安信证券：电力设备及新能源行业深度分析_TOPCon迎规模量产_技术红利释放.pdf

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 2023 年 05 月 28 日 电力设备及新能源 行业深度分析 TOPCon 迎规模量产，技术红利释放 证券研究报告 投资评级 领先大市 -A 维持 评级 首选股票 目标价（元） 评级 行业表现 资料来源 Wind 资讯 升幅 1M 3M 12M 相对收益 1.6 -4.2 0.0 绝对收益 -1.1 -9.4 -3.5 杨振华 分析师 SAC 执业证书编号 S1450522080006 yangzh5essence.com.cn 相关报告 行业背景 N 型时代拉开帷幕， TOPCon 率先脱颖而出 当下部分厂商的 N 型电池量产效率已经达到 25.5（通威股份， TOPCon， 2023 年 4 月），而 2022 年 P 型电池的主流转换效率在 23.2，相较于 2021 年仅有 0.1的提 升 ， N 型电池量产效率较 P 型已经有 2.3左右 的优势。随着产业链上下游的配合， 有望看到 2023 年 N 型电池对 P 型的快速替代，其中 TOPCon 电池由于其性价比高、 核心设备已国产化、提效路径清晰等因素率先大规模量产。 技术路径 TOPCon 钝化层制备路径仍未定型， PECVD 和 LPCVD 为主流 此前 TOPCon 的主流技术路径是以晶科、钧达为代表的 LPCVD， 2022 下半年开始， 行业内的新投产能出现了偏好 PECVD 路径的风向，代表公司有通威、天合、晶澳 等。通过测算两种路径的设备投资成本和耗材成本，两种路径的成本差异不明显， LPCVD 和 PECVD 目前的设备投资成本在每 GW1.7 亿和 1.6 亿元，总体的非硅成本差 异在单瓦几厘钱。此外，通威 的 PECVD 路径下的 TOPCon 最新量产效率已和晶科 相 当 ，也就是说路径选择带来的效率和成本差异不明显。未来更需关注新技术如降低 银耗、选择性发射极叠加等带来的效率提升。此外， POPAID 和 PEALD 路径相对小 众，由中来股份和尚德电力主导，目前尚未向主流方向发展。 产业进展 2023 年 TOPCon 出货占比将 近 40，量产效率 进一步提升 TOPCon 正处于技术红利期，行业产能扩张超预期。经不完全统计，产业端已有 26 家公司公布 TOPCon 的建设规划， 2022 年已投 TOPCon 产能超过 132GW， 2023 年新 增投产规划超 270GW。我们预计 2023 年 TOPCon 出货在 160GW，占全年组件出货 的近 40。 领先企业 TOPCon 电池 量产效率已至 25.5，预计 2023 年将 进一步提升 。 经济性较 PERC 的超额收益将拉大，技术红利将逐步兑现 1）发电增益 TOPCon 组件的低光衰、弱光响应能力强等优势，带来发电小时数的 提升和衰减损失的减少，综合来看，可给电站端带来 5左右的发电量增益。 2）电 站 BOS 成本下降 当下同版型的 TOPCon 组件功率较 PERC 高出 6.4，预计可带来 BOS 成本同比例的下降。 3）组件价格提升价格端， 2022 年 1 月至 2023 年 4 月， TOPCon 组件相较 PERC 的溢价 在 0.11-0.25 元 /W，呈上行趋势 。 4）组件成本下降 成本端，硅料进入下行周期、多主栅技术带动银耗持续降低，有望看到 2023 年 TOPCon 组件和 PERC 打平。综上， TOPCon 的盈利优势将进一步扩大。 TOPCon 进入 2023 年的规模量产阶段，产业端盈利兑现 TOPCon 产业发展趋势明确，效率提升路径清晰，建议关注电池片、组件、设备领 域的投资机会。 1）电池片端钧达股份、聆达股份、沐邦高科、亿晶光电等； 2） 组件端晶科能源、通威股份、天合光能、晶澳科技、中来股份、东方日升、阿特 斯。 