光伏电池设备促进技术进步，降本增效带来平价上网.pdf

1 重 要 提 示： 请 务 必 阅读尾 页 分 析师承 诺 、 公司业 务 资 格说明 和 免 责条款 。 投 资 摘要 光 伏 行业平 稳 增 长， 平价 上 网 带来行 业 持 续向上 。 2020 年之前全球光 伏行业有望平稳增长，2019 、2020 年新增装机为 112GW 、124GW，同 比增长 9% 、11% 。2020 年后平价上网有望驱动行业持续向上，而各个 环节的降本增效是行业平价上网的源动力。 电 池 技术迭 代 是 促进行 业 降 本增效 的 动 力 。PERC 技术成熟、设备国 产化率高，预计到 2020 年前依然是高效电池扩产的主流技术，叠加 SE （选择性发射极）进一步提升效率。N 型电池是未来高效电池的发展方 向，其中 N-PERT 技术与双面 PERC 电池对不性价比不明显，TOPcon 量产难度高，而 IBC 技术虽然转换效率较高，但是未有量产实绩，HJT 由于工序少、 国内已有企业量产， 成为高效电池未来的发展方向， 但是 其目前的阻碍是设备投资较贵。 从以上的对比 来看，PERC 和 HJT 技术 将是未来光伏电池 发展的主要方向。 PERC 电 池 设 备 企 业国内 竞 争 力强 ， HJT 设 备 国 产化 弱 。 目前国 内 PERC 电 池 设 备 国 产 化 率 较 高 ， 除 了 技 术 要 求 极 高 的 板 式 PECVD 、 以 及 国 外 性价 比较高的烧结炉需要进口外， 其他国内设备厂家已经具有很强的竞 争力 。在下游客户降本增效的需求下，市场占有率持续提高。HJT 设备 主要由 Meyer Burger 、日本住友、精曜 等厂家掌握，国产率较低。根据 测算，2019-2021 年高效电池设备累计市场空间 合计达到 315 亿元。 从 梅 耶博格 看 光 伏电池 设 备 企业的 成 长 动力 。 光伏电池 设备龙头企 业 梅 耶 博 格 的 成 长 动 力 来 源 于 行 业 发 展 和 不 断 推 出 满 足 下 游 技 术 迭 代 需 求的设备。 公司目前重点发展 HJT 电池设备、SWCT 组件设备。 从梅耶 博格的成长来看， 我们认为电池设备企业的成长遵循以下成长路径： 主 流工艺设备下游客户市场占有率的提高 ， 多品类电池设备的拓展 ， 下一 代电池技术设备的国产化推动。 投 资 建议 光伏平价上网带来光伏行业新一轮向上周期，平价上网要求行业降本增 效，光伏电池设备 在促进技术进步发挥中坚力量。PERC 电池新建产能 有望持续维持高位，国产化设备市场占有率持续提升。HJT 等新型电池 技术产业化加快，国产设备逐 步布局。光伏设备企业正迎来下游需求、 自身竞争力增强、未来新技术设备突破 等多重因素叠加，设备企业有望 迎来持续 高增长。建议重点关注光伏设备中具有长期成长动力的企业。 风 险 提示 。1 ） 、 光 伏行业需求不及预期；2 ） 、 新技术产 业化推进速 度慢。 增持 首次 日期：2019 年 3 月 8 日 行业：机械设 备- 光伏设备 分 析师 ： 倪瑞超 Tel ： 021-53686179 E-mail ： niruichaoshzq SAC 证书编号： S0870518070003 报 告 编 号：NRC19-IR02 首 次 报 告日期 ： 2019 年 3 月 8 日 相 关 报 告： 无 证 券 研 究 报 告 / 行 业 研 究/ 行 业 深 度 行业深度 2 2019 年 3 月 8 日 目录 . 4 1 、光伏的定 义. 4 2 、光伏行业 需求展望 . 5 3 、平价上网 是行业持 续发 展的根本 . 6 . 8 1 、传统光伏 电池工艺 . 8 2 、PERC+SE 成为 P 型电池 标配 . 9 3 、N 型电池 是下一步 方向 . 12 4 、各种技术 对比，谁 将胜 出 . 