透过现象看本质，从原理端看光伏电池技术发展-兴业证券.pdf

请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 行 业 研 究 行 业 深 度 研 究 报 告 证券研究报告 ＃ industryId＃ 光伏设备 ＃ investSuggestion＃ 推荐 ＃ investS uggesti onChan ge＃ 维持 ） 重点公司 重点公司 评级 隆基绿能 买入 晶澳科技 买入 晶科能源 审慎增持 天合光能 审慎增持 来源兴业证券经济与金融研究院 ＃ relatedReport＃ 相关报告 ＃ emailAuthor＃ 分析师 王帅 wangshuai21xyzq.com.cn S0190521110001 ＃ assAuthor＃ 研究助理 余静文 yujingwen xyzq.com.cn 投资要点 ＃ summary＃ ⚫ “提效降本 ”贯穿光伏历史发展，未来进步仍有空间。 低成本是光伏成为 全球主流能源的必要条件，技术变革是光伏成本下降的最大驱动力。随 着 PERC电池量产效率的不断提升，其当前效率已经达到 23.5，接近理 论效率极限 24.5，行业亟需发展新一代电池技术，当前新型电池技术 百花齐放， TOPcon， HJT， P-IBC成为下一代新技术的有力竞争者。 ⚫ 内外部因素共同决定新技术的量产可行性。 影响新技术路线发展方向的 因素众多，最终取决于内外部因素叠加。内部因素主要指的是新技术本 身的性能参数及工艺难度，包括效率，良率，成本，产线兼容性，工艺 步骤，工艺窗口等；外部因素主要指上下游匹配的成熟度，包括设备， 辅材，硅片端的匹配与支持，下游应用场景和客户端对新技术的接受度 等，这些因素将共同 决定 最终的技术路线方向。 ⚫ 短期看 TOPcon与 P-IBC共同发展，长期 HJT技术有望形成统一路线。 当前 TOPcon,P-IBC 技术已具备扩产性价比， HJT 电池高成本问题还有待 解决。结合不同技术路 线的 内外部因素，我们认为短期 看 TOPcon 与 P- IBC 电池将通过差异化市场需求并行发展，长期将由 HJT 技术形成统一 路线，扩产节点取决于其提效降本技术落地情况。 ⚫ 新型电池产业化趋势逐渐清晰，行业格局初现雏形。 技术迭代周期行业 格局易发生改变，当前头部企业在技术路线选择和扩产时间及规模的把 握上更加谨慎，先进入者有望享受超额收益。 TOPcon 作为大众化技术路 线，当前已经经历了实验室研发和中试阶段的验证，当前正在进入规模 化量产阶段。 P-IBC方面以隆基为领先企业，结合 P型 TOPcon和 IBC工 艺，以及隆基在高体少子寿命硅片和组件端上下游优势，也 已经具备较 强的性价比优势，新技术规模化量产时代正在到来。 ⚫ 投资建议 （ 1）推荐先行布局新技术的光伏制造 企 业晶科能源，隆基绿 能，晶澳科技，天合光能；建议关注爱旭股份，通威股份，钧达股份。 （ 2）技术迭代设备先行，设备厂家有望先行享受新增市场带来的利润增 量，建议关注相关设备厂家帝尔激光（机械覆盖），迈为股份 机械覆 盖 ，捷佳伟创（机械覆盖） ,金辰股份 。（ 3）与 N 型技术相匹配的辅材 环节，推荐掌握 TOPcon,HJT新型胶膜技术的福斯特（化工联合覆盖）。 风险提示 技术发展不达预期，扩产计划不达预期 ，装机需求不达预期， 原 材料价格波动及供应风险。 透过现象看本质，从原理端看光伏电池技术发展 ＃ createTime1＃ 2022年 6月 15日 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 2 - 行业深度研究报告 目 录 1、 “提效降本 ”贯穿光伏历史发展，未来进步仍有空间 . - 4 - 2、单晶取代多晶是前车之鉴，下一代新型技术风起云涌 . - 6 - 2.1 从光伏发电原理看新技术电池突破点 - 6 - 2.2 技术发展复盘单晶 PERC取代多晶成为主流技术 . - 8 - 2.3未来技术趋势高效技术百花齐放，新一代电池蓄势待发 . - 12 - 3、短期内 TOPcon及 