风险提示 TOPCon 产业化进展低于预期， HJT、 IBC 等新电池片技术进展超 预期 ，测算不及预期 -13 -3 7 17 27 37 2022-05 2022-09 2023-01 2023-05 电力设备及新能源 沪深 300 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 999563381 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 2 内容目录 1. 行业背景 N 型时代拉开帷幕， TOPCon 率先脱颖而出 . 3 1.1. 光伏 N 型时代到来， TOPCon 电池量产效率超 PERC 4 1.2. TOPCon 上下游产业链完备，四 大因素助力其在 N 型中脱颖而出 . 5 2. 工艺流程由磷扩散改为硼扩散，并新增隧穿氧化层制备 . 6 3. 技术路径 TOPCon 技术路径仍未定型， PE 和 LP 为主流 . 8 4. 产业进展 2023 年量产效率将超 25.5，产能扩张超预期 12 5. 经济性随着转换效率的提升， TOPCon 超额盈利有望扩大 . 15 6. 投资建议 18 7. 风险提示 18 图表目录 图 1. TOPCon 产业链图谱 3 图 2. 电池提效的五大核心要素 4 图 3. N 型硅片相较 P 型硅片的优势 . 4 图 4. P 型及 N 型电池效率对比 . 5 图 5. PERC、 HJT、 TOPCon 电池转换效率理论上限 . 5 图 6. TOPCon 电池结构示意图 6 图 7. 隧穿氧化层钝化接触结构的能带图 6 图 8. TOPCon 与 PERC 的工艺流程对比 . 6 图 9. LPCVD 反应腔室结构示意图 . 9 图 10. PECVD 反应腔室结构示意图 9 图 11. TOPCon 电池转换效率 13 图 12. 2022 年 1-11 月 TOPCon 与 PERC 组件价差 . 16 图 13. 2023 年 1-4 月 TOPCon 与 PERC 组件价差 16 表 1 TOPCon 新投产能的技术路径选择 . 8 表 2 4 种技术路径的设备参考 9 表 3 LPCVD 与 PECVD 技术对比 . 10 表 4 LPCVD 及 PECVD 设备成本测算对比 . 10 表 5 LPCVD 与 PECVD 路径下电池成本测算 . 11 表 6 TOPCon 产能投放规划表（预测，不完全统计） 12 表 7 2023 年光伏级 POE 粒子需求测算 14 表 8 TOPCon 组件带来的发电量增益测算 15 表 9 一体化 TOPCon 组件企业有望成本与 PERC 打平 17 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 3 1.行业背景 N 型 时代拉开帷幕， TOPCon 率先脱颖而出 2023 年 TOPCon 进入大规模量产阶段，技术红利在产业端逐步兑现。 光伏产业已经进入由电 池片技术变革主导的新周期，未来 3-5 年将是 TOPCon、 HJT、 IBC 等新型电池技术的大力发展 期，新旧技术更迭时，率先布局新技术的企业首先享受技术变革带来的红利。 2022 年产业链 上下游围绕 TOPCon 共同布局， 2023 年 TOPCon 走向大规模量产，技术红利逐渐兑现。 1）设备端 TOPCon 首先在钝化层制备上出现差异，设备是技术的载体，在 LPCVD 与 PECVD 技术路径之争中涌现出拉普拉斯、捷佳伟创等一系列公司；在降本提效过程中，又涌现出帝 尔激光、海目星、英诺激光等一系列激光设备公司。 2023 年 TOPCon 预计新增扩产 270GW 以 上 ， 钝化层制备设备 厂商的收入具备增量 空间，随着新增产能的投建，设备端盈利逐渐兑现。 2）电池片端 TOPCon 电池的非硅成本较 PERC 高出 3-4 分钱 /W 且呈下降趋势 ，硅成本随硅 料降价而和 PERC 差异缩小，回顾 2022 年 1-11 月， TOPCon 电池售价较 PERC 高出 0.06-0.17 元 /W，较 PERC 享有超额收益。 2023 年新增 270GW 的 TOPCon 规划中，约 120GW 以上是一体化 组件厂的自用产能，剩下的新增 TOPCon 电池片产能相较 PERC 仍为稀缺的优质产能，将仍然 享有较 PERC 产能的盈利增益。