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

本征非晶硅沉积是 HIT 电池制备的关键：这一步骤的作用在于实现异质结界面的良好钝化，以获得高效率的异质结 电池。本征非晶硅薄膜沉积采用化学气相沉积法，根据所用设备的不同，可分为PECVD和HWCVD两种，目前PECVD 为主流路线。HWCVD 沉积基于热丝对反应气体的热分解，无等离子体对基底的轰击过程，有助于形成高质量、突 变明显的氢化非晶硅/晶体硅界面，HWCVD 能够形成高密度氢原子从而提升钝化效果。此外，HWCVD 气体利用率 高，硅粉尘更少，有利于设备后期的维护和保养。实际生产过程中，通过在热丝两侧设置载板，可实现双侧沉积， 优化设备产能。但 HWCVD 的劣势在于，镀膜均匀性不及 PECVD，另外热丝使用过程中不可避免地老化和损耗问 题，制约了设备的 uptime，增加了设备的运行成本，目前松下的量产技术采用了 HWCVD 法。

TCO 主要改进在于沉积方法和材料。HIT 表面的 TCO 薄膜的作用为收集光生载流子并将其输送到金属电极上，导 电性好、透过率高是 TCO 薄膜需要具备的关键特性。在工艺方面，目前主要采用 PVD（磁控溅射）和 RPD（反应 等离子体沉积法）两种方式，PVD 利用经过加速的高能粒子轰击靶材，使靶材表面的原子脱离晶格逸出沉积在衬底 表面发生反应而形成薄膜；RPD 法利用等离子体枪产生氩等离子体，氩等离子体进入生长腔后，在磁场作用下轰击 靶材，靶材升华形成蒸气实现薄膜沉积。PVD 技术的优势在于设备成本较低，成膜均匀性更好，镀膜工艺稳定，能 够满足大规模产业化需求，但由于等离子体中包含大量高能粒子，会对基板表面产生强烈的轰击刻蚀作用。而 RPD 技术的等离子体能量分布相对集中且离化率更高，高能离子较少，表现出低离子损伤的优良特性。同等条件下，RPD 技术制备的 TCO 薄膜结构更加致密、结晶度更高、表面更加光滑、导电性更高、光学透过率更好1。此外，RPD 方 法还具备低沉积温度、高速生长等优点，缺点在于设备成本较高。

PVD 为当前 HIT 主流方向，成本下降后 RPD 优势有望显现。从效率上看，RPD 效率相比使用 ITO 的 PVD 可提升 0.4%~0.5%，若叠加托盘优化改进，效率优势将进一步拉大至 0.6%~0.7%，但受多方因素影响，RPD 在实际产业化 推广中不及 PVD，主要原因在于：一是 PVD 设备成熟稳定，投资成本更低，PVD 设备可实现双面薄膜沉积，因此 容易扩大沉积面积，而 RPD 设备为自下而上的单侧沉积，设备产能更低，投资成本更高；二是核心部件及靶材受制 于专利。RPD 设备的沉积面积是单个等离子枪单元宽度的 2.5 倍，因此为提升单台设备产能，需要配置更多的等离 子枪，而等离子枪这一核心部件的技术专利长期由日本住友把持，目前捷佳伟创已获得等离子枪技术许可并成功研 发制造了 RPD 设备。靶材方面，PVD 所用的 ITO 靶材生产企业较多，国产化程度高，但效率偏低；RPD 所用的 IWO 过去主要依赖进口，目前已逐步开始国产化，IWO 国产化后单片电池片成本下降空间更大。