P-IBC共同发展，长期 HJT技术有望形成统一路线 . - 17 - 3.1 发展历史你追我赶，各项电池技术纷纷实现从实验室到产业化 . - 17 - 3.2 电池结构新型电池结构决定电池效率 - 20 - 3.3工艺步骤生产工艺决定量产难度 . - 23 - 3.4生产成本产品性价比决定扩产节奏 . - 27 - 3.5 扩张趋势短期内 TOPcon与 P-IBC有望快速放量 . - 30 - 4、投资建议 - 32 - 4.1晶科能源 - 33 - 4.2隆基绿能 - 33 - 4.3 晶澳科技 - 34 - 4.4 天合光能 - 34 - 5、风险提示 - 34 - 图目录 图 1、光伏组件功率持续提升 . - 4 - 图 2、新能源发电成本不断降低 . - 5 - 图 3、光伏发电成本未来还有下降空间 . - 5 - 图 4、光伏各环节 技术路线变迁 . - 5 - 图 5、光子能量大于禁带宽度时形成空穴电子对 - 6 - 图 6、空穴电子对在 PN结的作用下形成电流 . - 6 - 图 7、影响光伏效率的因素 . - 7 - 图 8、减反膜有效降低表面 反射率 . - 7 - 图 9、硅片制绒后表面反射率大幅降低 . - 7 - 图 10、电池表面的空穴电子对复合 . - 8 - 图 11、氢钝化减少表面缺陷态 - 8 - 图 12、多晶硅片（左 ）较单晶硅片（右）含有更多的晶界 - 9 - 图 13、单晶硅片占比逐年提升 . - 9 - 图 14、 PERC电池（右）比传统 AL-BSF电池（左）背面增加了钝化膜 . - 10 - 图 15、氧化铝薄膜的钝化作用 . - 10 - 图 16、 PERC电池的发展历程 . - 11 - 图 17、 Meyer Burger板式 PECVD设备 . - 12 - 图 18、捷佳伟创管式 PECVD设备 - 12 - 图 19、光伏电池技术百花齐放 . - 12 - 图 20、光伏电池技术发展历程 . - 13 - 图 21、 N型电池具备 更高的理论转换效率 - 13 - 图 22、体内金属杂质对 P型及 N型少子寿命的影响 . - 14 - 图 23、硼元素是导致光衰现象的原因 . - 14 - 图 24、 N型电池片产能占比趋势（单位 GW） . - 15 - reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 3 - 行业深度研究报告 图 25、 PERC（左）与 IBC电池（右）栅线结构对比 . - 15 - 图 26、 IBC组件（右）比常规组件（左）更美观 - 15 - 图 27、 N型 IBC电池结构截面图 . - 16 - 图 28、 IBC电池背面 PN结（左）和背面栅线结构（右） . - 16 - 图 29、优化栅线图形减少正面光学遮挡 . - 17 - 图 30、 HJT电池发展历史 - 19 - 图 31、 IBC电池发展历史 - 20 - 图 32、电池结构决定电池效率 . - 21 - 图 33、二氧化硅隧穿膜可阻挡少数载流子穿过 - 22 - 图 34、电池绒面的陷光原理 . - 23 - 图 35、薄膜沉积技术分类 . - 24 - 图 36、丝网印刷原理 . - 25 - 图 37、网版图形可以改变栅线形状 . - 25 - 图 38、不同电池技术的生产工艺 . - 26 - 图 39、不同电池 技术的成本构成 . - 28 - 图 40、高功率组件存在溢价（元 /W） . - 29 - 表目录 表 1、 P型电池和 N型电池对比 - 15 - 表 2、 TOPcon电池效率发展历史 . - 18 - 表 3、 HJT电池效率快速提升 - 19 - 表 4、 IBC电池效率不断提升 - 20 - 表 5、不同膜层材料的钝化原理 . - 21 - 表 6、光伏电池制备中 常用的镀膜技术 . - 24 - 表 7、工艺方式决定设备投资 . - 26 - 表 8、不同技术路线成本对比 . - 27 - 表 9、 N型高效组件有明显溢价 元 /W - 29 - 表 10、 TOPcon具有更低的度电成本 . - 30 - 表 11、 2022年将以 TOPcon产能放量为主 - 30 - 表 12、国内 HJT产能情况 . - 31 - 表 13、不同电池技术路线对比 . - 32 - reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 4 - 行业深度研究报告 报告正文 1、 “提效降本 ”贯穿光伏历史发展，未来进步仍有空间 提效降本贯穿历史发展，光伏发电进入全面化市场阶段。 