设备推动电池片技术迭代，有望带来换机浪潮.pdf

1 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 设备推动电池片技术迭代，有望带来换机浪潮 电池片十年走过5 代技术，设备升级推动产业化：光伏电池始于1953年，在经历了一百多年逐渐走向产业化发电，尤其近十年全球光伏装机迅速扩大，装机量由 2010 年 16.83gw 提升至 110gw 左右。光伏电池片发展本质是技术驱动降本提效，早期铝背场技术市场一枝独秀，后来转化效率更高的 PERC 电池迅速崛起，到目前 PERC+、TOPCon、HIT 等各种高效电池技术百家争鸣。新型电池片技术的产业化往往需要关键设备工艺的突破和国产化来推动，展望未来光伏电池技术更迭，率先实现设备突破和国产化的设备厂商有望充分受益。 HIT 电池优势显著，或为下一代技术风口：在目前各高效电池技术中，HIT 技术优势最为显著，有望成为下一代主流技术。HIT 技术优势主要体现在以下几点：1）光电转换效率高，目前HIT 量产效率可达24%，高出PERC1.5-2 个pct，叠加钙钛矿技术可达28%以上；2）光致衰减低，PERC电池一般10年衰减10%，25年衰减20%；而 HIT10 年衰减小于3%，25 年衰减仅8%；3）双面率高，HIT 为双面对称结构，其双面率目前已达 85%，可获得 10%以上年发电量增益，而 PERC 双面率仅为82%。4）温度系数低。HIT 电池的温度系数为-0.258%，PERC 电池的温度系数为-0.46%，HIT 电池温度系数低可减少热损失，电池效率更高。 群雄逐鹿HIT，设备空间潜力巨大：由于早期设备投资高、工艺要求严格，大部分厂商对HIT 电池技术布局主要为MW 级别试验线，截至2019 年底，全球 HIT 产能在 3-4GW 左右。我们测算，若 HIT 设备投资降低至 5 亿元/GW，光点转化效率达到 24%，其经济性就将显现。目前 HIT 规划产能已超过 40GW，并随着设备国产化落地有望加速建设。如按设备投资5 亿元/GW 测算，未来三年HIT 设备市场规模约为201亿元，其中2020-2022 年分别为28、60、113 亿元，市场空间广阔。 HIT 工艺核心在于镀膜，国产设备持续突破： HIT 工艺相较于传统电池技术大大简化，只有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO 薄膜沉积、金属化四个步骤，设备价值占比分别为 10%、50%、25%、15%。其中两道镀膜设备价值占比合计高达 75%，此前主要依赖于进口设备，而随着捷佳伟创、迈为股份等国产厂商在关键环节布局，有望将每 GW整线设备投资由8 亿元降至5 亿元。 由于 HIT 设备技术门槛较高、产线一致性要求严格，未来电池片设备企业竞争格局将趋于集中，且整线设备供应商将拥有较强的议价能力。其中国产电池片设备龙头厂商捷佳伟创、迈为股份积极布局整线供应，目前关键的镀膜设备正在客户研发测试过程中，随着产品落地将有望率先完成HIT 设备整线布局，充分受益于HIT 电池技术迭代浪潮。 风险提示：光伏发电渗透率不及预期、HIT 设备国产化不及预期。 Table_Tit le 2020 年02月12日 其他专用设备 Table_BaseI nfo 行业深度分析 证券研究报告 投资评级 领先大市-A 维持评级 Table_Fir st St ock 首选股票 目标价 评级 300724 捷佳伟创 - 买入-A 300751 迈为股份 - 买入-A Table_Char t 行业表现 资料来源：Wind资讯 % 1M 3M 12M 相对收益 -3.88 -2.72 -24.17 绝对收益 -8.94 -1.47 -5.49 李哲 分析师 SAC执业证书编号：S1450518040001 lizhe3essence 崔逸凡 分析师 SAC执业证书编号：S1450519090004 cuiyf1essence 021-35082396 相关报告 氢能装备：政策明晰酝酿产业链级机会，零部件设备率先受益 2019-03-25 0%5%10%15%20%25%30%2019-02 2019-06 2019-10其他专用设备 沪深300 行业深度分析/其他专用设备 2 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 内容目录 1. 