钧达股份、聆达股份、沐邦高科、亿晶光电等企业为典型的 TOPCon 电池制造企业，钧达股份的产能规划最高，达到 44GW，其他 电池厂 的扩产规划在 10GW 上下。 3）组件端 TOPCon 组件凭借其优异的弱光响应和低衰减性能，给下游电站带来 5左右的发 电增益，并给电站端带来与功率提升幅 度相匹配的 BOS 成本下降，为电站降低度电成本提高 项目收益率。经测算，组件端成本有望在 2023 年和 PERC 打平，因此其超额盈利有望随效率 的提升而扩大。自 2022 年起，晶科能源、天合光能、晶澳科技、通威股份均已制定了 30GW 以上的产能规划。 4）胶膜 TOPCon 组件对于封装材料有跟高的抗水汽与抗 PID 性能的要求，因此胶膜材料从 EVA 向 POE 转变，在 POE 粒子供给相对紧张的情况下， POE 类胶膜占比较高的胶膜厂盈利弹 性大。传统胶膜龙头福斯特的粒子保供能力最强，明冠新材等 POE 胶膜占比较高。 图 1.TOPCon 产业链图谱 资料来源 公司官网， 安信证券研究中心 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 4 1.1.光伏 N 型时代到来， TOPCon 电池量产效率超 PERC TOPCon 电池相较 PERC 电池的不同主要在于硅材料与钝化技术方面。 光照射太阳电池后会产 生各种能量损失，一般分为光学损失和电学损失，在技术层面的改进主要在于减少电学损失。 光学损失是由电池正面电极遮挡，或电池表面反射光能量的损失带来的，减少光学损失的方 法包括 1）增加减反射涂层， 2）使用最小栅线遮挡面积技术，如 MBB。电学损失主要指电阻 损失，减少电学损失的方法包括 1）选用晶体结构更好的硅片，如 N 型硅片； 2）改进 p-n 结形成技术，如离子注入技术； 3）研发新型钝化技术，如氧化硅、氮化硅、非晶硅钝化等技 术； 4）改善金属接触技术； 5）提高表面处理。 TOPCon 电池效率的提升主要在于硅材料和钝 化技术的改变。 N 型硅片在少子寿命、光致衰减、杂质容忍度方面好于 P 型硅片。 P 型或 N 型硅片都可用来 制备光伏电池，但目前量产转换效率较高的电池，均制备 N 型单晶硅衬底上， N 型硅片有三 个优点 1）少子寿命长相同电阻率的 N 型硅片的少子寿命比 P 型硅 片高出 1-2 个数量级； 2）光致衰减不明显 P 型硅片基底掺硼（ B）， N 型硅片基底掺磷（ P），因此 N 型硅片的硼氧 对含量较少，进而使得硼氧对导致的电池性能衰减不明显，光衰不明显的好处体现在组件端， 助力 N 型组件在生命周期内发电量的提升； 3）对金属杂质容忍度高 N 型硅片对金属杂质不 敏感，铁、铜等金属对 P 型硅片的影响均比 N 型硅片要高。在硅料厂、切片厂以及硅片制造 企业的共同努力下， 2022 年起 N 型硅片开始量产，并呈现出薄片化趋势， N 型时代拉开帷幕。 图 2.电池提效的五大核心要素 图 3.N 型硅片相较 P 型硅片的优势 资料来源 太阳能光伏技术与应用沈文忠， 安信证券研究中心 资料来源安信证券研究中心 P 型电池提效放缓， N 型电池量产效率已超越 P 型电池效率极限。 2022 年 P 型电池的主流转 换效率在 23.2，相较于 2021 年仅有 0.1的提升；行业内 部分厂商 的 N 型电池量产效率已 经达到 25.5（ 通威股份 ， TOPCon， 2023 年 4 月）； N 型电池的试验室效率最高已经达到 26.7 （ 中来股份 ， TOPCon， 2023 年 4 月）； N 型电池量产效率较 P 型已经有 2.3左右 的优势。从 电池效率的理论极限来看， PERC 电池的理论极限在 24.5， TOPCon 电池的极限在 28.7， HJT 的极限在 27.5，也就是说当下 TOPCon 的量产效率已经超越 PERC 极限，且仍有提效空间。 随着产业内对于 N 型电池的持续投入，有望看到 2023 年 N 型电池渗透率的提升，并实现对 P 型电池的快速替代。 