光伏设备行业：N型电池产业化进程加快，设备行业有哪些投资机会？-长城国瑞证券.pdf

1/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 2022年8月5日 证券研究报告/行业研究N 型电池产业化进程加快设备行业有哪些投资机会？ 主要观点：◆第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向。降本增效是光伏行 业的第一性原理。目前P型电池已经接近理论效率天花板。N型硅片的少子寿命更高、对金属污染的容忍度更高、无光致衰减衰减（BO-LID） 现象决定了其具有更高的理论光电转化效率。型硅片对P型硅片的成本溢价较2018年已经大幅下降，目前以TOPCon、HJT、IC为主的 型电池技术已经逐渐成熟且开始进入产业化阶段。◆TOPCon：产业化进程领跑，背钝化层为增量环节，扩散及SE工艺 值得期待。根据我们的统计，截至2022年6月15日，国内已建成的产能为30.55GW，在建/待建产能为178.8GW。在建产能中，预 计有62.30G产能将在年内投产。在TOPCon的核心加工工艺隧穿氧化层及多晶硅层沉积上，设备单位投资额约为4500-5000万元/G，仅在 建产能带来的增量设备市场空间为80.46-89.40亿元。N型硅片硼扩散制备发射极的难度要大大高于P型硅片的磷扩散，使得硼扩散炉需求量较PERC 产线翻倍。SE制备工艺上，激光掺杂法和氧化物掩膜扩散法最有可能被广泛使用，两者都需要激光设备，对相关的激光设备公司形 成利好。◆HJT：薄膜沉积为核心工艺，金属化工艺为降本关键。根据我们的 不完全统计，目前国内异质结的投产产能为8.1GW，规划产能达到了162.7GW。非晶硅沉积设备占异质结设备总成本的比重在50%左右， 是降低设备投资成本的重要环节，当前有两种技术路线。我们认为工艺路线之争并不是当前阶段非晶硅层沉积环节的主要矛盾，如何降低 设备的投资成本推动异质结电池加快市场化进程才是当前设备厂商竞争的核心。TCO层沉积方面，RPD设备有着明显的转换效率优势。金 属化对于推动异质结成本的下降体现在降低银浆使用量上，设备的发 行业研究 行业评级：投资评级【看好】评级变动【维持】 行业走势： 、(20)30 80 130 180 230 280 30 380 430 480 20/120/4120/712020/10/12021/1/201/42021/7/201/012/12022/4/120/71沪深30 光伏加工设备 分析师分析师黄文忠huangwenzhong@gwgsc.com 执业证书编号：S0200514120002联系电话：010-68080680研究助理刘然 liuran@gwgsc.com执业证书编号：S0200121070007联系电话：010-68099389 公司地址：北京市丰台区凤凰嘴街2号院1号楼中国长城资产大厦12层 行业研究 2/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 力方向主要为钢板印刷技术、激光转印以及铜电镀技术，其中钢板印刷技术相对成熟。 ◆IBC：平台型技术，掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量。由于IBC电池是电极结构创新，因此可以和其他类型电池很好的结合，与TOPon 电池结合成为TBC电池，与异质结电池结合成为H电池。TB和H可以提高电池转换效率，降低TOPCon和JT的非硅成本。 为制备背面呈叉指式间隔排列的P区和N区，需要用到掩膜、开槽和刻蚀工艺。掩膜工艺所需的PEVD/APC设备、激光开槽所需的激光 设备、刻蚀所需的湿法刻蚀设备是背接触电池的主要增量设备。投资建议： 当前，光伏电池处于技术迭代的关键时点。TOPCon、异质结以及IBC电池都开始进入产业化阶段，电池厂商在未来一段时间内的资本开支 速度将加快，对于光伏设备企业形成需求端的利好。不同设备厂商对于各种电池技术都推出了自己的工艺路线和相应的设备。我们认为电 池设备企业竞争的核心是需要站在电池生产企业的角度，在转换效率和成本间做出平衡，以最大化设备的性价比。因此对于处于不同产业 化阶段的电池技术路线，选择投资标的的侧重点有所差异，对于进入产业化扩大阶段的TOPCon电池，更加侧重于转换效率优势，对于处 于产业化初期的HJ电池，更加侧重成本优势。IBC电池并不需要新的设备类型，设备需求取决于电池企业的工艺路径选择，因此推荐在 掩膜、刻蚀和激光设备上有技术储备，且具备根据客户需求提供定制化解决方案能力的设备企业。投资标的重点推荐迈为股份、捷佳伟创、 帝尔激光。