关键设备突破，推动波澜壮阔的电池片技术升级史. 4 1.1. 光伏电池片 10 年走过5 代技术 . 4 1.2. 多款技术竞逐下一代技术主流 . 5 1.3. 关键工艺设备突破，推动新技术产业化 . 6 2. HIT有望成为下一代主流技术 . 7 2.1. HIT 电池优势显著，或为下一代技术主流 . 7 2.2. 群雄逐鹿 HIT 产业化，2020 年或为产业元年 . 8 2.3. HIT 产业化关键：设备降本+效率提升 . 9 3. HIT设备国产化前夜，市场空间潜力巨大 . 10 3.1. 传统技术工艺繁杂，设备改造优化效率 . 10 3.1.1. 铝背场（Al-BSF）技术 .11 3.1.2. PERC 技术 . 13 3.1.3. PERC+技术：SE 电池、双面 PERC. 15 3.1.4. N型电池技术：N-PERT、TOPCON . 17 3.2. HIT 工艺去繁为简，镀膜设备为核心环节 . 19 3.3. 设备市场空间潜力巨大，龙头公司将率先受益. 22 4. 推荐标的. 23 4.1. 捷佳伟创：电池片产品线覆盖完整，技术路线多条布局. 23 4.2. 迈为股份：丝网印刷设备龙头，HIT 核心技术不断突破 . 23 5. 风险提示. 24 图表目录 图 1：光伏电池片技术迭代路径 . 4 图 2：PERC 电池 PECVD 设备 . 6 图 3：PERC 电池激光开槽设备 . 6 图 2：市场主流三种电池平均效率对比. 7 图 3：2017年 HIT 成本构成（单位：元） . 9 图 4：2018年 HIT 成本构成（单位：元） . 9 图 7：光伏电池工艺步骤及设备对比 .11 图 5：铝背场电池工艺设备 . 12 图 6： 铝背场电池工艺原理 . 12 图 7：单面 PERC 电池结构 . 13 图 8：PERC 电池工艺设备 . 14 图 9：PERC 电池电池工艺原理 . 14 图 10：SE 激光掺杂原理 . 16 图 11：SE 激光掺杂工艺示意图 . 16 图 12：单/双面电池结构对比 . 16 图 13：爱旭 PERC 双面电池设计 . 16 图 14：N-PERT 双面太阳能电池结构示意图. 17 图 15：N-PERT 和 P-PERC 工艺对比 . 17 图 16：topcon 电池结构 . 18 图 17：topcon 电池较 N-PERT 新增工艺路线 . 18 图 18：LPCVD 设备系统框图 . 18 行业深度分析/其他专用设备 3 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 图 19：LPCVD 设备产品 . 18 图 20：HIT 电池结构示意图（左）和主要生产流程（右） . 19 表 1：电池片各个技术路线市占率变化趋势. 4 表 2：2018-2025 年各种电池平均转换效率(%)变化趋势 . 5 表 3：光伏高效池各技术路线对比. 6 表 4：全球 HIT 电池产能 . 8 表 5： PERC 与 HIT 电池成本对比（元/w） . 10 表 6：光伏电池技术对比.11 表 7：BSF 电池片各生产环节设备及竞争厂商 . 13 表 8：基于氧化铝的两种背钝化技术路径 . 14 表 9：ALD 和 PECVD 技术路线投资对比测算. 14 表 10：PERC 电池片各生产环节设备及竞争厂商 . 15 表 11：国内TOPCon 电池产能. 19 表 12：PECVD 和 HWCVD 相关性质对比 . 20 表 13：PECVD 两种技术路径对比. 20 表 14：PVD、RPD 工艺量产成本对比. 21 表 15：HIT 电池各环节生产设备及竞争厂商 . 21 表 16：HIT 设备市场空间测算 . 