在光伏技术，规 模经济，供应链和项目开发流程不断改善的推动下，从 2010 年到 2020 年，规模 以上太阳能光伏发电成本下降了 85。光伏组件平均功率由 2010年的 250-300W 提升至 2020 年 400-550W，预计到 2030 年有望提升至 800-1200W。大型光伏电 站的中标电价不断降低， 2021 年，沙特地区由于光照资源好，非系统成本低， 其光伏电站中标价格已经低至 1.04美分 /kWh，中国最低中标电价为 2.3美分 /kWh， 已于 2021 年实现全面平价上网，光伏发电已经全面摆脱补贴的限制，进入全面 市场化发展阶段。 图 1、光伏组件功率持续提升 资料来源 ITRPV，兴业证券经济与金融研究院整理 光伏降本仍有空间，低成本是光伏成为全球主流能源的必要条件。 未来光 伏要想发展成为全球主流能源，必须拥有低成本竞争力。对比化石燃料、生物质 能、地热能、水电、太阳能以及风能等一次能源，过去十年，在精准的政策扶持 与产业规模效应的带动下，风电光伏发电成本显著降低，可再生能源逐步成为电 力系统的支柱。目前光伏发电的成本已经与化石燃料成本区间（ 0.05-0.15 美元 /kWh）基本持平，而要想达到 2050 年光伏发电占比超过 35的目标，光伏发电 成本必须全面低于化石燃料发电成本。根据 IRENA 的预测， 2030 年光伏发电成 本最低将达到 0.02 美元 /kWh， 2050 年低至 0.014 美元 /kWh，与当前对比仍存在 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 5 - 行业深度研究报告 较大的降本空间。 图 2、新能源发电成本不断降低 （美元 /kwh） 图 3、 光伏发电成本未来还有下降空间 （美元 /kwh） 资料来源 IRENA，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源 IRENA，兴业证券经济与金融研究院整理 技术变革是光伏成本 下降的最大驱动力，是决定电池光电转换效率的关键 因素。 光伏产业链包含硅料、拉棒、硅片、电池及组件环节，过去十年间光伏效 率提升显著，这与光伏全产业链各环节技术的共同进步是分不开的，其中包括硅 料环节改良西门子法，单晶拉棒环节的 RCZ 法，硅片环节的金刚线切割法，电 池环节的 PERC 电池技术以及组件环节的多主栅技术等，而当前技术进步的脚步 仍未停歇，颗粒硅、 CCZ、新型电池等技术有望进一步推动行业降本增效。 图 4、光伏各环节技术路线变迁 资料来源北极星光伏网，兴业证券经济与金融研究院整理 在光伏产业链众多环节中，电池环节是技术进步的核心。 电池技术路线决 定了光伏产品的效率极限。单晶 PERC 电池是光伏技术发展历史上的重要转折， 为实现光伏发电平价上网做出了重要贡献。随着 PERC 电池量产效率的不断提升， 其当前效率已经达到 23.5，接近理论效率极限 24.5，行业亟需发展新一代电 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 6 - 行业深度研究报告 池技术，当前新型电池技术百花齐放， TOPcon， HJT， P-IBC 成为下一代新技术 的有力竞争者。 2、单晶取代多晶是前车之鉴，下一代新型技术风起云涌 2.1 从光伏发电原理看新技术电池突破点 “光生伏特 ”效应是光伏发电的原理，它的发现使人类利用太阳能发电成为可 能。 1839年法国贝克勒尔做物理实验时，发现了 “光生伏特效应 ”。 