风险提示： 下游厂商扩产不及预期；技术迭代速度不及预期。 相关报告：【光伏设备行业深度报告】技术迭代视角的光伏设备投资机会 【双周解惑之光伏系列一】晶体硅光伏电池发电原理——光激发与载流子输运【双周解惑之光伏系列二】晶体硅光伏电 池的载流子收集与效率损失机制【双周解惑之光伏系列三】晶体硅光伏电池发电原理——转换效率提升方式与计 算方法 行业研究 3/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 目录1第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向61.1 为何是型电池？61.2型电池已经具备产业化能力72TOPCon ：产业化进程领跑，背钝化层为增量环节，扩散及SE工艺值得期待82.1产业化进程更快，赢在哪里？2.2 背钝化层为增量环节，技术方案多点开花.12.3硼扩散、SE制备难度更高，带来设备的增量空间.132.3.1 硼扩散：设备需求量翻倍，技术门槛提高进入壁垒.2.3.2制备：激光设备大有可为.153HJT ：薄膜沉积为核心工艺，金属化工艺为降本关键183.1短期不具备成本优势，长期降本路径清晰3.2 薄膜沉积：异质结核心环节，降本重要抓手203.3金属化：异质结降本的关键环节253.3.1 钢板印刷技术.3.3.2激光转印技术 263.3.3 铜电镀技术.274IBC：平台型技术，掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量.304.1 平台型技术，可结合TOPCon、异质结结合.4.2掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量环节315 相关设备公司.355.1迈为股份5.2 捷佳伟创 365.3帝尔激光37 行业研究 4/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图目录图1：P型硅片和N型硅片少数载流子寿命对比.6 图2：相同金属杂质对少子寿命的影响图3：20-030年不同类型硅片市场占比8图4： 年不同电池技术市场占比 图5：TOPCon电池结构示意图10图6： 电池能带结构示意图图7：ER与 主要工艺流程对比 图8： 电池工艺流程. .12图9：湿法硼扩散设备示意图15图10：激光掺杂法示意图16 图：氧化物掩膜扩散法制备SE示意图图2：离子注入法示意图17图3：异质结电池成本构成 .18 图14：异质结电池结构示意图.21图5：异质结电池能带结构示意图.图6：异质结工艺路线图22 图7：板式PECVD示意图 .23图18：管式示意图.图9：理想万里晖的U型串联式PECVD.24 图20：INEOTec的团簇式设备.图：丝网印刷示意图25图：丝网印刷网版与全开口钢板对比26 图3：激光转印过程27图24：不同凹槽形状形成的栅线 .图5：铜电镀工艺步骤28 图6：铜电镀金属化过程 .29图7：铜电镀工艺流程示意图图28：IBC电池结构示意图30 图9：TB电池结构示意图.31图30：H结构示意图31图1：和经典工艺流程.32 图2：叉指式电极制备流程 .33图：Tunel-BC电池结构示意图3图34：015021迈为股份营收及净利润情况5 图： 迈为股份毛利率及净利率情况.图6：2-捷佳伟创营收及净利润情况6图7： 捷佳伟创毛利率及净利率情况.3 图38：015021帝尔激光营收及净利润情况7图9：-帝尔激光毛利率及净利率情况. 行业研究 5/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 表目录表1：中环210尺寸硅片报价7 表2：20年TOPCon产能情况8表3：中来8GW电池设备投资明细.1表4：ER与 电池BS成本对比 表5：三种设备的情况对比3表6：中来股份与晶澳科技电池片项目扩散炉采购成本对比 .4表7：2021年东方日升2.5G异质结电池项目投资预算.18 表8：国内异质结产能情况.19表9：部分企业异质结中试线CVD设备.22表0：不同电池技术对比.31 表1：国内背接触电池产能布局情况（不完全统计）.34表2：迈为股份异质结设备部分中标情况（仅含已公告订单）35表3：捷佳伟创产品矩阵36 行业研究 6/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 1第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向1.1为何是型电池？ 降本增效是光伏行业的第一性原理。目前P型电池已经接近理论效率天花板，N型电池的自身物理属性决定了其具有更高的理论光电转化效率。