低温银浆及无主栅设计挖掘 HIT 金属化改良潜力：栅线设计方面主要考虑遮光与导电之间的平衡，细化栅线可减少 遮光，但电阻损失增大，多主栅技术通过增加主栅数量、细化主栅宽度，在减少遮光的同时减少了电流在细栅中经 过的距离和每条主栅承载的电流，进而降低了电阻损失和单位银耗量。研究表明，多主栅技术在电池端转换效率可 提升大约 0.2%，节省正银耗量 25%~35%。细栅宽度受制于网印工艺和主栅需要发挥连接焊带作用的影响，继续增 加主栅数量并保证遮光损失和材料成本不增长已面临着较大的限制。除多主栅技术外，为进一步减少正面遮挡和降低银浆消耗量，无主栅技术和镀铜工艺成为改善异质结电池金属化环节的有效手段。

无主栅技术保留正面传统的丝网印刷，制作底层细栅线，然后通过不同方法将多条垂直于细栅的栅线覆盖在细 栅之上，形成交叉的网格结构，以金属线代替传统焊带，汇集电流的同时实现电池互联。梅耶博格的 SWCT 技 术将内嵌铜线的聚合物薄膜覆盖在 HIT 电池正面，在组件层压过程中，依靠层压机的压力和温度使铜线和丝网 印刷的细栅线直接结合在一起，铜线代替了银主栅，节省了材料成本。据梅耶博格官网介绍，SWCT 可将组件 封装后的电池片性能提高 6%，耗银量最高可减少 83%。进一步地，还可以在沉积 TCO 膜后，直接贴合低温合 金包覆的铜丝，在热压下促进与 TCO 形成良好的欧姆接触，将大大降低成本。

除无主栅技术外，电镀铜技术也可实现 HIT 金属化环节的成本优化，Kaneka 与 IMEC 合作利用铜电镀技术制作 异质结电池的正面栅线，效率达到 23.5%，但镀铜工艺复杂且存在环保问题，钧石能源在 500MW 异质结生产线 中采用了电镀技术。2019 年 12 月，国家电投成功下线的 C-HJT 电池在栅线材料上以铜代替了银浆，实现了成 本降低。

HIT 属于低温工艺，正背表面电极印刷时均需要使用低温银浆（银含量高于高温银浆），进口低温银浆价格 6800~7000 元/kg 左右，而高温银浆价格仅 5000 元/kg 左右，较高的银浆耗量和成本也是 HIT 电池成本较高的原 因之一。目前，国内生产低温银浆的厂商主要有苏州晶银、首骋、常州聚合等，预计未来低温银浆国产化后仍 有进一步降本空间。

从电池效率和耗费银浆成本看， SWCT 已具备较为明显的优势，而 MBB 相比于 5BB 也实现了较好的电池效率提升、 组件端效率增益以及银浆成本的下降。现阶段 MBB 技术在国内产线实际生产中可靠性已获得验证。

整体而言，从技术趋势角度看，PERC 电池通过 SE、MWT、双面、P-TOPCon 技术等方式，转换效率仍有提升潜力 可待挖掘，短期而言仍有望稳居主流地位；中长期来看，N 型电池具有更高的转换效率极限，相比 PERC 具有更大提升空间，有望成为下一代主流电池技术，而成本因素使得目前 N 型技术性价比仍然偏低，目前 N 型电池组件主要 应用于国内大型地面电站、海外户用、工商业屋顶分布式等高端小众市场，未来向大众市场进一步渗透则需依赖于 N 型技术降本继续突破。我们认为，TOPCon、HJT 技术降本路径已逐步明晰，未来需求大规模释放时点仍有待进 一步观察，产业化进度受效率提升、成本下降进度、产线初始投资等诸多因素影响，跟踪主要环节降本进度是关键， 建议积极关注。

（二）技术与成本共驱扩产浪潮，设备厂商迎广阔发展机遇

当前光伏产业电池片环节正处在龙头企业加速扩产构筑规模壁垒、传统能源国企（如：山煤国际、潞安太阳能、国 电投等）加大光伏领域布局力度、新一代电池技术积极蓄势寻求突破的阶段。随着补贴退坡，光伏产业市场化自主 发展趋势愈加明显，终端对降低 LCOE 的追求驱动产业竞争的核心逐步转向对高效先进产能的控制能力，具备资金 和技术实力的公司有望通过扩张优势产能规模提升市场份额。

