TOPCon技術(shù)是德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能(9.960, -0.07, -0.70%)研究所2013年在第28屆歐洲PVSEC光伏大 會(huì)上首次提出的一種新型鈍化接觸太陽(yáng)能電池。TOPCon電池在結(jié)構(gòu)上與PERC電池 的區(qū)別在于背面增加了超薄隧穿氧化層和多晶硅層,二者形成鈍化接觸結(jié)構(gòu),為硅 片背面提供了良好的界面鈍化。
隨著TOPCon技術(shù)的持續(xù)推進(jìn),其競(jìng)爭(zhēng)力逐步顯現(xiàn),主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:
第一,轉(zhuǎn)換效率較高,潛力較大。PERC目前的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率在23%左右,轉(zhuǎn)換效率 的提升空間已然有限,TOPCon目前的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率在24.0-24.5%左右,理論最高 轉(zhuǎn)換效率在28.7%,與HJT(異質(zhì)結(jié))電池28.5%的轉(zhuǎn)換效率較為接近,而HJT電池 的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率目前也在24.0-24.5%左右,兩者較為接近。
第二,與存量PERC兼容度高,能夠繼承PERC時(shí)代的技術(shù)積累與大部分設(shè)備。與現(xiàn) 有 PERC 生 產(chǎn) 工 序 相 比 , TOPCon 主 要 增 加 硼 擴(kuò) 散 和 隧 穿 層 沉 積 的 LPCVD/PECVD/PVD等設(shè)備;同時(shí),近兩年新建大尺寸PERC產(chǎn)線一般預(yù)留了 TOPCon的升級(jí)空間,一些廠商也專門推出了針對(duì)存量產(chǎn)線改造的設(shè)備,諸如捷佳偉 創(chuàng)推出了三合一設(shè)備,并與潤(rùn)陽(yáng)簽訂了5GW存量產(chǎn)線改造的合同。
TOPCon技術(shù)可以延長(zhǎng)現(xiàn)有產(chǎn)線的生命周期,節(jié)約資本開支。根據(jù)英利能源的數(shù)據(jù), 新建PERC產(chǎn)線的設(shè)備投資額為1.2-1.7億元/GW,新建TOPCon產(chǎn)線設(shè)備投資額為2- 2.5億元/GW,新建HJT產(chǎn)線設(shè)備投資額為4-4.5億元/GW。而若從PERC升級(jí)至 TOPCon則設(shè)備投資額為0.5-0.7億元/GW,能有效降低投資成本;此外,從行業(yè)平均 的電池成本來看,TOPCon的單W成本比PERC高0.1元/W左右,而個(gè)別TOPCon先 進(jìn)產(chǎn)能的單W成本已經(jīng)與PERC相當(dāng)接近,HJT的單W成本比PERC高約0.2-0.3元/W, 先進(jìn)產(chǎn)能的單W成本差距可以做到0.2元/W左右。
第三,性價(jià)比具有一定優(yōu)勢(shì)。TOPCon較高的轉(zhuǎn)換效率使得電池單瓦及單位面積發(fā) 電量有所提升,能夠有效的降低BOS成本。晶科能源(12.730, 0.23, 1.84%)N型TOPCon組件效率較現(xiàn)有產(chǎn) 品進(jìn)一步提升,最新N型TOPCon組件Tiger Neo效率達(dá)到22.2%,功率達(dá)到620W, 天合和中來均推出了700W的組件。
同時(shí),TOPCon電池具備良好的弱光效應(yīng),延遲組件日發(fā)電時(shí)長(zhǎng),有效降低LCOE。根據(jù)中來公眾號(hào)發(fā)布的數(shù)據(jù),考慮25年全生命周期的維度,與PERC組件相比, TOPCon組件首年衰減低1%,BOS成本低3.9%,LCOE低6.6%,發(fā)電增益高6.3%,經(jīng)第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)TUV北德在不同反射率的地面條件下的實(shí)證發(fā)電測(cè)試發(fā)現(xiàn), TOPCon組件最高可以得到30%的發(fā)電增益,若控制LCOE不變($0.1066),與主 流PERC組件對(duì)比,TOPCon組件比PERC有2.8美分/每瓦的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。