22 行业深度分析/其他专用设备 4 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1. 关键设备突破，推动波澜壮阔的电池片技术升级史 1.1. 光伏电池片10年走过5代技术 光伏发电原理即将入射的太阳光直接转换为电能，它的历史始于 1839 年光生伏特效应的发现，到 1953 年美国制造出晶体硅太阳能电池，太阳能电池经历了一百多年逐渐走向工业领域开始应用于能源供应。近十年来全球光伏产业迅速扩大，由 2010 年全球装机量 16.83GW到 2019 年已经增长至 110GW 左右。 光伏产业链快速发展的本质是技术驱动降本提效，这一点在电池片领域体现的尤为明显。早期 Al-BSF 技术在光伏电池市场一直独秀，转化效率约为20%左右。到目前光伏各种高效电池技术百家争鸣，转化效率已突破 24%，当前路线主要有：P型单多晶 PERC 电池技术, N型单晶 PERT/TOPCon 电池技术，N型单晶 HIT 电池技术以及 N型单晶 IBC 电池技术。 图 1：光伏电池片技术迭代路径 资料来源：摩尔光伏，安信证券研究中心 2015 年以前， Al-BSF 铝背场电池在国内电池片的渗透率在 90%以上，而随着硅片环节单晶优势凸显开始逐步替代多晶后，PERC 电池产能开始迅速崛起，从 2016 年市场渗透率不足 10%，到 2019 年能或超过 50%，成为目前市场主流电池技术路线。市场预期2020 年之后 BSF 电池会继续减少，但随着 N型电池片技术发展，TOPCON、HIT 等更为高效的电池将填补这些份额并进一步扩大。 表 1：电池片各个技术路线市占率变化趋势 分类 2016 2017 2018 2019E 2020E 2023E 2025E BSF电池 89.3% 83.3% 60.0% 39.4% 30.0% 10.6% 5.0% PERC 电池 9.0% 15.0% 33.5% 50.6% 55.7% 60.9% 61.0% N-PERT 电池 0.0% 1.5% 5.0% 8.0% 10.0% 17.0% 18.0% 异质结HIT电池 0.1% 0.2% 0.7% 1.0% 3.0% 7.5% 10.0% TOPCON电池 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.5% 3.0% 5.0% 其他技术电池 1.6% 0.0% 0.7% 0.8% 0.8% 1.0% 1.0% 资料来源：中国光伏产业发展路线图，安信证券研究中心 行业深度分析/其他专用设备 5 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 1.2. 多款技术竞逐下一代技术主流 光伏电池片技术迭代是产业对于转化效率与成本投资的平衡。由于 PERC 相对于 BSF 转化效率有明显优势和上升空间，同时设备改造成本相对不高，基于原产线5000 万元/GW 的改造即可实现转化效率 2 个点以上提升，因此自 2018 年以来迅速占领市场主要份额。 展望未来，由于 P型电池效率迫近瓶颈、提效进度放缓，而 N型电池效率提升潜力大、投资成本不断降低，我们认为本轮光伏技术变革将由 P型电池转向 N型电池，同时也将带来电池片设备的变革和投资机会。 表 2：2018-2025年各种电池平均转换效率(%)变化趋势 分类 2018 2019E 2020E 2021E 2023E 2025E 多晶 BSF p型多晶黑硅电池 19.2 19.4 19.7 19.9 20.2 20.5 PERC p型多晶黑硅电池 20.3 20.5 20.8 21.1 21.3 21.6 PERC p型准单晶电池 21.6 21.8 22.2 22.4 22.6 22.8 p型单晶 PERC P型单晶电池 21.8 22.1 22.4 22.6 22.8 23.0 n型单晶 N-PERT+TopCon 单晶电池（正面效率） 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 硅基异质结 N型单晶电池 22.5 23.0 23.5 24.0 24.5 25.0 背接触 N型单晶电池 23.4 23.6 23.8 24.3 24.6 25.0 资料来源：中国光伏产业发展路线图，安信证券研究中心 当前市场主流的高效电池包括：基于PERC继续优化的PERC+技术，以及N型电池的PERT、TOPCON（隧穿氧化钝化接触）、HIT（异质结）、IBC（全背电极接触）四种技术路径，这些技术路线各有优劣，目前正激烈争夺技术高地： 1）PERC+：当前 PERC 技术成熟、性价比高，同时设备国产化完全，成为近两年高效电池主要扩产的技术。