相较于P型硅片，型硅片具有以下优 点：一是N型硅片的少子寿命更高。N型材料中的杂质对少子（空穴）的捕获能力低于P型材 料中的杂质对少子（电子）的捕获能力，相同电阻率的N型CZ硅片少子寿命比型硅片的高出1～2个数量级，达到毫秒级，且型材料的少子（空穴）的表面复合速率低于型材料中 电子的表面复合速率。二是N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。Fe、r、o、W、Cu、Ni等金属对P 型硅片少子寿命的影响均比N型硅片大。因为带正电荷的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。在相同金属污染的情况下，型硅片的少子寿命 要明显高于P型硅片。Au对型硅片的影响要大于P型硅片，但目前工业生产中，已经可以充分避免u金属污染。 图1：型硅片和N型硅片少数载流子寿命对比图2：相同金属杂质对少子寿命的影响 资料来源：《N-tyPeSilcoN-thebermatilchoiefordusahighfysolc》，长城国瑞证券研究所 资料来源：《N-tyPeSilco-thebermatilchoieforidusahigh-fysolc》，长城国瑞证券研究所 说明：图中红色代表型硅，蓝色代表N型硅三是型硅片无光致衰减（BO-LID）现象。P型硅片对应的电池以及组件在光照条件下 会产生功率衰减。研究发现导致衰减的原因是硅片内部的B-O复合体（硼氧复合体）为复合中心，对少子具有捕获作用。N型硅片的掺杂元素为磷，从源头上避免了硼氧复合体的产生。 行业研究 7/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 1.2N型电池已经具备产业化能力目前，P型电池占据主要市场份额。从硅片出货量看，2021年P型硅片市场占比为90.4%， 型约占4.1%。在过去N型硅片市场占有率偏低的原因主要有两个：一是型硅片的成本偏高。型硅片要求更高的原材料纯度、更低的金属污染和含氧量， 需要使用纯度更高的多晶硅料、高纯热场等，这也使得复拉料无法使用、降级片无法重复利用，这些都增加了型硅片的成本。2018年N型硅片成本比P型高8%～10%。 二是N型电池的成本较高，技术成熟度较型电池低。以ERT、OPCon、IB、HJT等为主的型电池设备投资成本高，且选择性发射极的制备、薄膜沉积等关键工艺步骤的技术问 题并未完全解决。而PERC技术、磷掺杂选择性发射极等技术推动着型晶体硅电池产品的光电转换效率不断提升，使得型电池的性价比一直高于N型电池。 上述问题已经从一定程度上得到解决。N型硅片与P型硅片的成本差距在逐渐缩小。以中环股份210尺寸150μm厚硅片为例，N 型硅片较型硅片溢价率约为6%，较2018年水平有较大下降。HJT电池的低温加工工艺更适合薄片化工艺，可进一步降低N型硅片的成本溢价。 表1：中环210尺寸硅片报价 硅片厚度 价格（元/片）N 型硅片 150μm10.023 9.59P型硅片 456 .55 资料来源：中环股份，长城国瑞证券研究所说明：截至20年6月5日TOPCon 、HJT、IBC等电池的技术路线已逐渐成熟，其中TOPCon的单瓦成本已几乎追平ER电池。中国光伏行业协会预测未来N型硅片市场份额将会逐渐提升，到2030年N型硅 片市场份额将会接近50%的水平，以TOPCon、异质结电池为主的N型电池技术市场占比在年将会接近70%。 行业研究 8/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图3：2021-030年不同类型硅片市场占比 图4：2021-030年不同电池技术市场占比 资料来源：CPIA，长城国瑞证券研究所 资料来源：CPIA，长城国瑞证券研究所2TOPCon：产业化进程领跑，背钝化层为增量环节，扩散及SE工艺值得期待2.1 产业化进程更快，赢在哪里？根据我们的统计，截至2022年6月15日，国内已建成的TOPCon产能为30.55GW，在建/ 待建产能为178.8GW。在建产能中，预计有62.30GW产能将在年内投产。