TOPCon技術(shù)方案多樣,LPCVD較為成熟,PECVD、PVD、PEALD等各顯身手, 電池片環(huán)節(jié)的專有技術(shù)有望增多,競(jìng)爭(zhēng)格局有望優(yōu)化。從結(jié)構(gòu)方面來看,TOPCon結(jié) 構(gòu)分為兩層:第一層為超薄氧化硅隧穿層,厚度1-2nm,可以通過熱氧、化學(xué)腐蝕方 式形成。
第二層是摻雜多晶硅層,可以由LPCVD、PECVD、PVD等方法制備,主要技術(shù)路線 分為磷擴(kuò)摻雜、離子注入摻雜、原位摻雜,與傳統(tǒng)的擴(kuò)散摻雜不同,離子注入是將雜 質(zhì)原子電離成帶電粒子后,再用強(qiáng)電場(chǎng)加速這些粒子注入到硅基體材料中進(jìn)行摻雜, 但是離子碰撞會(huì)引起晶格斷裂或損傷,需要退火來完成摻雜離子的去除和激活;原 位摻雜是在沉積多晶硅的同時(shí)通入含有雜質(zhì)的氣體,使多晶硅摻雜均勻,后期也需 要退火處理來達(dá)到晶化目的,PECVD、PVD多使用原位摻雜。各家電池廠商基于自 身的技術(shù)積累,選擇了不同的技術(shù)路線進(jìn)行攻關(guān),隆基、晶科以LPCVD為主,通威 以PECVD、PEALD為主,中來以POPAID為主。
我們認(rèn)為與PERC和HJT較為統(tǒng)一的技術(shù)路線不同,TOPCon多樣的技術(shù)方案使得 電池廠商從以往的整線采購(gòu)向分環(huán)節(jié)采購(gòu)設(shè)備“攢”產(chǎn)線轉(zhuǎn)變,有望增強(qiáng)電池端在 產(chǎn)業(yè)鏈中的話語(yǔ)權(quán),競(jìng)爭(zhēng)格局有望優(yōu)化。
隧穿氧化層的制備,熱氧化法較為成熟,而PECVD法和ALD法也是目前研究的重點(diǎn) 方向。對(duì)于隧穿氧化層的制備主要有熱氧化法、PECVD、原子層沉積、濕化學(xué)法等, 目前TOPCon氧化層制備主要采用熱氧化法,其鈍化效果最好,但反應(yīng)速度較慢,熱 氧法所用設(shè)備為熱氧化管式爐,其可以與非晶硅沉積環(huán)節(jié)設(shè)備集成;PECVD法的優(yōu) 勢(shì)在于生長(zhǎng)速率較快,但是鈍化效果和均勻性稍差;ALD鈍化效果和均勻性優(yōu)于 PECVD法,但是生長(zhǎng)速率較差;濕化學(xué)法和準(zhǔn)分子源干氫法應(yīng)用較少。
摻雜多晶硅層的制備,LPCVD法為現(xiàn)有主流且較為成熟,PECVD法、PEALD法、 PVD法也是目前研究的重點(diǎn)方向。對(duì)于摻雜多晶硅層,主要有4中制備方法,其中 LPCVD、PECVD和PEALD屬于化學(xué)沉積方式,而濺射法是屬于物理氣相沉積(PVD) 方法。LPCVD是目前工藝較成熟的設(shè)備,具有產(chǎn)量高、可直接制備n型多晶硅層的優(yōu) 點(diǎn),但會(huì)損傷石英件,石英件需要定期更換,且存在繞鍍問題;PECVD法沉積速度 要高于LPCVD,但其設(shè)備要求高,同時(shí)產(chǎn)生的膜層不致密,燒結(jié)后開壓較低;PEALD 則是較新的技術(shù),采用原子層沉積原理,其沉積速率最高,但成本較高,也無(wú)法解決 PECVD膜層不致密的問題;PVD的優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)污染,操作簡(jiǎn)單且安全,沉積速率也 高于LPCVD,但缺點(diǎn)在于其硅靶材用量較大,成本較高,膜層均勻性相對(duì)較差,退 火溫度也較高。
除去常見的N型TOPCon電池之外,現(xiàn)在出現(xiàn)了一種基于P型硅片的TOPCon電池結(jié) 構(gòu),根據(jù)中科院寧波材料所的公開資料,P型TOPCon電池正面和PERC結(jié)構(gòu)一致, 無(wú)需增加擴(kuò)硼設(shè)備,只需增加氧化硅和多晶硅的相關(guān)設(shè)備(諸如“二合一”PECVD 設(shè)備),只需有限的設(shè)備投入,非常適合現(xiàn)有PERC產(chǎn)線的升級(jí)。
從現(xiàn)有的轉(zhuǎn)換效率紀(jì)錄和廠商布局來看,由于LPCVD較為成熟,絕大部分廠商現(xiàn)有 布局以LPCVD法為主,少部分為PECVD法;值得注意的是,寧波研究所的25.50% 的轉(zhuǎn)換效率是用PECVD法取得的。另外,PVD法主要是中來在布局,PEALD主要是 通威、微導(dǎo)在主導(dǎo)。
