国海证券研究所 请务必阅读正文后免责条款部分 2022 年 08 月 04 日 行业 研究 评级：推荐 (维持 ) 研究所 证券分析师： 李航 S0350521120006 证券分析师： 彭若恒 S0350522040003 证券分析师： 邱迪 S0350522010002 Table_Title 龙头引领下的量产元年， N 型向左， P 型 向 右 新兴光伏电池 专题研究 （一） 相关报告 钠离子电池行业深度研究 ： 钠电池产业化加速，有望补充锂电产业链 （推荐） *电气设备 *李航 2022-06-13 海上风电行业深度研究 ： 海风观察系列报告之三：招标持续落地，上调 2025 年海上风电装机预期 （推荐） *电气设备 *邱迪，李航 2022-06-04 海底电缆行业深度报告 ： 海风观察系列报告之二：海缆市场空间上行，龙头地位依然稳固 （推荐） *电气设备 *邱迪，李航 2022-04-06 新能源汽车行业深度研究 ： 产业技术前瞻系列之一：大圆柱路径确定，关注产业链相关机会 （推荐） *电气设备 *李航，邱迪 2022-03-30 电气设备行业深度研究 ： 储能报告系列之二： 我国电化学储能收益机制及经济性测算 （推荐） *电气设备 *李航，邱迪 2022-02-23 投资要点： 电池升级 事关 全局， 降损 提效 马不停蹄 ，多技术并行或 将 开启 。 1） 技术 迭代 频繁是 光伏 全 产业 链 的突出特点， 究其 根本动力 都 在于降低 度电成本 ， 提升这种能源形式的经济性 和竞争力 ， 电池转换效率则 可 发挥 全局性 的关键 作用，也是 未来 进一步 降本的关键 ， 随 终端 发电系统场景的 多元化 发展 和 成熟 存量 产业 配套的日渐庞大， 多 种 技术 并行 或成 未来趋势 。 2） 从 光伏发电的原理来看， 对于主流的晶硅电池 ， 衬底 硅片 的特性是效率与成本的 一项核心 决定因素 ， P/N 导电型 则是硅片最基本的特性 ， 当前 来看，无论是长期占据主导地位 的 P 型硅片 还是快速发展的 N 型硅片 ， 在 与各类 电池技术 搭配时尚且 各有千秋。 3） 更深入 地 探寻 如何提升 电池转换效率， 由于 材料 本身特性决定了理论上限 ， 而 实际情况下诸多 因素导致了能量损失， 最终就表现 为 效率 的 降低，因此各种提效手段的本质 都 在于 减少光电转换过程中的电学 或 光学损失， 电池技术 仍 在明确的核心方向上 不断 发展 。 N 型向左： TOPCon 重兵先至， HJT 如箭待弦 。 1） N 型 TOPCon 电池为钝化接触技术 的 新兴代表， 不仅具有 很高的理论转换效率，还具备 与现有 技术产线 较高 兼容 性的突出优势， 因此产业内的 新老企业都 在 大力投入积极研发 ， 近几 年发展十分迅速 。 2） 今年 以来 ， 一体化组件龙头陆续开启 10GW 级别的 N 型 TOPCon产能建设， 领先 的 新兴企业 同样 快步 跟进 ， 标志着 N 型技术大规模产业化的 来临 ， 这 也 与 组件端和系统端 逐渐表现出的 经济性 竞争力密不可分 ，未来 随 规模产能 的 扩张 、 生产工艺 的 成熟、 项目发电 表现不断 实证 、以及 核心 技术 难点的 进一步 突破 ， 新产能及存量改造放量还 有望 提 速。 3） HJT 电池 基于异质结 特性 ，结合薄膜电池优势 ， 为历史悠久的 钝化 接触 技术 ， 理论转换效率同样接近晶硅电池极限 ， 发电量增益更为突出，长期以来主要受制于成本 问题 ， 但 降本 方向多元路线 清晰， 一 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 2 旦突破则有望带来颠覆式 产业 升级， 吸引 了 大量新兴企业 大力投入，业内 龙头 同样重点关注， 目前已有 企业在 GW 级量产阶段加速 推进 ，市场 弹性 空间 可期 。 P 型向右：结构创新或开启新升级方向，背接触电池有望异军突起 。 结构上的创新 为电池技术 带来进一步升级空间， 也可能成为 P 型技术发展的下一个关键方向，以 IBC 电池为代表的背接触电池 体现出可观潜力 ： 1） IBC 电池完全 移除正面栅线 ， 最大化光照利用， 单面发电能力极为突出，背面设计灵活，可达到更高组件封装密度， 但 复杂的生产工艺 也推高了成本 ， 2） 当前 全球 分布式 光伏发展蓬勃， 场景 条件限制和个性化 趋势明显 ， 背接触电池特点 则与之 高度 契合，结合 国内外 龙头公司引领 突破 ，有望从小众走向大众 ， 3） 背接触结构拓展性 强 ，可与 钝化接触技术 结合运用，将转换效率提升至新水平，为电池技术升级提供进一步创新思路。 