异质结组件效率高、性能佳,有望成为下一代主流技术 异质结(HJT)组件以高效率、高发电量为核心优势。据各组件厂商官网,高效HJT组件效率约22.50%-23.02%,显著高于PERC组件(21.30%-21.60%);且其低温度系数、高双面率特性可进一步提高发电量。高发电量组件可实现更低的度电成本,与电站降本需求适配。当前HJT组件凭优异性能拥有溢价,多项降本增效技术落地后竞争力可进一步提高,有望成为下一代主流技术。乾景园林(国晟能源)为HJT新厂,有望充分受益于行业发展。我们维持公司2023-2025年归母净利润0.51/0.61/0.77亿元,对应EPS0.08/0.09/0.12元/股,对应当前股价PE为66.7/55.8/43.9倍,维持“买入”评级。 新技术逐步验证,异质结降本增效进展迅速 “三减一增”方案导入后,HJT经济性有望持平TOPCon,且HJT中长期降本增效技术储备充足。经济性可从两方面提升:一是降低非硅材料和硅片成本。当前银包铜、无主栅和硅片减薄验证顺利,铜电镀、激光转印、TCO材料国产化、无铟靶材等新技术亦有发展潜力。二是进一步提高组件效率以获得销售溢价,当前华晟新能源双面微晶组件已量产,赛伍技术光转膜已出货。另外,HJT后续可作为平台型技术与钙钛矿电池做叠层,实现更高的效率。 看好轻装上阵的HJT新厂与技术迭代产生的新龙头 当前HJT行业的关键投资逻辑在投产和新技术导入两个环节。投产环节中,我们看好受益行业发展更深、弹性更大的HJT组件新厂(乾景园林)。新技术导入环节中,可关注技术迭代产生的新龙头。 乾景园林(国晟能源)为HJT新厂,有望充分受益于行业发展。当前公司定增已获上交所受理,尚需上市中心审核通过、证监会做出注册决定。国晟能源已在在江苏、安徽和河北三省布局HJT。目前已投产HJT组件1.5GW、电池0.5GW,PERC组件1GW;近期规划落地HJT电池2.5GW、组件5GW、硅片1GW。 风险提示:控制权转让未落地;HJT投产和降本增效技术导入进度不及预计。 财务摘要和估值指标 1、异质结效率高、发电量佳,有望成为下一代主流电池技术 1.1、异质结电池具有双面结构、低温工艺特点 异质结(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer,HJT)电池为对称的双面结构,主要由N型单晶硅片衬底、正面和背面的本征/掺杂非晶硅薄膜层(包括N型非晶硅薄膜n-a-Si:H、本征非晶硅薄膜i-a-Si:H和P型非晶硅薄膜p-a-Si:H)、双面的透明导电氧化薄膜(TCO)层和金属电极构成。其中,本征非晶硅层起到表面钝化作用,P型掺杂非晶硅层为发射层,N型掺杂非晶硅层起到背场作用。 图1:相比传统晶硅同质结电池,异质结电池为双面对称结构 异质结电池全流程采用低温工艺,所有制程的加工温度均低于250℃。异质结电池在制结过程无需高温扩散,制备非晶硅薄膜层及透明导电膜层的工艺温度约为200℃;金属电极的制备也采用低温银浆印刷、低温焊接,工艺温度不高于250℃。 低温工艺使异质结电池在制备非晶硅薄膜时,其光学带隙、沉积速率、吸收系数以及氢含量可以得到较精确的控制,制得的PN结质量较高,也可避免因高温导致的热应力等不良影响。 图2:异质结电池全制程均采用低温工艺 异质结电池核心工序仅四步,整体良率上限更高。异质结电池核心制造工艺为清洗制绒、非晶硅沉积、TCO膜制备和电极制作4道工序,数量远远低于PERC、TOPCon所需要的8道、10余道工序。简洁的流程在实际生产中能够减少各流程间设备转换过程所带来的损耗,远期看整体生产过程的良率上限更高。 图3:异质结电池核心工序仅四步 PN结的区别是异质结与同质结电池在结构、工艺上的主要差异来源。 同质结电池中,由导电类型相反的同一材料组成PN结。工艺上,晶硅同质结电池一般通过高温扩散的方法,在低掺杂的硅片上扩散进一层与其衬底相反的掺杂层而形成PN结。