當(dāng)前業(yè)內(nèi)多家企業(yè)已布局TOPCon電池,推出大功率級(jí)TOPCon組件。根據(jù)2021年 SNEC展會(huì),多家廠商已推出TOPCon組件產(chǎn)品,量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率多數(shù)已達(dá)到22%以上。
TOPCon有望率先放量,22年全年產(chǎn)能投入有望超過30GW。根據(jù)晶科能源公眾號(hào) 的披露,2022年1月安徽晶科能源一期8GW新型高效電池片實(shí)現(xiàn)貫通投產(chǎn),主要生 產(chǎn)高效N型TOPCon電池,目前晶科TOPCon電池平均量產(chǎn)效率在24.5%,最高效率 已經(jīng)達(dá)到25.4%,該項(xiàng)目的投產(chǎn)預(yù)示著TOPCon大規(guī)模投入的條件已經(jīng)較為成熟;除 去晶科之外,隆基、天合、中來、晶澳等電池片廠商以及比亞迪(251.780, 2.18, 0.87%)等新晉廠商均有不同 規(guī)模的投入計(jì)劃,根據(jù)集邦咨詢和我們的統(tǒng)計(jì),目前規(guī)劃的TOPCon產(chǎn)能超過 100GW,我們預(yù)計(jì)2022年TOPCon將迎來投產(chǎn)高峰期,有望超過30GW。
二、TOPCon 技術(shù)方案多點(diǎn)開花,設(shè)備廠商爭(zhēng)奇斗艷
TOPCon技術(shù)方案多樣,設(shè)備廠商各有側(cè)重。在PERC技術(shù)升級(jí)為TOPCon的核心3 大工藝步驟中(隧穿氧化層、多晶硅層、擴(kuò)散),多家廠商推出了各自的技術(shù)方案, 氧化層需要新增的設(shè)備主要是氧化爐、PECVD、PEALD,隧穿氧化層一般需要增加 LPCVD、PECVD,根據(jù)摻雜方案的不同,需要增加退火爐、擴(kuò)散爐或者離子注入機(jī)。
目前采用較多的為拉普拉斯的LPCVD方案,即隧穿氧化層用熱氧(氧化爐),多晶 硅層用“本征+磷擴(kuò)”(LPCVD、擴(kuò)散爐),該方案技術(shù)成熟,但存在產(chǎn)能低、良率 低等問題,多晶硅層亦可用“摻雜+退火”(LPCVD、退火爐),繞鍍較易清理,但 是存在鍍膜速率較慢、膜層均勻性等問題;捷佳偉創(chuàng)(85.420, -2.46, -2.80%)基于自身在PECVD方面的深厚 積累,推出了“三合一”設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了隧穿層、多晶硅層、原位摻雜層的制備,解決 了傳統(tǒng)TOPCon電池生產(chǎn)過程中繞鍍、石英件高損耗的固有難點(diǎn),而且新型PE-poly 路線的原位摻雜時(shí)間僅為傳統(tǒng)LP路線的五分之一;微導(dǎo)提出了基于PEALD的方案, 隧穿氧化層采用基于PECVD的“摻雜+退火”方案,具有氧化層均勻性易控制,繞鍍 輕微,鍍膜速率快,但是也有H含量較高,容易爆膜的問題。
預(yù)計(jì)2022年光伏電池片設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約254億元,其中TOPCon設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模約92億元。我們通過統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)新增電池片環(huán)節(jié)的新增產(chǎn)能,并對(duì)不同技術(shù)路線的在新增 產(chǎn)能中的占比以及產(chǎn)線投入作出假設(shè),得到2022-2025年的光伏設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模為 254/348/430/535億元,復(fù)合增長(zhǎng)率保持在20%左右。
三、硅料產(chǎn)能釋放,電池片盈利回升,資本開支望上行
短期波動(dòng)不改長(zhǎng)期趨勢(shì),靜待下游盈利好轉(zhuǎn)。從21年初到22年1月初,硅料價(jià)格從72 元/kg,上升到235元/kg,上升幅度達(dá)226%,期間最高達(dá)到270元/kg,上升幅度達(dá) 275%,同期電池片價(jià)格從約0.95元/W上升到約1.10元/W,上升幅度只有約16%,硅 料價(jià)格上漲,電池片環(huán)節(jié)成本不能順利向下傳導(dǎo),使得電池片環(huán)節(jié)盈利惡化。