当前 PERC 技术可叠加 SE 等技术继续优化升级，最高效率高达 24%，预计 2020 年依然是光伏电池主流技术。但目前 PERC 逐渐逼近效率上限，未来提升空间小。 2）N-PERT：N-PERT 作为 N 型电池片技术可实现量产，技术难度小，设备投资较少。但是 N-PERT 与双面 P-PERC 相比没有性价比优势，同时较其他 N型电池转化效率低，目前经济性相对较差，布局厂家较少。 3）TOPCON：TOPCON 电池是在 N 型电池工艺的基础上研发出的隧穿氧化层钝化接触技术，该技术可大幅度的提升 N型电池的 VOC 和转换效率。虽然 TOPCON电池转化效率上限较高，但由于其背面收光较差，量产难度很高，目前有布局的企业包括：天合、LG、REC、中来等。 4）HIT：HIT 技术则是通过增加一层非晶硅异质结来提高 VOC 开路电压，从而提高电池片的转换效率。HIT 效率可达 23%-24%，工序少、可实现量产。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，目前已经有松下、晋能、通威等公司布局。 5）IBC：IBC 电池在当前各电池技术中效率最高，可以达到 24%以上，单由于 IBC 技术难度极高，设备投资高，成本高，国内尚未实现量产，目前布局的企业主要为 sunpower。 行业深度分析/其他专用设备 6 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 表 3：光伏高效池各技术路线对比 P-PERC N-PERT N-TOPCON HIT IBC 电池效率 21.8-22% 21.5-21.7% 22.5-23.2% 22.5-24% 24-25% 2019 年底产能 110 0.9 3.8 4 1.6 主要企业 主流厂商 中来、林洋 中来、天合、晶澳 晋能、通威、爱康 SUNPOWER 优势 性价比高 可从现有产线升级 可从现有产线升级 工序少 效率高 量产 非常成熟 可量产 可量产但难度高 可量产但难度高 量产难度大 技术难度 容易 较容易 难度高 难度高 难度极高 供需 少 较少 多 最少 非常多 投资设备 少 较少设备投资 设备仍较贵 设备贵 非常高 与现有产线兼容性 已有许多场 可用现有设备升级 可用新产线升级 完全不兼容 不兼容 目前问题 产能扩充非常快，后期路线不明确 与双面P-PERC相比没有性价比优势 量产难度高，效率空间高于PERC但可能低于 HIT 与现有设备不兼容，设备投资成本高 难度高，成本也远超前面技术 资料来源：光伏盒子，安信证券研究中心 1.3. 关键工艺设备突破，推动新技术产业化 关键工艺设备的突破和国产化落地是推动新技术产业化不可或缺的因素。PERC 电池最早起源于上世纪八十年代，1989 年由澳洲新南威尔士大学的 MartinGreen 研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构，当时达到22.8%的实验室电池效率，1999 年其实验室研究的 PERL 电池创造了转换效率 25%的世界纪录。 但由于实验室技术难以支撑稳定量产、当时设备技术成本较高、叠加多晶硅片效果一般等因素影响，PERC 技术产业化发展一直没有得以推广。直到 20 年后的 2010 年，BSF 电池效率接近 20%上限瓶颈，PERC 被重新提到批量研发和生产议程上。在2015 年金刚线切割提升单晶硅片渗透率背景下，PERC 设备工艺突破后产业化获得显著进展，市场份额从 2016年 10%提升至 2019 年 50%。 