如图4所示,在低掺杂的N型硅衬底上,将硼原子高温扩散进硅衬底的前表面,形成高掺杂p+区域,从而在硅片的前表面形成PN结。 异质结电池中,由两种不同的半导体材料组成PN结。工艺上,N型晶硅异质结电池在硅衬底上沉积其它材料,通过材料本身功函数与硅衬底功函数的差异形成PN结。如图4所示,通过在N型晶体硅沉底上表面采用等离子体化学气相沉积(PECVD)沉积掺硼非晶硅/本征非晶硅层,形成了非晶硅/晶体硅的硅异质结。 图4:异质结电池由两种不同的半导体材料组成PN结 1.2、异质结组件以高系统效率、高发电量为核心优势 异质结组件效率高、衰减低,且低温度系数和高双面率可进一步提高组件系统效率,因此较PERC组件拥有更高的全生命周期发电量。据国晟能源实测数据,HJT双面组件较PERC双面组件有8-10%发电增益,较PERC单玻组件有14-16%发电增益。(注:安装容量为3kW*3,安装方式为固定式,实测地点为浙江。) 图5:HJT双面组件较PERC双面和单玻组件有较大发电增益(Kwh/W) 1.2.1、高效率、低衰减是异质结组件高发电量的基础 高效率:异质结组件拥有22.5%以上的转换效率 异质结电池钝化效果好、开路电压高,因而电池效率较高,组件效率亦相应提升。异质结电池中,本征非晶硅薄膜层将P型掺杂非晶硅层与晶体硅衬底隔离,因此可以有效地钝化晶体硅表面的缺陷,降低表面少数载流子的复合,提升电池的转换效率。如图6所示,异质结在抑制结区复合方面有明显优势,其复合电流J0整体水平低于同质结(注:复合电流J的大小表征钝化性能好坏,J越小,钝化效果越好)。 同时,N型掺杂非晶硅层起到背场作用,进一步提高电池开路电压。基于优秀的钝化接触效果和自身材料、结构特性,异质结电池拥有相比PERC等同质结电池更高的开路电压,即使会由于非晶硅寄生吸收引起一定电流损失,最终也能得到较高的转换效率。 图6:异质结电池钝化接触效果最佳 异质结组件平均效率显著高于PERC。据各组件厂商官网,高效HJT组件的平均效率约22.50%-23.02%。其中华晟新能源210组件最高转换效率可达23.02%,国晟能源、东方日升、爱康科技HJT组件效率亦均高于22.5%。高效TOPCon组件效率约22.72%-23.23%,其中晶科能源182组件转换效率最高可达23.23%;高效PERC组件平均效率约21.30%-21.60%;HPBC组件平均效率约22.10%。异质结组件效率显著高于PERC组件。 表1:异质结组件平均效率显著高于PERC组件 低衰减:为HJT组件增加1.9%-2.9%每瓦全生命周期发电量 异质结组件无LID与PID,LeLID大部分表现为低衰减。(1)无LID:异质结电池通常采用N型硅片作为衬底,N型异质结电池的硅片衬底的掺杂元素为磷,衬底中不易形成导致电池及组件性能衰减的硼氧原子对,在光照后不存在B-O复合对引起的光致衰减问题。据东方日升测试数据,异质结电池和组件的LID表现为光致增益。光致增益现象一方面是由于a-Si:H/c-Si界面复合的降低引起,另一方面TCO层以及TCO/Ag接触性能的改善可能也起到了一定作用。(2)无PID:异质结电池上表面为透明导电氧化薄膜(TCO),不存在积累电荷的绝缘层。在高压偏压条件下,电荷不会在电池表面产生极化现象,因此异质结电池无PID现象。(3)异质结组件的LeTID大部分表现为低衰减,少量表现增益。 图7:异质结组件LID表现为增益,LeTID表现为低衰减和少量增益 图8:异质结组件无PID现象 据各组件厂商最新质保数据,HJT电池首年衰减和连续衰减均低于PERC与TOPCon电池,令其拥有更高的全生命周期发电量。据各组件厂商官网,双面HJT组件首年衰减约1-1.5%,连续衰减约0.36-0.38%,30年后实际输出功率不低于标准功率的88%;而双面PERC组件首年衰减约2%,连续衰减约0.45%,30年后实际输出功率不低于标准功率的83%;双面TOPCon组件首年衰减约1%,连续衰减约0.4%,30年后实际输出功率不低于标准功率的87.4%。