1954年，贝尔 实验室研制成功第一个实用价值的硅太阳能电池，纽约时报把这一突破性的成果 称为 “无限阳光为人类文明服务的一个新时代的开始 ”。 “光生伏特 ”效应指的是半导体在受到光照的条件下，光子能量激发价带内的 束缚电子穿过禁带到达导带成为自由电子，并在价带中留下空穴，形成为空穴 - 电子对，从而 改变了材料的载流子浓度。在有外电路接入的情况下，电子和空穴 少数载流子在扩散作用和 PN 结内建电场的共同的作用下按照特定的方向移动， 从而产生电流。 图 5、光子能量大于禁带宽度时形成空穴电子对 图 6、 空穴电子对在 PN 结的作用下形成电流 资料来源 PVeducation，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源 PVeducation，兴业证券经济与金融研究院整理 半导体材料的选择是决定光伏电池效率的主要因素。 半导体电池材料的禁 带宽度决定了其短路电流和开路电压，其中短路电流随着禁带宽度的减小而增加， 开路电压随着禁带宽度的减小而降低，因此适用于光伏发电材料的禁带宽度应当 有一个合适的范围，当电池材料的禁带宽度在 1.1-1.6eV 时，其理论光电转换效 率能够达到 29.43。目前可用做光伏电池的材料主要是元素周期表中 III-V 主族 材料，包括硅材料、砷化镓、铜铟镓硒，碲化镉以及近年来发展比较快的有机化 合物电池等。综合各种 材料的电学性能，安全性，资源丰富性，无毒无害性等各 种因素，硅材料成为目前光伏行业中普遍使用的电池材料。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 7 - 行业深度研究报告 图 7、影响光伏效率的因素 资料来源北极星光伏网，兴业证券经济与金融研究院整理 光学损失和电学损失是影响光伏电池效率的两大重要因素。 尽管硅材料的 理论电池效率能够达到 29.43，但是目前在实验室中硅电池的最高转化效率为 26.3，主要是受光学损失和电学损失的影响。 图 8、减反膜有效降低表面反射率 图 9、硅片制绒后表面反射率大幅降低 数据来源 PVeducation，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源国家知识产权局，兴业证券经济与金融研究院整 理 光学损失产生的主要原因是材料表面的反射损失。 包括组件玻璃的反射， 电池前表面和背表面的反射，电池栅线的遮挡等等。目前减少光学损失的主要方 法包括（ 1）使用超白高透的压延光伏玻璃 。 （ 2）通过减反膜降低反射率，例 如玻璃减反膜，电池表面的氮化硅减反膜。（ 3）利用化学药品对硅片表面进行 腐蚀，形成绒面，增加陷光作用。（ 4）增加电池栅线高宽比，减少栅线遮挡损 失，例如使用多主栅以及 IBC电池技术。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 8 - 行业深度研究报告 电学损失产生的主要原因是半导体材料体内及表面的复合。 光子激发的空 穴电子对只有在 PN 附近才会对光电转换作出贡献，在距离 PN 结太远处 产生的 载流子，很有可能在移动到器件的电极之前就发生复合。半导体中复合率越低， 开路电压 Voc 越高，光电转换效率就越高。 随着硅片质量的不断提高，低成本薄 片化的进程使得晶硅电池表面复合损失成为制约电池效率上限提升的关键因素。 产生复合的主要原因首先跟材料本身的内部缺陷以及杂质等相关，例如单晶硅少 子寿命要优于多晶硅， N 型要优于 P 型；其次是由于高浓度的扩散在电池前表面 引入大量的复合中心，通过改变光伏电池的结构，退火氢钝化以及引入钝化膜， 隧穿膜等方式，可以有效延长半导体内光生载流子寿命，减少复合，从而提高光 电转化效率，因 此使用 N 型硅片，改变电池结构（ TOPcon, HJT）是降低电学损 失的有效方式。 图 10、电池表面的空穴电子对复合 图 11、氢钝化减少表面缺陷态 资料来源 PVeducation，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源协鑫集成科技，兴业证券经济与金融研究院整理 2.2 技术发展复盘单晶 PERC 取代多晶成为主流技术 单多晶电池技术路线之争，以单晶的全面胜利而告终。 