以愛旭股份(20.110, -0.12, -0.59%)為例,20Q4-21Q3四個(gè)季度的毛利率分別為17.7%/9.7%/1.7%/6.0%,凈 利率為12.7%/3.4%/-3.2%/-0.5%,電池片環(huán)節(jié)開工率與盈利情況均不甚理想,也對(duì) 電池設(shè)備的投入與驗(yàn)收工作造成了一定的負(fù)面影響。我們認(rèn)為硅料價(jià)格的高企造成 的只是電池片設(shè)備投入的推遲而不是取消,隨著硅料產(chǎn)能的逐步釋放、電池片環(huán)節(jié) 開工率與盈利的逐步好轉(zhuǎn),電池片設(shè)備的投入將繼續(xù)。
2022年隨著硅料產(chǎn)能逐步釋放,硅料環(huán)節(jié)“相對(duì)緊缺”現(xiàn)狀年內(nèi)有望得到改善,電 池片盈利或?qū)⒒厣型麕?dòng)資本開支上行。根據(jù)集邦咨詢,至2022年年底全球多 晶硅有效產(chǎn)能有望達(dá)80-85萬(wàn)噸,新增產(chǎn)能約為20-30萬(wàn)噸??紤]硅料產(chǎn)能爬坡時(shí)間 約6個(gè)月,且受能耗雙控及產(chǎn)線檢修影響,2022年上半年硅料新增有效產(chǎn)能有限,疊 加下游剛性裝機(jī)需求,硅料仍處于緊平衡狀態(tài),隨著Q3、Q4季度硅料廠商擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目 達(dá)產(chǎn),產(chǎn)能逐步釋放,Q2末硅料供需緊平衡狀況將得到緩解,硅料或?qū)⑿∮杏嗔浚?電池片盈利或?qū)⒒厣?,將有效帶?dòng)設(shè)備的需求增長(zhǎng)。
四、重點(diǎn)公司分析:技術(shù)路線多點(diǎn)開花,設(shè)備廠商各有千秋
(一)捷佳偉創(chuàng):多路線布局,有望受益于行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程
捷佳偉創(chuàng)成立于2007年,是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的從事晶體硅太陽(yáng)能電池設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷 售的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)。公司憑借自身的技術(shù)研發(fā)實(shí)力在太陽(yáng)能電池設(shè)備生產(chǎn)領(lǐng)域 行業(yè)地位突出。
公司的主要業(yè)務(wù)為晶體硅太陽(yáng)能電池設(shè)備研發(fā)、生產(chǎn)和銷售,主要產(chǎn)品包括PECVD 及擴(kuò)散爐等半導(dǎo)體摻雜沉積工藝光伏設(shè)備、清洗、刻蝕、制絨等濕法工藝光伏設(shè)備 以及自動(dòng)化(配套)設(shè)備、全自動(dòng)絲網(wǎng)印刷設(shè)備等晶體硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)工藝流程 中的主要及配套設(shè)備的研發(fā)、制造和銷售。
公司收入和凈利潤(rùn)穩(wěn)中有升。公司實(shí)現(xiàn)2020年收入40.44億元,同比增長(zhǎng)60%, 2021Q1-Q3季度實(shí)現(xiàn)37.45億元,同比增長(zhǎng)21.43%,2021年收入預(yù)計(jì)將保持增長(zhǎng)。公司2020年凈利率為12.93%,毛利率為26.43%,相較于2019年均出現(xiàn)下滑,2021 年Q1-Q3季度凈利率為16.01%,毛利率為25.70%,凈利率較2020年有所上升,毛利 率下滑速度趨緩。
根據(jù)公司在互動(dòng)易對(duì)投資者的答復(fù),公司正加速第三代電池設(shè)備布局,管式PECVD 正在中試線上進(jìn)行量產(chǎn)定型的工藝調(diào)試階段,運(yùn)行情況均符合公司預(yù)期,并且還在 升級(jí)優(yōu)化,公司在光伏各技術(shù)路線及海外市場(chǎng)上的新簽訂單在不斷增加。
(二)邁為股份(546.030, -1.07, -0.20%):國(guó)際 HJT 設(shè)備領(lǐng)先企業(yè),率先受益于 HJT 擴(kuò)產(chǎn)進(jìn)程