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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 图 4.P 型及 N 型电池效率对比 图 5.PERC、 HJT、 TOPCon 电池转换效率理论上限 资料来源 CPIA，公司公告， 安信证券研究中心 资料来源 ELSEVIER， 安信证券研究中心 1.2.TOPCon 上下游产业链完备，四大因素助力其在 N 型中脱颖而出 四大因素助力 TOPCon 在 HJT、 IBC 等 N 型技术中率先脱颖而出。 PERC 电池打下基础、核心设 备国产化、降本提效路径清晰、高性价比。 1） PERC 电池打下基础 从工艺流程角度来说， TOPCon 电池和 PERC 电池的主要差异仅在于 硼扩散和隧穿氧化层制备，其他流程可沿用 PERC，且电池制作可承受高温；而 HJT 电池工艺 流程温度要控制在 200℃以下，与现有产线设备不兼容； IBC 电池在制作背面 P、 N 区时，需 要精准控制背面发射极和背场的间隔，工序繁多。因此在设备、工艺 等方面， PERC 电池为 TOPCon 打下基础，使其在产业端快速接受。 2）核心设备国产化 当下单 GW 的 TOPCon 电池设备投资额仅高出 PERC 约 4-5 千万左右，单 GW 设备投资额在 1.5-1.7 亿元，而 HJT 的单 GW 投资额 在 3.5-3.7 亿元 ，是 TOPCon 产线的 1 倍 左右 。 TOPCon 电池结构首先在德国 Fraunhofer 研究所提出，彼时用于制备隧穿氧化层和 多晶硅层的设备主要为国外厂商，如 Tempress（丹麦）、 SEMCO（澳大利亚）、 Centrother（德 国），但当下 该设备均已实现国产化，国内厂商涌现，如 LPCVD 路径的拉普拉斯、红太阳、北 方华创、普乐、赛瑞达， PECVD 路径的捷佳伟创、金辰股份， PEALD 路径的微导纳米，以及 POPAID 路径的江苏杰太。 3）降本提效路径清晰 经过产业端的验证，预计在经过栅线优化、背面陷光结构优化、正面 SE 技术、浆料优化、硅片质量改善等提效方式叠加后， TOPCon 量产效率有望突破 26以上。 4）高性价比 电池片端， TOPCon 相较于 PERC 电池的单瓦非硅成本高出 3-4 分钱，主要来自 于银耗、设备折旧、其他化学试剂费用、良率；硅成本方面， 当下 TOPCon 电池使用的硅片厚 度 在 130 微米， PERC 电池使用的硅片厚度 在 150 微米，随着硅片薄片化的发展，硅片每减薄 10 微米，预计将节约 0.1g/W 的硅成本。 2022 年 1-6 月，同尺寸的 TOPCon 电池片售价比 PERC 高出 0.06-0.17 元 /W，相较 PERC 电池具有超额收益。组件端， TOPCon 的弱光效应和低衰减 率使其对于下游电站有 约 5的发电增益，组件功率的提升基本可以同比例降低电站的 BOS 成 本，有利于下游电站企业降低度电成本、提高项目收益率。组件端较 PERC 的溢价超过了功率 的提升幅度，下游电站对 TOPCon 组件的接受度提升。 2023 年有望看到组件端成本和 PERC 打 平，届时将看到超额收益和 PERC 的拉大。 23.10 23.20 25 25.10 25.50 25.50 26.40 26.70 21 22 23 24 25 26 27 P型电池 2021 P型电池 2022 钧达 TOP Con 量产 20 22 .11 .7 通威 TOP Con 量产 20 22 .12 .8 一道 TOP Con 实验室 20 22 .7.2 9 通威 TOP Con 量产 20 23 .4.2 5 晶科 TOP Con 实验室 20 22 .12 .9 中来 TO PCo n实验室 20 23 .4.1 0 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 6 2.工艺流程由磷扩散改为硼扩散，并新增隧穿氧化层制备 TOPCon 电池提效的关键在于隧穿氧化层的载流子选择性透过，可降低电池界面的少子复合。 N 型 TOPCon（ Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触太阳能电池）电池与 PERC 电池的结构类似，核心差异在于背面钝化接触。 