投资建议 主流 PERC 电池 的 效率 瓶颈已越发 明显 ， 以 TOPCon、BC 为代表的 新 一代 规模化 量产 技术 也 在年内 展现出良好势头 ， 预期将 带来 转换效率的又一次 跨越 ，在经济性 持续 增强 下 产业化 有望加速 实现 。 我们认为 电池技术的顺利升级 有望 加速 光伏 对传统能源的替代， 进一步打开产业整体的成长空间， 维持 行业“推荐”评级 。同时 在技术 快速 迭代的 主要 进程中 ， 能 取得相对 领先地位的 电池 和组件 企业 ， 不仅 可以 享受 新 产品 带来的 超额 溢价红利，也将在 市场 份额的 竞争 中 占据主动， 在此轮产业变革中 受益 ，可关注 几类 企业： 1）前期大力 研发 突破 、 掌握新技术制高点 的 龙头 先行者 ， 重点关注 隆基绿能、 晶科能源、天合光能、爱旭股份 ， 2） 技术 积淀 深厚 、 紧跟技术 进展、综合 实力 强劲 的 头部 紧随者， 重点关注 晶澳科技、通威股份 、东方日升 ， 3） 重点押注技术变革、取得核心成果、逐步崭露头角 的新兴 电池组件 企业， 包括 中来股份、 钧达股份、聆达股份、 金刚玻璃、爱康科技、 海泰新能 等， 4）产业链中 与新电池技术密切相关 的 上下游环节及 设备辅材类企业， 包括 TCL 中环、 连城数控、苏州固锝 、帝科股份 等。 风险提示 新 技术进展不及预期、 下游 需求景气度变化、供应链瓶颈 、国内外相关政策影响 、重点关注公司业绩不及预期 等 。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 3 重点关注公司及盈利预测 重点公司 股票 2022/08/03 EPS PE 投资 代码 名称 股价 2021 2022E 2023E 2021 2022E 2023E 评级 601012.SH 隆基绿能 56.86 1.68 1.86 2.38 47.4 30.5 23.9 未评级 002459.SZ 晶澳科技 73.45 1.27 1.84 2.50 84.8 39.9 29.4 未评级 688599.SH 天合光能 78.68 0.87 1.68 2.65 94.5 46.8 29.7 未评级 688223.SH 晶科能源 16.55 0.14 0.28 0.46 145.0 59.0 35.9 未评级 002129.SZ TCL 中环 50.93 1.25 1.88 2.32 40.8 27.2 22.0 未评级 600732.SH 爱旭股份 35.36 -0.06 0.73 1.17 -573.5 48.5 30.2 未评级 600438.SH 通威股份 49.69 1.82 4.42 3.88 27.3 11.2 12.8 未评级 300118.SZ 东方日升 32.10 -0.05 1.25 1.71 -683.7 25.6 18.7 未评级 835368.BJ 连城数控 55.50 1.49 2.51 3.71 37.3 22.1 15.0 未评级 002079.SZ 苏州固锝 13.80 0.27 51.2 未评级 300842.SZ 帝科股份 75.89 0.94 1.64 3.08 80.8 46.2 24.7 未评级 300393.SZ 中来股份 16.03 -0.29 0.59 0.96 -55.7 27.3 16.7 未评级 资料来源： Wind 资讯，国海证券研究所 （注：盈利预测取自万得一致预期） 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 4 内容目录 1、 电池升级事关全局，降损提效马不停蹄，多技术并行或将开启 . 7 1.1、 技术迭代皆归于成本优势，终端多元化和产业配套带来并行可能 . 7 多元化终端市场 +存量成熟产业配套，带来种多技术并行可能。 . 10 1.2、 电池提效率，硅片打基础， P/N 导电型尚各有所取 . 11 P 型硅片产业化已相当成熟，成本控制良好 . 12 N 型硅片拥有更高的电池提效潜力，目前尚受制于高成本 . 13 1.3、 降损提效方向明确，电池技术殊途同归 . 15 晶硅太阳能电池提效的本质在于减少太阳光能量损失 . 15 表面钝化以减少复合是制作高效率电池的关键手段 . 17 降低光学损失为重要提效方法，电池结构方面仍有开发空间 . 19 2、 N 型向左： TOPCon 重兵先至， HJT 如箭待弦 . 