过去一段时期，单 多晶技术路线之争一直是光伏行业 争论的焦点。多晶硅片中硅原子排列的晶向各 不相同，不同的晶面交接处有大量的晶界，晶格缺陷和晶界处的杂质引入了大量 的少数载流子复合中心，因此降低了多晶电池的转化效率。而单晶硅片具有完整 的晶格排列，其位错密度和金属杂质比多晶硅片小得多，因此具有更高的少子寿 命。与多晶硅相比，单晶硅在晶体品质、电学性能、转换效率方面都具备显著的 优势，然而由于其成本居高不下，一直不被下游厂商所接受，多晶技术在过去较 长时期内一直占据主要市场份额。自 2015 年起，单晶凭借连续直拉法，金刚线 切割， PERC 电池等一系列的技术升级实现降本增效， 性价比大幅提高，逐渐缩 小与多晶之间的差距，并最终实现逆转， 2020年单晶硅占比已经达到 85，成为 当前的主流技术。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 9 - 行业深度研究报告 图 12、多晶硅片（左）较单晶硅片（右）含有更多的晶界 资料来源 中国太阳能电池交易网 ，兴业证券经济与金融研究院整理 图 13、单晶硅片占比逐年提升 资料来源 CPIA，兴业证券经济与金融研究院整理 PERC 取代 BSF 电池成为主流。 2016 年之前， BSF 铝背场电池是主流电池 技术，市占率一度超过 90。 2018年之后，单晶 PERC市占率以每年 20左右的 百分比提升，并在 19 年反超 BSF，成为主流电池技术。 2020 年单晶 PERC 市占 率达到 85左右。 PERCPassivated Emitter and Rear Cell，即钝化发射极和背面电池技术，最 早在 20 世纪 80 年代由澳大利亚科学家 Martin Green 提出。 PERC 电池与传统铝 背电场（ BSF）电池的主要区别在于其在电池的背面添加一层氧化铝和氮化硅钝 化膜。由于硅片表面和内部的杂质和缺陷会带来电学损失，因此需要增加钝化膜 来降低表面载流子的复合来减小缺陷带来的影响，从而保障电池效率。 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 单晶占比 多晶占比 单晶占比 YOY（右轴） reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 10 - 行业深度研究报告 图 14、 PERC电池（右）比传统 AL-BSF电池（左）背面增加了钝化膜 资料来源 贺利氏 ，兴业证券经济与金融研究院整理 PERC 氧化铝薄膜具备良好的场效应和化学钝化效果。 钝化效果指的是通过 减少空穴 -电子对的复合，延长少子寿命来减少电学损失，从而提高光电转换效 率。根据钝化机理的不同，又可以分为场效应钝化和化学钝化，其中场效应钝化 指的是在界面处形成电场，以同极相斥效应来阻止少子在界面 处 的复合。化学钝 化指的是通过饱和悬挂键来弱化界面电子态，减少复合中心。氧化铝的固定负电 荷密度高达 1013/cm3，在沉积过程中，负电荷恰好在氧化铝和硅晶表面交界处， 具备良好的场钝化效果。而氧化铝薄膜在制备的过程中同时扮演着高效氢原子储 库的作用，能够在热处理过程中提供充足的氢原子，饱和硅表面悬挂键，起 到良 好的化学钝化效果。两种钝化效应的叠加，使得电池效率显著提升，镀膜后的 PERC 电池效率较 BSF高出 1以上。 图 15、氧化铝薄膜的钝化作用 资料来源 晶硅电池表面钝化技术研究进展 ，兴业证券经济与金融研究院整理 PERC 电池设备国产化加速了 PERC 对 BSF 电池的替代。 沉积氧化铝的方 法主要有等离子体增强化学气相沉积（ PECVD）和原子层沉积（ ALD）两种， 其中前者已经广泛应用于氮化硅的沉积，后者源自半导体工艺。