2020年光伏异质结电池行业研究报告
导语
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。
来源：中银证券
HJT 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。
PECVD：提效与降本之匙
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。
PECVD：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。
美国设备厂商应用材料生产的 PECVD 设备脱胎于 TFT-LCD 显示屏所使用的 PECVD 设备，有着深厚的 技术工艺经验积累，其腔体面积较大，可同时容纳更多硅片进行镀膜，且在大面积下保持优秀的成 膜质量。其最主要的特点是采取了团簇式（cluster）的腔体排列方式，不同腔体可同时工作在不同批 次的硅片上以提升生产节拍。
理想万里晖与钧石能源领衔国产厂商：理想万里晖专注于 HJT 电池 PECVD 设备的研发和生产，其设 备的特点之一是采用了双真空反应腔，减小了反应腔体的体积，不易产生颗粒物，生产过程中气体 消耗较少，同时采用上下极板同时加热的方式，不易产生热漂移。目前理想万里晖 PECVD 设备已实 现 25.11%的 HJT 电池实验室转换效率世界纪录。钧石能源自 2010 年起即开始对 HJT 电池与设备进行 研发，在电池技术和设备工艺方面均取得了较大突破，目前其自研 PECVD 设备可支撑 HJT 电池达到 24.1%的平均转换效率。此外，迈为股份、捷佳伟创、金辰股份等上市公司亦已积极投入 PECVD 设备 的研发，且已取得阶段性成果。
PECVD 国产化是 HJT 设备降本的主要推动力：PECVD 是 HJT 电池生产过程中的核心设备，其价值量 在整条生产线中的占比约 50%-60%。目前梅耶博格与应用材料两家企业所生产的 PECVD 在成膜质量、 设备产能等主要指标方面各具优势，但设备价格相对较高，折算到 GW 产能价格超过 5 亿元。因此， 通过 PECVD 的国产化以降低设备价格是 HJT 设备降本的主要推动力。
扩大产能是 PECVD 降本的可行路径：降低单 GW 设备价格的主要思路是在不显著提高设备成本的基 础上扩大设备产能，具体路径包括提高生产节拍、增加单腔体处理硅片数量等，各国产厂商一般通 过缩短镀膜工艺时间、扩大腔体面积、堆叠腔体数量、优化腔体排布与工艺流程等方式实现。其中， 提速、扩大面积等方式或影响成膜质量，改变腔体排布结构与工艺流程等方式则对生产过程中配套 自动化的质量提出了新的要求。相比于其他三道主工艺设备 5000-6000 片/h 的生产节拍，PECVD 设备 的生产节拍相对较慢，亟需在此方面进行研发改进。
国产设备须取得产能、性能、价格之间的平衡：我们认为国内厂商或可博采梅耶博格、应用材料等 优秀厂商的不同设计思路，在满足 HJT 设备性能要求的基础上进行设备结构与工艺指标的优化，以 在产能、性能、价格之间取得平衡。从近期国内企业取得的研发进展来看，预计国产 PECVD 设备有 望在达到单台 150-250MW 产能的基础上将价格水平降低至 3 亿元/GW 以下，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
TCO 薄膜沉积：PVD 磁控溅射为主流工艺
TCO 薄膜可增强电荷输送能力：在 HJT 电池中，位于硅片两侧的非晶硅薄膜层提供了良好的钝化接 触效果，但其整体呈现长程无序结构，使得层内载流子迁移率较低，电池电流不能充分地被金属电 极收集。为了解决这一问题，可以使用既可导电又可透光的薄膜来对电荷进行输运，实际常用 TCO （透明导电氧化物）薄膜。高质量的 TCO 薄膜可有效提升 HJT 电池的整体转换效率。