1、PERC：技术进步挖掘降本潜力，PERC 加速扩产

技术进步导致新产能相比老产能更具优势：现有 PERC 产能大致可以分为三类：BSF 改造产能、17-18 年新建产能、 19 年及以后新建产能。常规产线技改升级形成的产线非硅成本更高、产品转换效率较新建产能更低，且技术提升难 度更高，由于电池片环节技术进步迅速，早期建成的 PERC 产线，在产品转换效率、品质及成本较新产能也处于劣 势。此外，在硅片端尺寸创新的背景之下，电池端受益于尺寸扩大，通量型成本有望进一步降低，将使得新建产线 的成本优势被进一步放大。基于以上特点，不同厂商的不同产线受建设时间、技术优化程度及规模等多重因素影响， 电池片成本呈现阶梯式分布。据 CPIA 统计，2019 年太阳能电池行业平均非硅成本约 0.31 元/w，而以第一梯队电池 厂商通威、爱旭为例，通威 2019 年非硅成本 0.2-0.25 元/w，爱旭 2019 年 1~5 月销售的电池片非硅成本仅为 0.253 元/W，相比尾部厂商产能具备明显的成本竞争力。

先进产能争夺有望驱动新一轮扩产周期：从 CPIA 公布的太阳能电池片产能利用率来看，2019 年年产能>2GW 的企 业平均产能利用率在 70%~90%之间，年产能在 1~2GW 的企业产能利用率在 45%~80%之间，而年产能低于 1GW 的 企业，产能利用率则在 40%~70%之间。我们预计，在电池片价格长期下行的趋势下，不同产能的利用率将依旧分化， 头部企业先进产能更具成本优势，产能利用率有望维持高位，而尾部企业的落后产能则将面临产能利用率长期低位 而被淘汰的困境。我们认为，未来电池厂商所掌握的高效先进产能规模将决定其在光伏平价时代的竞争优势，现存 企业将围绕高效产能规模展开更加激烈的竞争，故而有资金实力的企业有望加速扩产，而后来者由于“历史产能包 袱”较少，有望凭借先进产能布局快速追赶，太阳能电池环节有望迎来扩产浪潮。

我们按照 PV Infolink 3 月公布的电池片成本数据，测算单晶 PERC 新产线的非硅成本已降至 0.3 元/w 以下。我们预 计，新扩产能非硅成本在 0.3 元/w 以下方具备成本竞争力，而在产业链价格长期下行的背景之下，随着平价的到来， 现有低成本产能实则面临一定缺口。

我们沿用前文对 2022 年全球光伏新增装机量的预测，预计到 2022 年全球光伏新增装机量 159~183GW，假设到 2022 年单晶 PERC 渗透率达到 85%，非硅成本在 0.3 元/W 以下的产能占比达到 100%。同时考虑到电池厂商围绕高效产 能扩张的竞争更加激烈，电池片环节将出现一定程度的过剩产能，假设到2022年电池片环节产能利用率在65%~70%， 则预计到 2022 年全球新增低成本电池片产能在 147~195GW 之间，以单 GW PERC 产线投资 2~3 亿元的中值 2.5 亿 元测算，假设设备投资每年下降5%，则对应2020~2022年电池片扩产有望带来327~437亿元PERC电池片设备需求。

PERC 电池设备基本完成国产化，成本实现大幅降低：PERC 及 PERC+通过在原有产线增加设备即可实现技术改进 升级，我国太阳能电池制造设备企业已具备成套工艺流程设备供应能力，制绒清洗设备、扩散炉、等离子刻蚀机、 激光开槽、激光掺杂等环节国产设备已占据主导地位。

2、TOPCon：量产效率再获突破，成本仍需进一步下降

针对 TOPCon 电池，林洋能源、苏州腾晖、鸿禧能源均有 GW 级项目规划。由于与 PERC 产线的兼容性更高，通威 已在新的扩产规划中也针对 TOPCon 技术路线的可能性进行了考虑。

