深度报告 | 太阳能电池、组件技术升级百花齐放 光伏设备需求景气延续

我们假设到 2022 年，210 硅片在大尺寸硅片市场占比达到 22.4%，同时随着技术进步及设备产能提升，210 及非 210 硅片单 GW 设备平均投资分别下降至 1.65 和 2.25 亿元，则对应 2020-2022 年硅片设备需求有望达到 312~410 亿元， 其中单晶炉市场空间 232~306 亿元，截断机 3~4 亿元，切磨加工一体机 32~42 亿元，切片机 35~47 亿元，分选机 9~12 亿元。

（三）国产化程度高，G12 对现有设备提出更高要求

目前，总体来看，我国硅片设备国产化程度已达到较高水平，单晶炉、截断机、切片机等环节设备，国产厂商已具 备比较明显的竞争优势，具体而言，国产设备在加工效率、加工效果等方面与进口设备不相上下，且相比进口设备具备明显的成本优势，此外，与海外厂商相比，国产厂商还有贴近国内市场、售后服务体系更加完善的优势。硅片 分选机是光伏硅片制造环节最晚实现国产化的设备，2017年以前硅片生产厂商所用硅片分选机主要还依赖进口，2017 年开始以奥特维为代表的国内厂商突破核心技术，推出了进口替代产品，2018 年市占率超过 11%。

G12 硅片对单晶炉、滚磨机、截断机、切片机等硅片设备提出了相应的改造需求，晶盛机电成功研制出新一代光伏 单晶炉，可兼容更大热场，具备更大的投料量能力，可满足 G12 硅棒全自动生长，并开发了适用于 G12 硅棒加工需 求的截断机、切磨复合加工一体线设备，实现光伏硅棒加工设备 G2-G12 全尺寸兼容。此外，晶盛机电还成功研制 出新一代切片机，具备高线速、高承载、高精度的切割能力，是国内第一次批量应用针对 G12 大尺寸硅片的专用金 刚线切片设备。

三、电池片环节

（一）发展趋势：“PERC+”延展 PERC 生命力，新一代电池技术酝酿更迭

电池片环节正处在新一代技术路径探索期，提效降本“百花齐放”：PERC 技术已成主流并处在持续推进工艺升级 的过程当中，TOPCon 将背接触钝化镀膜思想和技术引入太阳能电池的生产制造环节，可在 N 型和 P 型两类衬底上 使用，为降低终端 LCOE 提供了新路径。HIT 作为双极型晶体硅电池的最高形式，技术效率提升潜力巨大，电池厂 商纷纷布局寻求突破。

1、PERC 技术已成主流，工艺升级趋势下，生命力有望延续

相比 BSF，PERC 更具效率优势：PERC 电池（钝化发射极和背面电池）起源于上世纪 80 年代，并自 2015 年开始 逐步市场化。PERC 电池通过在电池背面增加钝化层，阻止载流子的复合行为，减少电损失，同时增强电池背表面 光反射，减少光损失，进而提高电池转换效率和电池性能。PERC 电池内部反射增强，有效降低了长波的光学损失， 背面钝化提升了开路电压和短路电流，使得电池转化效率相比传统 BSF 电池更高。2019 年 PERC 电池的平均量产 效率已经从 2014 年的 20.1%提升至 22.3%~22.5%，平均每年提升 0.5%。

PERC 技术仅需在 BSF 基础上增加两道工序即可完成升级改造：PERC 技术在常规 BSF 电池基础上增加背面钝化层 沉积和激光开槽两道工序，此外，针对背部抛光需对基于化学湿台的边缘隔离步骤稍作调整，即可实现传统 BSF 电 池产线向 PERC 产线的升级。背钝化层主要采用氧化铝作为背钝化材料（氧化硅、氮氧化硅也可作为背钝化材料）， 氧化铝由于电荷密度较高，可降低背表面少子的复合速率，钝化效果较好，同时为保证电池背面的光学性能，还会 在氧化铝表面覆盖一层氮化硅膜作为保护层。为使背面金属电极与硅形成良好的欧姆接触，需要对钝化层进行刻蚀，目前主流工艺采用激光开槽的方式来完成这一工序。

PERC 技术日趋成熟，“PERC+”成为 PERC 工艺升级，提升光电转换效率的重要方向，目前，PERC 工艺升级路 线主要包括 PERC+SE、PERC+MWT、双面 PERC 等。

PERC+SE 技术带来 0.2%~0.3%的转换效率提升，与现有 PERC 产线兼容性较高，已成为主流标配技术：PERC+SE 技术以扩散后的 PSG 层为磷源，利用激光可选择性加热的特性，在电池正表面电极位置进行磷的二次掺杂，形成选 择性重掺 N++层，可降低硅片与电极之间的接触电阻，降低表面复合，提高少子寿命，同时还能改善光线短波光谱 响应，提高短路电流与开路电压，进一步提升电池效率。相比 PERC，SE 技术可带来 0.2%~0.3%的转换效率提升。

PERC+SE 技术与现有 PERC 产线具备良好的兼容性，通过增加激光掺杂工艺即可实现，对应到设备端，仅需在原有 PERC 产线上增加激光掺杂设备。包括晶科、隆基、晶澳、通威、天合、爱旭、东方日升等在内的大部分电池厂商 均在 PERC 产线中引入 SE 技术，据 Energy Trend 统计，2018 年超过 60%的 PERC 产能配置了 SE 工艺。