表2：02年TOPCon产能情况 产地项目状态已建（M）在建/待建()备注国电投西安投产40韩华韩国投产62,50 鸿禧能源募资嘉悦安徽金寨募资 , 晶澳河北宁晋投产10河北宁晋在建 1,3020年中投产浙江义乌在建 5,0年末投产 晶科浙江海宁投产8,0安徽合肥投产,0安徽合肥在建 8,0020年4月公告，两年工期（暂定）浙江尖山在建 1,000年6月28日开工浙江海宁规划 年7月日公告 隆基江苏泰州投产10宁夏银川筹备中 5,0一期3GW筹备中陕西西咸在建 1,000预计20年四季度开始投产云南曲靖筹备中 , 筹备中 尚德江苏投产20 年1月投产苏州潞能张家港开工 ,0腾辉 环评通过1通过环评，尚未开工 天合光能江苏常州投产5江苏宿迁在建 8,预计20下半年逐步投产青海西宁规划 5,00TOPCon是优选技术路线通威四川眉山投产10 同翎新能源江苏高邮在建 3年底全部投产 行业研究 9/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 江苏高邮规划 3,00一道新能源浙江衢州投产1250江苏泰州投产 20年月投产 浙江衢州在建 5,0预计年投产中来江苏泰州投产江苏泰州投产150 1年投产 山西太原在建 8,0一期项目，预计203年投产山西太原规划 ,0二期项目，预计4年投产聆达股份安徽六安在建 5 钧达股份安徽滁州在建 预计年投产安徽滁州规划 8,00润阳能源江苏盐城在建 1,00020年下半年建成投产 沐邦高科江西安义规划 年6月3日公告广西梧州规划 年7月日公告昱辉光能江苏盐城签约 2,00年5月签约 协鑫集成四川乐山在建 1,000一期GW，20年1月公告合计 30,55078,8资料来源：公司公告，公司官网，环评公告，TrendForc，长城国瑞证券研究所 说明：表中数据为不完全统计，截至2年6月15日用更小的成本上涨带来更多的效率提升是光伏电池技术迭代的必然路径。更高的理论转化 效率、与当前PERC产线高度兼容决定了OPCon电池产业化进程会更加领先。更高的理论转化效率。TPon电池效率极限28.7%，最接近晶体硅太阳能电池理论极限 效率29.43%。TOon背表面创新的采用了一层1~2nm厚的氧化硅形成隧穿氧化层，然后在沉积一层磷掺杂的多晶硅层。这种结构通过四种机制对载流子产生选择性：①重掺杂的多晶硅层 与衬底的功函数不同，在界面处产生积累层，积累层阻止空穴进入氧化层，帮助电子进入氧化层。②空穴隧穿需要4.5eV能量，电子隧穿只需3.1eV能量，空穴更难穿过氧化层。③电子准 费米能级EfN位于多晶硅层的导带附近，可以为隧穿后的电子提供可占据的能级，而空穴的准费米能级P位于多晶硅层的禁带内，空穴不易隧穿。④场效应钝化减少了空穴浓度，降低了表 面复合和SRH复合。以上四种机制大大减少了的少子（空穴）的复合损失，有利于提高填充因子，获得更高的 开路电压。 行业研究 10/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图5：TOPCon电池结构示意图 图6：TOPCon电池能带结构示意图 资料来源：CPIA，长城国瑞证券研究所 资料来源：JournalofPhotovoltaics，长城国瑞证券研究所与当前PER产线高度兼容。从加工艺来看，TOCon与ER产线兼容度非常高，TOon 与ER产线主要的工艺步骤差异为硼扩散、SE的制备及隧穿氧化层及多晶硅层的制备。PC背表面为全钝化，背面无需开槽，较PER减少了激光开槽步骤。目前TOPCon 产线可以在 产线上追加3,000-4,000万元/GW投资进行改造。根据CPIA的报告，2021年ER电池产线单位投资额为1.94亿元，TOCon电池产线单位投资额为2.2亿元/GW。 图7：P与TOon主要工艺流程对比 资料来源：长城国瑞证券研究所从设备投资构成来看，TOPCon电池产线中的硼扩散设备、隧穿氧化层及多晶硅层沉积设 行业研究 1/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 备、前背表面钝化膜设备（沉积SiNx、沉积AlOx）为主要支出项，占比分别约为14%、19%、23%。 表3：中来8GWTOPCon电池设备投资明细工艺步骤 设备名称总投资（万元）单位投资（万元/GW） 投资占比（%） 清洗制绒清洗设备3,960.01,080.004.9%制绒设备4680.硼扩散扩散设备2,1.325013.6 去除BSG和背结刻蚀设备6,800.5.00.8制备隧穿氧化层及多晶硅层POAID设备3,50.4,31. 9.4%沉积iNxECV设备7,88,48005.7 沉积AlL设备12,75.,593.757.2丝印/烧结测试印刷/烧结测试9,04,603816.3自动化产线60.2,0. 9.0 自他辅助设备,850.1.3工程安装费用1,1.353.29.1%合计 7,698,208.710 资料来源：中来股份，长城国瑞证券研究所TOPCon电池在BOS端性价比已经超过PERC。在N型TOPCon电池效率较PERC电池 高1%，其他条件完全相同的情况下，TOon组件发电功率较ER高3.6%。由此可以节省土地、线缆、人工等系统成本，最终带来BS成本下降约3.5%。