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(来源:微信公众号“老成之见” )
02支撑评级的要点
HJT电池兼具高转换效率与短工艺流程:简洁独特的非晶硅膜钝化结构一方面使得HJT电池具备高转换效率,另一方面使得仅需4步主工艺即可完成HJT电池的生产,在一定程度上降低了HJT电池工艺控制的复杂程度和产业化的难度。
PECVD:提效与降本之匙:PECVD作为支撑HJT电池关键工艺非晶硅薄膜沉积的设备,其质量与HJT电池转换效率紧密相关。同时,PECVD在HJT产线中50%-60%的价值量占比也决定了其在HJT设备降本中的关键地位。当前PECVD环节国产化热情高涨,已有部分国内企业取得阶段性积极成果。预计国内企业有望取得产能、性能、价格之间的平衡,国产PECVD设备的价格水平有望在单台150-250MW产能的基础上降低至3亿元/GW左右,进而有望将整条生产线的设备投资降低至5亿元/GW以下。
其他主设备:国内企业积极入局,国产化全面推进:在非晶硅镀膜之外,TCO镀膜、清洗制绒、丝网印刷等其他主工艺设备亦呈现国内企业积极入局、设备国产化全面推进的良好局面,在清洗制绒环节部分企业已推出具备性价比优势的产品。
设备降本或打响产业化提速“发令枪”:预计HJT电池后续主要通过效率提升、银耗降低、设备降价、硅片减薄等途径实现降本,其中设备降价不仅可直接降低折旧成本,还有望推动HJT产线投资回收期快速下降。我们测算 HJT设备初始投资额在降至5亿元/GW时,HJT产线投资回收期将快速下降至4年左右,有望显示出充分的投资吸引力,从而扩大HJT产能规模并逐步显现规模效应以加速效率提升和材料降本的进程,形成良性循环后有望进一步加快HJT电池的产业化进度。
03投资建议
在设备国产化的基础上,HJT设备初始投资额在降至5亿元/GW以下的过程中有望推动HJT产线投资回收期快速下降,进而加速HJT电池的产业化进度并加速对现有技术路线的替代。我们测算2020-2025年新增设备需求空间有望超过600亿元,产能投放高峰年份空间有望超过200亿元,较早布局的设备企业有望享受产业化初期较高的订单弹性。推荐HJT设备国产化先锋迈为股份、捷佳伟创,建议关注金辰股份,此外建议关注非上市公司理想万里晖、钧石能源等。
04评级面临的主要风险
HJT电池效率进步与降本速度不达预期;设备与辅材降本进度不达预期;单晶PERC电池效率竞争力超预期;光伏政策风险;疫情影响超预期。
05报告正文
1HJT电池兼具高转换效率与短工艺流程
纯异质结电池实验室转换效率已超过25%:目前国内外对异质结电池的研究已大范围展开,转换效率亦逐步攀升。现在在M2的标准硅片尺寸下,纯异质结结构电池的转换效率世界纪录为25.11%,由我国汉能成都研发中心创造,且此转换效率是在使用量产设备和量产工艺的前提下取得的,具备相当程度的量产可能性。同时,叠加IBC技术组成的HBC电池转换效率已达到26.7%。
高转换效率得益于电池材料和结构:HJT异质结电池以N型单晶硅片为衬底,在经过清洗制绒的N型硅片正面依次沉积厚度为5-10nm的本征a-Si:H薄膜和P型掺杂a-Si:H薄膜以形成p-n异质结,在硅片背面依次沉积厚度为5-10nm的本征a-Si:H薄膜和N型掺杂a-Si:H薄膜形成背表面场,在掺杂a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO),最后通过丝网印刷或电镀技术在电池两侧的顶层形成金属集电极。HJT电池中的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)有效降低了晶硅/非晶硅异质结表面的复合速率,同时补偿了本征非晶硅层自身存在的悬挂键缺陷,在硅片表面获得了令人满意的钝化效果,显著提升了电池的开路电压和转换效率。