15 PERC HJT . 16 1 、PERC 电池 设备企业 国内 竞争力强 . 16 2 、HJT 电池 设备国产 化弱 . 20 3 、设备市场 空间测算 . 21 . 23 . 25 . 25 图表目录 图 1 太阳能 电池结构 和工 作原理 . 4 图 2 光伏产 业链 . 4 图 3 全球光 伏新增装 机排 名前列的 国家 . 5 图 4 新增装 机达到 GW 级 的国家数 . 5 图 5 全球光 伏装机 . 5 图 6 中国光 伏装机 . 5 图 7 国内光 伏度电成 本测 算 . 7 图 8 国际光 伏度电成 本测 算 . 7 图 9 光伏项 目总成本 . 7 图 10 某光伏 电站初始 投资 成本构成 . 7 图 11 电池生 产流程 . 9 图 12 降低电 池片损失 的技 术 . 9 图 13 电池技 术路线 . 10 图 14 PERC 工 艺流程 . 11 图 15 N-PERT 电池结构 . 12 图 16 N-PERT 电池工艺 . 12 图 17 HJT 电池结构 . 13 图 18 HJT 电池工艺 . 14 图 19 TOPCON 电池结构 . 14 图 20 IBC 电池结构 . 15 图 21 光伏电 池各种技 术路 线对比 . 16 行业深度 3 2019 年 3 月 8 日 图 22 各种电 池片转换 效率 对比 . 16 图 23 各种技 术电池片 占比 . 16 图 24 丝网印 刷线 . 20 图 25 HJT 电池结构 . 21 图 26 全球光 伏新增装 机 . 21 图 27 全球 PERC 和 N 型产 能 . 21 图 28 梅耶博 格收入及 增速 . 24 图 29 梅耶博 格 EBITDA . 24 图 30 梅耶博 格的收入 地区 占比 . 24 图 31 公司 PERC 的订单 . 24 图 32 电池设 备企业的 分析 框架 . 25 表 1 电池设 备竞争格 局 . 17 表 2 不同厂 家制绒设 备技 术指标对 比 . 18 表 3 不同厂 家扩散设 备技 术指标对 比 . 18 表 4 不同 PERC 设备对比 . 19 表 5 HJT 设 备竞争格 局 . 21 表 6 高效电 池设备投 资情 况 . 22 表 7 PERC 电池设备市 场空 间测算 . 23 行业深度 4 2019 年 3 月 8 日 1、 光 伏 的定 义 光 伏 的 本 质 是 光 生 伏 特 效 应 。 当 光线 照 射 在 太 阳 能 电 池 上 时 ， 光线中具有足够能量的光子包会在电池内部被吸收， 并将电子从硅材 料的共价键中激发出来、 产生电子空穴对。 界面层附近的电子和空 穴在复合之前， 将因为空间电荷电场的作用而作定向运动， 电子向带 正电的 N 区，空穴向带负电的 P 区运动，其结果在 P 区和 N 区之间 产 生 一 个 可 测 试 到 的 光 生 电 压 并 通 过 电 池 的 前 后 电 极 向 外 电 路 输 送 电流。 图 1 太 阳能 电池 结 构和 工作原 理 数据来源：GCL SOLAR 上海证券研究所 光 伏 的 产业链 。 光伏产业链的上游是晶体硅原料的采集和硅棒、 硅锭、 硅片的加工制作， 产业链的中游是光伏电池和光伏电池组件的 制作，产业链的下游是电站系统的集成和运营。 图 2 光伏 产业链 数据来源：爱旭科技 上海证券研究所 行业深度 5 2019 年 3 月 8 日 2、 光 伏 行业 需 求 展 望 光伏行业 全球 多 点 开花 。2018 年中国光伏行业经历 531 新政以 后， 整体需求不佳， 拖累全年装机， 从而导致全球装机不及预期。 根 据光伏行业协会的数据统计， 2018 年中国光伏装机为 43GW ， 同比下 降 18% 。 而海外市场成为新亮点， 海外市场全球装机为 60GW ， 同比 大增 。