光伏设备专题报告:异质结引领新一轮革命,国产设备将迎来爆发

行业观点

异质结电池:“增效+降本”潜力巨大,是光伏电池未来颠覆性技术。

(1)异质结(HJT)电池经历 30 年左右的发展历史,产业化脚步已临近, 2020-2021 年将成为 HJT 投资元年,2022 年进入快速爆发阶段。 (2)对比 PERC 及 TOPCon 电池,HJT 电池潜力巨大,在转换效率(目前已超 24%)、工艺步骤和温度、双面率、抗衰减性等方面优势明显,将成为第三代 电池片技术主流。未来叠加钙钛矿技术,转换效率将提升至 30%以上。

异质结:已具产业化经济性,好比 2015 年的 PERC,下游扩产大潮即将来临

(1) 异质结(HJT)电池的成本主要来自硅片、设备折旧、浆料和靶材,在 成本占比中分别约 50%、8%、24%和 6%, 我们判断,随着设备厂商的技术进 步、银浆和靶材的国产化、以及硅片的薄片化,将共同推动 HJT 技术的真实 降本,预计 2022 年达到与 PERC 旗鼓相当的成本区间。 (2)复盘 PERC 电池历史,从 2012-2019 年期间,产业经历了技术验证、成 熟和快速放量期。随着 2017 年 PERC 电池经济性得到产业认可,短短 3 年时 间其市占率从 15%上升至 2019 年的 65%,快速放量成为市场主流技术路线。

(3)我们判断,异质结电池现处于 PERC 电池发展的第一阶段末期(对比 PERC 电池 2015 年),目前规划产能超 45GW,明年有望迎 10-20GW 落地。未 来 2 年 PERC 将仍为市场主流,但随着 HJT 国产设备的成熟、及经济实用性 改善,有望复制 PERC 电池快速渗透历程、开启下一代电池片周期的爆发。

异质结设备:2020-2025 年年均增长 80%,到 2025 年市场空间将达 412 亿元

(1)HJT 4 大设备:清洗制绒设备、PECVD 设备、PVD/RPD 设备、丝网印刷 设备,在设备投资额占比分别约 15%、50%、20%和 15%。目前国产设备厂商 已快速崛起,纷纷布局 PECVD 等核心设备,将成为行业突破口。

(2)目前 PERC 设备投资已控制在 1.6-2 亿元/GW,HJT 设备投资仍处于 5 亿 元/GW 左右。我们认为,随着 HJT 国产设备投资降至 3.5-4 亿元以内,转换 效率提升至 24.5%以上,经济性将得到市场快速认可,行业将大爆发。

(3)我们测算,2025 年 HJT 设备市场空间有望达 412 亿元,2020-2025 年 CAGR=80%,其中 PECVD 设备规模达 206 亿元。相关设备公司有望充分受益。

竞争格局:未来 2 年 HJT 设备行业“百花齐放”、多技术路线设备共存,我 们判断,行业有可能成为几家寡头垄断的竞争格局

(1)国内电池设备厂商(迈为、捷佳、金辰、钧石、理想)已纷纷在 HJT 不同工序环节布局,实现小批量订单销售,目前总体竞争格局尚未清晰。

(2)目前,迈为股份已推出 HJT2.0 产品,捷佳伟创已实现 PECVD 设备客户 出厂交付,金辰股份 PECVD 进展顺利有望明年上半年交付客户测试。上机数 控作为老牌切片机龙头,在 N 型硅片未来薄片化进程中有望竞争优势延续。

(3)HJT 技术壁垒高、成本优化空间大,只有将设备做到极致的企业能最终 胜出。参考半导体设备行业,行业有可能成为几家寡头垄断的竞争格局。

投资建议:重点推荐迈为股份(PERC 丝网印刷+HJT 电池片设备)、捷佳伟创 (PERC+HJT 电池片设备)、金辰股份(光伏组件设备+HJT 电池片设备)、上 机数控(异质结 N 型硅片切片机+异质结薄片化 N 型硅片)。

风险提示:新冠疫情对光伏行业海外需求;光伏行业技术替代风险。

1. 异质结:“增效+降本”潜力巨大,是光伏未来颠覆性技术

◼ 光伏行业:由政策+技术驱动,行业发展犹如“长江后浪推前浪”,伴随每一代技术进 步,中国出现了尚德、英利、协鑫、隆基、通威等一批又一批的光伏行业龙头。

◼ BP 最新发布的世界能源统计数据显示,2019 年全球煤电占比 36.4%,清洁能源发电 (光伏、风电为主的可再生能源加核电)占比 36.4%,这在历史上首次出现清洁能源 发电与煤电占比相当,这是一道分水岭!