21 2.1、 TOPCon 电池为钝化接触技术新兴代表，与现有产线兼容性较高 . 21 TOPCon 电池理论效率上限高，提出时间较短但发展迅速 . 21 TOPCon 电池与主流 PERC 产线兼容性强，有利于产业化推广 . 23 2.2、 组件端龙头引领， TOPCon 进入规模化量产元年，溢价下经济性初现 . 24 晶科能源率先扛起 TOPCon 规模化量产大旗，天合、晶澳接踵而至 . 25 中来、一道等新兴电池组件企业同样大步迈向规模化产能建设 . 26 组件溢价日渐明朗，有望覆盖制造成本，终端实证有望加速推广 . 27 产业化技术尚有重要可突破点，成本效率存在持续进步空间 . 29 2.3、 HJT 历史悠久潜力空间大，降本方向清晰，多路 玩家重点投入 . 32 HJT 电池转化效率潜力大，发电增益高，长期以来备受关注 . 32 产业化尚受高成本制约，但多方向降本潜力较大，持续推进 . 35 新玩家大举投入不遗余力，老玩家重点开发严阵以待 . 38 3、 P 型向右：结构创新或开启新升级方向，背接触电池有望异 军突起 . 41 3.1、 IBC 电池结构特点鲜明，移除正面栅线最大化光照利用，但生产工艺复杂 . 41 掩膜等复杂工艺抬高制造成本，单面连接方式有利组件降本增效 . 42 3.2、 背接触电池与分布式场景契合度高，结合龙头公司引领，有望从小众走向大众 . 44 分布式终端市场广阔，持续向差异化发展， BC 电池有望乘风而上 . 44 成熟 IBC 产品海外已历数代， 国内不乏开拓者，拳头产品呼之欲出 . 46 3.3、 背接触结构拓展性强，叠加钝化接触技术有望 进一步提效 . 47 4、 投资建议 . 50 5、 风险提示 . 51 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 5 图表目录 图 1：不同技术路线光伏电池市占率趋势 . 7 图 2： PERC 电池实验室转换效率记录 . 7 图 3：自 2010 年来光伏发电成本大幅下降 . 8 图 4： 未来光伏发电成本仍将持续降低 . 8 图 5：国内集中式光伏系统成本构成 . 8 图 6：光伏组件四大制造环节 . 8 图 7：电池提效降本的核心逻辑 . 9 图 8：光伏组件全制造链成本构成 . 9 图 9：单晶与多晶实验室效率记录 . 10 图 10：单晶硅片与多晶硅片占比变化 . 10 图 11：国内分布式占比 . 10 图 12： 国内双玻组件渗透率 . 10 图 13： PN 节及内电场的形成示意 . 11 图 14：光伏发电原理示意 . 11 图 15：几种 PN 结制作方法示意（ N 型衬底为例） . 12 图 16：传统 BSF 太阳能电池结构 . 12 图 17：磷扩散工艺要求相对更低 . 12 图 18：硅片厚度与转换效率关系 . 14 图 19：硅片厚度情况 . 14 图 20：晶体硅材料太阳能电池所能利用的太阳光谱范围（绿色部分） . 15 图 21：传统晶硅光伏电池在光电转化过程中的太阳光能量损失 . 16 图 22：光伏电池转换效率的两类损失 &转换效率公式 . 16 图 23：硅表面悬挂键复合中心及氢钝化原理 . 18 图 24：选择性钝化接触技术原理 . 18 图 25： PERC 电池结构 . 18 图 26：硅片表面制绒与减反射膜作用原理 . 20 图 27： MWT 电池结构外观 . 20 图 28： TOPCon 电池结构及背面钝化接触提效原理 . 22 图 29：利用不同的选择性钝化技术进行组合后的电池理论转 化效率 . 22 图 30： TOPCon 与 PERC 技术与工艺对比 . 23 图 31： TOPCon 工艺增加的部分核心设备及载具 . 24 图 32：晶科能源多次打破 N 型电池效率世界纪录 . 26 图 33：晶科能源 TOPCon 技术组件产品 . 26 图 34：中来 TOPCon 电池技术组件 . 27 图 35：一道新能 “DAON”品牌 N 型高效组件 . 27 图 36： LPCVD 与 PECVD 制作膜层工作原理 . 30 图 37：帝尔激光两步法激光 SE 专利技术要点 . 32 图 38：隆基乐叶两步法激光掺硼专利技术要点 . 32 图 39： TOPCon 电池开路电压（ Voc）损失分析 . 32 图 40：晶科能源 ISFH 认证 25.41%效率参数 . 32 图 41： N 型 HJT 电池基本结构 . 33 图 42： HJT 电池进化方向 . 