2018 年全球光伏新增装机达到 GW 级的国家增加到 15 个， 而 2016 、2017 年分别是 6 个、9 个。 图 3 全球 光伏新 增 装机 排名前 列 的国 家 图 4 新增 装机达 到 GW 级 的国家 数 数据来源：PV InfoLink 上海证 券研究所 数据来源：PV InfoLink 上海证 券研究所 全 球 ： 平 稳 增 长 ； 中 国 ： 平 稳 过 渡 。 由 于 全 球新 兴 国 家 光伏 装 机的旺盛，全球光伏装机预计保持平稳增长，根据 PV InfoLink 的数 据，2019、2020 年全球光伏新增装机为 112GW 、124GW ， 同比增长 9% 、 11% 。 而中国在 2018 年 531 新政以后， 行业也 将迎来平稳发展， 预计中国 2019 、2020 年光伏新增装机为 43GW 、45GW ，同比增长 0% 、5% 。由于众多市场的兴起，中国的比重逐步降低。 图 5 全 球光 伏装 机 图 6 中国 光伏装 机 数据来源：PV InfoLink 上海证 券研究所 数据来源：PV InfoLink 上海证 券研究所 0 10 20 30 40 50 (GW) 6 9 15 0 2 4 6 8 10 12 14 16 2016 2017 2018 GW 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 0 20 40 60 80 100 120 140 2015 2016 2017 2018 2019E 2020E (GW yoy -50% 0% 50% 100% 150% 0 10 20 30 40 50 60 2015 2016 2017 2018 2019E 2020E GW yoy行业深度 6 2019 年 3 月 8 日 3、 平 价 上网 是 行 业 持续 发 展 的 根本 平 价 上 网 是 光 伏 行 业 的 未来。 光 伏平 价 上 网 ， 分别对标传统能 源 发 电 成 本 与 用 户 购 电 成 本 ， 即 通 常 说 的 发 电 侧 平 价 与 用 户 侧 平 价 。 发电侧平价： 光伏发电即使按照传统能源的上网电价收购也能实现合 理利润。 用户侧平价 ： 光伏发电成本低于售电价格， 根据用户类型及 其购电成本的不同， 又可分为工商业、 居民用户侧平价。 光伏实现平 价上网的终极目标 ，是能在发电侧实现平价上网。 2018 年 12 月 29 日，三峡集团新能源公司联合阳光电源建设的 中国首个大型平价上网光伏项目在青海格尔木正式并网发电， 标志着 替代煤电的平价清洁能源正式走进千家万户。 据介绍， 该项目总装机 规模 500MW ， 占地 771 公顷， 总投资约 21 亿元， 是国内一次性建 成 规模最大的 “光伏领跑者” 项目， 也是国内首个大型平价上网光伏项 目。 该项目的平均电价为 0.316 元/ 千瓦时， 比青海省火电脱硫 标杆上 网电价(0.3247 元/ 千瓦时) 低 2.68% 光 伏 平 价 上 网 的 好 处 ： 行 业 真 正 实 现 市 场 化 ， 降 低 行 业 的 投 资 成本。 光伏行业只有真正的实现平价上网， 才能步入良性的市场化发 展阶段，步入稳定增长的渠道。 根据目前的测算，到 2020 年前后有 望实现真正的平价上网。 从 光 伏 度 电 成 本 来 看 平 价 上 网 路 径 。 目 前 计 算光 伏 发 电 度电 成 本 （LCOE ）的 公 式包 括两 个 ：国 内和 国 际。 以国 内 的光 伏发 电 度 电 成本测算公司来看， 计算度电成本的变量 有 6 个。 其中固定资产残值 VR 、第 n 年的折旧 Dn 基本是按比例取 ，第 n 年的运营成本 An 变 化也相对较少 。变化最大的是三个变量：项目初始投资成本 I0 、第 n 年的利息 Pn 、第 n 量的发电量 Yn 。 