◼ 根据独立非营利性气候与能源智库 EMBER 发布的《欧洲电力系统半年分析报告》, 2020 年上半年,风电和光伏发电总量已占据欧洲总发电量的 21%,这创造了一个全 新的纪录!以风/光为代表的非水可再生能源,以强劲发展势头成为第一能源。

◼ 光伏行业发展的核心是度电成本的下降。主要依靠成本降低+科技创新。

◼ 异质结电池(HJT)是未来几年整个光伏行业最重要的突破口,技术具有颠覆性,具 有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发电等优点,是高转换效率 硅基太阳能电池的未来方向。

1.1. HJT 产业化脚步已临近,将取代 PERC 成为第三代电池片技术

异质结(HJT)电池最早由日本的三洋(Sanyo)公司于 1990 年研发,专利保护于 2010 年过期。在过去 30 年间,产业经历了萌芽期、实验室阶段、初步的商业化阶段和逐 步的产业化阶段。

◼ 我们预计,2020-2021 年将成为 HJT 投资元年,随着设备国产化、银浆和靶材成本的 降低、以及转换效率提升带来的“增效+降本”效益凸显,2022 年行业将进入快速爆 发阶段。HJT 将成为下一代主流光伏电池技术,推动设备需求新的一轮革新。

1.2. 对比 PERC 和 TOPCon,HJT“增效+降本”潜力巨大

◼ 晶体硅异质结太阳电池(HJT)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池 与薄膜电池的优势,具有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发电 等优点,技术具有颠覆性。

太阳能电池片行业发展史:从 2015 年之前的铝背场(BSF)电池主导,到 2015 年 PERC 电池开始起量、并成为目前成为市场主流电池,电池片技术已经历 2 代变革。 目前,PERC 电池转换效率已接近天花板,TOPCon 提升空间有限,市场的关注热点逐 渐向 HJT 等技术转移。

◼ 对比 PERC 及 TOPCon 电池,HJT 潜力巨大,将成为第三代电池片技术主流。

1) 转换效率更优:HJT 效率潜力超 28%,远高 PERC 电池。受 P 型单晶电池自身材 料的限制,PERC 电池转换效率已接近天花板,而 HJT 最高转换效率已超 26%(日 本 Kaneka 曾创 26.63%,国内最高为汉能的 25.1%),长期有望超 28%,效率优势 明显。

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2) 工艺流程更简化,降本空间更大:HJT 为低温工艺,在硅片成本(利于薄片化和 减少热损伤)和非硅成本(燃料能源节约)上均更优。同时,HJT 只需 4 道工 艺,相比 PERC(8 道工艺)和 TOPCon(9-12 道工艺)成本更低。

3) 光致衰减更低:HJT 电池 10 年衰减率小于 3%,25 年发电量下降仅为 8%,衰减 速度远低于 PERC 及 TOPCon 电池。

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4) 低温系数、稳定性高:在 82 摄氏度环境下,HJT 光电转换效率比传统组件高出 13%。

5) 双面率更高:HJT 为双面对称结构,双面率有望提升至 93-98%(PERC 和 TOPCon 均在 80%附近,但很难再提升),可获得 10%以上的年发电量增益。

◼ 目前国内 HJT 产线量产效率最高已达 24%以上,预计 2021 年将达到 24.5%以上。从 未来 5-10 年的维度来看,异质结叠加钙钛矿技术(钙钛矿-晶硅叠层电池),将进一 步打开转换效率的天花板,转换效率可提升至 30%以上。

◼ 就单结晶硅电池来看,采用 HBC(HIT+IBC)的技术路径,目前效率极限可达到 26~27% 左右(参考 Kaneka 的 HBC 效率记录 26.63%)。如果升级到双结电池,采用 Tandem (HIT+钙钛矿)的技术路径,转换效率可以提升至 30%以上。

◼ HJT 与钙钛矿在兼容性上有着天然的优势。目前英国 Oxford PV 的叠层电池已获得 了 28%的实验室转换效率,后续甚至有望进一步提升至 30%以上。今年 HZB 研究团队 制造的新型钙钛矿 CIGS 叠层电池的效率刷新异质结电池效率记录,达到 24.16%,并 得到了 Fraunhofer 太阳能系统研究所(ISE)的正式认证。