邁為股份成立于2010年,是一家集機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣研制、軟件算法開發(fā)、精密制造 裝備于一體的高端智能裝備制造商。公司憑借多年來優(yōu)異的自主研發(fā)能力、產(chǎn)品質(zhì) 量與售后服務(wù)體系,打破了外國(guó)廠商在光伏絲網(wǎng)印刷設(shè)備領(lǐng)域的壟斷,成為全球光 伏絲網(wǎng)印刷設(shè)備的龍頭企業(yè),實(shí)現(xiàn)了光伏絲網(wǎng)印刷制造設(shè)備領(lǐng)域的國(guó)產(chǎn)化替代。
邁為股份的主要業(yè)務(wù)為面向太陽(yáng)能光伏、顯示、半導(dǎo)體三大行業(yè),研發(fā)、制造、銷售 智能化高端裝備,主要產(chǎn)品包括全自動(dòng)太陽(yáng)能電池絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)線、異質(zhì)結(jié)高效電 池制造整體解決方案、OLED柔性屏激光切割設(shè)備、Mini/Micro LED晶圓設(shè)備、半導(dǎo) 體晶圓封裝設(shè)備等。
公司收入和凈利潤(rùn)穩(wěn)中有升,凈利率和毛利率持續(xù)回升,盈利能力強(qiáng)。公司實(shí)現(xiàn)2020 年收入22.85億元,同比增長(zhǎng)59%,2021Q1-Q3季度實(shí)現(xiàn)21.85億元,同比增長(zhǎng)35%, 2021年收入預(yù)計(jì)將保持較高增長(zhǎng)。公司2020年凈利率為17.25%,毛利率為34.02%, 2021年前三季度凈利率為20.39%,毛利率為38.41%,凈利率與毛利率持續(xù)上升,盈 利能力較強(qiáng)。
(三)帝爾激光(221.120, -2.63, -1.18%):光伏激光設(shè)備龍頭,技術(shù)持續(xù)突破
帝爾激光成立于2008年,是一家研發(fā)精密激光加工配套設(shè)備,提供相應(yīng)解決方案設(shè)計(jì) 的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。公司在微納級(jí)激光精密加工領(lǐng)域深耕多年,在高效太陽(yáng)能 電池路線領(lǐng)域,PERC激光消融設(shè)備、SE激光摻雜設(shè)備,技術(shù)水平處于行業(yè)前列, 是行業(yè)內(nèi)少數(shù)能夠提供高效太陽(yáng)能電池激光加工綜合解決方案的企業(yè)。
公司主營(yíng)業(yè)務(wù)為精密激光加工解決方案的設(shè)計(jì)及其配套設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售。公司主要產(chǎn)品為應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)的精密激光加工設(shè)備,目前的主要產(chǎn)品包括PERC 激光消融設(shè)備、SE激光摻雜設(shè)備、MWT系列激光設(shè)備、全自動(dòng)高速激光劃片/裂片 機(jī)、LID/R激光修復(fù)設(shè)備、激光擴(kuò)硼設(shè)備等激光設(shè)備。近來公司在激光轉(zhuǎn)印等領(lǐng)域 持續(xù)突破,已覆蓋了高效太陽(yáng)能電池的PERC、MWT、SE、LID/R等多個(gè)工藝環(huán) 節(jié),PERC、IBC、SE、LID/R等工藝可在高效太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過程中疊加。
公司收入和凈利潤(rùn)穩(wěn)步上升,凈利率和毛利率緩慢下滑但仍維持高位。公司實(shí)現(xiàn)2020 年收入10.72億元,同比增長(zhǎng)53%,2021Q1-Q3季度實(shí)現(xiàn)9.35億元,同比增長(zhǎng)31%。公司2020年凈利率為34.79%,毛利率為46.54%,2021年前三季度凈利率為30.12%, 毛利率為44.62%,凈利率與毛利率有所下滑,但整體盈利能力仍較強(qiáng)。
(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關(guān)信息,請(qǐng)參閱報(bào)告原文。)
原標(biāo)題:光伏設(shè)備行業(yè)專題研究:TOPCon繼往開來,22年擴(kuò)產(chǎn)有望加速