34 图 43：微晶硅膜层制作 中晶化率与通氢比有关 . 34 图 44： 经典 HJT 电池制作工艺及 PVD 溅射原理 . 35 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 6 图 45：激光转印制作大高宽比栅线原理 . 37 图 46：一种 HJT 电池电镀铜电极方案 . 37 图 47：华晟喜马拉雅系列异质结光伏组件 . 39 图 48：金 刚玻璃 4.8GW 异质结项目启动 . 39 图 49： IBC 电池基本结构 . 41 图 50： FSF 和 FFE 类型 IBC 结构对比 . 42 图 51： FSF 和 FFE 类型 IBC 少数载流子运输路径 . 42 图 52： IBC 电池的一种制作方法 . 43 图 53： IBC 电池的背面栅线结构示例 . 43 图 54： IBC 电池的串接方式示例 . 44 图 55： 分布式户用场景 . 45 图 56：分布式工商业 BIPV 场景 . 45 图 57： 全球分终端场景光伏装机及占比（ GW） . 45 图 58：国内分终端场景光伏装机及占比（ GW） . 45 图 59： Maxeon 公司 IBC 电池组件产品定位 . 46 图 60： 不同类型 IBC 电池转换效率进化情况 . 48 图 61：一种 HBC 电池结构示例 . 48 图 62：一种 TBC 电池结构示例 . 48 图 63：一种部分叠加 TOPCon 技术的 H-PBC 电池 . 48 图 64：两种异质结与钙钛矿结合的二层叠层电池示例 . 49 表 1：当前光伏制造环节主要技术发展情况 . 9 表 2： 组件主要制造环节产能情况 . 11 表 3： 隆基 P 型与 N 型单晶硅片规格参数对比 . 13 表 4： N 型晶硅电池组件与 P 型在温度系数、弱光响应和功率衰减方面的比较 . 13 表 5： 中环股份硅片 P/N 型硅片报价对比（元 /片） . 14 表 6：电池效率、硅片厚度及硅料价格变化下硅片硅成本变化情况 . 15 表 7：太阳能电池效率参数及内电阻情况 . 17 表 8：主流高效 PERC 电池技术中使用的表面钝化技术情况 . 18 表 9：近年 TOPCon 电池实验室研发效率记录 . 22 表 10：主要 TOPCon 相关电池企业产业化进展情况 . 24 表 11： TOPCon 与 PERC 成本比较测算的主要假设 . 27 表 12： TOPCon 与 PERC 技术一体化终端成本比较测算结果 . 28 表 13： 2022 年来部分央国企光伏组件项目招中标情况 . 28 表 14： N 型与 P 型组件实际项目测算发电量增益及 LCOE 对比 . 29 表 15：氧化层生长方法 . 29 表 16： TOPCon 掺杂多晶硅（ n+-Poly-Si）层的主要制作方法对比 . 31 表 17：近年大面积 HJT 电池实验室研发效率记录 . 34 表 18： HJT 电池核心步骤工艺方法比较 . 35 表 19： HJT 与 PERC 成本比较测算的主要假设 . 37 表 20： HJT 与 PERC 技术一体化终端成本比较测算结果 . 38 表 21：主要 HJT 相关电池企业产业化进展情况 . 39 表 22： SunPower 公司 IBC 电池发展历程 . 46 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 7 1、 电池升级事关全局，降损提效马不停蹄，多技术并行或将开启 首个光伏电池诞生至今已有近 70 年历史，到 2019 年，单晶 PERC 电池成为光伏行业的主流技术，其良好的光电转换效率表现成为推动太阳能发电与传统能源“平价”的关键因素。不过目前业内 PERC 电池量产效率已经普遍超过 23%，越来越接近 24.5%左右的其理论极限，而实验室记录也已经较长时间未再有突破。因此产业界都已纷纷将重点投向对新一代主流电池技术的开发，各大龙头企业的新一代电池技术也将陆续在年内相继亮相市场，路线不尽相同。 图 1：不同技术路线光伏电池市占率趋势 图 2： PERC 电池实验室转换效率记录 资料来源： CPIA，国海证券研究所 资料来源：苏民新能源，国海证券研究所 1.1、 技术迭代皆归于成本优势，终端多元化和产业配套带来并行可能 经济性是光伏产业发展的根本动能，“平价”后技术进步远未停歇。 太阳能发电作为一种清洁无污染、取之不尽的可再生能源形式，从很早以前就备受关注。