光伏设备行业深度：PERC和HJT带来光伏电池设备新时代.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 PERC 和 HJT 是 光伏 电池技术的未来 。 PERC 技术成熟、 性价比高 ， 叠加 SE 进一步提升效率 ， 预计到 2020 年前依然是高效电池扩产的主流技术 。 HJT 相对 PERC 效率提升明显，且 工序少、国内已有企业量产，成为高效电池未来的发展方向 。 PERC 产能快速扩充，带来电池设备企业高速增长 。 2020 年前 PERC依然是电池扩产 的 主流。 2019-2021 年 PERC 电池设备累计市场空间为315 亿元。其中工艺设备市场空间为 221 亿元 。 目前国内设备 企业 都取得了快速的进步，市场占有率快速提升， 在各自的优势领域占据了较高的市场占有率 ，预计市场格局将趋于稳定。随着下游电池企业的持续扩产，设备企业将获得持续的快速增长。 HJT 产业化和设备国产化加速推进 。 HJT 的优势明显，工艺步骤简单、转换效率高、发电性能优异， 将是未来高效电池的发展方向。 未来的重点是降低成本和加快产业化，设备的国产化是重要一环 。 目前国内已经有量产实绩， 国内企业加大布局， 已经 规划了 33.3GW 的产能，设备市场空间 为 333 亿元。目前 HJT 电池设备以国外为主，国产企业加速布局，在其中最重要的 PECVD、 RPD 和 PVD 设备，国内企业都已经有产品推出，并且在下游客户应用。随着下游客户 电池产业化 的持续推进，实现国产化突破的设备企业将获得新的成长空间。 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，国产化设备企业有望获得大量订单。 HJT 电池产业化加快，国产设备逐步布局， HJT 电池将为设备提供翻倍以上的设备市场空间。在 PERC 有核心竞争力，并且已经获得大量订单，在 HJT 快速布局，并且有望实现国产化应用突破的设备企业，将获得持续的成长动力。 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 维持 日期： 2019 年 10 月 15 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-IR14 首次报告日期： 2019 年 3 月 8 日 相关报告： 无 PERC和 HJT带来光伏电池设备新时代 证券研究报告 /行业研究 /行业深度 行业深度 2 2019 年 10 月 15 日 目录 一、 PERC 和 HJT 是电池技术的未来 . 3 二、 PERC 产能快速扩充，带来电池设备企业高速增长 . 6 1、市场空间： PERC 大量扩产，带来订单 . 6 2、 PERC 电池设备企业国内竞争力强，预计未来设备格局将趋于稳定. 9 三、 HJT 产业化和设备国产化加速推进 . 13 1、 HJT 企业加大布局，加速产业化 . 13 2、 HJT 电池设备市场空间大，设备国产化加速推进 . 16 四、投资建议 . 20 五、风险提示 . 20 图表目录 图 1 电池技术路线 . 3 图 2 光伏电池各种技术路线对比 . 4 图 3 电池生产流程 . 4 图 4 PERC 工艺流程 . 5 图 5 HJT 电池结构 . 5 图 6 HJT 电池工艺 . 6 图 7 全球光伏新增装机 . 7 图 8 全球 PERC 和 N 型产能合计 . 7 图 9 HJT 电池结构 . 14 图 10 HJT 电池结构 . 14 图 11 HJT 降本路线 . 15 图 12 PECVD 的结构组成 . 18 图 13 PECVD 工艺的流程图构 . 18 图 14 RPD 工艺 . 19 图 15 PVD 工艺 . 19 表 1 部分目前正在重点推进的 PERC 项目 . 7 表 2 PERC 电池设备投资情况 . 8 表 3 PERC 电池设备市场空间测算 . 9 表 4 不同厂家制绒设备技术指标对比 . 10 表 5 不同厂家扩散设备技术指标对比 . 10 表 6 不同 PERC 设备对比 . 12 表 7 PERC 电池设备竞争格局 . 13 表 8 国内 HJT 产能布局 . 16 表 9 HJT 设备投资情况 . 17 表 10 HJT 设备市场空间 . 17 表 11 HJT 设备供应格局 . 19 行业深度 3 2019 年 10 月 15 日 一、 PERC 和 HJT 是电池技术的未来 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。 