TOPCon 电池采用超薄二氧化硅隧穿层 （ 1-2nm）和掺杂多晶硅层（ 100-200nm）形成的隧穿结来钝化晶体硅界面，超薄隧穿氧化层 将 N 型晶体硅衬底与掺杂多晶硅隔开，由于 SiOx 界面层很薄，不会阻碍多数载流子的传输， 但会阻碍少子到达界面，因此能够有效降低界面的少子复合，可以显著提高电池的开路电压。 TOCPon 电池的背面结构属于一维结构，载流子可以直线隧穿过超薄氧化层，不存在二维或者 三维传输引起的载流子汇聚效应和电学遮挡，因此 TOPCon 电池具有更高的填充因子。 图 6.TOPCon 电池结构示意图 图 7.隧穿氧化层钝化接触结构的能带图 资料来源安信证券研究中心 资料来源安信证券研究中心 TOPCon 和 PERC 工艺流程的兼容性较高，差异主要体现在硼扩散以及背面钝化层的制备上。 TOPCon 电池的主要工艺流程为 1） p-n 结制备 在 N 型硅片表面进行硼扩散制备 P发射极， 形成 p-n 结； 2）刻蚀 去除在硅片周围形成的硼扩散层，以免影响后续钝化； 3）钝化层制 备 进行隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的制备； 4）前后表面减反射膜 在电池的背面和正面制 备 SiNx 减反射膜； 5）金属化 通过丝网印刷制备前后电极，再通过高温烧结形成良好的欧 姆接触。 图 8.TOPCon 与 PERC 的工艺流程对比 资料来源安信证券研究中心 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 7 1） p-n 结制备。 扩散制备 p-n 结是指在高温条件下把需要掺杂的物质扩散进入硅片的表面， 在硅片表面形成一个与基体材料导电性能相反的膜层的过程，一般使用热扩散法，扩散炉温 度一般在 950℃左右。硼扩散分为常压扩散和低压扩散， 低压扩散炉可以增强分子的穿透力 和气流的稳定性，从而提升掺杂均匀性，常压扩散对于硅片掺杂均匀性的控制较差，且常压 扩散中化学品的吸收率低、消耗量大，因而当下以低压扩散为主， SEMCO、捷伟佳创、 Tempress、 拉普拉斯均可提供低压扩散炉。 硼源选择上包括 液态溴化硼（ BBr3）和氯化硼（ BCI3），这两 种硼源在工艺路径和设备上的相似度极高，使用 BBr3扩散会生成液态的副产物硼硅玻璃（ BSG） 使得石英件粘黏，减少设备的正常运行时间，目前越来越多的厂商开始使用 BCI3 作为硼源。 BCI3的副产物 BSG 更容易去除，对石英器件基本无损伤，但受制于 B-CI 键能较大，其扩散均 匀性略逊于 BBr3。在硼源的选择上， Tempress 和 Centrotherm 主要采取 BBr3， Semco、拉普 拉斯则是将 BCI3作为前驱体。 2）刻蚀。 由于扩散过程中，硅片正反面都形成 P 型层，扩散结束 后需要去除硅片背面和边缘 的 P 型层，并对硅片再次进行腐蚀。一般采用硝酸、氢氟酸溶液与硅片发生反应，实现对多 余 P 型层的刻蚀。 3）钝化层制备。 在钝化层制备环节分为 LPCVD、 PECVD、 POPAID、 PEALD 这 4 种工艺路径，当 下工艺路径未完全定型。先在硅片下方制备 1-2nm 厚度的超薄二氧化硅层，然后在二氧化硅 隧穿层下方沉积一层混有非晶硅和微晶硅相的多晶硅层，多晶硅层厚度为 100-200nm。在钝 化层制备后，对多晶硅层进行磷掺杂，使之有更好的电性能，形成磷掺杂的多晶硅层，工艺 路径一般包括原位掺杂、离子注入、磷扩 散。磷掺杂后，对其进行退火处理，将非活性状态 的磷原子进行激活，退火温度在 850℃左右，一般情况下，除了 LPCVD磷扩散的方式不需要 退火处理外，其他路径均需要进行退火。 4）前后表面减反射膜。 在硅片前表面制备 AlOx 膜，在硅片最外层的前后表面沉积氮化硅膜。 由于 AlOx 膜含有大量的负电荷，可以对电池正表面的 P 型层起到很好的钝化效果，提高电 池的开路电压，一般使用 ALD 设备制备， ALD 可以精准控制薄膜厚度，使得膜层更加致密。 