N型电池产业化进程加快，设备行业有哪些投资机会？

2022年8月5日证券研究报告/行业研究 行业评级： 行业研究 投资评级【看好】 评级变动【维持】 主要观点： N型电池产业化进程加快设备行业有哪些投资机会？ 、 480 430 380 330 280 230 180 130 80 30 (20) 沪深300 光伏加工设备 2020/1/1 2020/4/1 2020/7/1 2020/10/1 2021/1/1 2021/4/1 2021/7/1 2021/10/1 2022/1/1 2022/4/1 2022/7/1 行业走势： 分析师 分析师黄文忠huangwenzhong@gwgsc.com 执业证书编号：S0200514120002联系电话：010-68080680 研究助理刘然 liuran@gwgsc.com 执业证书编号：S0200121070007联系电话：010-68099389 公司地址：北京市丰台区凤凰嘴街2号院 1号楼中国长城资产大厦12层 ◆第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向。降本增效是光伏行 业的第一性原理。目前P型电池已经接近理论效率天花板。N型硅片的少子寿命更高、对金属污染的容忍度更高、无光致衰减衰减（BO-LID）现象决定了其具有更高的理论光电转化效率。N型硅片对P型硅片的成本溢价较2018年已经大幅下降，目前以TOPCon、HJT、IBC为主的N型电池技术已经逐渐成熟且开始进入产业化阶段。 ◆TOPCon：产业化进程领跑，背钝化层为增量环节，扩散及SE工艺值得期待。根据我们的统计，截至2022年6月15日，国内已建成的TOPCon产能为30.55GW，在建/待建产能为178.8GW。在建产能中，预 计有62.30GW产能将在年内投产。在TOPCon的核心加工工艺隧穿氧化层及多晶硅层沉积上，设备单位投资额约为4500-5000万元/GW，仅在建产能带来的增量设备市场空间为80.46-89.40亿元。N型硅片硼扩散制备发射极的难度要大大高于P型硅片的磷扩散，使得硼扩散炉需求量较PERC产线翻倍。SE制备工艺上，激光掺杂法和氧化物掩膜扩散法最有可能被广泛使用，两者都需要激光设备，对相关的激光设备公司形成利好。 ◆HJT：薄膜沉积为核心工艺，金属化工艺为降本关键。根据我们的不完全统计，目前国内异质结的投产产能为8.1GW，规划产能达到了162.7GW。非晶硅沉积设备占异质结设备总成本的比重在50%左右，是降低设备投资成本的重要环节，当前有两种技术路线。我们认为工 艺路线之争并不是当前阶段非晶硅层沉积环节的主要矛盾，如何降低设备的投资成本推动异质结电池加快市场化进程才是当前设备厂商竞 争的核心。TCO层沉积方面，RPD设备有着明显的转换效率优势。金 属化对于推动异质结成本的下降体现在降低银浆使用量上，设备的发 【光伏设备行业深度报告】技术迭代视角的光伏设备投资机会 【双周解惑之光伏系列一】晶体硅光伏电池发电原理——光激发与载流子输运 【双周解惑之光伏系列二】晶体硅光伏电池的载流子收集与效率损失机制 【双周解惑之光伏系列三】晶体硅光伏电池发电原理——转换效率提升方式与计 算方法 力方向主要为钢板印刷技术、激光转印以及铜电镀技术，其中钢板印刷技术相对成熟。 相关报告： ◆IBC：平台型技术，掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量。由于IBC电池是电极结构创新，因此可以和其他类型电池很好的结合，与TOPCon电池结合成为TBC电池，与异质结电池结合成为HBC电池。 TBC和HBC可以提高电池转换效率，降低TOPCon和HJT的非硅成本。为制备背面呈叉指式间隔排列的P区和N区，需要用到掩膜、开槽和刻蚀工艺。掩膜工艺所需的PECVD/APCVD设备、激光开槽所需的激光设备、刻蚀所需的湿法刻蚀设备是背接触电池的主要增量设备。 投资建议： 当前，光伏电池处于技术迭代的关键时点。