2. 异质结投资已具备产业经济性,复盘 PERC 产业化进程,HJT 下游扩产周期有望加速来临

2.1. 降本提效进行时,HJT 成本有望与 PERC 打平

◼ 目前,异质结(HJT)电池的成本主要来自硅片、设备折旧、浆料和靶材,在成本占 比中分别约 50%、8%、24%和 6%。

◼ 我们预计各项成本均有望在未来下滑,使得 HJT 与 PERC 电池的成本接近相同。4 大 降本方向分别为:

1) 硅片:目前 N 型硅片对比 P 型具有约 8%左右的溢价空间,未来有望通过 2 方面降本。

➢ HJT 为低温工艺,利于硅片的薄片化(从 170um 降低至 120-130um)。预计硅片 每减薄 20um 价格可下降 10-15%,对应组件价格降低 5-6 分/瓦。

➢ 随着未来 N 型硅片需求起量,规模效应将缩小 N 型与 P 型硅片之间的溢价空间。

2) 设备折旧:随着国产设备的“降本+提效”,目前 4-5 亿/GW 的设备投资额仍有较大的 降本空间。

3) 浆料:HJT 需使用低温银浆,目前主要依赖进口,有望通过 4 大方向降本。

➢ 无主栅、多主栅技术在 HJT 电池、组件上的应用,使得银浆的耗量快速减少。

➢ “银包铜技术”商业化量产,将降低银浆耗量 30%。

➢ 通过对串焊设备精度的提升,减小银浆主栅上焊接点的大小(银浆主栅上耗银 量较高的部分),从而节省主栅上的银浆耗量。 ➢

国产低温银浆起量(常州聚和、苏州晶银、浙江凯盈等),打破日本垄断,相比 高温浆料的溢价将大幅消失。

4) 靶材:目前主要被日本住友垄断,未来将通过提升靶材利用率、规模化回收、背面 AZO 替代和国产化(广东先导、壹纳光电等)降本等方式解决。

◼ 据爱康科技在互动平台表示(2020 年 10 月 14 日),目前异质结电池成本电池端预计 较 perc 高约 0.2 元/W,反馈到组件端预计成本高出 0.16 元/瓦。而市场端异质结溢 价在 0.4 元左右,经济性较 perc 已较为明显。

◼ 我们判断,随着设备厂商的技术进步(如提高转换效率和节拍)、银浆、靶材的国产 化、硅片的薄片化(厚度降至 120-130μm、N 型硅片溢价降低),将共同推动 HJT 技 术的真实降本,使得经济性进一步凸显,达到与 PERC 旗鼓相当的成本区间。

2.2. HJT 目前规划产能超 45GW,明年有望迎 10-20GW 落地

◼ 从产能规划上来看,行业新进入者山煤国际(10GW 规划)、安徽华晟(500MW 招标落 地)、爱康科技(2GW 规划)、润阳集团(5GW 规划)等已纷纷开始布局,历史包袱较 轻。老牌电池片厂商中,通威、晶澳、东方日升、阿特斯、天合光能等也已相继进入, 目前总体处于试验线阶段,有望实现突破。

◼ 我们认为,一旦老牌电池片厂向 HJT 加速转型,将确立 PERC 寿命期限将至,为行业 观察的重要风向标。

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◼ 据不完全统计,目前 HJT 国内规划产能超 45GW,预计 2020 年有 3-5GW 以上的新增产 能投放,2021 年新增产能投放将到达 10-20GW。

◼ 我们认为,一旦 HJT 确立了对 PERC 技术的性价比优势(成本+转换效率),市场将启 动 10GW 以上级别的实际投资,HJT 行业迎来爆发。随之规模效应呈现,全产业链的 “供应商配合降本”过程将不断发挥作用,使得 HJT 的投资性价比(相比 PERC 和 TOPCon)得到全市场认可,成为主流的电池片技术。

2.3. 复盘 PERC 产业化进程,我们预计 HJT 有望加速渗透,开启下一代 电池片扩产周期的爆发

◼ 复盘 PERC 电池的发展历程,可基本分为三个阶段。

➢ 第一阶段,PERC 电池尚处于技术验证阶段,技术路线可行性在此阶段得到验证,产 能规划多为试验产能扩张,设备以进口为主。

➢ 第二阶段,PERC 技术的成熟推动电池产能的扩张,实现 GW 级批量出货,新型电池的 市占率逐步提升,国产设备开始发力。

➢ 第三阶段,国产设备的投资降本显著提高 PERC 电池利润,在高利润的驱动下, GW 级扩产项目爆发式增长,PERC 电池的市占率大幅提升,迅速取代 BSF 电池。