但近几年才真正开启大规模运用，主要系技术的进步使得发电成本大幅下降，成为有经济性的能源，根据 IRENA 统计，光伏发电的度电成本在 2010-2020 年间平均下降了 85%以上，达到了与传统能源发电“平价”的水平。 从长期来看，光伏制造技术仍有进步和提效空间，未来成本有望完全低于传 统能源，这种经济上的竞争力也将促进光伏发电实现更快的渗透和规模增长。另一方面，掌握先进技术的制造企业也将获得成本竞争优势，在行业发展中更大程度受益，这又会促使业内企业持续大力追求技术的进步。 0%20%40%60%80%100%2017 2018 2019 2020 2021 2022E 2023E 2025E市占率 :BSF PERC TOPConHJT IBC MWT20.0%20.5%21.0%21.5%22.0%22.5%23.0%23.5%24.0%24.5% PERC电池实验室效率证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 8 图 3：自 2010 年来光伏发电成本大幅下降 图 4： 未来光伏发电成本仍将持续降低 资料来源： IRENA 资料来源： IRENA 电池转换效率对光伏系统成本有着全局性的影响，为关键的核心降本手段。 一个发电系统的成本水平一般用平准化度电成本衡量（ LCOE），即全发电周期内产生每一度电所分摊的成本，对于运营过程中不需要消耗其他原料的光伏系统，初期的建设投入就为最重要的一项，而组件的采购成本一般又占有较高比例。 图 5： 国内集中式光伏系统成本构成 图 6： 光伏组件四大制造环节 资料来源： CPIA，国海证券研究所 资料来源：国海证券研究所 电池的转换效率的提升，意味着单位面积电池的发电功率上升，则会带来多重的降本效果： 1）在电池本环节层面，发电功率的提升也就代表着同等功率下的电池面积减小，于是硅片等制作材料的成本可以节省出来， 2）在组件层面，单位功率的面积也会减小，于是玻璃、胶膜、边框等几乎所有非硅材料的耗用量都也将降低， 3）在光伏系统层面，如土地、支架等与组件面积相关的成本也能有所节省。 相比之下，通过直接减少组件制造任一环节的相关材料投入或提高生产效率的方法，所能带来的降本效果都仅限于该环节，可见电池效率对于光伏系统成本有着全局性的影响，而对下游组件企业的盈利水平和产品竞争力决定性作用。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 9 图 7：电池提效降本的核心逻辑 图 8：光伏组件全制造链成本构成 资料来源：国海证券研究所 资料来源： solarzoom，国海证券研究所 新技术要快速成为主流，一般在已体现出绝对成本优势，并随时间持续拉大时。光伏产业发展至今，新兴技术替代现有主流技术的情况在各个环节皆有发生，但光伏领域本身历史悠久，与半导体相互交叉，因此在实验室中会有众多的技术路线，发展中的技术能否成为产业界新主流的决定因素还是在于成本。 近几年里，各制造环节都较快地形成了其成熟的主流技术，对落后技术有着绝对的成本优势。然而技术更迭的过程实际存在差异，有些技术很快完成替代，而有些分歧甚至经历多年发展才有了最终的产业定论。 表 1：当前光伏制造环节主要技术发展情况 环节 硅料 硅片 电池 组件 相关技术 工业硅提纯 晶体生长 切片 衬底硅片类型 增效技术 电池串接 主栅数量 落后淘汰 传统西门子法 多晶铸锭 /单晶单次直拉（ BCZ） 砂浆线切割 多晶 BSF 全片 5 主栅及以下 当前主流 改良西门子法 单晶多次直拉（ RCZ) 金刚线切割 P 型单晶 PERC 拼片 9 主栅及以上 发展中 硅烷流化床法 单晶连续直拉（ CCZ) 钨丝切割 N 型单晶 TOPCon/HJT/IBC/ PERT 等 叠瓦 SMBB/无主栅 资料来源： CPIA， 国海证券研究所 具体而言，单晶和多晶曾是光伏产业最大的技术路线之争，从上世纪 70 年代开始持续了约半个世纪，虽然多晶自出现以来的转换效率和实验潜力一直低于单晶，但因价格低廉的设备、更大的单位产量、简单的工艺等特点使得综合成本并未体现出劣势， 2017 年前还一度占据了市场的绝对主流。 直到近年，单晶技术生产效率大幅提高，并与快速发展的金刚线切割及 PERC 电池技术良好匹配，才体现出绝对成本优势，同时二者效率与成本差不断拉大。因此在 2017-2020 年左右，单晶快速完成了替代成为主流技术。而金刚线在替代砂浆线时就显得更为迅速，随国产化带来的成本大幅降低，很快成为行业主流。