而后将硅片放入 PECVD 沉积炉中，通入硅烷和氨气，在 350℃ -450℃的温度下，利用高频微 波将硅烷和氨气激发为等离子体状态， Si 原子与 N 原子以一定比例沉积在硅片表面形成一层 氮化硅薄膜，起到减反射和钝化的作用。 5）金属化。 将银浆用丝网印刷机分别印在硅片背面和正面，然后放入电池烧结炉，烧结的最 高温度约 900℃，将印刷在电池表面的银浆渗透至硅片内部，增强导电性能，形成电池表面 的银电极。由于 PERC 电池正面使用银浆，背面主要使用铝浆， TOPCon 电池正反面均使用银 浆，单片银浆耗量相较 PERC 增加，目前 TOPCon 银耗在 120-130mg/片，未来将通过栅线的细 化来实现银耗的下降。 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 8 3.技术路径 TOPCon 技术路径仍未定型， PE 和 LP 为主流 TOPCon 技术路径包括 LPCVD、 PECVD、 POPAID、 PEALD，路径选择仍未定型。 此前 TOPCon 的 主流技术路径是以晶科、钧达为代表的 LPCVD， 2022 下半年开始，行业内的新投产能出现了 偏好 PECVD 路径的风向，代表公司有通威、天合、晶澳等。对于电池片企业来说，通过测算 两种路径的设备投资成本和耗材成本，可看到其由于路径的不同，带来的非硅成本差异不到 0.01元 /W，而通威于 2022年 11月 投产 的 PECVD路径的 TOPCon最新量产效率已和晶科 相当 ， 说明 LPCVD 和 PECVD 的路径选择带来的效率和成本差异将不明显。未来更需关注新的降本提 效技术，如降低银耗、选择性发射极叠加等。此外， POPAID 和 PEALD 路径相对小众，由中来 股份和尚德电力主导，目前尚未向主流方向发展。 图表 1 表 1 TOPCon 新投产能的技术路径选择 22Q1 22Q2 22Q3 22Q4 23Q1 23Q2 晶科能源 合肥一期 8GW 尖山一期 8GW 合肥二期 8GW 尖山二期 11GW 上饶一期 8GW LP LP LP LP LP 钧达股份 滁州一期 8GW 安徽滁州 10GW LP LP 中来股份 江苏泰州 3.6GW 山西一期 8GW POPAID POPAID 通威股份 眉山三期 9GW PE 天合能源 江苏宿迁 8GW PE 晶澳科技 河北宁晋 1.3GW 河北邢台 6GW PE 预计 PE 沐邦高科 广西梧州 10GW 预计 PE 聆达股份 安徽金寨 5GW 预计 PE 上机数控 徐州一期 14GW 预计 PE 协鑫集成 芜湖一期 10GW 预计 PE 尚德电力 江苏无锡 2GW PEALD 江苏润阳 5GW 改造线 10GW PE 未确认 资料来源 公司官网，公司公告， 安信证券研究中心 资料来源 TOPCon 电池氧化膜的制备方式主要为热氧法和 PECVD。 厚度是隧穿氧化层的关键特性之一， 当厚度大于 2nm 时，隧穿将难以实现，目前量产厚度一般在 1-2nm 之间。制备隧穿氧化层的 主流工艺方法为热氧法和 PECVD，热氧化法的工艺成熟度较高。此外还有 ALD 方法， ALD 适合 制备较薄的膜层，一层一层原子沉积的方式使得膜层致密性和均匀性较好，但沉积速度慢、 产能小，此外， ALD 沉积二氧化硅的过程中需要通入更多的硅烷（ SiH4），成本更高。 TOPCon 电池多晶硅膜的制备方式主要为 LPCVD 和 PECVD。 化学气相沉积法（ CVD）是指利用 气态的先驱反应物，通过原子、分子间的化学反应，在硅片表面形成一层固体薄膜。 LPCVD 方 法的压力较低，但需要加热使反应气体发生热分解，分解后的硅原子沉积在硅片表面，因而 反应温度较高，一般在 600℃以上，且能耗相对较高。 PECVD 为常压，借助外建电场，以射频 的方式将反应气体电离，由分子变为等离子体状态，沉积在硅片表面，反应温度较低，通常 在 300℃以内，反应速度较快，但是由于沉积时压力波动会出现针孔，且沉积速度较快，存 在多晶硅 膜含氢问题，易造成爆膜的隐患。此外还有物理气相沉积法（ PVD）方法，利用带电 荷的粒子在电场中加速后具有一定动能的特点，将靶材原子溅射出来运动到硅片衬底上，完 成掺杂多晶硅层的制备，但其设备投资成本较大。 