设备方面，TOPCon 技术主要在原有产线上增加了沉积设备、硼扩设备及湿法刻蚀设备，三类设备均已实现了较高 的国产化程度。当前技术路线中，隧穿氧化物及多晶硅沉积主要采用 LPCVD 设备，国产设备已较为成熟，捷佳伟 创、北方华创、拉普拉斯等国内厂商等均可提供，此外，PEALD 设备无锡微导已实现量产。硼扩设备方面，北方华 创、捷佳伟创等国内厂商可提供。目前 TOPCon 产线单 GW 投资约为 3~3.5 亿元。

3、HJT：期待设备国产化，打开需求空间

HJT 产线全部采用进口设备，单 GW 投资约 10 亿元，若全部采用国产设备可降至 5~6 亿元亿元左右，目前已有国产 设备在电池厂商中试线上试用，若未来 HJT 量产工艺和国产设备逐步成熟，可带动 HJT 产线投资成本进一步下降， 提升电池产线 IRR，进而提高下游投资积极性。

在 HJT 四道工序中，国产设备均已取得突破性进展。制绒清洗环节，捷佳伟创已开发出用于 HJT 的制绒清洗设备； 非晶硅沉积环节设备国产化程度相对较低，但理想能源、苏州迈为、讯立光电、精曜科技、钧石等国产厂商通过自 主研发已实现这一环节设备的成功开发，正稳步推进薄膜沉积设备的国产化；TCO 制备环节，钧石、捷佳伟创已有 相应产品开发；金属化环节，异质结丝网印刷设备相比于 PERC 的差别在于由于异质结采用低温工艺，需在低温下 进行烘干和固化，印刷速度相对较低，降低了设备性能，且烘干时间延长，需采用与传统电池设计不同的烘箱，异 质结丝网印刷设备国外厂商以 Baccini、Micro-tec 为主，国内迈为、捷佳伟创、科隆威等均有布局。

四、组件环节

（一）高效组件多点开花，助力降本增效

高功率、低成本、高可靠性是组件产品的关键特性，半片、多主栅、叠瓦、拼片等多种高效组件技术的发展，为进 一步提高组件功率、降低终端度电成本提供了有效解决方案。

半片、MBB 及高密度组件技术助力组件步入 4.0+时代：

半片组件迎来快速发展：半片组件技术是使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将电池片切成尺寸相同的两 个半片电池片，由于电池片的电流和电池片面积有关，切割后就可以把通过主栅线的电流降低到整片的 1/2，当半片 电池串联以后，正负回路上电阻不变，功率损耗就降低为原来的 1/4，从而最终降低了组件的功率损失，提高了封装 效率和填充因子。以隆基在海南琼海的实证电站测试数据为例，半片双面组件相对于整片双面组件平均发电增益为 2.8%。设备方面，相比于全片技术，半片技术前端增加了切割电池片的步骤，同时需要对串焊及层压过程进行适当 的调整，与传统产线设备兼容性高，新增投资少。半片技术的难点在于汇流带引出线从组件背面中间引出时人工操 作加大了引出线处电池裂片或隐裂的风险，目前汇流带焊接自动化难题已被攻克，半片技术迎来快速普及，半片几 乎成为新扩产组件的标配。据 CPIA 统计，2019 年全片组件市场占比约为 77.1%，较 2018 年下降了 14.6 个百分点。

多主栅结合半片技术有望成为高功率组件主流趋势：多主栅技术的栅线分布更密，抗隐裂能力也更强，能够降低遮 光面积并减少电阻损耗，提升组件功率输出，并通过降低银浆用量控制成本，提升组件功率，有效降低度电成本。 多主栅电池组件的技术难点主要体现在电池片分选、组件串焊、组件叠层等方面，其中对电池片分选的精准度要求 更高，串焊过程中需要高精准定位金属化图案的位置，对焊接对准、焊接牢固程度要求更高，因此需要使用新的串 焊机。此外，为将栅线做细，还需要新的网版。热焊接方式与传统产线兼容性高，技术成熟度高，是目前的主流方 案。具有低热斑风险的半片结合低裂片影响的 MBB，可有效降低组件失效风险，逐渐成为高密度、高功率组件的主 流趋势。尽管 2019 年电池组件市场仍以 5BB 为主流（CPIA 数据显示，5BB 技术市场占比超过 75%），但自 2019 年以来，半片+多主栅已成为组件技术技改或扩产的标配，并有望在 2020 年陆续释放高效产能。

