD 捷佳伟创、金辰股份、北方华创、梅耶博格、Centrotherm PVD 新格拉斯、北京科锐、乐普、江苏杰太 PEALD 微导、艾华 APCVD SCHMID 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 资料来源：中科院宁波材料所 资料来源：中科院宁波材料所 资料来源：TaiyangNews 2021，公司公告，光大证券研究所整理 图：LPCVD与PECVD工作原理 表：LPCVD与PECVD原理差异及优劣势 表：LPCVD与PECVD原理差异及优劣势 （1）目前，正在开发PECVD技术用于非晶硅沉积，分为板式、管式，板式炉较为成熟、绕镀较小；管式炉设备结构简单、成本低、产量大。PECVD可以把沉积速度控制在35min，有效提升生产效率；同时绕镀现象不会特别显著，易于去除；沉积仅在石英舟上可清理、不损耗石英管。 （2）易出现脱膜，热氧化技术无法和PECVD集成，核心设备较贵，工艺制程，关键辅材未配套到位。PECVD未真正实现量产。 请务必参阅正文之后的重要声明 18 0%2 0 %4 0 %6 0 %8 0 %1 0 0 %2 0 2 0 2 0 2 1 2 0 2 3 2 0 2 5 2 0 2 8 2 0 3 1B B r3 B Cl 3 离子注入工艺 磷扩散 硼扩散 BBr3（常温：液态） BCl3（常温：气态） 介质情况 P2O5 沸点360（升华） B2O3（熔点1860） 循环时间 102分钟 150分钟 优点 用于p型硅片，技术成熟，对温度要求低，在硅中固溶度高 安全性相对高，使用广泛 B2O3具有氯前驱体，颗粒状，相对易去除，前景较好 缺点 （1）B2O3液态形式，导致工艺均匀性差 （2）副产物BSG黏连石英件，耗费程度高，维护成本高 （1）B-Cl键能更大，不移分解，在扩散温度下利用率不高 （2）Cl2氧化性更强，容易氧化金属杂质 （3）BCl3具有腐蚀性和安全性问题 5 . 0 0 E + 1 91 . 0 0 E + 2 01.50E +2 02.00E +2 07 . 0 0 E + 2 09.00E +2 00 . 0 0 E + 0 02.00E +2 04.00E +2 06.00E +2 08.00E +2 01.00E +2 1850 950 1000磷（ P) 硼（ B)资料来源：拉普拉斯官网，纵轴单位：atom/cm3 资料来源：TaiyangNews 2021 资料来源：拉普拉斯官网，光大证券研究所整理 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 图：磷和硼在硅中固溶度比较 表：磷扩散和硼扩散工艺比较 图：BBr3与BCl3未来市场份额比较 技术难点二：硼扩散 （1）磷和硼在硅中固溶度随温度提升，磷比硼的固溶度更高；磷扩散较为成熟，硼扩散则是TOPCon的技术难点之一，需要温度更高，循环时间更长。 （2）硼扩通常在低压管式炉中进行，BBr3是传统的前驱体，但其副产物黏连石英件，导致减少设备正常运行时间，耗费程度也较高；Semco、拉普拉斯、捷佳伟创均推荐使用BCl3，可减少损耗，但在腐蚀性及安全性要求更高。 （3）根据TaiyangNews 2021报告及ITRPV数据，BCl3在2022年底市场份额有望达20%，未来10年增加至30%。离子注入方式采用的依然比较少。 请务必参阅正文之后的重要声明 19 SE制备方法 工艺流程 备注 一次硼扩+激光掺杂 硼扩P+，不氧化 激光对栅线处掺杂推进BSG 清洗、氧化形成SE 去除BSG、P+ 工艺简单，设备数量需求低；但BSG硼浓度有限制，轻掺重掺区域浓度差异不明显，高能激光额外损伤 二次硼扩+激光掺杂 一次硼扩 升温推结形成轻掺杂 二次硼扩 激光掺杂，重掺，形成SE 清洗 减少一次硼扩带来的高温过程，减少对绒面损伤，但工艺时间有所增长 二次硼扩+激光开模 一次硼扩 清洗 按金属化处激光开槽 二次硼扩 清洗 工艺时间增长，需要添加一道扩散炉及开槽处清洗设备 资料来源：王文静，TOPCon与HJT电池量产前景分析 资料来源：天合光能、晶科能源、协鑫集成等公司公告， 光大证券研究所整理 资料来源：拉普拉斯官网 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现溢价 技术难点三：SE选择发射极 （1）采用SE技术后，转化效率可以提升约0.4%，若设备、工艺成本能够较低，则具有较好性价比。采用一次硼扩+激光掺杂是未来不错的选择。目前问题主要在于，硼扩推进需要更高能量，会导致绒面损伤。 （2）可进行分步硼扩法进行SE，减少一次硼扩带来的高温过程，减少对绒面损伤，但工艺时间有所增长。 技术难点四：控制钝化层烧穿 钝化层面临两种类型烧穿：掺杂元素烧穿、金属浆料烧穿，背表面就会钝化失效、正表面则会短路，因此对于掺杂工艺以及金属化工艺精度要求较高。 图：激光掺杂/开模电镜图 表：激光掺杂/开模在硼扩SE的应用 图：掺杂元素烧穿、金属浆料烧穿 请务必参阅正文之后的重要声明 20 项目（元/W） n型182型双面组件 p型182型双面组件 差值 比例 典型功率（W） 560 540 固定成本 组件 2.05 1.9 逆变器（3125kW箱逆一体机） 0.2 0.2 其他固定造价 0.1475 0.1475 可变BOS成本 土地 0.1843 0.1913 -0.007 -3.66% 基础 0.2481 0.2562 -0.0081 -3.16% 支架 0.3558 0.3698 -0.014 -3.79% 线缆 0.2035 0.2119 -0.0084 -3.96% BOS成本对比 1.3392 1.3767 -0.0375 -2.72% 单位总造价（元/W） 3.9592 3.898 0.0612 1.57% 年均发电量（万度） 15688.8 15148.3 540.5 3.57% 度电成本（元/kWh) 0.1036 0.1067 -0.0031 -2.91% 项目投资IRR（税后） 6.91% 6.72% 0.19% 2.83% 假设相同度电成本（0.1067元/kWh）下的组件价格（元/Wp） 2.108 1.9 0.208 时间 招标公司 组件类型 组件价格（元/W） 组件规模 溢价（元/W） 2.11 国家电投（4.5GW） TOPCon 2.08 200MW 0.16 PERC 1.92 4300MW 3.7 中国华电（15GW） TOPCon 1.90 1.5GW 0.04 PERC 1.86 13.5GW 3.8 国家电投(75MW) TOPCon 2.02 50MW 0.15 PERC 1.87 25MW 3.19 中核汇能(6-7.5GW) TOPCon 1.97 700-1000MW 0.13 PERC 1.84 5.3-6.5GW 3.18 广东能源(100MW) TOPCon 1.92 100MW 0.08 PERC 1.84 0 二、TOPCon：22年量产提速，产品实现