图 1 电池技术路线 数据来源： PV InfoLink 上海证券研究所 1） PERC 目前技术比较成熟、性价比比较高，技术相对容易，设备完成了国产化，最高效率达到 22%，成为这两年高效电池主要扩产的技术，叠加 SE（选择性发射极 )技术，预计到 2020 年前依然是光伏电池主流技术。 2） N-PERT 可实现量产，技术难度容易，设备投资较少。但是与双面P-PERC 相比没有性价比优势，已经证明为不经济的技术路线。 3） HJT 效率可达 23%-24%，工序少、可实现量产，目前已经有松下、晋能、中智、钧石等公司布局。但是其设备贵、投资成本高，成为阻碍其大规模产业化的一点。 4） TOPCon 背面收光较差，量产难度很高，目前有布局的企业包括：LG、 REC、中来等。 5） IBC 效率最高，可以达到 23.5%-24.5%，技术难度极高，设备投资高，成本高，国内尚未实现量产，目前布局的企业包括 LG、中来、sunpower。 行业深度 4 2019 年 10 月 15 日 从以上的对比来看， PERC 和 HJT 技术将是未来光伏电池技术的发力方向，也是目前企业产能重点布局的地方。 图 2 光伏电池各种技术路线对比 数据来源： PV InfoLink 上海证券研究所 传统光伏电池的生产工艺。 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 。 图 3 电池生产流程 数据来源：百度文库 上海证券研究所 PERC 电池 工艺介绍 。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 主要行业深度 5 2019 年 10 月 15 日 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。 图 4 PERC 工艺流程 数据来源：爱旭科技 上海证券研究所 HJT 电池结构。 HJT 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TCO（ 透明氧化物导电薄膜 ） ， 然后 用丝网印刷的方法在 TCO 上制作Ag 电极。 图 5 HJT 电池结构 数据来源： 摩尔光伏 上海证券研究所 HJT 电池工艺介绍 。 HJT 电池工艺主要包括制绒、非晶硅沉积、行业深度 6 2019 年 10 月 15 日 TCO 沉积、丝网印刷。非晶硅沉积主要使用 PECVD 方法 。 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。 图 6 HJT 电池工艺 数据来源： 超高效 HJT 电池概述 上海证券研究所 我们认为 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 ，叠加 SE（选择性发射极）进一步提升效率 ，预计到 2020 年前依然是高效电池扩产的主流技术。 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 ，也是企业重点进行产能布局的地方。 我们认为在 PERC 和 HJT 技术布局的设备企业最终将走出来，成为成长性的公司。 二 、 PERC 产能 快速 扩充，带来电池 设备企业高速增长 1、 市场空间： PERC 大量扩产，带来订单 高效电池 产能依然处于紧平衡的状态。 光伏要实现平价上网，要光伏各个环节的降本增效，主要通过各个环节的技术创新进步。 在电池片环节， 我们认为高效电池是未来的方向， 目前光伏高效电池主流技术包括 PERC 和 N 型技术。 行业深度 7 2019 年 10 月 15 日 我们来观察高效电池是否能满足下游的需求。 以 2018 年来看，PERC+N 型合计产能为 72GW，不能满足全球 103GW 的装机需求。到 2020年 PERC+N 型合计产能为 132GW，依然处于一个紧平衡的状态。如果按照 2021 年，中国实现平价上网，全球光伏新增装机有望达到 200GW，高效电池产能远远不能满足需求，未来 PERC+N 型的产能会持续扩充中。 图 7 全球光伏新增装机 图 8 全球 PERC 和 N 型产能 合计 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 PERC 由于只需要在传统电池工艺基础上增加两个工序即可提升效率，升级方便，是目前高效电池的主流技术。 国内以通威、爱旭、隆基等电池片龙头企业依然在大幅度扩产 PERC 产能。 