发电量的变化对度电成本影 响 最 大 ， 其次为 初始投资 、 贷 款 利 率 。 采 用 提 高 发 电 量 的 技 术 ， 如 跟 踪 技 术 等 ， 是 降 低 度 电 成 本 的 最 有 效 措 施 ； 获 得 较 低 的 贷 款 利 率 ， 是降低度电成本最直接的措施 ； 降低初始投资 、 提高系统效率、 降低 组件衰减带来根本性的变化 。 行业深度 7 2019 年 3 月 8 日 图 7 国 内光 伏度 电 成本 测算 图 8 国际 光伏度 电 成本 测算 数据来源： 智汇光伏 上海证券研究所 数据来源：智汇光伏 上海证券研究所 光伏电站初始投资成本主要包括开发费用、 勘察设计费用、 施工 费用， 以及主材设备如光伏组件、 逆变器、 支架等。 其中组件成本占 初始投资成本达 57% ，光伏成本能否下降主要来源于组件成本。 图 9 光 伏项 目总 成 本 图 10 某 光伏 电站 初 始投 资成本 构 成 数据来源： 中国电力企业管理 上海证券研究所 数据来源：GCL SOLAR 上海证券研究所 光 伏 各 个环节 降 本 增效带 来 平 价上网 。 技术创新推动转换效率提 升，并降低度电成本(LCE)是光伏走向平价上网时代的根本保证。其 主要通过光伏系统制造的各个环节降低成本。 其中， 硅片环节主要通 过改良拉晶方法来实现更低的单位能耗和更高的产率， 通过降低硅片 的 厚 度 （薄片） 和 改 进 切 割 技 术 （ 金 刚 线 切 割 ） 以 节 省 硅 料 的 使 用 。 电池片环节主要通过不断研发、 应用更为高效的技术路线， 例如目前 正在进行的常规电池向高效 PERC 电池的升级， 未来向更高效的 N 型 HJT 等技术发展。组件环节则通过各种不同的封装工艺在既有的 电池片效率前提下， 尽量提升组件的输出功率或增加组件全生命周期 内的 单瓦发电量， 此外还有通过产线的自动化、 智能化改造以降低生 产成本 ，目前成熟的技术包括半片、叠瓦等。 行业深度 8 2019 年 3 月 8 日 1、 传统光伏 电 池 工艺 传 统 光 伏 电 池 的 生 产 工 艺 。 太 阳 能电 池 分 为 晶硅 类 和 非 晶硅 类 ， 其中晶硅类电池又可以分为单晶电池和多晶电池 。 目前常规的电池是 P 型电池 。 传统的电池生产流程， 包 括从硅片出发经历清洗制绒、 扩 散制结、刻蚀、去除磷硅玻璃、PECVD 镀 反射膜、丝网印刷、烘干 烧结、分类检测 等工艺，完成电池的制造 。 清洗制绒： 清除硅片表面油污和金属杂质 ， 去除硅片表面的切割损 坏层 ； 在硅片表面制作绒面， 形成减反射 机构， 降低表面反射率 。 制 绒是利用碱对单晶硅表面的各向异性腐蚀， 形成的半球状的绒面。 扩散制结 ：POCl3 液态分子在 N2 载 气 的 携 带 下 进 入 炉 管 ， 在 高 温 下 经 过 一 系 列 化 学 反 应 磷 原 子 被 置 换 在 高 温 下 经 过 一 系 列 化 学 反 应磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成 N 型掺杂，与 P 型衬底形成 PN 结。 刻蚀 ：去除扩散后硅片周边形成的短路环 。 去除磷硅玻璃：去除硅片表面氧化层及扩散时形成的磷硅玻璃 。 PECVD 镀反射膜：制作减少硅片表面反射的 SiN 薄膜。 丝网印刷： 用丝网印刷的方法， 完成背场、 背电极、 正栅线电极的 制作，以便引出产生的光生电流 。 烘干烧结 ：烘干金属浆料，并将其中的添加料挥发 。 分类检测 ：通过模拟太阳光脉冲照射 PV 电池表面产生光电流，光 电流流过模拟负载， 在负载两端产生电压， 负载装置将采样到的电流、 电压传送给 SCLoad 计算, 得到 IV 曲线及其它指标。 