以100MW的地面电站为例， 预计可节约S成本0.07元/W。表4：PERC与TOon电池BS成本对比 技术类型 单位 单晶双面PERCN型TOPCon电池效率%23.5024.50电池尺寸m1818 组件功率（72片） 557双面率 6单串组件数量片 22 支架 -单轴1P跟踪支架单轴1P跟踪支架逆变器 组串逆变器组串逆变器BOS成本 %基准 96.4 资料来源：一道新能源，长城国瑞证券研究所2.2背钝化层为增量环节，技术方案多点开花 在TPCon的核心加工艺隧穿氧化层及多晶硅层沉积上，目前有四种工艺路线：（1）LVD制备多晶硅膜结合传统的POCl3全扩散工艺；（2）LPCVD制备多晶硅膜结合离子注入 磷工艺；（3）EC制备多晶硅膜并原位掺杂工艺；（4）制备多晶硅膜并原位掺杂工 行业研究 12/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 艺。采用PECVD和方法可以一次性完成氧化硅膜和多晶硅膜的制备。图8：TOCon电池工艺流程 资料来源：中科院电工所，长城国瑞证券研究所以上四种工艺路线也可进行相互组合，如中来股份研发的POAID（等离子氧化及等离子 辅助原位掺杂技术）技术采用PECVD制备隧穿氧化层+V原位掺杂多晶硅层。目前来看，LPC沉积的薄膜质量更高，较PEC设备有0.2%-0.3%的转换效率优势， 是晶科能源已投产项目的主要工艺路径。若采用Cl3扩散进行多晶硅层沉积，可以使用PERC产线的扩散炉，更适合ER产线升级改造。L设备的缺点在于沉积过程中存在绕镀，且 无法实现原位掺杂，因此需要在完成背钝化层沉积后增加磷掺杂和正面多晶硅刻蚀两个工艺步骤，会一定程度上降低生产效率。此外PVD设备沉积过程中温度较高，石英舟和石英管有 隐裂和碎管的情况出现，需要定期更换，后期加工成本更高。PECVD设备的优点在于沉积速率快，能够实现原位掺杂，可以大大提高生产效率。隧穿氧 化层的厚度为1-2nm，PECVD设备由于沉积速度较快，对隧穿氧化层均匀性的控制存在一定难度。多晶硅层沉积则不存在这种问题。PECVD设备的主要缺点是存在一定的绕镀，在沉积完成 后往往也需要增加多晶硅刻蚀工艺。PVD设备的优点在于无绕镀，可以实现原位掺杂，但设备投资额偏高。中来股份采用了PVD 设备原位掺杂沉积多晶硅层。 行业研究 13/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 表5：三种设备的情况对比LPCVDPECVD（管式） PVD设备投资低 低 高 绕镀 严重 小 无不同尺寸兼容性适中 适中 高产能 高 适中 高 原位掺杂较难 容易，SiH4+P3容易，硅靶+PH3膜层质量较好 一般，易爆膜较好耗气量低 高 低 特气 SiH4、P3i4、/B2H6、2易耗品成本高（石英舟、石英管）一般（石墨舟清洗）低（载板清洗）占地面积小 小 大 能耗 高 中 低 优点 工艺成熟度高气体用量小成膜质量高设备投资少占地面积小工艺时间短（沉积速率快）易原位掺杂占地面积小无绕镀工艺时间短易原位掺杂硅片尺寸兼容度高 缺点 绕镀原位掺杂难能耗大石英耗材成本较高不同尺寸硅片兼容性差一定程度绕镀膜层均匀性较差易爆膜气体用量大不同尺寸兼容性差设备投资大占地面积大 资料来源：普乐新能源，长城国瑞证券研究所目前来看，LPCVD由于工艺相对成熟，在已建成的产线中应用比例更高，PECVD和 设备因其更高的生产效率在较多试验线中处于工艺调试阶段。三种设备各有优劣，不同电池片企业在工艺路线选择上各有不同。 从设备投资额看，隧穿氧化层及多晶硅层的设备投资额约为4,500-5,000万元/GW，仅在建产能带来的增量设备市场空间为80.46亿元-89.40亿元。2.3 硼扩散、SE制备难度更高，带来设备的增量空间2.3.1硼扩散：设备需求量翻倍，技术门槛提高进入壁垒 磷原子半径为0.110nm，硼的原子半径为0.082nm，硅原子半径为0.118nm，相对于磷，硼与硅的不匹配比例为0.75，在扩散过程中产生晶格张力，导致硼在硅中的扩散速率与固溶度要 大幅低于磷。因此N型硅片硼扩散制备发射极的难度要大大高于P型硅片的磷扩散。硼扩散炉需求量较PERC产线翻倍。为了让硼达到理想的掺杂浓度，需要更高的扩散温度 和扩散时间，这使得在硼扩散这一工艺步骤对与扩散炉的需求较传统ERC产线翻倍。从中来股份和晶澳科技两个电池片项目的扩散炉采购金额看，中来股份的单位投资成本为3012.5万元/GW ，晶澳科技的单位投资成本为1528.8万元/GW。 