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(报告出品方/分析师:长江证券赵智勇臧雄倪蕤)
N型电池迎来规模化量产,多家企业引领HJT量产落地
提效降本是光伏行业发展的核心驱动,而技术的优化和迭代正不断推动光伏电池片光电转换效率持续提升。上一轮技术革命是PERC替代BSF,随着PERC效率与BSF逐步拉开差距,叠加PERC电池工艺趋于成熟,成本下降,PERC迎来大规模扩产,市场份额快速提升取代传统的BSF。
当前随着P型技术逐步接近效率提升瓶颈,行业将迎来新一轮的技术变革周期。
一方面,N型电池取代P型电池趋势相对明确。随着以HJT、TOPCON、IBC为代表的N型电池规模化量产落地、生产规模逐步扩大、设备和材料的国产化率逐步提升、设备价格和生产成本下降、产品性能和竞争力逐步提升,以及生产工艺的逐步优化,N型电池片市占率将在未来持续增长。
另一方面,由于多种N型电池技术路线在转换效率方面并未拉开明显差距,均可以实现24%以上的量产效率,其在成本、工艺复杂度、产线兼容性等方面表现均有所不同,HJT、TOPCon、XBC等新技术路线将协同发展,齐头并进。
转换效率来看,三种N型电池技术均能够实现24%以上的量产效率,IBC电池效率更高,且能够分别与TOPCon、HJT电池技术进行结合,升级成为转换效率更高的TBC、HBC电池;
成本端对比来看,目前,三种电池技术的单W成本仍高于PERC,相较而言,TOPCon的单W成本低于HJT;
从工艺复杂度来看,HJT工艺相对简单,XBCTOPCon(12-13道)PERC(8-10道)HJT(4-6道);
从与PERC产线的兼容性来看,TOPCon(可基于PERC升级)XBC(部分兼容)HJT(完全不兼容),TOPCon可基于现有PERC产线升级。
从光伏电池扩产来看,由于国内外装机规模旺盛叠加大尺寸电池片结构性紧俏,大尺寸PERC电池盈利较好且具有溢价,同时TOPCon等新技术电池溢价较好。
电池盈利上行背景下,22年PERC电池扩产明显超预期,同时,新技术电池规模化扩产加速更值得重视,22年新技术电池大规模扩产拉开帷幕。
根据目前下游厂商的扩产规划,预计年TOPCON、XBC、HJT电池扩产占比或超50%以上。HJT电池效率和成本进步较好,同样将迎来规模化扩产,今年以来,安徽华晟、金刚玻璃、隆基绿能、东方日升、爱康科技等均新宣布扩产规划,安徽华晟、华润电力、爱康科技等亦积极推动前期HJT扩产规划落地。
安徽华晟:
1)华晟二期(2GW异质结项目)于年4月底完成首批电池片出片,预计至6月底完成所有2GW设备的调试与投产。首批电池片已实现电池最高转换效率24.68%,组件功率达W+。
2)年5月华晟宣布在安徽宣城建设4.8GW双面微晶异质结智能工厂项目,5月底已正式开工,预计年Q1-Q3分两期完成设备搬入和调试生产。
3)年5月公司与大理州政府、华能澜沧江水电股份有限公司签署合作协议,拟建设5GW高效异质结光伏电池和组件项目。
金刚玻璃:
1)1.2GW大尺寸半片超高效异质结太阳能电池及组件项目已于年3月全线贯通,5月实现首次出货,电池片平均转换效率达24.95%,组件功率W+;
2)年6月公司宣布在甘肃酒泉建设4.8GW高效异质结电池片及组件项目,预计建设周期18个月。
隆基绿能:
第三方环评机构网站显示,隆基绿能拟建设中央研究院一期中试项目,规模1.2GW,从主要建设内容概要判断,该项目或为HJT项目。
爱康科技:
1)年1月,爱康科技8GW异质结电池及其配套项目落户瑞安。项目分两期建设,分别建设4GW光伏电池及4GW高效光伏组件产能;
2)年5月,爱康科技6GW异质结电池项目正式开工。
3)年7月,公司发布公告,与迈为股份签署《设备采购合同》,湖州爱康光电以自有资金向迈为股份购买两条太阳能半片异质结电池整线设备,每条生产线的产能均超过MW。
东方日升:
年1月,公司公布定增预案,拟募集资金建设5GWN型超低碳高效异质结电池片与10GW高效太阳能组件项目,项目建设周期为12个月。公司同时披露《15GWN型超低碳高效异质结电池片与15GW高效太阳能组件项目可行性研究报告》。今年4月,项目已通过环评。
华润电力:
公司年8月公布12GW高效异质结太阳能电池及组件制造项目,今年5月发布项目配套标准厂房工程总承包信息。
印度信实工业:
根据迈为股份4月公告,印度信实工业拟向新加坡迈为采购太阳能异质结电池生产整线8条,产能为MW/条,共4.8GW。
提效空间逐步挖潜,双面微晶、半片等技术助力效率提升