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 10 图 9：单晶与多晶实验室效率记录 图 10：单晶硅片与多晶硅片占比变化 资料来源： CPIA，国海证券研究所 资料来源： CPIA，国海证券研究所 多元化终端市场 +存量成熟产业配套，带来种多技术并行可能。 光伏发电系统的实际安装环境条件可能存在很大差异，对组件的发电特性要求也就会不同，而各类电池技术的适配性也就不一样 。过去终端以集中式电站为主，但当前分布式光伏发展迅速，目前国内甚至已能占到一半以上。 1）分布式系统需要考如虑屋顶面积结构、承重能力、美观度等方面的条件，可能会对组件电池单位面积的发电功率等有更高要求、倾角和背面利用限制也会比较多。 2）即便是集中式场景，土地、草地、沙漠、水面等环境情况也有区别，例如沙漠昼夜温差大、白天温度高，水面则光线反射率高、平均温度低，在这些情况下拥有低温度系数或高双面发电性能的技术就会更为适配。 图 11：国内分布式占比 图 12： 国内双玻组件渗透率 资料来源： CPIA，国海证券研究所 资料来源： CPIA，国海证券研究所 从成本角度考虑，单一环节的技术效果也需要上下游的配套来体现 ， 其他环节的兼容适配能力、成熟度、成本情况、设备调整等都是重要的影响因素。由于总体“平价”的实现，行业近年来开启了一轮大规模扩张，各制造环节产能都大幅增加，而成熟技术的产业规模效应显著，已经体现出良好的经济性。因此，若一种新技术若能良好嫁接存量成熟产业，则有望实现更快的渗透推广，反之则可能需要花费更多投入与时间被市场接受。 19.5%31.0%45.0%67.5%90.7% 94.8%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2016 2017 2018 2019 2020 2021市场份额 -单晶硅片 多晶88.0%63.0%52.7% 60.0%67.8%46.6%32.9%12.0%37.0% 47.3% 40.0% 32.2%53.4%67.1%0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2016 2017 2018 2019 2020 2021 22Q1大型地面电站 分布式光伏系统0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2017 2018 2019 2020 2021份额 -单面组件 双面组件证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 11 表 2： 组件主要制造环节产能情况 产能 2018 2019 2020 2021 2022E 硅料 57.7 62.1 51.9 61.9 143.5 国内 38.8 45.2 42.0 52.0 130.2 进口 18.9 16.9 9.9 9.9 13.3 硅片 150.0 180.0 250.0 400 以上 约 600 单晶 85.0 125.0 205.0 400.0 585.0 多晶 65.0 55.0 45.0 电池 128.0 170.0 220.0 423.0 559.0 组件 130.0 170.0 220.0 445.0 598.0 资料来源：硅业分会，国海证券研究所 1.2、 电池提效率，硅片打基础， P/N 导电型尚各有所取 对于传统晶硅光伏电池，发电的核心结构是 PN 结。 硅作为一种半导体材料，导电能力来自于可自由移动的电子和空穴两种载流子。由于空穴本质上是电子跃迁到导带自由移动后在价带留下的空位，因此二者是成对同时形成的。 1）对于完全纯净的硅材料，两种载流子数量浓度相同，被称为本征半导体，这种状态下并不具备发电能力。 2）当硅材料中掺入少量硼等三价元素原子就会成为 P 型半导体 ，由于杂质原子最外层电子数比硅少一个，多余的空穴就被引入，导电时将发挥主要作用，电子则成为 少数载流子 。 3）若掺杂磷等五价元素则会形成 N 型半导体 。 光伏发电的产生首先需要 P 型和 N 型半导体相互接触形成 PN 结，多数载流子会在热扩散的作用下自然向对面运动，形成内建电场和空间电荷区。光照条件下，硅原子外层电子吸收了光子能量而跃迁，形成更多的电子空穴对，这些非平衡载流子运 动到结区附近就会在内建电场的作用下漂移到另一端，于是 P 端和 N 端的多子就会富集起来，形成电势差，当接入外部电路形成回路后即可对外发电。光照停止后，发电过程也随即停止，所以光伏电池本身不能储电。 