行业研究 14/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 表6：中来股份与晶澳科技电池片项目扩散炉采购成本对比项目名称 电池类型扩散炉（含自动化）采购金额（万元）单位投资金额（GW/万元） 中来股份1GW高效单晶电池智能工厂项目(一期8)TOPCon24,103,012.5晶澳科技年产5高效电池项目ER7,6528.8 资料来源：中来股份公告，晶澳科技公告，长城国瑞证券研究所说明：中来股份为201年定向增发项目、晶澳科技为20年非公开发行项目 硼扩散提高了技术门槛。目前高温硼扩散采用的硼源主要为氯化硼（BCl3）和溴化硼（Br3）。BCl3常温下为气体，具有一定的安全隐患，且反应生成的Cl2腐蚀性更强，容易造成金属污染。- 键能更大，在相同扩散温度下，BCl3较r的利用率低。这些限制了l的使用。r常温下为气态，由氮气携带进入高温石英管，高温下先与氧气反应生成液态2O3，经氮气携带 沉积在硅片表面并与硅反应生成硼原子，沉积过程发生的具体化学反应过程为：4Br3+3O2→2BO3+6Br22B3SiI4BSi 工艺上看，硼扩散的技术难点在于：（1）扩散温度一般在850~100℃，在这一温度下，B2O3为液态，无法像气体一样自由扩散，受自身重力影响，硅片表面沉积的B2O3质量分布极 不均匀，不利于硅片表面的均匀掺杂；（2）BO3对石英器件有很强的腐蚀作用，且温度越低粘稠度越高，低温下石英表面易形成硼硅玻璃，在石英炉门开关过程中极易粘接破坏石英舟， 提高生产成本；（3）当表面硼掺杂量较多时极易造成硼在界面处的堆积，从而形成BRL(oroNichLayer)，对湿法刻蚀清洗工艺带来很大的挑战，所以对预沉积过程的通源扩散工 艺提出了很高的要求，源流量不宜过大。上述三个问题的本质是B2O3在扩散温度下为液态，使B2O3气态化是解决上述问题的根本 方法。目前的一种解决方案是采用低压硼扩散炉，降低的沸点，使其在扩散温度下成为气态。另一种解决方案是采用湿法硼扩散设备，在沉积过程中通入适当水蒸气将B2O3变为气态HBO2 ，改变中间产物类别，避免上述问题的产生。 行业研究 15/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图9：湿法硼扩散设备示意图 资料来源：中电科四十八所，长城国瑞证券研究所总的来说，硼扩散对设备需求总量大幅提升，同时技术难度提升会一定程度上影响扩散设 备的竞争格局。2.3.2SE制备：激光设备大有可为PERC 电池的选择性发射极制备普遍是利用激光照射磷扩散后在硅片表面形成的磷硅玻璃，形成局部重掺杂。此方法仅需增加一套激光设备，投资成本低且生产效率高，成为了行业 的首选。N型电池激光掺杂难度更高。N型电池的选择性发射极制备需要进行硼扩散，上文提到硼 的扩散速率低，采用激光掺杂需要更高的功率以及更长的照射时间，会对硅片造成一定的损伤，带来的效率提升较小甚至负提升。如何在保证硼掺杂浓度的情况下，最大程度减少对硅片的损 伤是激光掺杂设备的核心研发方向。 行业研究 16/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图10：激光掺杂法示意图 资料来源：《高效晶体硅太阳能电池技术》，长城国瑞证券研究所除了激光掺杂外，选择性发射极制备的其他工艺路线包括丝网印刷硼浆法、氧化物掩膜扩 散法以及离子注入法等。丝网印刷硼浆法。这种方法首先在N型衬底的正面进行硼扩散，然后在衬底正面电极对应 的区域内丝印硼浆，接着经过高温退火和硼浆清洗，在正面电极相对应的区域内形成P+掺杂区，其他区域内形成P+掺杂区。丝网印刷硼浆法的缺点主要包括以下三点：（1）硼浆价格较贵； （2）硼浆会污染炉管，且硼浆去除也是一个问题；（3）需要增加退火设备，增加设备投资成本。 氧化物掩膜扩散法。这种方法是在清洗制绒后，在硅片表面制备一层薄的SiO2膜，然后用激光在金属电极对应区域进行开槽，随后在扩散炉进行扩散，最后形成开槽区域重掺杂，其他 区域轻掺杂的选择性发射极。氧化硅薄膜可以由扩散炉制备，只需增加激光开槽设备。图1：氧化物掩膜扩散法制备SE示意图 资料来源：长城国瑞证券研究所 行业研究 17/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 离子注入法。这种方法是在硅片的表面附上一个掩膜板（一般采用石墨材料）遮挡离子源，通过电场将离子加速，直接注入硅片未被掩膜板遮挡的区域。掺杂的原子通常是未激活的，以 原子基团的形式注入硅片表面，同时硅片表面由于受到高能量离子的轰击而非晶化，所以离子注入后需要经过高温退火。退火既可以修复表面的损伤层，又可以激活掺杂原子，并且在表面 形成一层氧化膜。离子注入法需要离子注入机，设备成本高，性价比较低。