简单的电池结构决定了较短的生产工艺流程:从电池结构上看,异质结电池由中心的硅片基底叠加两侧的数层薄膜组成,整体结构颇为简单,各层材料之间基本不存在交叠、贯穿等现象。HJT电池生产过程的核心即为各层薄膜的沉积,不涉及扩散、注入等工艺,整体而言其工艺流程较短,主工艺仅有4步。相对于同属于N型电池、但生产工艺需要10-20步的IBC和TOPCon电池,HJT电池较短的工艺流程在一定程度上降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难度。
HJT电池设备与现有主流工艺设备不兼容:HJT电池各步工艺分别对应清洗制绒设备、非晶硅薄膜沉积设备、TCO膜沉积设备、金属化设备等各个主工艺设备,其中非晶硅薄膜沉积设备与TCO膜沉积设备不应用于现有主流单晶PERC电池的生产制造,而清洗制绒、金属化设备与PERC电池设备类似,但仍有不同之处。整体而言HJT电池生产设备与单晶PERC电池生产不兼容,亦不完全与TOPCon、IBC等其他N型电池设备兼容。
2PECVD:提效与降本之匙
2.1 HJT核心工艺:非晶硅薄膜沉积
HJT电池转换效率与非晶硅薄膜质量直接相关:HJT电池之所以具备较高的光电转换效率,核心原因在于其具备显著高于其他结构电池的开路电压,而较高的开路电压则来源于硅片两面分别沉积的两层非晶硅薄膜(i-a-Si:H/n-a-Si:H/p-a-Si:H)对界面接触的钝化效果。因此非晶硅薄膜的沉积质量即与产线产出HJT电池的转换效率直接相关。
CVD为非晶硅薄膜沉积的主流工艺:为了获得具有钝化功能的非晶硅薄膜,实际生产中一般采用化学气相沉积(CVD)工艺,其中以等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和热丝化学气相沉积(HWCVD/Cat-CVD)两种工艺路径为主。本征和掺杂非晶硅薄膜分别由硅烷、硼烷、磷烷等气体裂解沉积而成,而等离子体与高温热丝都是起促进气体裂解的作用。
HWCVD产业化应用相对较少:HWCVD是利用高温金属丝的催化作用使硅烷、硼烷等气体分解沉积至硅片表面从而获得非晶硅薄膜。在高温金属丝的作用下,反应气体分解效率较高,反应速率相对较快,因此薄膜沉积的速率相对较高,同时沉积出的薄膜更为有序。此外,HWCVD还具备气体利用率高、沉积对硅片本身损伤较小等优点。但由于HWCVD同时具有热丝寿命较短导致更换成本高、热丝温度控制精度不高、热丝温度影响硅片温度等问题,目前产业应用相对较少,少量的应用以日本HJT电池企业为主,国内有科研院所与企业正在研发。
2.2PECVD:HJT设备降本的关键
PECVD沉积薄膜的基本过程:PECVD技术是借助于辉光放电等离子体使含有薄膜成分的气态物质发生化学反应,从而实现薄膜材料生长的一种制备技术。基本反应过程为:1)在非平衡等离子体中,电子与反应气体(HJT电池生产中为硅烷、硼烷、磷烷、氢气等)发生初级反应,使得反应气体发生分解,形成离子和活性基团的混合物;2)各种活性基团向薄膜生长表面(衬底,即硅片)扩散输运,同时发生各反应物之间的次级反应;3)到达生长表面的各种初级反应物和次级反应产物被吸附并与表面发生反应,同时伴随气相分子物的再放出。
梅耶博格与应用材料为海外主要供应商:瑞士光伏设备厂商梅耶博格生产的HELiA系列HJT电池生产线中包含有用于非晶硅镀膜的PECVD设备。其设备已应用于REC、3Sun、Ecosolifier等海外HJT电池厂商。梅耶博格PECVD设备的特点:1)在不同镀膜腔体内使用不同的托盘(tray)以隔绝沉积不同膜层时可能出现的交叉污染,可提升镀膜质量;2)设备每个腔体内的托盘始终保持已加热的状态,节约了每次镀膜的初始加热时间,可提升生产节拍。
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