图 13： PN 节及内电场的形成示意 图 14：光伏发电原理示意 资料来源：高效晶体硅太阳能电池的理论模拟及其机理研究周理想，国海证券研究所 资料来源：高效晶体硅太阳能电池的理论模拟及其机理研究周理想 光伏电池主要通过在硅片表面高温扩散掺杂元素的方式来形成 PN 结。 在一种导证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 12 电型半导体上制作相反导电型半导体的方式一般有高温热扩散、离子注入和外延生长三种，后两者因为成本较高、工艺较复杂等原因，一般用于电子工业领域。 光伏领域目前都是采用高温扩散的方式，在硅片表层形成一层相反导电型的掺杂薄层，称为 发射极（ emitter）， 其掺杂均匀度、厚度、有效掺杂比例等都会对电池效率有重要影响。 图 15：几种 PN 结制作方法示意（ N 型衬底为例） 图 16：传统 BSF 太阳能电池结构 资料来源： TOPCon 型 N PERT 双面太阳电池工艺技术的研究 资料来源： New Energy P 型硅片产业化已相当成熟，成本控制良好 在光伏产业，无论是过去的 BSF 电池还是当前主流的 PERC 电池，长期以来都是基于 P 型硅片实现大规模量产，因此整个产业链从硅料、硅片到电池端技术都已经非常成熟，成本也可以很好的控制。 （ 1）磷扩散相对更容易，工艺温度更低而良率高。 以 P 型硅片为衬底制作电池的发射极时，业内一般是在前表面进行磷扩散，所需的反应温度不用太高、时间较短，硅片也相对不容易发生曲翘、碎片、氧沉淀的问题，有利于电池良率的提高。 图 17：磷扩散工艺要求相对更低 资料来源： N 型高效晶体硅太阳电池关键技术研究，国海证券研究所 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 13 相比之下， N 型硅片需要对表面进行硼扩散，在推结时所需的温度更高，至少900以上，且时间更长，还可能形成难以刻蚀的富硼层（ BRL），控制难度大。此外，作为硼源的主要原料为三溴化硼 BBr3 沸点较高，反应温度下仍为液态，易发生掺杂不均匀及一致性差的问题，目前业内开始改用三氯化硼 BCl3 ，但还是会存在电池发灰影响效率、设备腐蚀等问题，成为部分厂商的难题。 （ 2）通过衬底掺杂元素的改变解决硼氧光衰（ LID）问题。 光致衰减此前一直是P 型晶硅电池的一项重要问题，由于衬底硅片采用硼元素进行掺杂，会在内部与氧结合成 B-O 复合体，这会导致电池功率出现明显衰减。镓作为硼的同族元素，也可以作为 P 型硅片的掺杂剂，其原子半径较大而不会出现复合对的问题，但由于在硅中的分凝系数太小，此前电阻率较难控制。随着技术发展，掺稼拉晶技术近年已被隆基等龙头企业突破，较好解决了相关光衰问题。 N 型硅片拥有更高的电池提效潜力，目前尚受制于高成本 （ 1） N 型硅片相比 P 型硅片的最核心优势在于更高的少数载流子寿命，有利于制作更高效率的电池 。硅片中特定的自由电子一般不会一直存在，自然条件下会跃迁回价带，也就是与空穴发生复合。对于已经产生的光生载流子，当外部光 照条件撤出后，还可以继续存在一段时间，这个平均时长就是少数载流子寿命（非平衡载流子寿命），硅片中的缺陷、部分杂质等因素会对其产生较大影响。一般情况下系转换效率越高的电池结构对少子寿命越敏感，由于 N 型硅片的少子为空穴，对金属杂质更不敏感，因此少子寿命更高，此外在同等掺杂条件下 N 型硅片电阻率也更低，皆有利于制造更高效率的晶硅电池。目前产业中 TOPCon、HJT 等新电池技术基本都是基于 N 型硅片进行开发。 表 3： 隆基 P 型与 N 型单晶硅片规格参数 对比 硅片类型 P 型 N 型 掺杂元素 镓（ Ga） 磷（ P） 少子寿命（ s） 50 1000 电阻率（ .cm） 0.4-1.1 1.0-7.0 间隙氧含量（ at/cm3） 8E + 17 8E + 17 替位碳含量（ at/cm3） 5E + 16 5E + 16 位错密度（ cm-2） 500 500 资料来源：隆基股份，国海证券研究所 （ 2） N 型晶硅电池温度系数低、弱光性好、抗衰减性强，可带来额外的发电量增益。 1）在常温条件下，一般晶硅光伏电池的发电效率会随着温度的升高而降低，而 N 型电池的效率降幅比主流 P 型电池要少，即温度系数更低。 2）此外光照的强弱本身也是影响电池发电情况的重要因素，而 N 型电池在弱光下的响应能力也相对更强。 3） N 型电池组件还具备更强的抗 PID 衰减能力，这种效率衰减与使用时间相关，一般在首年较大，后续年份也会持续存在。 