SCLoad 根据测试 结果，按照给定的分类规则分类 行业深度 9 2019 年 3 月 8 日 图 11 电池 生 产流 程 数据来源：百度文库 上海证券研究所 2、PERC+SE 成为 P 型电池标配 通 过 降 低光学 和 电 学损失 提 升 电池光 电 转 换效率 。 影响晶硅 电 池 光电转换效率的原因主要来自两个方面： 光学损失和电学损失。 光学 损失 ： 包括电池前表面反射损失、 正面电极的遮光损失以及长波段的 非吸收透射损失。 在减少其损失方面， 有 表面制绒、 减反射膜、 减小 正面电极面积等方式 。 电学损失： 包括硅片表面及体内的光生载流子 复合、 硅片体电阻、 扩散层横向电阻和金属电极 电阻， 以及金属和硅 片的接触电阻等造成的损失， 其中 光生载流子的复合 最大。 在减小 其 损失方面， 有增加钝化层、选择性发射极、异质结等 方式。 图 12 降低 电池 片 损失 的技术 数据来源： 帝尔激光招股说明书 上海证券研究所 行业深度 10 2019 年 3 月 8 日 光 伏 电 池技术 路 线 。 目前 晶硅类电池的技术方向包括单晶和多晶。 多晶电池 逐渐向黑硅方向升级。单晶包括 P 型和 N 型。P 型电池中 PERC 技术逐渐成为主流， 叠加 SE （选择性发射极 ） 技术 ， 电池效率 逐渐提升。但是 P 型电池有其转换效率的极限，而 N 型电池成为未 来高转换效率的方向， 目前包括 PERT 、 TOPCon （隧穿氧化钝化接触）、 IBC （全背电极接触）、 HJT （异质结） 四种技术路径。 下面将分别对 各 种 技 术 路 径 进 行 讲 解 ， 对 各 种 技 术 路 径 的 讲 解 主 要 分 为 工 艺 特 点 、 优点、缺点、 工艺设备以及相应的厂家。 图 13 电池 技术 路 线 数据来源：PV InfoLink 上海证 券研究所 1 ）PERC 硅 片 内 部 和 硅 片 表 面 的 杂 质 及 缺 陷 会 对 光 伏 电 池 的 性 能 造 成 负 面影响， 钝化工序就是通过降低表面载流子的复合来减小缺陷带来的 影响， 从而保证电池的效率。 与常规单晶电池工艺相比，PERC 单晶 电池主要增加了 背面钝化和激光打孔两道工艺。 背面钝化工艺在硅片 背面沉积三氧化二铝和氮化硅， 对硅片背面进行钝化。 三氧化二铝由 于具备较高的电荷密度， 可以对 P 型表面提供良好的钝化 ； 氮化硅主 要作用是 保护背部钝化膜， 并保证电池背面的光学性能。 激光打孔工 艺 是 利 用 一 定 脉 冲 宽 度 的 激 光 去 除 部 分 覆 盖 在 电 池 背 面 的 钝 化 层 和 氮化硅 覆盖层， 以使丝网印刷的铝浆可以与电池背面的硅片形成有效 接触，从而使光生电流可以通过 Al 背场 导出。 PERC 目前成为电池升级的主流方向， 主要在于以下优点： 升级 方便： 在传统电池工艺基础上增加两个工序即可升级； 电池效率提升 明显：多晶 1.0%-1.2% ；单晶 1.2%-1.5% 。但是其缺点是其效率提升 存在极限。 行业深度 11 2019 年 3 月 8 日 图 14 PERC 工艺 流 程 数据来源：爱旭科技 上海证券研究所 2 ）SE （ 选 择性 发 射 极 ） SE （选择性发射极） 的原理主要是在 电极与硅片接触部位进行重 掺杂， 在 电极之间位置进行轻掺杂。 这样 既降低了硅片和电极之间的 接触电阻， 又降低了表面的复合， 提高了少子寿命。SE （选择性发射 极） 工艺有氧化物掩膜法、 丝网印刷硅墨水法、 离子注入法和激光掺 杂法 ， 目前普遍使用的是 激光掺杂法， 激光掺杂法是采用扩散时产生 的磷硅玻璃层作为掺杂源进行激光扫描， 形成重掺杂区。 常规产线升 级成激光掺杂选择性发射极生产线， 工艺上只需增加激光掺杂一个步 骤， 从设备上来说， 只需增加掺杂用激光设备， 与常规产线的工艺及 设备兼容性很高 。由于工艺相对简单而且投资较少， 进入 2019 年， PERC 多数都采用了激光 SE 工艺。 