1) 2012-2014:PERC 电池小规模量产,设备供应由国外厂商主导

◼ PERC 电池技术处于工艺验证阶段,逐步实现小规模量产。2012 年,由中电光伏牵头 的“863”专项的启动标志 PERC 电池正式在我国开启产业化进程。这一阶段,PERC 电池转换效率已提升至 20.4%,但由于技术尚未成熟,该阶段的产能布局多为试验产 能扩张

◼ 设备端:国外 PERC 电池设备供应商占据主导地位,国产设备开始起步。这一时期, PERC 电池核心设备的供应由国外厂商垄断,国内厂商开始推出国产设备的试验与小 规模量产,但此阶段国产设备尚未涉及 PERC 电池背面钝化,设备性能与国外相比仍 有较大差距。

2) 2015-2017:PERC 效率提升推动产能扩张,国产设备技术逐步成熟

◼ 随着 PERC 电池技术的成熟,至 2017 年底,PERC 电池的平均转换效率提升至 21.3%。 这一时期的技术发展促进了 PERC 电池产能的进一步扩张。据 CPIA 数据,PERC 电池 的全球产能从 2015 年的 4.9GW 增长到 2017 年的 28.9GW,2017 年 PERC 电池的市场 占比提升至 15%。

◼ 设备端:国产设备工艺日趋成熟,逐步打破国外垄断。以国内设备商捷佳伟创为例, 通过在电池片设备领域的深耕,其 PECVD 设备性能不断提升,2017 年价格已下降至 68.79 万/管。国产 PERC 电池设备的性价比日益凸显,成功打破国外厂商对核心设备 供应的垄断。

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3) 2018-2019:PERC 电池产能爆发式增长,核心设备完成国产替代

◼ 成本下降促进 PERC 电池产能激增,各大光伏企业布局 GW 级扩产项目。由于转换 效率的提升和设备价格的下降,PERC 电池产线的投资成本从 2018 年的 42 万元/MW 下降至 2019 年的 30.3 万/MW,进而推动了 PERC 电池产能的爆发式增长,隆基、晶 科、爱旭等标杆企业均推出了 GW 级扩产项目。2019 年,全球 PERC 电池片新增产 能高达 59GW,同比增长 103%,总产能突破 126GW。

◼ 设备端:随着国产 PERC 设备的工艺基本成熟,高性价比的国产 PERC 电池设备成 为主流,占据了市场 50%以上的市场份额。2019 年,通威向捷佳伟创采购 PECVD 设 备的总金额超 4 亿元,标志着国产设备受到电池龙头的认可。

◼ 我们认为,异质结电池发展现处于 PERC 第一阶段末期。目前,异质结电池由于成本 居高不下,市场渗透率较低,仅在部分企业中实现小规模量产。但因异质结技术路线 得到验证,部分光伏企业已逐步开始筹备 GW 级产能规划。

◼ 复盘渗透率的表现来看,2017 年常规 BSF 电池依然占据主流地位,市占率仍高达 83%。 随着 PERC 电池经济性得到产业认可,短短 3 年时间,其市占率从 15%上升至 2019 年 的 65%,快速放量成为市场主流的技术路线。

◼ 我们判断,虽然未来 2-3 年 PERC 将仍为市场主流,但随着 HJT 国产设备的成熟、及 经济实用性改善,有望复制 PERC 电池快速渗透历程、开启下一代电池片周期的爆发。

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3. 异质结设备国产化有望加速,PECVD 为行业关键突破口

3.1. 异质结拥有 4 大工艺环节,PECVD 设备占比价值量 50%

HJT 4 大工艺步骤:制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备,对应的设备 分别为清洗制绒设备、PECVD 设备、PVD/RPD 设备、丝网印刷设备,在设备投资额占 比分别约 15%、50%、20%和 15%。

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1)制绒设备:主要是利用化学制剂对硅片进行清洗和表面结构化,核心设备是湿式 化学清洗设备。

➢ 主要厂商有日本 YAC、德国 Singulus、德国 RENA。捷佳伟创的清洗设备已完成 样机并交付。

2)非晶硅薄膜设备-PECVD:该步骤取代了传统 PERC 工艺中的扩散工艺,是构造异 质结结构的关键,难度、壁垒最高,价值占到全部设备的 50%,为异质结设备的核心。