图 2：PERC电池PECVD设备 图 3：PERC电池激光开槽设备 资料来源：捷佳伟创招股书 资料来源：帝尔激光招股书 镀膜和激光量产设备使 PERC产业化为可能。早期 PERC 采用 SiO2为钝化材料，但由于其制备工艺需要高温过程，沉积时间较长，成本较高。而随着 Al2O3介质膜产业化制备技术不断成熟，PECVD、ALD 等镀膜设备出现后，厂家开始导入并快速扩张产能。另一关键工艺则是背面局部接触的实现，随着激光开槽设备的引入，PERC 技术开始逐步走向产业化。 同时回顾光伏发展历史，新技术问世后，往往是头部企业引入进口设备把工艺做成熟，然后国产设备厂商跟进降本。据产业信息网数据，PERC 产线采用全进口设备成本较高，大约在行业深度分析/其他专用设备 7 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 5 亿元/GW，而在实现国产化后，2018 年可降低至 2.5 亿元/GW，大大缩短了电池片企业投资回报周期，从而推动产业化进程。因此站在当前时间节点展望未来光伏电池技术更迭，率先实现设备突破和国产化的设备厂商有望充分受益。 2. HIT 有望成为下一代主流技术 2.1. HIT 电池优势显著，或为下一代技术主流 相较于当下市场主流 PERC 技术电池，HIT 电池在转化效率、使用寿命、电池参数等都远高其水平。目前市场上的PERC光电转化效率为22%左右，实验室光电转化率最高值约为24%，PERC 电池越来越逼近其效率上限。而 HIT 电池的实验室光电转换率最高值高达 26.63%，在光伏发电降本增效的背景下，HIT 电池取代 PERC 是光伏产业的发展趋势，也是国家为了实现平价上网目标的扶持的重点方向。 图 4：市场主流三种电池平均效率对比 资料来源：中国光伏行业协会，安信证券研究中心 作为一种行业前景广阔的电池片技术，HIT 主要有以下几点优势： 1） 光电转换效率高。目前 HIT 产线的量产转换效率可达 24%，最高纪录是由日本 Kaneka 公司创造的 26.63%，其效率潜力比当前使用 P型 PERC 电池效率高出 1.52 个 pct，若将其叠加钙钛矿技术，最高效率可达28%以上。 2） 光致衰减低。光衰是指光通量在对感光鼓表面充电时，随着电荷在感光鼓表面的积累，电位会达到饱和，带来发电量的下降。PERC 电池由于硼为主要元素，会导致电池光衰，一般 10 年衰减 10%，25 年衰减 20%。而 HIT 电池磷为主要元素，极大放缓光衰速度，一般 10 年衰减小于 3%，25 年后发电量仅下降 8%。 3） 双面率高。HIT 为双面对称结构，使得正反面受到光照后都能发电，平均发电量相比于单面电池组件高出 10%以上，其双面率（电池背面效率与正面效率的比值）目前已达 85%，未来有望增长到 92%以上，可获得 10%以上的年发电量增益，而 PERC 的双面率仅为82%。 4） 温度系数低。HIT 电池温度系数低，较为稳定，能减少阳光带来的热损失。一般来说实验室电池工作时的温度在 25 摄氏度，实际使用时的工作温度会略高于实验室温度。HIT电池的温度系数为-0.258%，PERC 电池的温度系数为-0.46%，HIT 电池温度系数远小21.0%21.5%22.0%22.5%23.0%23.5%24.0%24.5%25.0%25.5%2019 2020E 2021E 2022E 2023E 2024E 2025EN型HIT N型Topcon P型PERC 行业深度分析/其他专用设备 8 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 于 PERC 温度系数，意味着电池效率更高。 2.2. 群雄逐鹿HIT 产业化，2020年或为产业元年 HIT 较传统电池有诸多优势，但早期由于设备初期投资高以及对制程工艺要求严格，大部分厂商对异质结电池技术仍在观望阶段，投建多为 MW 级别试验线。随着近年来光伏发电降本增效需求提升以及技术的不断成熟，各市场主体加快 HIT 电池的投资布局。