2020 年前 PERC依然是电池产能的扩产主流。 表 1 部分目前正在重点推进的 PERC 项目 公司 项目 新增产能（ GW) 开工时间 完工时间 通威 双流四期 3.8 20190323 四川眉山 10 20190327 隆基 宁夏银川 3 20190416 爱旭 义乌二期 3.8 202004 天津一期 3.8 201909 数据来源： WIND 上海证券研究所 参考隆基宁夏乐叶年产 5GW 的 PERC 电池项目设备工具购置费用明细。我们可以看到 1GW 的 PERC 电池 需要的设备投资额大约为4.97 亿元，其中工艺设备为 3.53 亿元，检测设备为 0.26 亿元，自动化设备 1.08 亿元。单独来看，背钝化投资额最大， 1GW 投资额为 1.08亿元 ； 管式 PECVD 第二， 1GW 需要设备数量为 11 台，投资额 0.46亿元 ； 制绒 1GW 需要设备 5 台，投资额 0.34 亿元 ；印刷线 1G 需要设备 5 台，投资额为 0.58 亿元 。其他设备包括扩散、激光掺杂、刻蚀、退火、激光开槽、印刷线、烧结炉等。 0204060801001201401602015 2016 2017 2018 2019E 2020E全球光伏新增装机 (GW） 0501001502002017 2018 2019E 2020E 2021E 2022E 2023EPERC+N产能合计 (GW） 行业深度 8 2019 年 10 月 15 日 表 2 PERC 电池设备投资情况 设备名称 数量 /1GW 百万元 /1GW 占总的设备投资额比 制绒 5 33.6 6.8% 扩散 7 22.2 4.5% 激光掺杂 5 16.2 3.3% 刻蚀 5 15.1 3.0% 退火 7 22.2 4.5% 背钝化 8 106.6 21.4% 2 1.8 0.4% 管式 PECVD 11 46.0 9.2% 激光开槽 6 17.4 3.5% 印刷线 5 57.6 11.6% 烧结炉 5 14.4 2.9% 工艺主设备小计 67 353.1 71.0% 检测设备 IV 测试仪 10 11.5 2.3% 外观颜色检测 10 5.8 1.2% EL 检测（在线） 10 3.8 0.8% 方阻测试仪（可集成） 3 1.5 0.3% 反射率测试仪 2 1.0 0.2% 椭偏仪 /膜厚测试仪 2 0.8 0.2% 电子显微镜 1 0.6 0.1% 其他检测设备 4 1.0 0.2% 检测设备小计 41 26.0 5.2% 自动化 测试分选机 5 19.2 3.9% 制绒自动化 5 4.8 1.0% 扩散自动化 7 13.3 2.7% 刻蚀自动化 5 5.4 1.1% 退火自动化 7 13.3 2.7% iAGV 36 18.0 3.6% 背钝化自动化（ MAIA) 8 14.8 3.0% 管式 PECVD 自动化 11 19.4 3.9% 自动化设备小计 85 108.2 21.8% 辅助设备 20 2.0 0.4% 工装、工具 3,242 6.4 1.3% 仓储搬运设备 0.8 0.2% 其他设备 0.9 0.2% 设备工具购置费用合计 497.4 100.0% 数据来源：隆基股份 上海证券研究所 2019-2021 年 PERC 电池设备累计市场空间为 315 亿元。 参考 宁夏 隆基 乐叶年产 5GW 的 PERC 电池项目设备工具购置费用明细 ，暂不考虑设备降价的因素，测算得出到 2019-2021 年 PERC 电池 设备累计行业深度 9 2019 年 10 月 15 日 市场空间为 315 亿元。 其中工艺设备市场空间为 221 亿元，检测设备市场空间为 16 亿元，自动化设备市场空间为 63 亿元。 具体到细分设备， 2019-2021 年市场空间：制 绒设备 21.4 亿元、扩散设备 13.9 亿元、 刻蚀设备 9.5 亿元，退火设备 13.9 亿元， 背钝化设备 63 亿元、 PECVD 设备 28.4 亿元、 印刷线 36.5 亿元、 激光开槽设备 10.7 亿元、 激光掺杂设备 10.1 亿元。 