电力设备及新能源行业钙钛矿&异质结专题深度报告：光伏电池新技术新机遇

创造财富担当责任 股票代码：601881.SH06881.HK 钙钛矿&异质结专题深度报告 光伏电池新技术新机遇 银河证券研究院电力设备及新能源行业首席分析师周然 2023.06.08 中国银河证券股份有限公司 CHINAGALAXYSECURITIESCO.,LTD. 目录 —异质结：效率突破是关键 二钙钛矿：产业化进程加速 三综述与投资建议 四风险提示 创造财富/担当责任 P型瓶颈已现，N型替代正当时。据CPIA统计，2022年P型PERC电池量产平均效率达23.2%，世界效率记录24.06%，已接近24.5%的理论天花板。而N型电池2022年量产平均效率均已超24.5%，华晟新能源G12-15BB电池量产效率达25.2%。HJT电池方面，隆基绿能2022年11月创下26.81%的记录；TOPCon电池方面， 晶科能源10月创下26.4%的纪录；IBC电池方面，日本Kaneda通过IBC+HJT结构拿下26.7%的效率记录。此 外，N型电池还具有无LID效应，更好的温度性能、弱光性等优势，已开启对P型电池的全面替代之路。 图1：不同电池技术路线量产平均转化效率 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院 表1：三大N型电池技术路线对比 TOPCon HJT IBC 光电理论 28.7% 29.2% 29.1% 转换实验室 26.4% 26.81% 26.7% 纪录量产 25.1% 25.2% 26% 温度系数 -0.34~0.37%/℃ -0.23~0.25%/℃ -0.28~0.31%/℃ 量产难度 易 中 难 成本 较低 较高 中等 效率 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任3 2021年隆基研究表明，双面HJT理论转换效率28.5%，双面TOPCon理论转换效率极限28.7%。根据Nature 期刊上最新发布数据，2023年隆基基于突破世界纪录的HJT技术，刷新双面HJT理论转换极限为29.2%。 图2：2021年隆基绿能计算各类钝化电池类型的理论转换极限效率 创造财富/担当责任 资料来源：《Onthelimitingefficiencyforsiliconheterojunctionsolarcells》WeiLong，中国银河证券研究院4 据东方日升量产数据，效率方面同版型HJT组件已明显领先于TOPCon和PERC组件，在光转膜加持下功率已突破700W，领先TOPCon组件约4%左右。 HJT组件还具有更高的双面率和更优异的温度性能。 表2：不同电池技术的组件特性对比 电池技术 210*105 硅片种类 组件型式 组件功率 （瓦） 组件效率 （%） 双面率 （%） 温度系数 （%/℃） PERC P 132G-G 650-660 21.2% 70 -0.35 TOPCon N 132G-G 670-680 21.9% 80 -0.3 HJT N 132G-G 700-710 （+光转换） 22.9% 85 -0.24 资料来源：《异质结超薄片技术和可靠性能的低碳未来展望》东方日升，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任5 钙钛矿/异质结叠层电池现雏形，多结电池驶向星辰大海。2023年4月13日KAUST中心的小面积钙钛矿/异质结叠层电池创下33.2%的效率纪录；1月曜能科技叠层电池达到32.44%的效率。德国ISFH研究表明，成熟晶硅电池的效率已难破30%，钙钛矿薄膜电池理论效率虽高但亦难工业制造。而多结电池凭借吸收光谱更宽、 效率记录 开压更高，晶硅/钙钛矿叠层电池被公认为光伏电池终极形态。 