➢ 国外厂商包括:梅耶博格(已不对外提供)、应用材料等。

➢ 国内厂商包括:迈为股份、金辰股份、捷佳伟创、理想能源、钧石能源等。

3)TCO 薄膜设备-PVD/RPD:技术壁垒低于 PECVD,主要包括 RPD 和 PVD 两种的技术 路径设备。目前主流技术路线是用 PVD(物理气相沉淀),相较于 PVD,RPD 的效率和 质量更高,但是受制于日本住友公司对设备和靶材的垄断,成本较高。

➢ 国外厂商包括:瑞士 Meyerburger、德国 Vonardenne、德国 Singulus、日本住 友等。

➢ 国内厂商包括:捷佳伟创通过与日本住友合作也具备了 RPD 设备的供应能力, 工艺成熟。迈为股份 PVD设备已达到 8000 片/小时产能。

4)丝网印刷机:包括丝网印刷(包括丝网印刷机,烧结炉,分选机)和电镀铜电极 两种技术路线,目前以丝网印刷为主流。电镀铜电极相较而言更便宜,但是工序较 多、工艺复杂、有废水处理难等问题,目前参与厂商较少。

➢ 国外厂商包括 Baccini(AMAT 的子公司)等。

➢ 国内厂商:迈为股份占主导地位,捷佳伟创、金辰股份也推出了相关产品。

3.2. 设备国产化为行业关键突破口,预计 2025 年市场空间有望超 400 亿

◼ 异质结生产设备的初始投资一直是发展道路上的最大阻力,尤其是 PECVD 镀膜设备, 设备国产化将成为 HJT 行业发展的关键突破口。

◼ 目前 PERC 设备投资已经可以控制在 1.6~2 亿/GW 左右,但 HJT 设备投资额仍处于 5 亿/GW 左右(参考安徽宣城开盛异质结产线中标价格,我们判断项目实际为 600MW)。 未来仍需较大的降本空间。

◼ 国产设备厂商有望快速崛起,将成为行业突破口。目前已在 HJT PECVD 设备领域布 局的主要厂商包括:迈为股份、捷佳伟创、金辰股份、理想新能源、钧石等。

◼ 目前行业总体竞争格局尚未清晰,只有最后能把设备效率+成本做到极致的厂商才能 胜出,并占领市场绝大数份额(参考半导体设备行业竞争格局:应用材料 AMAT 和泛 林半导体 Lam Research 占领绝大多数市场份额)。

◼ 我们认为,若 HJT 国产设备投资额降至 3.5~4 个亿以内,转换效率提升至 24.5%以 上(比 PERC 最高 23.5%至少+1%的转换效率提升),经济性将得到市场快速认可,行 业将大爆发。

◼ 我们对 2020-2025 年 HJT 市场空间进行测算,假设:

1) 全球电池片产量从 154GW 增长至 449GW,CAGR=24%,产能利用率为 70%, 产能从 220GW 增长至 642GW。(2019 年全球电池片产量为 140GW,yoy+23%, 产能利用率为 66%);

2) 未来 5 年 HJT 在行业渗透率从 2%提升至 55%;

3) 设备投资额从 5 亿,以 15~20%的年降幅下降至 2.5 亿元。

➢ 测算得出,2025 年 HJT 设备市场空间有望达 412 亿元,2020-2025 年 CAGR=80%,其中 PECVD 设备规模达 206 亿元,市场将迎来爆发式增长。

4. 投资建议:

4.1. 迈为股份:光伏丝印设备龙头,异质结设备先行者

4.2. 捷佳伟创:光伏电池片设备龙头,异质结设备拓展可期

4.3. 金辰股份:光伏异质结电池设备新星,组件设备龙头将二次腾飞

4.4. 上机数控:异质结 N 型硅片未来龙头,薄片化切片机龙头!

4.5. 理想万里晖:深耕 PECVD 设备领域多年,研发转换效率超 25%

4.6. 钧石能源:HDT 产能超 1GW,与山煤国际战略合作

5. 风险提示

 新冠疫情对光伏行业海外需求。如果未来新冠疫情影响超预期,则可能会影响全球光 伏行业需求,光伏行业 2/3 的需求在海外。

 光伏行业产品或技术替代的风险。若未来下游相关产业发生重大技术革新和产品升 级换代,下游市场对公司现有设备需求发生不利变化,而公司在研发、人才方面投入 不足,技术和产品升级跟不上行业或者竞争对手步伐,公司的竞争力将会下降,对公 司经营业绩带来不利影响。

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