截至 2019年底，HIT全球实际产能在 3-4GW左右。 国外：2018 年以来，全球已有 20 多家企业对 HIT 电池进行了实质性的布局。其中，日本三洋凭借现有产能 1GW以及 23%的量产效率成为 HIT 市场的领头羊，国外具备成熟 HIT 技术的 REC、Keneka、Solarcity 等厂家。 国内：国内近年来也在加快布局 HIT 产量储备，目前已有 10 多家企业参与到异质结电池研发、生产中，规划总产能已超过 30GW。其中布局较早的晋能、中智、钧石、汉能等的异质结产线也均已进入小批量量产阶段，目前产线多在建设中。 表 4：全球HIT电池产能 国家 企业 现有产能（MW） 规划产能（MW） 量产效率（%） 中国 中智泰兴 160 2000 22.8 晋能 100 2000 23.27 钧石 600 5000 22.43 东方日升 0 2500 23 通威 200 2000 23 中环 30 30 21.5 汉能 120 2000 22.5 新日光 NSP 50 50 爱康 200 5000 彩虹 0 2000 清华紫光 60 60 上澎 30 30 22.3 晋锐 0 5000 25 国电投 0 100 山煤 0 10000 日本 Panasonic 1000 1000 23 Kaneka 20 20 21.5 长州产业 80 80 22.8 美国 Solarcity 400 1000 22.5 Sunpreme 0 400 23.5 法国 INES 30 30 23 俄罗斯 Havel 160 160 匈牙利 ECO 80 80 意大利 3 SUN 300 200 新加坡 REC 600 600 资料来源：摩尔光伏，安信证券研究中心 众多布局 HIT量产，2020年或为产业化元年。2019 年 10 月 10 日，REC 宣布其位于新加坡的 600MW 异质结电池产线开始量产，并将推升 REC 总组件产能至 1.8GW。该项目投资1.5 亿美元，采用了瑞士设备商梅耶博格(MB)的设备和技术方案，并使用了梅耶博格先进的智能网栅连接技术(SWCT)。REC 此次新加坡投产产线是全球第一个 0.5GW 以上的量产行业深度分析/其他专用设备 9 本报告版权属于安信证券股份有限公司。 各项声明请参见报告尾页。 HIT 项目，具有很大的标杆意义，将推动全球 HIT 产业实现大规模化生产。此外，我国山煤国际也在 2019 年 7 月公告，规划建设 10GW异质结电池生产线项目。 2020年2 月 11 日，通威公告计划于成都金堂投资 200 亿元扩产 30gw电池片产能，分4 期各 7.5gw建设。其中1 期将于 2020 年3 月启动，2021 年内投产，后续项目3-5 年内逐步投产。其中通威金堂 1、2 期主要基于 PERC 产能优化改造，建设 PERC+、TOPCON产能，3、4 期或将投建 HIT 产能。本次通威大规模扩产体现对 N型电池片的乐观预期，3、4 期的15gw的 HIT 产能规模也相当可观展望长期我们认为 hit 有望凭高效率成为下一代技术主流。 随着 HIT 电池关键设备、耗材国产化推进，投资成本不断降低，企业加大 HIT 电池投资布局，据产业信息网数据，一批标杆企业与项目可能在 2020 年展开投运，预计将有 2020 年将有4-5GW以上的 HIT新增产能投放，超前几年累计产能，2020 年有望成为 HIT产业化元年。 2.3. HIT 产业化关键：设备降本+效率提升 目前 HIT 成本相较于其他电池仍然偏高，截止 2018 年底，HIT 电池成本约为 1.22 元/W。从每成本构成来看，硅片 0.575 元，占比 47.13%；浆料 0.297 元，占比24.34%；折旧 0.150元，占比 12.30%；靶材 0.053 元，占比 4.34%；其他还包括其他材料、动力、人工等。 目前 HIT 量产难题主要体现在工艺技术、生产设备、材料高投入三个方面： 1）从技术端来看：HIT 电池精度高、容错率低，还对生产工艺中制绒后硅片表面洁净度、各工序 Q-time、生产连续性、焊带拉力的稳定性等方面的控制提出了