表 4： N 型晶硅电池组件与 P 型在温度系数 、弱光响应和功率衰减方面的比较 项目 温度系数 （ %/） 弱光响应 质保首年功率衰减（ %） 质保年功率衰减（ %） 第 30 年功率质保（ %） 主流 P 型电池组件 -0.34-0.35 略差 2 0.530.55 84.8（ 25 年） N 型电池组件 -0.22-0.32 好 1 0.250.50 8590.75 晶科 TOPCon -0.30 1.0 0.40 87.40 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 14 天合 TOPCon 较 P 型小 1.0 0.40 87.40 中来 TOPCon -0.31 1.0 0.40 87.40 一道 TOPCon -0.32 1.0 0.40 87.40 华晟 HJT -0.26 1.0 0.38 88.00 爱康 HJT -0.24 2.0 0.25 90.75 金刚玻璃 HJT -0.26 1.5 0.50 85.00 资料来源：正泰新能源、各公司产品信息，国海证券研究所 （ 3） N 型硅片 成本尚高，但更大的减薄潜力结合电池端的高效率，有助于硅成本下降。 N 型硅片目前生产成本高于 P 型硅片，主要系 1）对参数品质要求严格，需使用高品质的致密料生产，硅料纯度要求达到电子二级， 2）硅棒头尾电阻率变化大，可利用率较低， 3）对热场、石英坩埚等耗材要求会更多， 4）总体产量还不大，规模效应不充分等。从中环股份此前公开报价来看，目前同样厚度和尺寸的 N 型硅片价格会比 P 型硅片高 6-8%左右。 表 5： 中环股份硅片 P/N 型硅片报价对比（元 /片） 硅片尺寸 N 型报价 P 型报价 价差 溢价率 210（ 150m） 10.02 9.45 0.57 6.0% 182（ 150m） 7.77 7.19 0.58 8.1% 166（ 150m） 6.45 5.97 0.48 8.0% 资料来源：中环股份，国海证券研究所 注：该报价 2022 年 6 月 25 日开始执行 另一方面，硅片减薄是一种降低硅成本的手段，但硅片厚度与转换效率之间存在一定的负相关关系。根据部分实验数据，硅片厚度小于一定值后对转换效率的影响会越来越显著，主要系： 1）长波光透射损失增加， 2）少数载流子的扩散长度（少数载流子在复合前所经过的平均扩散距离，与少子寿命正相关）大于硅片厚度后，在硅片背面发生复合的速率增大， 3）薄硅片切割工艺要求更高，出现缺陷的几率更大，增加载流子复合几率。但总体来看， N 型晶硅电池因为更好的技术处理可以采用更薄的硅片，未来持续减薄的潜力更大。 图 18：硅片厚度与转换效率关系 图 19：硅片厚度情况 资料来源： TOPCon 型 N PERT 双面太阳电池工艺技术的研究 ，国海证券研究所 资料来源： CPIA，国海证券研究所 我们综合考虑电池端效率、硅片厚度和硅料价格三种因素，测算了硅片的硅成本的变化情况。此处核心假设为： 1）硅片初始为厚度 160m， 2）电池端初始转换效率为 23.5%， 3）硅料初始含税价格为 250 元 /kg。测算后硅片减薄和效率提-0.14%-0.12%-0.10%-0.08%-0.06%-0.04%-0.02%0.00%100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400硅片厚度（ m）电池转换效率变化（ %）801001201401601802002019 2020 2021 2022E 2023E 2025EP型单晶电池硅片厚度（ m ）TOPCon硅片HJT硅片证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 15 高带来的硅片单瓦硅成本降低情况如下表所示。需要注意的是，随硅料价格的下降，减薄和提效带来的降本效果都将减弱。 表 6：电池效率、硅片厚度及硅料价格变化下硅片硅成本变化情况 电池效率增幅（绝对数） 0%（ 23.5%） 0.5%（ 24.0%） 1%（ 24.5%） 1.5%（ 25.0%） 厚度减薄幅度（ m） 0 10 20 0 10 20 0 10 20 0 10 20 硅料价格降幅（绝对数） 硅片的硅成本降幅（分 /瓦） 0（ 250 元 /kg） 0 2.10 4.19 0.92 2.97 5.02 1.80 3.81 5.82 2.64 4.61 6.59 10（ 240 元 /kg） 1.76 3.78 5.79 2.64 4.61 6.59 3.49 5.42 7.3