PVD 磁控溅射为现时主流工艺：目前最常用于沉积 TCO 薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）大类下 的磁控溅射（Sputtering）工艺。此工艺的基本原理是在电磁场的作用下，被加速的气体高能粒子（Ar+） 轰击镀膜靶材，靶材表面的原子获得能量逸出表面后沉积到衬底（已完成非晶硅镀膜的电池片半成 品）表面生成氧化物薄膜。
RPD 工艺亦有应用：在磁控溅射以外，反应等离子体沉积（RPD）工艺在 TCO 镀膜中亦有应用。在 镀膜设备中，Ar 气体通过等离子体枪产生等离子体，通过磁场引导 Ar 等离子体轰击靶材，靶材温度 升高后升华产生气体再沉积到衬底上形成氧化物薄膜。
相较于 PVD，RPD 工艺过程中较少涉及能量粒子对衬底电池片的直接轰击，因此工艺对衬底损伤较 小，且衬底温度相对较低，加之其使用的 IWO（掺钨氧化铟）材料的电学性能优于 PVD 使用的 ITO （氧化铟锡）材料，整体上应用 RPD 工艺的 HJT 电池转换效率略高于应用 PVD 工艺的电池。然而 RPD 工艺同时也具有核心部件依赖进口且专利保护严密、靶材供应商少且成本较高、设备来源单一等问 题，PVD 相对而言应用更为广泛，设备、靶材均在一定程度上可与显示屏行业通用，国产化程度亦 相对较高，故而现时 PVD 磁控溅射为 TCO 镀膜环节的主流工艺。
国产设备产能稍有劣势：TCO 镀膜环节，主要的海外 PVD 设备供应商包括德国冯阿登纳、德国新格 拉斯、瑞士梅耶博格等，其中新格拉斯的 PVD 设备已可实现 10000 片/h 的生产节拍。国内厂商则有 湖南宏大、湖南红太阳、钧石能源、杭州上方等企业投入研发，部分企业可做到 6000 片/h 的生产节 拍，预计单机产能约 250MW。RPD 方面，海外供应商为保有核心专利的日本住友，国内捷佳伟创拥 有专利授权，其生产的 220MW 设备已应用于爱康科技 HJT 电池中试研发线。
清洗制绒：国产设备具备性价比
在 HJT 电池结构中，由于衬底硅片的表面直接作为晶硅/非晶硅异质结界面的一部分而存在，因此其 表面的洁净程度对于转换效率和其他性能指标的影响相较于现有技术路线更为明显，亦对清洗制绒 工序和设备提出了更高的要求。
主流工艺路线为 RCA，后续或向臭氧工艺切换：目前行业内一般使用 RCA 和臭氧两种清洗技术路线。RCA 技术路线历史较久，使用硫酸和过氧化氢的高浓度混合溶液，包含 SC-1 和 SC-2 两个步骤。SC-1 侧重于通过过氧化氢和氢氧化铵的热碱性混合溶液去除硅片表面的颗粒和有机污染物。SC-2 在较高 的温度下用盐酸和过氧化氢的混合溶液去除硅片表面的金属污染。最后的清洗处理步骤是通过 HF 处理，在干燥前形成一个干净的氢钝化表面。RCA 工艺主要的不足在于化学品成本相对较高，且废 水含氮，对环境稍有压力。目前 RENA、新格拉斯等企业已推出兼容臭氧工艺的设备，预计后续 HJT 产能有望逐步切换到臭氧清洗路线。
国产设备具备性价比：HJT 电池清洗制绒设备主要海外供应商包括日本 YAC、德国 RENA、德国新格 拉斯等，其中新格拉斯已在兼容 M6 尺寸硅片的基础上将生产节拍提升至 8000 片/h。国内企业中，根 据捷佳伟创官网信息，捷佳伟创已推出 6000 片/h 生产节拍（单机产能 250MW）的设备，虽产能相较 最高水平有所不足，但性价比方面已具备竞争力，亦同时兼容 RCA 与臭氧两种工艺。
金属化：低温银浆是降本核心
金属化即金属电极制作，是 HJT 电池生产的最后一步主工艺，通过在电池两侧固化金属电极，使电 极与电池片形成紧密高效的欧姆接触，以将电池内部的电流引出。
丝网印刷银电极应用广泛：HJT 电池的丝网印刷原理与单晶 PERC 电池大体一致，利用丝网图形的网 孔使浆料透过而漏印至承印物（电池片），操作时在丝网一面倒入浆料后均匀摊覆，而后通过刮刀 的移动将网孔部分的浆料挤印至电池，实际操作中常采用二次印刷以提升印刷质量。印刷完毕后电 池片进入烧结工序形成与电极的欧姆接触。