TOPCon、异质结以及IBC电池都开始进入产业化阶段，电池厂商在未来一段时间内的资本开支速度将加快，对于光伏设备企业形成需求端的利好。不同设备厂商对 于各种电池技术都推出了自己的工艺路线和相应的设备。我们认为电 池设备企业竞争的核心是需要站在电池生产企业的角度，在转换效率和成本间做出平衡，以最大化设备的性价比。因此对于处于不同产业 化阶段的电池技术路线，选择投资标的的侧重点有所差异，对于进入产业化扩大阶段的TOPCon电池，更加侧重于转换效率优势，对于处于产业化初期的HJT电池，更加侧重成本优势。IBC电池并不需要新的设备类型，设备需求取决于电池企业的工艺路径选择，因此推荐在掩膜、刻蚀和激光设备上有技术储备，且具备根据客户需求提供定制化解决方案能力的设备企业。投资标的重点推荐迈为股份、捷佳伟创、帝尔激光。 风险提示： 下游厂商扩产不及预期；技术迭代速度不及预期。 目录 1第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向6 1.1为何是N型电池？6 1.2N型电池已经具备产业化能力7 2TOPCon：产业化进程领跑，背钝化层为增量环节，扩散及SE工艺值得期待8 2.1TOPCon产业化进程更快，赢在哪里？8 2.2背钝化层为增量环节，技术方案多点开花11 2.3硼扩散、SE制备难度更高，带来设备的增量空间13 2.3.1硼扩散：设备需求量翻倍，技术门槛提高进入壁垒13 2.3.2SE制备：激光设备大有可为15 3HJT：薄膜沉积为核心工艺，金属化工艺为降本关键18 3.1短期不具备成本优势，长期降本路径清晰18 3.2薄膜沉积：异质结核心环节，降本重要抓手20 3.3金属化：异质结降本的关键环节25 3.3.1钢板印刷技术25 3.3.2激光转印技术26 3.3.3铜电镀技术27 4IBC：平台型技术，掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量30 4.1平台型技术，可结合TOPCon、异质结结合30 4.2掩膜、激光、刻蚀设备为主要增量环节31 5相关设备公司35 5.1迈为股份35 5.2捷佳伟创36 5.3帝尔激光37 图目录 图1：P型硅片和N型硅片少数载流子寿命对比6 图2：相同金属杂质对少子寿命的影响6 图3：2021-2030年不同类型硅片市场占比8 图4：2021-2030年不同电池技术市场占比8 图5：TOPCon电池结构示意图10 图6：TOPCon电池能带结构示意图10 图7：PERC与TOPCon主要工艺流程对比10 图8：TOPCon电池工艺流程12 图9：湿法硼扩散设备示意图15 图10：激光掺杂法示意图16 图11：氧化物掩膜扩散法制备SE示意图16 图12：离子注入法示意图17 图13：异质结电池成本构成18 图14：异质结电池结构示意图21 图15：异质结电池能带结构示意图21 图16：异质结工艺路线图22 图17：板式PECVD示意图23 图18：管式PECVD示意图23 图19：理想万里晖的U型串联式PECVD24 图20：INDEOTec的团簇式PECVD设备24 图21：丝网印刷示意图25 图22：丝网印刷网版与全开口钢板对比26 图23：激光转印过程27 图24：不同凹槽形状形成的栅线27 图25：铜电镀工艺步骤28 图26：铜电镀金属化过程29 图27：铜电镀工艺流程示意图29 图28：IBC电池结构示意图30 图29：TBC电池结构示意图31 图30：HBC结构示意图31 图31：TBC和经典HBC工艺流程32 图32：HBC叉指式电极制备流程33 图33：Tunnel-HBC电池结构示意图33 图34：2015-2021迈为股份营收及净利润情况35 图35：2015-2021迈为股份毛利率及净利率情况35 图36：2015-2021捷佳伟创营收及净利润情况36 图37：2015-2021捷佳伟创毛利率及净利率情况36 图38：2015-2021帝尔激光营收及净利润情况37 图39：2015-2021帝尔激光毛利率及净利率情况37 