量产 图3：太阳能电池效率发展趋势 N型电池 33.2% 26.40% 26.8% 26.7% 26.8% 24% 24.5% 24.5% 47.6% P型 电池 多结电池 24% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 图4：多结太阳电池SQ理论效率极限轻松突破主流单晶单节电池 23% 20% PERCTOPConHJTxBC叠层3结5结6结聚光 资料来源：《SolarcellefficiencytablesVersion61》，中国银河证券研究院 资料来源：《Fundamentallossesinsolarcells》，中国银河证券研究院 37.9%38.8%39.2% 创造财富/担当责任6 异质结：效率突破是关键 创造财富/担当责任 HJT即具有本征非晶层的异质结技术（HeterojunctionTechnology），核心结构是晶硅层与非晶硅薄膜。 异质PN结一方面可以形成更高的开路电压，另一方面能实现更好的钝化效果，因此更易提升转换效率。 HJT优势明显，有望成为N型主流： 1）抗光衰能力更强，可实现25年功率衰减不超过8%，明显优于PERC的20%和TOPCon的13%； 2）两侧均具有透光能力，双面率最高可达95%，高于PERC与TOPCon电池； 3）双面均有晶硅+非晶硅结构，实现双面钝化，其钝化选择率可达14.0（PERC电池仅11.7）； 4））适应能力强，较双面PERC，温度升高后效率降低幅度小，温度系数仅为-0.26%/℃（PERC约- 0.35%/℃，TOPCon约-0.3%/℃）； 5）结构应力分布更均衡、更稳定，易提升良率且后续运维压力小。 创造财富/担当责任8 图5：HJT对称结构以及4道制造工序 资料来源：华晟新能源官网，金刚昊阳官网，中国银河证券研究院 HJT电池的制备过程仅需4步，产线简单，良率更高。 薄膜沉积工艺不涉及高 温扩散环节，能耗更低。 两步薄膜沉积可通过设备优化实现二合一，产业化潜力巨大。 HJT易实现叠层结构，可通过改良膜的性能、增减膜甚至与钙钛矿薄膜电池技术叠加，突破 晶硅效率极限，升级空 间广阔。 创造财富/担当责任9 国际光伏技术路线图（ITRPV）预测2025年/2030年全球HJT市场份额约9%/13%； 中国光伏协会对HJT发展前景更乐观，预测2025年/2030年其市场份额约18%/32%。 图6：国际光伏技术路线图对全球光伏电池技术市场份额的统计预测 资料来源：ITRPV，中国银河证券研究院 图7：中国光伏协会对全球光伏电池技术市场份额的统计预测 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任10 HJT大订单签订，市场验证加速。2022年9月，华晟新能源和中电建华东院正式签署采购合作框架协议，2022年至2025年华东院将从华晟采购10GW异质结光伏组件，这成为迄今为止行业内N型电池最大订单，成为HJT产业化里程碑。 据CPIA预测，2023年HJT市占率有望或达3%，对应装机有望超过10GW。 华晟扩产领跑。华晟新能源目前除了宣称总部，还拥有合肥、无锡、大理三个基地。华晟宣城规划共 5期，目前1-3期已经投产，合计5GW，4-5期预计分别将于2023年6月和第四季度设备搬入。公司 2022年实现销售收入17个亿，对应约900MW异质结组件的出货。预计2023年电池/组件产能分别达到 22.5GW/18.6GW。华晟M6-144常规版型组件功率已突破500W，G12-132常规版型组件功率突破 730.55W，组件转换效率达到23.5%。 根据公司披露信息不完全统计，目前全行业已公布HJT电池产能超过200GW，已投产约8GW，在建约53GW。预计2023/2025年底国内HJT产能有望实现68GW/97GW。 创造财富/担当责任11 图8：HJT降本提效关键技术 资料来源：《不断创新的HJT技术》王文静，《效率25%+异质结电池及可靠性研发进展》通威股份，《异质结技术的产业化发展》晋能科技， 《异质结超薄片技术和可靠性能的低碳未来展望》东方日升，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任12 相较于传统非晶硅薄膜，微晶硅薄膜透光率更优、缺陷密度更低、掺杂效率更高、导电率更高，从而获得 更高的转换效率。