HJT 电池必须使用低温银浆：由于 HJT 电池非晶硅薄膜含氢量较高等特点，HJT 电池生产全过程中的 温度一般不应超过 200℃，而传统铝背场电池的印刷工序一般在 800℃温度下进行烧结，因此 HJT 电 池必须使用不同于传统银浆的低温银浆。
低温银浆是降本核心：低温银浆的固有特性在一定程度上限制了 HJT 电池丝网印刷工艺的降本提效。1）低温银浆导电性能相对较差，需要栅线宽度适当放大以降低电阻，由此导致低温银浆耗用量较高；2）低温银浆焊接拉力偏低，为保证足够的焊接拉力亦需要提升银浆用量；3）低温银浆黏度特性导 致 HJT 电池电极印刷速度相对 PERC 电池偏慢；4）低温银浆应用量较少，价格较高。在传统 5BB电 池工艺下，HJT 电池银浆消耗量约 300mg/片，对应成本约 0.3 元/W，是 HJT 电池非硅成本的最主要构 成，印刷环节的降本必然要从低温银浆入手。
进口设备尚为主流，国产设备或以性价比取胜：目前 HJT 电池丝网印刷设备海外主要供应商为美国 应用材料（旗下 Baccini 公司）、日本 Microtec、德国 ASYS 等，进口设备在目前中试产能中占有率较 高。国产设备企业包括 PERC 电池丝网印刷设备龙头迈为股份以及新近进入印刷领域的捷佳伟创等。丝网印刷设备就技术而言国内外企业差距相对较小，预计国产设备有望以性价比优势逐步取得市场 份额。
电镀铜路线暂显沉寂：除丝网印刷之外，电镀铜路线亦有少量 HJT 电池厂商应用。相对于银电极印 刷，电镀铜电极具备材料价廉、导电性好等优势，但在目前的工艺流程下存在生产偏复杂、生产成 本偏高、废水面临环保压力等不足，金属化环节整体上仍是银电极印刷路线为当前主流。如后续能 通过优化工艺等途径解决上述问题，则电镀铜路线未来仍有望凭借成本和效率双方面的优势替代银 电极印刷。
设备降本或打响产业化提速“发令枪”
HJT 电池降本路径明确
根据我们前期报告的测算，由于异质结组件具备高转换效率、强发电能力、低发电衰减等固有优势， 当前异质结组件所具备的合理溢价空间可允许 HJT 非硅成本高出 0.18-0.27 元/W，结合电池片、组件 环节其他成本、毛利空间等因素，我们综合判断 HJT 电池非硅成本的临界范围约在 0.4-0.5 元/W；如 果异质结电池非硅成本达到临界范围，异质结电池相对于目前主流单晶 PERC 电池的性价比优势有 望逐步显现，从而有望实现对于单晶 PERC 的替代。
根据前期报告，我们预计目前异质结电池非硅成本水平大致位于 0.6-0.7 元/W 区间，相对于 0.4-0.5 元 /W 的目标仍有一定幅度的差距。就非硅成本的组成而言，异质结电池在低温银浆、设备折旧、靶材 耗用等方面均有较大的降本潜力。
银浆：随着 MBB 多主栅工艺的逐步应用，目前应用 9BB 的 HJT 电池银浆耗量预计可下降 30%，对应 可节省非硅成本 0.05-0.06 元/W。后续如 SmartWire 等新型连接技术国产化取得突破，则银耗有望进一 步降低 25%至 150mg/片以下。此外，HJT 电池低温银浆本身的国产化也有望降低银浆价格约 15%-20%。
设备：目前进口设备整线投资水平约 8 亿元/GW，全部国产化后的初步预期水平为 5 亿元/GW 以下， 预计可降低折旧成本约 0.05 元/W 以上。
靶材：以 PVD 工艺为例，ITO 靶材的耗用有望降低约 20-30mg/片，结合 ITO 价格下降，预计可降低成 本约 0.01-0.02 元/W。
此外，根据我们的测算，HJT电池转换效率每提升 1%，在不同应用场景下可增加组件溢价空间 0.05-0.15 元/W 不等，即可放大 HJT 电池的成本空间。考虑 HJT 电池研发力量持续增加，且研发成果正不断涌 现，我们认为在不提升整体成本的基础上，25%的量产效率大概率可以预见。