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 11 - 行业深度研究报告 2012-2015 年，早期的设备供应商以海外供应商为主，引领市场的瑞士 Meyer Burger公司率先开发出正反面沉积的三合一板式 PECVD，德国 CT开发出 管式 PECVD 设备， SoLay Tech 则以 ALD 设备为主 ,三种设备都在电池厂家得到 了规模 化 的应用，以晶澳科技为代表的国内电池制造企业开始技改升级，布局 PERC 技术，而彼时国内设备商还处于起步阶段，与国外设备差距较大。 2015-2017 年，在 “领跑者计划 ”的推动下， PERC 电池迎来爆发，国内 PERC 产能从 4.5GW增至 28.9GW，与此同时，国内 PERC 设备逐步成熟，取得阶段性 成果，捷佳伟创管式 PECVD设备、理想 ALD设备出货量逐步增加。 2018-2020年， PERC设备进口替代完成，设备成本大幅降低，目前 PERC全 产线设备投资已经下降至 1-1.5 亿元 /GW，进一步加速了 PERC 对 BSF 的替代。 爱旭股份，通威股份，润阳光伏等凭借 PERC 技术实现弯道超车，迅速崛起成长 为电池龙头企业。 图 16、 PERC电池的发展历程 资料来源 北极星光伏网，光伏测试网，晶体硅太阳电池研究进展，未来智库 ,兴业经济与金融研究院整理 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 12 - 行业深度研究报告 图 17、 Meyer Burger板式 PECVD设备 图 18、捷佳伟创管式 PECVD设备 资料来源 Meyer Burger，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源捷佳伟创，兴业证券经济与金融研究院整理 2.3 未来技术趋势高效技术百花齐放，新一代电池蓄势待发 光伏电池技术百花齐放，新一代电池蓄势待发。光伏电池按照材料类型可分 为晶硅电池和薄膜电池；按照晶体类型可分为多晶硅电池和单晶硅电池；按照掺 杂类型可分为 P型电池和 N型电池；按照电池结构可分为 BSF， PERC， TOPcon， HJT和 IBC电池等。 尽管电池的材料和结构多种多样，但效率提升原理万变不离 其宗，最终都归结到减少电学损失和减少光学损失两种路径之上。 图 19、光伏电池技术百花齐放 资料来源 CSPV，兴业证券经济与金融研究院整理 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 13 - 行业深度研究报告 图 20、光伏电池技术发展历程 资料来源公司公告，兴业证券经济与金融研究院整理 2.3.1 N型电池更高的少子寿命减少电学损失，引领下一代新技术发展 相对于 P 型硅片而言，以 N 型硅片为基底的太阳电池在发电效率的提升方 面有诸多优势，主要体现在降低电学损失方面 1）更高的理论效率极限； 2） 更高的少子寿命和杂质容忍度； 3）无光衰； 4）更低的温度系数。 N 型电池理论效率极限更高 ，晶硅电池按照掺杂类型的不同可分为 P 型电池 和 N型电池。目前单晶 PERC已经在性价比和效率上战胜多晶，成为当前主流电 池技术。然而由于 PERC 电池结构本身的特性，其理论极限效率约 24.5，当前 领先的电池厂家量产化平均效率已达 23.4左右，未来 PERC 电池进一步提效空 间有限。根据德国 ISFH研究， N型单面 TOPcon电池理论效率极限为 27.1，双 面多晶硅钝化 TOPcon 为 28.7，异质结电池理论效率极限为 27.5。因此相较 于 P型电池， N型电池在未来拥有更高的效率提升空间。 图 21、 N型电 池具备更高的理论转换效率 资料来源 ISFH，兴业证券经济与金融研究院整理 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 14 - 行业深度研究报告 N 型硅片具有更高的少子寿命和杂质容忍度。 N 型硅片和 P 型硅片的区别在 于硅材料中所掺杂的元素不同， P 型硅片中主要 掺杂 硼或镓，少子为电子，而 N 型硅片中掺杂元素为磷，少子为空穴。