图12：离子注入法示意图 资料来源：《高效晶体硅太阳能电池技术》，长城国瑞证券研究所综合来看，离子注入法和丝网印刷硼浆法由于自身的缺点，难以在工业生产中广泛使用。 激光掺杂法和氧化物掩膜扩散法最有可能被广泛使用，虽然两者的工艺存在较大差异，但从设备端来讲，都需要在常规产线上增加激光设备。激光直接掺杂法的技术难度更高，相较于氧化 物掩膜扩散法的激光开槽设备会有一定的溢价。我们建议关注在光伏激光设备有较多积累的相关企业，尤其是在激光直接掺杂设备上有较 大突破的公司。 行业研究 18/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 3HJT：薄膜沉积为核心工艺，金属化工艺为降本关键3.1短期不具备成本优势，长期降本路径清晰 目前来看，异质结电池的单位成本不具备比较优势，主要原因是异质结设备单位投资成本较高、浆料成本高。 设备投资额远超PERC和TOPon。2021年东方日升异质结产线的单位设备投资预算为4.82亿元/GW。目前异质结产线单位投资成本已有一定程度的下降，约为4-4.5亿元/GW，相比 于PERC产线的1.9亿元/G和 的2.2亿元/GW，仍然较高。表7：201年东方日升2.5异质结电池项目投资预算 清洗制绒PECVD设备PV设备丝网印刷测试分选及其他辅助设备合计总价（万元）3,2063,002,014,00010,20120,400单位投资成本 （万元/GW）5825,28,05,604,08048,16设备投资占比1.9%.316.6%11.638.7%%资料来源：东方日升公告，长城国瑞证券研究所 银浆耗量高提高生产成本。从单瓦银浆耗量对比来看，现在PERC电池的银浆耗量约15mg/w，TOPcoN约为20mg/w，HJT为25-30mg/w，几乎是的两倍。异质结的低温工艺 需要使用低温银浆，进一步提升了浆料成本。异质结电池的浆料成本占总成本的25%左右。图13：异质结电池成本构成 资料来源：SolarZom，长城国瑞证券研究所异质结效率的提升目前难以对冲成本的提高，在组件端的单位成本并未形成优势，大规模 量产需要成本端下降一定幅度后才可实现。这点从异质结现有产能情况上可以得到验证，根据我们的不完全统计，目前异质结的投产产能仅为8.1GW，且多数为中试线。异质结降本路线清 行业研究 19/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 晰，未来潜能较大，国内的规划产能达到了162.7GW。表8：国内异质结产能情况 企业名称产地项目状态己建（MW)在建/待建（） 备注阿特斯 投产250 爱康科技浙江湖州投产 1,750江苏泰州设备定标6,0浙江长兴开工 8预计20年底实现2GW产能江西赣州规划 爱旭-投产20陕西千阳在建 2,00一期1，预计年1月建成比太新能源安徽蒙城备案 1 东方日升江苏常州投产5江苏常州在建 4,0浙江宁海在建 50预计203年4月投产浙江义乌在建高登赛能源& 水发集团辽宁阜新规划 1,0山东东营规划 年月签约国家电投江西南昌投产10 钜能电力福建莆田规划 5,00国投电力金石能源河北张家口规划 1,5 海泰新能江苏盅城规划 ,000201年月签约海源复材/赛维江苏高邮在建 60计划年月进行产线调试 华晟新能源安徽宣城投产2,70 年6月投产安徽宣城在建 4,8预计3年Q进行设备调试云南大理规划 5,020年5月签约华润电力浙江舟山厂房招标12,000年月进行厂房招标 淮宁能源科技江苏盐城开工 0金刚玻璃江苏吴江投产120甘肃酒泉规划 4,820年6月公告，项目建设周期18 个月，分两期建成。晋能山西太原投产 800晶澳江苏扬州规划 20 隆基乐叶陕西西安投产201,200钜能电力福建莆田6,0钧石能源福建豪州部分投产5,500 浙江舟山签约 0,000明阳智能江苏盐城设备定标5,0201年5月公告，预计205年全部投产 润阳&捷佳伟创 江苏盐城设备签约山煤国际山西太原规划 10,000 苏州潞能江苏张家港开工 ,0预计20年投产唐正能源山东东营签约 5 中利集团江苏常熟规划 20年非公开发行募资项目，后续发行终止。河北阜平 ,00异质结电池产能分两期建设，一期 行业研究 20/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 2GW于03年6月建设天合光能规划 250 通威四川成都投产1,00安徽合肥投产2中威四川成都投产 820M019年投产中建材江苏江阴签约 5,00 中天华昱光电江西上饶设备采购金阳新能源福建南安规划 2,000年7月公告合计 8,1016,700 资料来源：TrendForc，各公司公告，各公司官网，环评公告，长城国瑞证券研究所异质结的降本路径主要有三个方向： （1）薄片化可大幅降低硅片成本。