在硅成本方面，由于基底 N 型硅片具备更高的减薄潜力，且 HJT 的电池结构对薄硅片的兼容能力较 强，硅片本身的薄片化则有望为 HJT 电池提供进一步的降本空间。根据 CPIA 光伏发展路线图，目前 用于异质结电池的硅片厚度约为 150μm。目前部分国产 HJT 电池片厂商已开始将 140μm 厚度的硅片投 入量产。我们预计随着异质结电池技术的应用，硅片厚度降速有望进一步加快。
设备降成本是 HJT 产业化提速的关键
电池片价格或伴随产业化规模的提升而快速下降：光伏电池片行业技术扩散较快，导致电池片产品 区分度较低，又因为新进入者采购新装备即可在相当程度上建立起对老产能的成本和转换效率优势， 加之新产品在产业化初期往往具备一定程度的溢价，使得新产能账面投资回报率较高，故而光伏电 池片环节在新技术或工艺进步可量产后，一般会进入新产能快速扩张的周期，最近一次的单晶 PERC 电池产能扩张即为显例。但从供需两端看，首先，一般情况下光伏需求增量无法覆盖新增的新产品 产能，其次，老技术路线产能并不会迅速主动出局，采取产能技改与产品降价等对策以延长存活时 间是较大概率的选择，因此在新技术路线产能快速释放的过程中，供需格局在边际上通常处于恶化 状态，产业化初期的溢价难以长久支撑，新产品价格一般随产能规模的提升而快速下降。
缩短产线投资回收期或为企业核心诉求：目前 HJT 电池正处于大规模产业化的前期，从产业目前的 研发情况来看，主工艺设备的技术突破是 HJT 提效的主要推动力之一，预计 HJT 产业化后大概率不 易摆脱设备水平对电池竞争格局的影响。大规模产业化后 HJT 电池的产能与价格或在一定程度上与 单晶 PERC 电池的变化路径相仿，即价格可能在初期供需偏紧结束之后快速下降。在这样的预期之 下，最大程度地缩短新产线的投资回收期或成为电池片厂商产能投资决策的核心关注点。
整线投资 5 亿元/GW 或成“发令枪”：我们对 HJT 电池产业化的进度以及产业化后价格、成本、盈 利等各方面进行了推演和测算。可以看出在 HJT 产能投资回收期对初始设备投资额的敏感程度在 5-6 亿元/GW 附近出现分段。在较保守的盈利情况预测和无贷款条件下，当初始设备投资由 8 亿元/GW 降 低至 5 亿元/GW 时，对应产能投资回收期由接近 14 年快速下降至 5 年以下，降幅约 9 年；而当设备 投资进一步降低至 2 亿元/GW 时，产能投资回收期仅再下降 2.1 年。在 70%贷款条件下这一现象更为 明显，8 亿元/GW 至 5 亿元/GW 区间和 5 亿元/GW 区间至 2 亿元/GW 区间产能投资回收期分别下降 11 年、2.2 年。因此，虽然设备国产化对 HJT 电池折旧成本的降低不如银浆等辅材的降本幅度显著，但 其对缩短产能投资回收期的积极影响是显而易见的。进一步推演，产能投资回收期的缩短有望吸引 更多产业资本进入 HJT 行业，进而放大产能和人员规模，加速效率提升和材料降本的进程，最终提 升 HJT 电池的经济性并进一步扩大产能规模，形成良性循环。故而设备降本对 HJT 产业化的提速有 着重要的意义，处于分割点的 5 亿元/GW 设备投资或成为 HJT 大规模产业化的“发令枪”。
HJT 设备 6 年市场空间或超过 600 亿元
在设备国产化的推动下，HJT 设备投资有望快速下降至 5 亿元/GW 以下，产能投资吸引力的提升有望 加速 HJT 电池的产业化进度并加速对现有技术路线的替代，行业产能或复制近年单晶 PERC 的扩张进 程。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。
为便于研究人员查找相关行业研究报告，特将2018年以来各期文章汇总。欢迎点击下面红色字体查阅！
文琳编辑
今日导读：点击下面链接可查阅
公众号 ：文琳行业研究
文琳行研报告，为各机构提供专业的信息、数据、研究和咨询服务。欢迎关注【文琳行业研究】
《文琳资讯》每日提供最新信息。欢迎关注
今日导读：点击下面链接可查阅
《文琳阅读》每晚经典，欢迎关注！
今日导读：点击下面链接可查阅
公众号 ：就业与创业