由于带正电荷的 Fe、 Cu、 Ni 等金属元素 具有很强的捕获少子电子的能力，而对于少子空穴的捕获能力比较弱，所以在相 同金属杂质的情况下， N 型硅片的少子寿命要明显高于 P 型硅片，根据研究表明， N 型硅片无论是对表面金属杂质，还是对体内杂质，都具有良好的抗污特性。相 同电 阻率的 N 型 CZ 硅片的少子寿命比 P 型硅片的高出 12 个数量级，达到毫秒 级。对于 1013（ atoms/cm3）的 Fe体污染， N型少子寿命由 1100下降至 100， 而 P型由 1300下降至 0.8。材料的少子寿命越高，光电转换效率越高，因此 N型 硅片具有更高的转换效率。 图 22、体内金属杂质对 P型及 N型少子寿命的影 响 图 23、硼元素是导致光衰现象的原因 资料来源摩尔光伏，兴业证券经济与金融研究院整理 资料来源 N 型高效单晶技术发展现状，兴业证券经济 与金融研究院整理 N 型电池无光致衰减（ LID）现象。 光致衰减现象指的是光伏电池组件在初 始光照情况下，效率发生大幅衰减的现象。 P 型硅片在光照或者电流的注入下， 掺杂的硼元素会与氧形成硼氧复合体 。该复合体存在没有饱和的化学键，因此会 捕捉光照产生的载流子，从而降低载流子的寿命。硅片中的硼、氧含量越大，产 生的硼氧复合体越多，少子寿命降低的幅度就越大，而掺磷的 N型晶体硅中硼含 量极低，所以几乎没有光致衰减效应的存在。目前产业界缓解 P 型光衰主要思路 是降低硼或氧含量，通过使用高纯坩埚进行单晶生长可以降低氧含量，使用硼镓 共掺杂降低硼含量，前者会增加硅片生产成本，后者会降低电池效率。而使用 N 型硅片则不存在光衰问题。 N 型电池市场份额将有望持续提升。 N 型硅片相较于 P 型硅片具有诸多优势， 过去由于 N型硅片中的磷原子与硅 相溶性较差，分凝系数低，电阻率均一性差， 工艺技术不成熟，成本较高，限制了 N 型硅片的发展。随着 N 型硅片工艺水平 的逐步提高、吸杂工艺的普及化以及 TOPcon 和 HJT 电池逐步实现规模化，未来 N型硅片的市场份额有望持续提升，逐步实现对 P型市占率的超越。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 15 - 行业深度研究报告 表 1、 P型电池和 N型电池对比 P 型电池 N型电池 掺杂物分凝系数 B0.8 P0.35 典型 CZ 单晶少子寿 命 20-30us 100-1000us 功率衰减 大 在基区 B-O对 小 在发射区 发射区制备 扩磷 容易 扩硼 难 成本 较低 同等尺寸厚度下，比 P型高 8左右 资料来源中国新能源网，兴业证券经济与金融研究院整理 图 24、 N型电池片产能占比趋势（单位 GW） 资料来源 Trendforce，兴业证券经济与金融研究院整理 2.3.2 IBC电池表面无栅线减少 光学损失，可与任何电池新技术叠加 IBC Interdigitated Back Contact，指交叉背接触电池是 Schwartz 和 Lammert 于 1975 年提出来的，将电池的发射区电极和基区电极均设计于电池背面且以交 叉的形式排布的一种太阳能电池。 IBC 太阳电池最显著的特点是 PN 结和金属接触都处于太阳电池的背部，前 表面彻底避免了金属栅线电极的遮挡，结合前表面的金字塔绒面结构和减反层组 成的陷光结构，能够最大限度地利用入射光，减少光学损失，具有更高的短路电 流，同时，背部采用优化的金属栅线电极，降低 了串联电阻。 图 25、 PERC（左）与 IBC电池（右）栅线结构对 比 图 26、 IBC组件（右）比常规组件（左）更美观 资料来源索比光伏网，润阳光伏，兴业证券经济与金融研 资料来源 PVEL，兴业证券经济与金融研究院整理 0 5 10 15 20 25 0 20 40 60 80 100 120 140 160 2020 2021E 2022E 2023E 2024E 2025E N型产能 GW，左轴 N型市占率（右轴） reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 16 - 行业深度研究报告 究院整理 图 27、 N型 IBC电池结构截面图 资料来源索比光伏网，兴业证券经济与金融研究院整理 图 28、 IBC电池背面 PN结（左）和背面栅线结构（右） 资料来源 SIBCO，兴业证券经济与金融研究院整理 IBC 结构理论上可将光电转换效率提升 0.6-0.7 。 