异质结电池采用低温工艺，加工温度在200℃以下，且采用上下对称结构，不会出现PERC和TOPon电池在高温烧结过程中因材料热膨胀系数不同 而出现的曲翘、碎片现象，可以通过降低硅片厚度大幅降低硅片成本。目前主流PERC电池片厚度在160-170μm，下降空间十分有限，而异质结电池厚度未来有望降至130μm，使得硅片成 本下降20%左右；（2）降低浆料成本。为降低异质结电池银浆消耗量，目前有多种技术路线在研发之中：在 工艺方面，如采用丝网印刷结合多主栅（MB）技术、激光转印技术、铜电镀技术等；在浆料方面如银包铜等； （3）设备降本潜力大。异质结仍处于市场化的早期阶段，设备端仍有较大的降本空间。设备的降本来自于两个方面：一是设备端企业扩大产能带来的规模效应；二是设备生产效率提高 带来的单位投资成本降低。设备端可以从浆料和减少初始投资两个方面助力成本降低，对于异质结电池的大规模产业 化有着重要意义。3.2薄膜沉积：异质结核心环节，降本重要抓手 异质结电池结构是在N型硅片上下表面沉积大约5nm厚的本征非晶硅层（a-Si:H），随后在前表面沉积大约10nm厚的硼掺杂P型非晶硅层（P型a-Si:H），在背表面沉积大约10nm厚 的磷掺杂N型非晶硅层（型a-Si:H），再在上下表面沉积透明导电氧化物层（TCO），最后制备金属栅线。 非晶硅的禁带宽度在1.72eV左右，有利于异质结电池获得更大的开路电压，且能够帮助异质结电池实现较好的载流子选择性。由于a-Si的带隙大于c-Si（禁带宽度为1.12eV），在正面 结和背面结处都会由于能带失配而形成导带阶ΔEC和价带阶ΔE。在正面，较大的ΔEC对电子会产生一个很高的势垒，形成电子反射镜，使得电子只能被集电极收集。在背面，Δ 行业研究 21/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 对空穴形成反射，使得空穴只能在正面结被收集。背面结导带带阶ΔEC较小（大约是ΔEV的三分之一），不对电子向背面接触的传输构成阻碍，因此背面a-Si:H(/N)给电子输运提供了优异 的背接触，给空穴的反射提供了优异的钝化。非晶硅内部的缺陷较多，且电导率低，为了减少载流子的缺陷复合和非晶硅层的寄生光吸收，需要将非晶硅薄膜层的厚度控制在10-15nm左右。TCO 层的作用主要有两个：（1）增加横向导电性。非晶硅薄膜层的横向电阻较大，电极无法从发射极收集足够电流，需要TCO层增加横向导电性；（2）减反射。和PERC电池的SiNx 功能类似。非晶硅层和TC层决定了异质结电池的质量，因此薄膜沉积是异质结电池的核心环节。 图14：异质结电池结构示意图 图15：异质结电池能带结构示意图 资料来源：钜能电力，长城国瑞证券研究所 资料来源：《高效晶体硅太阳能电池技术》，长城国瑞证券研究所 非晶硅层和TCO层的沉积都有两条技术路线。非晶硅层主要是采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和热丝化学气相沉积（CAT-VD），TCO层主要是反应等离子体沉积（RPD） 和物理化学气相沉积（P，以磁控溅射为主）。 行业研究 2/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 图16：异质结工艺路线图 资料来源：《太阳能》，长城国瑞证券研究所在非晶硅层沉积方面，PECVD优点是沉积速度快、膜均匀性好，缺点是等离子体对硅片表 面产生轰击。CAT-是利用高温热丝催化作用使SiH4分解从而制备硅薄膜，优点是对界面轰击较小，薄膜质量好，硅片钝化效果好，但是其均匀性较差，且维护成本较高。目前来看，PECVD 设备为市场主流，国内的理想万里晖、福建钧石、捷佳伟创、迈为股份都实现了该设备的量产能力。 表9：部分企业异质结中试线CVD设备企业 HJT产能 模式 CVD设备节拍 单产 台数金石能源60MWPEC钧石能源/— / 泰兴中智1at-日本真空2,400wPh80MW2山西晋能2AM400w11中威 理想3,200w 合肥通威50PVD迈为5000w国电投1EC2,800wPhI0东方日升6M理想400w61 爱康2WA,1M2华晟350P迈为8000w35W1VD理想4,500wPh0 阿特斯 EC迈为 21通威,000MP迈为,理想 15 钧石5,200wPh0M 行业研究 23/38请参阅最后一页的股票投资评级说明和法律声明 合计3,250MW资料来源：CPVS、长城国瑞证券研究所 我们认为工艺路线之争并不是当前阶段非晶硅层沉积环节的主要矛盾，如何降低设备的投资成本推动异质结电池加快市场化进程才是当前设备厂商竞争的核心。非晶硅沉