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 9 图 9.LPCVD 反应腔室结构示意图 图 10.PECVD 反应腔室结构示意图 资料来源 半导体制造技术， 安信证券研究中心 资料来源 半导体制造技术， 安信证券研究中心 磷掺杂方式包括磷扩散、离子注入、原位掺杂， PECVD 原位掺杂潜力大。 隧穿氧化层和沉积 多晶硅层使 TOPCon 电池具有良好的钝化性能，除此之外， TOPCon 电池还需要在多晶硅层进 行掺杂以获得良好的电性能。业界实现多晶硅层掺杂主要有磷扩散、离子注入和原位掺杂三 种方式。传统的扩散掺杂就是在管炉中通过带有杂质的混合气体以完成掺杂；离子注入则是 将杂质原子电离成带电粒子后，用强电场加速这些粒子注入到硅基体材料中进行掺杂；原位 掺杂是在沉积多晶硅的同时通入含有杂质的气体，使多晶硅掺杂均匀。磷扩散工艺较为成熟， 生产效率高，厚度均匀性好，已实现规模化量产，但是存在过度的绕镀和石英件沉积问题； 离子注入技术则无需绕镀，但设备成本高； PECVD 多使用原位掺杂技术，可以直接制备掺杂 后的多晶硅层，流程相对简化，但薄膜致密度和良率较低。根据拉普拉斯官方披露， 2022 年 上半年 LPCVD扩磷法制备的产品占 TOPCon 电池 90的出货。 PECVD 原位掺杂法由于与 PERC 产线不兼容，更适合新产线，后续有望通过工艺的成熟改善镀膜稳定性，逐步成为主流技术。 LPCVD 路径以热氧法生成隧穿氧化层，再使用低压化学气相沉积的方法制备多晶硅层，相较 于 PECVD， LPCVD 一般较难进行原位磷掺杂，需要在多晶硅层制备后增加磷扩散或者磷的粒 子注入工序，膜层质量较好，但 绕镀明显。 PECVD 路径通过热氧法生或 PECVD 方式制备隧穿 氧化层，再用 PECVD 方式进行掺杂多晶硅层制备，可进行原位掺杂，无需额外增加磷掺杂工 序，只有轻微绕镀。 PEALD 路径以 ALD 方式制备氧化膜，原子一层一层沉积在硅片表面，膜 层质量高但沉积速度低，而后再用 PECVD 方式制备掺杂多晶硅层。 POPAID 路径以 PECVD 方式 制备氧化层，而后用物理气相沉积方式制备掺杂多晶硅层，无绕镀，但膜层均匀性较难控制。 表 2 4 种技术路径的设备参考 LPCVD PECVD PEALD POPAID 隧穿氧化层 热氧法 PECVD ALD PECVD 多晶硅层 LPCVD PECVD PECVD PVD 磷掺杂 离子注入 磷扩散 原位掺杂 原位掺杂 退火 需要 无 需要 需要 去绕镀 无 需要 需要 需要 设备公司 拉普拉斯、北方华创、 普乐、赛瑞达 捷佳伟创、 金辰股份 微导纳米 江苏杰太 资料来源 PV Infolink，安信证券研究中心 当下主流路径为 LPCVD 和 PECVD， LPCVD 路径的成膜质量高， PECVD 路径的绕镀及耗材成本 低。 LPCVD 路线工艺成熟度较高，已具备多年规模量产经验。 Tempress、拉普拉斯、普乐、 北方华创等企业均采用 LPCVD 技术，主要优势在于成膜质量较高，气体用量较小。然而，由 于非晶硅层生长过程中石英炉管管壁和石英舟表面会覆盖一层很厚的非晶硅层，当炉管冷却， 打开炉门将石英舟从炉管腔体取出时，石英件表面的非晶硅从 100 多℃的高温转移到低温将 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 10 产生很大的应力，导致石英件易损，因此 LPCVD 的易耗品成本相对较高。 PECVD 技术的绕镀 程度低，工艺时间短，且可以配合原位掺杂技术；但其膜层均匀性较差，氢气在沉积多晶硅 层时会进入多晶硅层形成空腔，由于 PECVD 沉积速度较快，氢气无法及时释放出来， 而是在 高温激发后快速逸出，产生薄膜爆裂问题。 PECVD 的主要设备供应商有 Centrotherm、捷佳伟 创、金辰股份等。 