HJT电池(本征薄膜异质结电池)通常以N型单晶硅片为衬底,宽带隙的非晶硅作发射极,具备双面对称结构。
从结构上看,HJT电池在N型硅片正面依次沉积本征a-Si:H薄膜和P型掺杂a-Si:H薄膜以形成P-N结,在N型硅片的背面则沉积本征a-Si:H薄膜和N型掺杂a-Si:H薄膜以形成背表面场,并在两侧在沉积TCO导电薄膜。
异质结电池具备较高的开路电压和高转换效率,本征非晶硅薄膜是关键,可以有效降低非晶硅与晶硅异质结表面的复合速率,减少表面复合损失,从而在硅片表面获得优良钝化效果,显著提高HJT电池的开路电压和转换效率。
目前HJT量产及实验室效率不断提升,提效空间不断挖潜。
在量产效率方面,HJT电池量产平均效率已接近25%,随着双面微晶工艺、半片、光注入及多主栅等技术的运用,量产平均效率有望较快突破25%并向26%的效率窗口迈进。
以华晟和金刚玻璃为代表,年4月华晟二期异质结电池首批量产最高效率为24.68%;年6月金刚玻璃微晶异质结量产平均效率已达24.95%。在实验室效率方面,目前HJT效率已经超过26%。
年10月隆基绿能通过微晶N窗口层优化、开发新本征层结构等,HJT转换效率达到26.3%,年6月隆基绿能再次打破世界纪录,HJT电池效率进一步提升至26.5%。
此前赛迪智库预计,HJT产业化平均效率有望在年达到24.8%,并在年实现25.8%。目前来看,HJT的产业化效率提升节奏或好于预期。
双面微晶及半片等技术运用持续助力HJT效率提升,HJT提效仍有较大提升空间。
双面微晶工艺:非晶硅薄膜晶化率、电导率和吸收率影响HJT电池转换效率。非晶硅薄膜的晶化率提高,电导率将有较大幅度提升,自吸收下降,从而减少ITO横向电导压力,实现更好的钝化效果。
目前微晶工艺一般使用PECVD、HWCVD或VHF-PECVD技术,已经在下游HJT中试线和量产线中应用验证,且取得较好提效成果。PECVD环节微晶工艺或成为HJT增效的标配技术。
目前迈为股份采用VHF-PECVD,镀膜速率较RF提升2倍以上,较RF降低氢气用量70%左右,效率较RF高0.3%以上。
年3月迈为股份新型PECVD微晶设备叠加PVD新型高迁移率的TCO工艺实现单晶异质结电池转换效率达26.07%。同时,迈为股份微晶工艺在金刚玻璃HJT量产线实践,年5月,进过工艺调整、效率爬坡,金刚玻璃微晶异质结电池量产平均转换效率已达24.95%。
隆基绿能去年10月以来,通过优化微晶N窗口层和开发新的本征层结构两方面提升,改善钝化性能,连续实现HJT电池转换效率突破。其中,VHF-PECVD设备环节工艺开发在几乎不增加HJT电池成本的情况下,实现HJT效率突破。
金辰股份和晋能科技共用合作开发基于微晶的HJT太阳能电池PECVD工艺,今年3月,金辰股份首台微晶HJTPECVD工艺设备进场晋能科技。今年8月,金辰股份首台套微晶HJTPECVD量产设备成功交付发货。
半片工艺:半片技术是将电池切半,通过优化半片电池片的串并联结构,得到与全片电池组件相近的电流和电压。
但由于并联,每串电池电流降低一半,从而降低电阻消耗,相对功率可提高2%-3%左右。但将电池片切片做半片组件的过程中,会产生微裂纹,对效率有损伤,且效率越高切损越大。
因此,半片工艺将电池片切片环节上移至硅片端完成,通过规避后端电池切片的效率损失达到提升电池片效率的目的。同时,半片工艺可使电池制造过程中形变量降低,在后续组件的工艺中,碎片率得以一定改善。目前迈为股份提出了直接半片电池方案,已在HJT设备整线中运用。半片工艺有望成为行业的重要技术方向。
降本路径清晰,与PERC成本差距不断收窄
短期HJT电池经济性仍待提升,但未来降本路径清晰、空间较大。当前HJT电池片成本总体仍高于PERC,非硅成本中设备投资大导致设备折旧较高、银浆成本占比高且存在靶材成本是HJT的重要特点。
HJT降本路线清晰,主要包括1)从设备国产化出发,降低设备投资成本,同时提升设备的量产产能,摊薄HJT生产成本;2)通过硅片薄片化、节省银浆用量(SMBB工艺、激光转印及银包铜等)或者用电镀铜等方案降低硅片成本和非硅成本。
设备国产化推动设备投资持续下降
目前,HJT电池整线采用进口设备的投资额约7-8亿元/GW,国产厂商捷佳伟创、迈为股份、理想能源、钧石能源等持续进行国产设备研发,未来随着国产化整线设备推进,预计设备价格有望进一步下降。
而在HJT主工艺设备中,PECVD价值占比50%以上成为降本的关键,是当前HJT产业的核心制约因素,一旦突破有望打开HJT产业化瓶颈。与此同时,设备降本的另一个途径则是提升设备产能,HJT产能提升的关键在于PECVD设备环节。