MWT 工艺可实现 0.4%的效率提升，产线改造仅需增加激光镭射打孔设备：采用激光打孔、背面布线的技术消除正 面电极的主栅线，细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背表面，使得正负电极均分布在背表面，有效减少正面 栅线的遮光，降低金属电极-发射极界面的载流子复合损失，提高光电转化效率，同时降低银浆消耗量，从而进一步 降低成本，MWT 技术可实现约 0.4%的转换效率提升。由于 MWT 电池正负电极点均分布于背表面，且不在一条直 线上，常规焊带焊接互联方式无法适用，因此，MWT 组件采用金属箔作为导电背板，在金属箔上进行电路设计，每 片电池片通过导电胶和金属箔电路互联形成完整的电流回路，再利用胶膜等封装材料封装，省去了复杂的高温焊接 过程，避免了焊接应力和微裂导致的性能衰减，更容易实现自动化和高产能，降低了破片率。MWT 工艺同样具备良 好的产线兼容性，额外增加的关键步骤为在硅片、铜箔及封装材料中精确打孔，通过在前端增加激光镭射打孔设备 即可实现。

天威、阿特斯、英利、晶澳、日托光伏均宣称具备 MWT 量产能力。成立于 2012 年的日托光伏专注于 MWT 电池的 研发和生产，是全球唯一也是首家实现 GW 级 MWT 技术产业化的公司，通过 PERC 叠加 MWT 技术，单晶硅电池 效率达到 22.7%，引入 SE 工艺后，转换效率超过 23%，同时可兼容超薄电池片，适合于柔性电池组件的应用。日托 光伏已建成超过 2GW“PERC+MWT”高效产能，可兼容大尺寸、支持超薄硅片工艺要求，单线产能达到 200MW。 日托光伏结合先进 MWT 平面封装技术，60 片型单晶 PERC 电池组件效率超过 20.3%。

双面 PERC 电池海外接受度有所提升，关键改变在于背面铝栅线印刷：PERC 电池背表面采用铝浆构成的不透明铝 背场，转变为双面 PERC 电池需要将背表面变为局部铝栅线结构，不再覆以铝浆，但背表面主栅仍采用银基材料。 相比于 PERC，双面 PERC 降低了铝浆的用量，可实现双面发电，主要优化方向在于背面印刷精度和背面铝栅线， 在丝网印刷环节尽量将铝浆印刷在激光开孔处，使光生电流可以通过开孔处导出。此外，在浆料中添加硅有助于获 得有效的 BSF 并使空隙最小化，目前铝浆技术已经取得较大突破。2019 年 10 月，苏民新能源高效单晶双面 PERC 电池采用 G1 主流尺寸硅片搭配 9BB 设计图形，产业化平均效率达到 22.78%。双面 PERC 电池主要应用于双玻组件、 使用背板封装的“单面”PERC 电池和具有透明背板的组件等场景。据 PV Infolink，2019 年海外市场对双面组件接 受度有所提升，需求约为 7.7GW，2020 年需求有望达到 11.8~19.5GW 之间。

PERC 引领电池端降本增效，市场占比快速提升：PERC 电池在效率方面的优良表现，对传统铝背场电池形成了快 速替代。2019 年新建电池片产线均采用 PERC 技术，叠加老线技改，使得 PERC 电池市场占比迅速提升至 65%。

2、N 型技术受青睐，产业化脚步渐行渐近

N 型单晶硅通过在纯净硅晶体中掺入磷元素形成，自由电子为多子，空穴为少子。相比于 P 型单晶硅，N 型单晶硅由于存在相对较多的自由电子，少子复合速率低、寿命高，且以磷为掺杂元素，无硼氧复合体，因此光致衰减小， 具备更大的效率提升空间，因而成为高效电池的优选项。

PERT 电池（钝化发射极背面全扩散电池）使用少子寿命高的 N 型硅片作为衬底，电池几乎无光致衰减，正面使用 硼扩散形成发射极，背面采用磷全扩散，是钝化接触工艺流程中的入门级结构。N-PERT 电池工艺的关键在于双面 掺杂和双面钝化技术。正面扩硼主要采用液态三溴化硼管式扩散方式，相比其他扩硼方式更有利于避免金属污染， 背面磷背场可通过热扩散和离子注入的方式形成，热扩散工艺由于涉及二次扩散，需要额外的掩模工艺和清洗工艺 以及特殊的边缘隔离，提升了制造的成本和复杂性，而离子注入可实现单面掺杂，均匀性好，可简化制造流程。表 面钝化方面，背表面采用氧化硅/氮化硅叠层钝化膜可以起到良好的表面钝化和场钝化效果，正表面使用氧化铝钝化 膜则效果更好。2019年4月，IMEC及其合作伙伴EnergyVille与中来合作开发的N-PERT电池正面转换效率已达23.2%。 相比于 P-PERC，N-PERT 需要增加硼扩散和清洗步骤，且由于在效率提升方面不及 PERC，开始逐步向 TOPCon 钝化接触工艺进行升级。