行业深度 12 2019 年 3 月 8 日 3、N 型 电 池 是 下 一 步方 向 1 ）N-PERT 电池 N 型电池由于结构的原因相对于 P 型具有较大的优势：P 型的 少子是电子， N 型少子是空穴， 硅锭中的杂质和位错对电子的捕获原 大于空穴。N 型硅对铁等重金属杂质有较高的容忍 度，N 型硅在相同 重金属杂质浓度下有比 P 型电池更高的效率 ， N 型硅电池和组件的初 始光诱导衰减几乎为零等。 以上各项优点导致其转换效率的上限比 P 型的高的多。 N-PERT 电 池工艺包括 ：双面制绒 上表面扩散硼制成 P+N 结 背面扩散磷制成 N+N 结双面钝化薄膜 双面金属化。在 N+ 背表面场上， 采用 SiO2/SiNx 叠层钝化膜，SiO2 膜可以很好的对 N+ 面进行表面钝化，加上 SiNx 膜的带正电荷特性，可以同时获得较好 的 表 面 钝 化 和 场 钝 化 的 效 果 ， 而 且 还 能 起 到 很 好 的 减 反 射 作 用 。P+ 掺杂面使用 Al2O3 薄膜钝化技术。 N 型用到双面掺杂、 双面钝化技术， 工艺难度增加， 与 P-PERC 双面电池对比以后，性价比不明显，目前已经证明为不 经济 的路线。 图 15 N-PERT 电 池 结构 图 16 N-PERT 电 池 工艺 数据来源：N-PERT 高效电池工艺介绍 上海证券研究所 数据来源：YINGLI SOLAR 上海证券研究所 2 ）HJT （ 异质 结 ） 电池 以 N 型单晶硅(c-Si) 为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面 依次沉积厚度为 5-10nm 的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H) 和 掺杂的 P 型非 晶硅(p-a-Si:H) ， 和硅衬底形成 p-n 异质结。 硅片的背面又通过沉积厚 度为 5-10nm 的 本 征 非 晶 硅 薄 膜(i-a-Si:H) 和 掺 杂 的 N 型 非 晶 硅 (n-a-Si:H) 形成背表面场。最后电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜 （TCO）， 然后 用丝网印刷的方法在 TCO 上制作 Ag 电极。 HJT 电池有如下优点： 行业深度 13 2019 年 3 月 8 日 结构对称、 工艺简单、 设备较少。HJT 电池是在单晶硅片的两面分 别沉积本征层、掺杂层和 TCO 以及双面印刷电极。 其结构对称、工 艺相对简单。 低温制造工艺。HJT 电池采用硅基薄膜工艺形成 p-n 结发射区， 制 程中的最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度(200 ) ， 避免了传统晶体 硅电池形成 p-n 结的高温(950 ) 。 可以降低能耗、 减少对硅片的热损 伤。 获得较高的转换效率。 HJT 电池中的本征薄膜能有效钝化晶体硅和 掺杂非晶硅的界面缺陷， 形成较高的开路电压。 HJT 电池由于其较高的转换效率 （22.5%-23.5% ） ， 工序 少以及已 经有量产实绩， 成为下一代高效电池的主要发展方向。 但是其目前的 阻 碍 主 要 在 于 工 艺 要 求 严 格 、 需 要 低 温 组 件 封 装 工 艺 、 设 备 投 资 高 、 透明导电薄膜成本高。 图 17 HJT 电池结 构 数据来源： 摩尔光伏 上海证券研究所 HJT 电池工艺主要包括制绒、非晶硅沉积、TCO 沉 积、丝 网印 刷。 非晶硅沉积主要使用 PECVD 。 TCO 薄膜沉积目前有两种方法： RPD( 反 应 等离 子 体沉 积) 和 PVD （ 物 理 化 学气 象沉 积 ） 。住 友重 工 拥 有 RPD 的专利，而 PVD 技术发展成熟，提供给设备的厂家较多 。