表 3 LPCVD 与 PECVD 技术对比 参数指标 LPCVD PECVD 绕镀 严重 小 原位掺杂 较难 ,SiH4PH3 可以， SiH4PH3/B2H6 膜层质量 较好 一般，易爆膜 耗气量 低 高 特气 SiH4,PH3 SiH4,PH3/B2H6,H2 易耗品成本 高（石英舟、石英管） 一般（石墨舟清洗） 占地面积 小 小 能耗 高 低 优点 工艺成熟度高，多年规模量产经验；气体用量小；成膜 质量较好 工艺时间短；易原位掺杂 缺点 绕镀；原位掺杂较难；能耗大；石英耗材成本高 膜层均匀性较差；易爆膜 资料来源安信证券研究中心 表 4 LPCVD 及 PECVD 设备成本测算对比 PECVD 路线 LPCVD 路线 设备构成 占比 成本（元 /W） 设备构成 占比 成本（元 /W） 清洗制绒 5 0.008 清洗制绒 5 0.008 硼扩散 13 0.021 硼扩散 13 0.021 刻蚀 7 0.011 刻蚀 7 0.011 PECVD 13 0.021 LPCVD 17 0.028 退火 4 0.007 磷扩散 4 0.007 清洗刻蚀 7 0.011 清洗刻蚀 7 0.011 正膜沉积 13 0.021 正膜沉积 13 0.021 丝印烧结 19 0.03 丝印烧结 18 0.03 自动化 13 0.02 自动化 12 0.02 其他 6 0.01 其他 6 0.01 合计 100 0.16 合计 100 0.17 资料来源 PERC（ TOPCon、 p-IBC 及叠层）电池的发展前景，沈文忠， 安信证券研究中心 LPCVD 和 PECVD 的设备投资成本接近，两种路径的非硅成本差别不大。 生产 TOPCon 所需的设 备如硼扩散炉、背面镀膜设备均实现了国产化，目前新建 TOPCon 产线的设备投资额为 1.6- 1.7 亿元 /GW，从 PERC 升级至 TOPCon 的设备投资额为 0.4-0.5 亿元 /GW，对应非硅成本增加 不到 0.01 元 /W。特气方面， PECVD 路径用到的特殊气体耗用量较多， LPCVD 路径由于为低压 气相沉积，所需的气源较少。此外，由于 LPCVD 路径需要加热反应，因而所需能耗较 PECVD 更多一些。在耗材方面， LPCVD 需要用到石英舟，根据 市场 调研，单 GW 的石英 件 价值量 较 PECVD 所需的石墨舟的单 GW 价值量 略高 ，由此带来的非硅成本差异小于 0.01 元 /W。综合来 看，两种路径的非硅成本基本相同，企业在路径的选择上，会综合考虑各种路径的设备产能 充足度、单位设备投资成本、量产效率等。 图表 2 本报告仅供 Choice 东方财富 使用，请勿传阅。 行业深度分析 /电力设备及新能源 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。 11 表 5 LPCVD 与 PECVD 路径下电池成本测算 PERC PECVD-TOPCon LPCVD-TOPCon 电池片尺寸（ mm） 182 182 182 电池片面积（ mm2） 33015 33015 33015 电池片效率（ ） 23.3 25.3 25.3 电池片功率（ W/片 7.69 8.35 8.35 硅片价格（元 /片，含税） 5.0 5.1 5.1 硅片价格（元 /W，含税） 0.65 0.61 0.61 硅片成本（元 /W，不含税 0.58 0.54 0.54 银浆耗量（ mg/片） 78 130 130 耗量（ mg/W 10.1 15.8 15.8 价格（元 /kg） 4690 5044 5044 单瓦银浆成本（元 /W） 0.05 0.08 0.08 耗材耗量（个 /GW）（ PE-石墨舟， LP-石英件） 0 25 30 价格（万元 /个）（ PE-石墨舟， LP-石英件） 0 3 7 单瓦耗材成本（元 /W） 0 0.0008 0.002 化学试剂（元 /W） 0.01 0.02 0.02 折旧产线设备投资（亿元 /GW） 1.2 1.6 1.7 单瓦折旧（元 /W） 0.01 0.02 0.02 电力（元 /W） 0.02 0.02 0.02 人工（元 /W） 0.01 0.01 0.01 其他（元 /W） 0.05 0.05 0.05 良率（ ） 98.5 98.0 98.0 非硅成本（元 /W） 0.16 0.20 0.20 电池片成本（元 /W） 0.74 0.75 0.75 注硅片价格 参考中环股份 2023 年 5 月 11 日 P 型 150 微