表 3 PERC 电池设备市场空间测算 区分 基准 （百万元/GW） 2018 2019E 2020E 2021E 2019-2021累计 全球 PERC 产能（ GW) 63 93 118 126 PERC 新增产能（ GW) 29 30 25 8 总的设备市场空间（亿元） 500 145 150 125 40 315.0 工艺设备市场空间（亿元） 350 101.5 105.0 87.5 28.0 220.5 检测设备市场空间（亿元） 25 7.3 7.5 6.3 2.0 15.8 自动化设备市场空间（亿元） 100 29.0 30.0 25.0 8.0 63.0 制绒设备市场（亿元） 34 9.9 10.2 8.5 2.7 21.4 扩散设备市场（亿元） 22 6.4 6.6 5.5 1.8 13.9 激光掺杂设备市场（亿元） 16 4.6 4.8 4.0 1.3 10.1 刻蚀设备市场（亿元） 15 4.4 4.5 3.8 1.2 9.5 退火设备市场（亿元） 22 6.4 6.6 5.5 1.8 13.9 背钝化设备市场（亿元） 100 29.0 30.0 25.0 8.0 63.0 管式 PECVD 设备市场（亿元） 45 13.1 13.5 11.3 3.6 28.4 激光开槽设备市场（亿元） 17 4.9 5.1 4.3 1.4 10.7 印刷线市场（亿元） 58 16.8 17.4 14.5 4.6 36.5 烧结炉市场（亿元） 15 4.4 4.5 3.8 1.2 9.5 数据来源：隆基股份 上海证券研究所 2、 PERC 电池设备企业国内竞争力强 ，预计未来设备格局将趋于稳定 目前国内设备企业在各个 PERC 电池设备都具备了竞争力，与国外企业的技术相比不相上下甚至超过。下面对重点设备进行介绍。 1） 制绒设备 制绒是利用碱对单晶硅表面的各向异性腐蚀，工业生产中一般采用成本较低的氢氧化钠或氢氧化钾稀溶液来制备绒面 。 利用 Si 在稀NaOH 溶液中的各向异性腐蚀，在硅片表面形成 3-6 微米的金字塔结构。 理想的绒面效果： 金字塔大小均匀，覆盖整个表面 ， 相邻金字塔之间没有空隙，具有较低的表面反射率 。 单晶硅的绒面制备，能够有效地提高电池转换效率，由于市场的变化，对绒面质量的要求也变的越来越高 。 如何做出高质量的绒面，不仅仅是工艺技术的问题，还需行业深度 10 2019 年 10 月 15 日 要与优异的设备进行配合，而设备的相关性能也决定了工艺的效果。目前制绒设备 技术 指标 控制严格的包括：工艺温度、溶液均匀性、产能等。 为了保证反应条件的一致性，温控精度要在 1 ； 溶液均匀性 和产能也是重要的考察点。 目前国内外的设备厂家包括 RENA、 施密德 、 捷佳伟创、 晶洲装备 等。 国内以捷佳伟创为代表的设备企业在产能、控温精度、 自动配补液精度 等方面的性能已经达到世界先进水平。 表 4 不同厂家制绒设备技术指标对比 关键性能指标 国际同类设备商 捷佳伟创 国内同类设备商 产能（片 /h ） 6000 6500 2400-3300 控温精度（ ) 1 1 2 碎片率 ( ) 0.05% 0.05% 0.10% 单晶制绒及反射率 8% 11% 12.5% 自动配补液精度 1% 1% 5% 机械手方式移动速度 (mm/s) 1500 1500 700-1500 机械手方式定位精度（ mm) 1 1 1 -5 数据来源：捷佳伟创招股说明书 上海证券研究所 2） 扩散 设备 扩散主要是电池片制 PN 结的过 程 ，扩散工艺的好坏直接影响电池片效率的多少。 扩散的方法 包括 ： 三氯氧磷 (POCl3)液态源 扩散、喷涂磷酸水溶液后链式扩散、丝网印刷磷浆料后链式扩散。目前国内多采用第一种方法 ： 三氯氧磷 (POCl3)液态源 扩散 ，其具有 稳定、可控性强 等优点 。 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。 POCl3 在高温下 (600 )分解生成五氯化磷 (PCl5)和五氧化二磷 (P2O5)， POCl3 分解产生的P2O5 淀积在硅片表面， P2O5 与硅反应生成 SiO2 和磷原子，并在硅片表面形成一层磷 -硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。扩散设备的核心 技术 指标是扩散方阻均匀性，其他指标包括控温精度和稳定性、工艺时间等。扩散炉的提供厂家包括 Tempress、 Centrotherm、捷佳伟创、丰盛装备、北方华创 、 电科 48 所 等。 表 5 不同厂家 扩散 设备技术指标对比 关键性能指标 国际同类设备商 捷佳伟创 国内同类设备商 电池片进炉吹扫除尘及出炉快速冷却 无 有 无 恒温区长度 (mm) 1600 1600 1300-1600 工艺时间（分钟） 60-80 60-80 80-90 控温精度（ ) 0.5 0.5 0.5 温度稳定性（ /24h) 0.5 0.5 0.5-1 方阻均匀性 3% 4% 4% 数据来源：捷佳伟创招股说明书 上海证券研究所