据国晟能源官网,基于低衰减优势,HJT组件较PERC组件可增加1.9%-2.9%的每瓦全生命周期发电量。 图9:异质结组件全生命周期衰减更低 1.2.2、低温度系数、高双面率进一步提高异质结组件系统效率和发电量 高效率之外,异质结组件还有低温度系数、高双面率的特性,令其拥有更强的环境适应能力和发电能力,进一步提高了组件系统效率。光伏组件发电效率不仅取决于电池片的光电转换率,还取决于组件各种性能影响下的系统效率。在组件实际使用过程中,电性能参数会受到所处户外复杂环境的影响而改变。异质结组件温度系数更低,令其对高温环境拥有更好的适应性;双面率更高,令其在地面高反射环境下对太阳能拥有更高的利用率;更强的环境适应能力和发电能力进一步提高了异质结组件系统效率和发电量。 温度系数:异质结在高温环境下输出功率更高 光伏组件的理想工作温度为25℃左右,更高温度下光伏组件功率输出呈现出负温度系数关系;即温度越高,组件输出功率越低,发电量将相应减少。开路电压Voc、短路电流Isc和填充因子FF是决定光伏组件效率的重要参数。Voc的大小主要由半导体的禁带宽度和费米能级决定;Isc的大小与PN结面积、光强度、相应特性及光波长有关;FF与串、并联电阻相关,串联电阻越大,并联电阻越小,填充因子越小。 随着温度的升高,光伏电池材料的禁带宽度变小,PN结的内建势变小、复合载流子迁移率减小,复合系数增大,因此开路电压和填充因子会变小;同时,禁带宽度变小使更多的光子可以激发电子能级跃迁,本征吸收带向长波方向移动,本征载流子浓度变大,短路电流会稍有提升。短路电流的增加弥补不了开路电压和填充因子的减小对转换效率的影响,组件输出功率会随温度的升高而降低。(注:以温度系数为-0.26%/℃为例,其含义为:当电池片处于标准工作温度25℃时,气温每升高1℃,输出功率就会降低约0.26%,光伏电站的发电量也会降低0.26%左右。) 图10:开路电压、短路电流和填充因子均受温度影响 相同外部环境下,温度系数更低的异质结组件功率损失更小,发电性能更稳定。 HJT、TOPCon和PERC组件的温度系数因结构和材料不同而有所差别。HJT电池通过晶体硅与非晶硅薄膜形成PN结,禁带宽度较宽,因而对环境温度的依存性较低,且HJT组件串联电阻会随温度升高而减小。HJT组件功率温度系数约-0.26/℃(华晟新能源、国晟能源),TOPCon组件功率温度系数约-0.30/℃(晶科能源),PERC温度系数约-0.35%/℃(晶科能源)。据国晟能源官网,高温环境下双面HJT每瓦发电量较双面PERC可高约0.6~3.9%。 表2:异质结组件峰值功率温度系数明显低于其他类型组件 图11:高温下异质结组件功率损失小,输出功率高 图12:异质结组件带来显著发电增量 高双面率:异质结组件双面发电增益更大 异质结组件双面率高于PERC与HJT,背面接收辐射量更大,发电增益高。双面率即光伏电池背面效率与正面效率的百分比。异质结电池具有天然的双面对称结构,双面率可达95%以上,封装后HJT组件双面率约85%,PERC组件双面率约70%,TOPCon组件双面率约85%。计算双面组件综合功率的公式为(BSI:双面应力环境辐照系数,Bifi:组件双面率): 𝐏 =𝐏 ×(𝟏+𝐁𝐒𝐈×𝐁𝐢𝐟𝐢) 综合功率 正面 在标准工况及平均地面反射条件下,假设组件正面功率和环境辐照系数相同,则组件综合功率差为: 𝚫𝐏 =𝐏 ×𝐁𝐒𝐈×𝚫双面率𝐁𝐢𝐟𝐢 综合功率 正面 异质结组件双面率较PERC高约15%,据国晟能源测算,考虑10%-20%的背面辐照及双面率的差异,HJT每瓦发电量较双面PERC高出约2%-4%。 图13:异质结电池的背面效率可达正面效率95% 图14:异质结组件双面率高