微晶工艺难点在于解决生产节拍较 慢及一致性问题。 单面微晶基本开发完成，开始挑战双面微晶。2022年头部企业与设备商携手完成了微晶技术的初步落地，华晟采用迈为VHF-PECVD设备的单面微晶HJT2.0电池首片效率达到24.68%，目前宣城二期平均效率约 25%，预计今年双面微晶导入后平均效率有望达到 25.5%。 东方日升双面微晶产品“伏羲”电池效率中试效率已达25.5%，组件效率达23.89%。通威采用纳晶工艺，年底完成双面纳晶导入有望突破25.5%+的效率。 为实现极致的钝化、吸光等效果，在i层、a层、p层、n层硅基础上演变出的多层结构或将成为主流，对工艺掌控、设备性能等方面提出更高要求。 图10：华晟异质结电池在正面制备微晶硅层形成单面微晶电池 资料来源：华晟新能源官网，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任13 光转膜或成标配。HJT微/非晶硅中的硅氢键会被紫外光破坏，导致功率、寿命降低。传统解决方案为使用UV截止膜来阻挡紫外光，但吸收到的光能量会降低。而光转胶膜能将紫外光转换成可见光再被电池吸收，从而提升组件发电量，实证数据表明其能提升1-2%的组件功率。目前行业头部企业基本完成导入。 高阻水性材料进一步保障产品寿命，提升长期效率。此外，HJT特殊的材料、结构导致其极易受水气影响， 常规封装材料无法应对挑战。目前行业正在导入丁基胶作为HJT封装材料，预计年底有望实现导入。 图11：光转膜组件发电量提升效果 资料来源：华晟新能源官网，中国银河证券研究院 图12：赛伍技术单玻（左）及双玻（右）HJT电池组件封装解决方案中应用光转胶膜 资料来源：赛伍技术官网，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任14 N型硅片制备技术逐渐成熟，品质不断提升。截止目前，N型硅片少子寿命已由最初的500μs提升至 2000μs左右，氧含量下降由14ppma下降至11-12ppma。 预切片、清洗吸杂等处理工序进一步提升硅片质量从而提升电池效率。据晋能科技测算，通过前处 理工艺可降低缺陷密度及损耗，可实现0.2-0.3%左右的效率提升。 图9：降低硅片氧含量来减轻甚至解决硅片氧同心圆问题 资料来源：《效率25%+异质结电池及可靠性研发进展》通威股份，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任15 虽然硅片越薄短路电流会越少，但是HJT非晶硅层可以帮助形成更高的开路电压，即原理上HJT硅片减薄不会 明显影响效率。此外HJT生产工艺简单且使用低温环境，不易产生碎片。 目前头部企业已做到110~130μm厚度，行业正在冲击100μm厚度，TaiyangNews研究报告显示HJT已有80微米厚度的实现路径。硅料价格为150元/kg时，硅片厚度每减薄10微米可以带来单瓦硅成本0.01元左右的降低。 图13：使用100μm左右的硅片厚度的HJT效率仍处于25%+的高水平 资料来源：华晟新能源，中国银河证券研究院 图14：不同电池技术路线的硅片厚度变化趋势（μm） 资料来源：CPIA，中国银河证券研究院 创造财富/担当责任16 半棒半片：硅棒开方后再将其分成两个半棒。技术上，整片厚度难突破120μm，而半片更易实现薄片化， 2023年5月高测股份首次展示利用半片工艺制造的60μm超薄硅片。 边皮切割：HJT对硅棒的边皮料利用率更高，可提高硅棒使用率，可助力硅成本下降约15%。 氧含量容忍度更高：HJT较TOPCon可使用更高氧含量的头尾料，可进一步降低约30%硅成本。 图15：边皮切割 表3：G12N半型硅片边皮切割成本是整片切割的约85% 公司 外购边材 外购方棒 片厚(μm) 130 130 单价(元/kg) 125 205 每公斤出片pcs 41.97 48.62 硅料单片成本(元) 3.15 4.22 硅块加工成本(元) 0.18 / 切片单片成本(元) 0.884 0.763 合计(元) 4.22 4.