高密度组件技术通过减小电池片之间的间距，在相同的组件面积下放置更多的电池片，从而提升组件功率和效率。据 PV Infolink 介绍，高密度组件技术可分为两类，一类是叠瓦、负片间距及叠焊技术，通过电池切片后叠层排列达 到增加发电面积的效果；另一类则是拼片和小片间距技术，电池切片后不进行叠串，而是利用特殊的焊带使得电池 片间距缩小，甚至为 0。

叠瓦组件是利用切片技术将栅线重新设计的电池片切割成小片（1 切 5 或 1 切 6），将每小片叠加排布，用导电胶材 料焊接制作成串，再经过串并联排版后层压成组件，使电池以更紧密的方式互相连结，从而在相同面积下放置更多 的电池片，此外无焊带的设计避免了焊带遮挡，减少了组件线损，降低了电池片互联电阻，使得组件功率大幅提升。 在可靠性上，叠片的连接方式可分解电池片所受应力，比传统组件更好地承受机械载荷，且隐裂更少。叠瓦技术的 难点在于：1）涉及到激光切割损伤，容易造成电池效率降低；2）不同材料导电胶的热膨胀系数存在差异，需要综 合考虑导电胶与其他材料的匹配性和综合老化性能；3）栅线设计。

基于上述制作过程，叠瓦组件工艺上需要增加划片、涂胶、叠串工艺，同时对层叠工艺进行改进，对应到设备端， 需要在前端增加划片机、丝网印刷机、叠瓦串焊机组成的叠瓦焊接成套设备，同时对层叠步骤所用到的排版机和汇 流焊机进行一定的技改。叠瓦组件因技术难度大，设备改进多，单 GW 设备投资相比常规组件设备投资更高，据奥 特维招股书披露，目前叠瓦组件设备投资大约为 1.4~1.5 亿元/GW。

（二）积极布局高效组件，组件端扩产进行时

据 CPIA 统计，截至 2018 年底，全球太阳能组件产能 190.4GW，产量 115.8GW，产能利用率 60.8%。相比于其他环 节，组件端由于初始投资更少、技术壁垒低、面临的终端市场更加多元，行业整体集中度相对更加分散。随着海外 需求逐步释放，具备更强品牌和渠道能力的组件供应商竞争优势更加突出。同时，伴随硅片、电池片、组件各环节 技术的不断创新，组件产品向更高功率迈进，对高效产能的追求引发了组件端新一轮的技改、扩建潮。从当前组件 制造商已公布的组件扩产计划来看，组件端产能扩增规划超过 150GW，有望释放大量组件设备需求。

组件设备国产化程度高，扩产释放设备需求，国内设备厂商有望受益：目前国内组件生产设备基本已全部实现国产 化，激光切割设备生产技术成熟，帝尔激光和大族激光凭借其在电池片环节激光设备的研发能力和生产能力，较早 进入这一市场，先导智能、沃特维和光远股份等企业也掌握了激光切割机的生产技术。先导智能开发的叠瓦一体焊 接机集整片上料、激光划片、丝网印刷、叠片焊接于一体，设备产能可达 3000 片/小时。目前，串焊机主要厂商包 括先导智能、金辰股份、奥特维等；排版机的主要供应商包括宁夏小牛、三工智能和奥特维；层压机主要供应商包 括金辰股份、苏州晟成和博硕光电，分选机的厂商主要以奥特维、天准科技为代表。