表目录 表1：中环210尺寸硅片报价7 表2：2022年TOPCon产能情况8 表3：中来8GWTOPCon电池设备投资明细11 表4：PERC与TOPCon电池BOS成本对比11 表5：三种设备的情况对比13 表6：中来股份与晶澳科技电池片项目扩散炉采购成本对比14 表7：2021年东方日升2.5GW异质结电池项目投资预算18 表8：国内异质结产能情况19 表9：部分企业异质结中试线CVD设备22 表10：不同电池技术对比31 表11：国内背接触电池产能布局情况（不完全统计）34 表12：迈为股份异质结设备部分中标情况（仅含已公告订单）35 表13：捷佳伟创产品矩阵36 1第一性原理决定N型电池是行业发展的必然方向 1.1为何是N型电池？ 降本增效是光伏行业的第一性原理。目前P型电池已经接近理论效率天花板，N型电池的自身物理属性决定了其具有更高的理论光电转化效率。相较于P型硅片，N型硅片具有以下优点： 一是N型硅片的少子寿命更高。N型材料中的杂质对少子（空穴）的捕获能力低于P型材 料中的杂质对少子（电子）的捕获能力，相同电阻率的N型CZ硅片少子寿命比P型硅片的高出1～2个数量级，达到毫秒级，且N型材料的少子（空穴）的表面复合速率低于P型材料中电子的表面复合速率。 二是N型硅片对金属污染的容忍度要高于P型硅片。Fe、Cr、Co、W、Cu、Ni等金属对 P型硅片少子寿命的影响均比N型硅片大。因为带正电荷的金属元素具有很强的捕获少子电子的能力，而对于少子空穴的捕获能力比较弱。在相同金属污染的情况下，N型硅片的少子寿命要明显高于P型硅片。Au对N型硅片的影响要大于P型硅片，但目前工业生产中，已经可以充分避免Au金属污染。 图1：P型硅片和N型硅片少数载流子寿命对比图2：相同金属杂质对少子寿命的影响 资料来源：《N-tyPeSilicoN-thebettermaterialchoiceforiNdustrialhigh-efficieNcysolarcells》，长城国瑞证券研究所 资料来源：《N-tyPeSilicoN-thebettermaterialchoiceforiNdustrialhigh-efficieNcysolarcells》，长城国瑞证券研究所 说明：图中红色代表P型硅，蓝色代表N型硅 三是N型硅片无光致衰减（BO-LID）现象。P型硅片对应的电池以及组件在光照条件下会产生功率衰减。研究发现导致衰减的原因是硅片内部的B-O复合体（硼氧复合体）为复合中心，对少子具有捕获作用。N型硅片的掺杂元素为磷，从源头上避免了硼氧复合体的产生。 1.2N型电池已经具备产业化能力 目前，P型电池占据主要市场份额。从硅片出货量看，2021年P型硅片市场占比为90.4%，N型约占4.1%。在过去N型硅片市场占有率偏低的原因主要有两个： 一是N型硅片的成本偏高。N型硅片要求更高的原材料纯度、更低的金属污染和含氧量， 需要使用纯度更高的多晶硅料、高纯热场等，这也使得复拉料无法使用、降级片无法重复利用，这些都增加了N型硅片的成本。2018年N型硅片成本比P型高8%～10%。 二是N型电池的成本较高，技术成熟度较P型电池低。以PERT、TOPCon、IBC、HJT等 为主的N型电池设备投资成本高，且选择性发射极的制备、薄膜沉积等关键工艺步骤的技术问题并未完全解决。而PERC技术、磷掺杂选择性发射极等技术推动着P型晶体硅电池产品的光电转换效率不断提升，使得P型电池的性价比一直高于N型电池。 上述问题已经从一定程度上得到解决。 N型硅片与P型硅片的成本差距在逐渐缩小。以中环股份210尺寸150μm厚硅片为例，N型硅片较P型硅片溢价率约为6%，较2018年水平有较大下降。HJT电池的低温加工工艺更适合薄片化工艺，可进一步降低N型硅片的成本溢价。 表1：中环210尺寸硅片报价 硅片厚度 价格（元/片） N型硅片 150μm 10.02 130μm 9.59 P型硅片 150μm 9.45 160μm 9.55 资料来源：中环股份，长城国瑞证券研究所 说明：截至20