以 10BB 的 182 PERC 电 池为例 ,主栅线宽度为 0.1mm,细栅线宽度为 30μm，栅线遮挡面积约为 990 mm2,占 电池总面积的 2.9，按照 23.5的电池效率计算，将正面栅线移除后，理论上电 池效率可提升 0.68。因此，移除正面栅线能够显著降低光学损失，实现入射光 子的最大化利用，是提高光电转换效率的有效方式。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 17 - 行业深度研究报告 图 29、优化栅线图形减少正面光学遮挡 资料来源 SNEC，兴业证券经济与金融研究院整理 IBC 万能结构可与任何一种电池新技术相叠加。 IBC 通过转移正面栅线来提 高电池效率的方式，使得其成为一种万能的结构，可以与任何一种电池新技术叠 加， IBC 与 TOPcon 电池叠加可形成 TBC 电池，与 HJT 电池叠加可形成 HBC 电 池，与 P型 PERC电池叠加则形成 PBC电池，均有较为显著的提效效果。 IBC电池对基体材料要求较高，需要较高的少子寿命。 因为 IBC电池属于背 结电池，为使光生载流子在到达背面 p-n 结前尽可能少的或完全不被复合掉，就 需要较高的少子扩散长度，因此 IBC电池需采用 高少子寿命的 P型硅片，或者 N 型硅片，以保证更高的载流子收集率。 3、短期内 TOPcon 及 P-IBC 共同发展，长期 HJT 技术有望 形成统一路线 3.1 发展历史你追我赶，各项电池技术纷纷实现从实验室到产业化 电池技术的发展必然要经历实验室阶段，小试阶段，中试阶段才能最终达到 产业化阶段。 TOPcon 和 HJT 是目前行业内两种以 N 型硅片为基底的主流技术， 两者相比各有优劣势，经过多年的研发，均已进入量产转化阶段。其中 Topcon 由于与现有的 PERC 电池产线具有良好的兼容性，技术工艺上相对更加成熟稳定， 已经具备性价比优 势。 HJT 作为一种与现有产线不兼容的全新电池结构，效率起 点高，未来提升空间大，但当前还面临成本压力问题。 P-IBC 技术是 P 型高效技 术的延续，它结合了 PERC 电池， TOPcon 电池和 IBC 电池的结构优点，将 P 型 电池的效率潜力发挥到最大，成本优势突出，目前也已具备量产性价比。 TOPCon 电池 全称隧穿氧化层钝化接触电池（ Tunnel Oxide Passivating Contacts），是一种使用超薄隧穿氧化层和掺杂多晶硅层作为 钝化层结构的太阳 电池，同时兼具良好的接触性能，可以极大地提升太阳能电池的效率。 reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn reportzgfunds.com.cn 请务必阅读正文之后的信息披露和重要声明 - 18 - 行业深度研究报告 发展历史 2013年德国 Fraunhofer 研究所在 N型 PERT结构基础上，首次提 出 TOPCon 结构； 2017 年 Fraunhofer 研究所在实验室 TOPcon 电池上取得 25.8 的效率记录； 2019 年，天合光能在面积为 244.62 平方厘米的 n 型衬底上制备出 正面最高效率为 24.58的实验室电池，并获德国哈梅林太阳能研究所（ ISFH） 下属的检测实验室认证，同年，天合光能 i-TOPCon 双面电池大规模量产正面平 均转换效率突破 23。 2021年，晶科能源 TOPcon电池在权威第三方测试认证机 构日本 JET 检测实验室标定全面积电池最高转化效率达到 25.4，成为商业化全 面积电池效率记录的保持者，为后续的 N型 TOPCon电池的扩产奠定基础。 表 2、 TOPcon电池效率发展历史 机构 VocmV JSCmA/cm2 FF 转换效率 面积 cm2 时间 Fraunhofer 724 42.9 83.1 25.8 4 2017 Fraunhofer 713 4