对于PECVD而言,其主要思路是在不显著提高设备成本的基础上扩大产能。产能提升的途径包括增加单腔体处理硅片数量、提高生产节拍等,目前,设备厂商一般通过缩短镀膜工艺时间、扩大腔体面积,增加腔体数量、优化腔体布局等方式来实现,在实际生产中,不同的方式对成膜质量、均匀性存在影响,并对生产过程中的自动化水平也具有较高要求。
材料降本:硅片薄片化、金属化工艺降本势在必行
薄片化降本:硅片减薄在硅料、硅片价格高企的情况下是重要手段。根据中环股份发布的《技术创新和产品规格创新降低硅料成本倡议书》,减薄18μm厚度硅片可以覆盖多晶硅料价格10元/KG的涨幅。
年用于P型电池的单晶硅片平均厚度在μm,N型硅片减薄潜力更大:TOPCON电池的N型单晶硅片平均厚度已达μm,HJT电池硅片厚度约μm,IBC电池硅片厚度约为μm。各类型的单晶硅片厚度有继续下行趋势,当前更多大硅片和电池厂商正在测试基于μm厚度的硅片。
CPIA预计,年,N型单晶硅片厚度有望下降至μm,P型单晶硅片厚度有望下降至μm。目前,硅片减薄或快于此前预期,带来的降本效应将逐步显现。
HJT电池具备硅片减薄优势。
一方面,硅片减薄会对电池片的功率有影响。
硅片减薄会使被激发的载流子扩散到空间电荷区的路径变短,少子被复合的概率降低,对提升电池的开路电压有积极作用,但同时硅片减薄后,硅片对太阳光的吸收会变少,从而造成短路电流降低。但HJT转换效率受厚度变化影响更小,依赖较低的表面复合,短路的电流的损失可以通过开路电压予以弥补。
在硅片减薄影响转换效率较小的情况下,HJT可以更大程度的降低硅片厚度实现更大降本空间。
另一方面,薄硅片易发生物理形变,PERC、TOPCON为高温制程,导致更高的碎片率,而HJT具备电池对称结构且为低温工艺,更适宜硅片减薄趋势。当前HJT电池片厚度约为μm,未来HJT电池片厚度有可能减薄至90-μm,厚度降幅可达33-40%,HJT电池硅片成本可实现下降。
低温银浆通过材料国产化叠加金属化工艺革新降低银浆耗量实现不断降本。
银浆目前仍是光伏电池片主流的电极金属化材料,HJT由于使用进口低温银浆,价格更高且用量较大,银浆成本占据电池片总成本较大比例。
1)从电池片单片银浆耗量看,年M6尺寸的P型电池平均银浆耗量(正银+背银)96.4mg/片,而HJT电池双面低温银浆消耗量约mg/片,较PERC银浆耗量翻倍。
2)低温银浆仍依赖进口,年,进口低温银浆的价格约-元/kg,明显高于国产银浆的售价,降本空间明显。
降低低温银浆成本从降低银浆用量和实现银浆国产化两个角度出发。
银浆国产化方面,当前国产浆料已经取得较快进展,年国产正银市占率已经上升到61%,TOPCon电池用正面银浆国产化率亦达70%左右,随着杜邦、三星浆料业务被国内企业收购,预计年国产正银市占率有望进一步提升至80%以上。聚和股份正银销量跃居全球第一,聚和股份、帝科股份、苏州晶银(苏州固锝子公司)3家企业全球银浆市占率接近50%。
国产低温浆料市占率仍较低,HJT用低温主栅银浆国产化率仅10%左右,细栅用银浆仍然全部依赖进口。目前低温银浆供应商为日本京都电子,市占率约80%及以上,在体电阻率、拉力、细线印刷性等方面具备明显的竞争优势。低温银浆国产化持续推进,国产浆料大厂已经实现低温银浆出货。
根据聚和股份招股说明书,-年其HJT银浆收入分别约27.37万元、.37万元、.84万元,营收占比分别为0.03%、0.11%、0.10%;苏州固锝年全年实现销售HJT低温银浆5.14吨;帝科股份年HJT低温银浆实现小批量出货。
低温银浆国产替代是行业发展必然趋势,国产替代实现后,降本幅度预计超过20%,对HJT降本起到至关重要的作用。同时,从长期看,HJT电池银浆耗量将持续下降以达到降本目的,金属化工艺革新进步是重要推动力。
根据CPIA,年,HJT电池双面低温银浆消耗量约mg/片,预计在年有望降至mg/片。
金属化革新工艺包括SMBB多主栅、银包铜、激光转印、铜电镀工艺,从目前工艺验证来看,均能有效实现银浆消耗减量。
(1)SMBB多主栅技术既可以使电池片的发电效率提升,同时也可以较大幅度降低银耗。
一方面通过增加主栅数量,收窄主栅宽度,降低主栅线对受光区域的遮挡,提升受光面积;亦使电池上电阻、电流分布更加均匀,降低串联电阻提升功率。
另一方面,从SMBB实践看,华晟新能源推动HJT电池从9BB向12BB切换,根据华晟新能源
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