电力设备与新能源行业TOPCon专题报告：渗透率加速提升，全产业N型共振

证券研究报告·行业研究·电力设备与新能源行业 TOPCon专题：渗透率加速提升，全产业N型共振 证券分析师：曾朵红 执业证书编号：S0600516080001联系邮箱：zengdh@dwzq.com.cn联系电话：021-60199798 2023年6月18日 TOPCON电池：性能优异，N型时代主流选择 P/N同价在即，降本增效持续推进TOPCon产业进展迅速，各家百舸争流步入N时代，全产业协同共振 投资建议及风险提示 2 光伏电池新技术TOPCon率先发力，目前LP路线是主流，PE路线即将放量。复盘PERC电池产业化进程，工艺承接BSF、量产效率破20%瓶颈+超额盈利是其完成对BSF取代的关键因素，目前PERC量产效率逐渐接近理论极限24.5%，亟需效率更高的N型电池破局。TOPCon电池理论效率28.7%，同时实验室/量产效率达26.7%/25.3%，提效空间大同时兼容PERC产线，可通过技改转换升级，成为存量PERC转型最具性价比路线。TOPCon路径方面，LPCVD已进入主流成熟阶段，PECVD即将放量。部分厂商采用PVD技术，实现了量产无绕镀，但设备投资较大。捷佳伟创基于PE路线深耕，推出PE-poly设备，解决了绕镀严重、石英件寿命短等痛点，同时爆膜等工艺问题通过验证，业内也已正式量产；多种工艺路径各有千秋。 P/N同价在即，效率持续提升，2023年渗透率有望近30%。TOPCon放量关键在降本增效，拆分TOPCon电池成本可以看到，1）硅片端，目前TOPCon硅片端单W成本与PERC持平；2）非硅成本，①设备端：TOPCon较PERC单GW投资高约5000万元，单W折旧成本增加1分，②银浆方面，TOPCon银耗约105mg/片，较PERC银耗70mg/片单W成本增加2分，③其他方面，工序/电耗增加和良率降低使TOPCon成本增加约1分/W；结合TOPCon组件1毛2/W溢价，预计TOPCon整体超额收益8分+，经济性凸显。未来硅片薄片化+超多主栅+高精度串焊技术+银浆优化有助于整体成本进一步下降。增效方面，未来有望通过引入SE平台、进行双面钝化以及叠层电池技术等方式，实现效率进一步提升。晶科能源56GW、钧达股份44GW等龙头厂商的TOPcon量产线均计划在2023年落地，预计2023/2024年底TOPCon产能超460/750GW，渗透率分别达29%/66%。 N型时代来临，TOPCon引领全产业协同共振。N型电池迭代P型产业化加速，带动硅料、硅片、银浆、焊带、胶膜等产品需求上升。1）上游硅料/硅片，相比P型硅料/硅片，N型硅料生产工艺要求更高，硅片良率、减薄和差异化潜力突出，随着N型技术不断优化，N型组件及电池片成本下降放量，相应N型硅片、N型硅料需求增加；2）配套辅材，①银浆方面，N型电池技术银浆消耗量与P型电池相比大幅提升，且近年来银浆技术国产化水平持续上升，未来随着TOPCon电池渗透率提升，布局领先的银浆厂商有望显著受益，②焊带方面，SMBB技术是一种极细化的互连焊带技术，焊带线径降低可以提效降本，借助N型TOPCon电池片放量，SMBB组件技术将会加速，③胶膜方面，POE胶膜抗PID性能更优秀，更适用于N型化/双玻化电池，而POE生产由海外垄断，N型电池占比提升有望推动国内EVA/POE产能迅速扩张，此外EPE等胶膜新技术方案也将逐步放量。 投资建议：看好2023年量利双升并布局新技术的组件龙头（晶科能源、晶澳科技、隆基绿能、天合光能、通威股份，关注横店东磁、亿晶光电等），纯度高、盈利好的电池新技术龙头（钧达股份、爱旭股份）、和受益新技术迭代的产业链环节：N型银浆 （关注聚和材料、帝科股份、苏州固锝）、胶膜（福斯特、海优新材）、SMBB焊带（关注宇邦新材）、N型硅片（TCL中环、弘 元绿能）、N型硅料（通威股份、大全能源）。 风险提示：竞争加剧、技术突破不及预期、光伏装机不及预期。 3 1.TOPCON电池：性能优异，N型时代主流选择 1复盘：BSF到PERC的技术迭代 从BSF到PERC，技术路线接近，增加2步即升级成PERC。BSF是初代光伏电池技术，其工艺流程是制备p-n结后，在硅片的背光面沉积一层铝膜，制备P+层，BSF最高量产效率在20%左右。从工艺路线来看，PERC电池较BSF新增钝化叠层和激光开槽两道工序，在电池背面附上钝化层，减少光电损失的同时将正反面半导体与金属接触面积各降低至6%，电池效率理论极限升至24.5%。 设备依赖度高，国产化推动PERC加速崛起。最初PERC电池工艺流程仅包括7个简单步骤，近年来逐渐新增了双面氧化、激光掺杂制备SE技术、载流子注入再生技术，背抛光工艺等优化工艺，不仅能提高电池效率，还能大幅减缓PERC太阳电池的衰减。同时在PERC电池发展过程中，国产设备厂商异军突起，不仅在性能方面超越国外厂商，价格也远低进口设备，PERC电池产线投资持续下降远超市场预期。后进入厂商可以新建先进产线，效率更高，且产线建设成本更低。 图表：从BSF到PERC 图表：电池市场份额 图表：PERC设备国产替代 BSF 背接触→背线接触 P E R C 其他BSFPERC 设备 国外厂商 国产厂商 9%15% 34% 65% 86%91%93% 制绒设备 RENA、施密德 捷佳伟创、晶洲装备 扩散设备 Tempress、Centrotherm 捷佳伟创、丰盛装备、北方 华创 88%83% 60% 32% 9%5%3% 3%2%6%3%5%4%4% 钝化设备 MeyerBurger 、SolayTec、Centrotherm 捷佳伟创、理想能源、江苏微导、丰盛装备 丝网印刷 Baccini 迈为股份、科 2016201720182019202020212022 隆威 100% 80% 60% 40% 20% 0% 5数据来源：中国光伏协会，东吴证券研究所 2PERC效率已近极限，N型电池登场破局 单晶PERC电池效率接近效率极限。从目前实验室效率看，天合2022年实现的24.5%转换效率已接近PERC电池极限效率。通过技术工艺的不断改进，目前单晶PERC电池的产业化平均效率达到23.1%+，较20年提高0.3pct。目前产业量产效率可达23.6%，已接近理论效率极限24.5%，提升空间有限。而N型电池效率天花板更高，目前量产效率已达25.3%，行业亟需N型电池破局。 N型时代来临，多技术路径发展。N型晶硅电池凭借高转化效率、高可靠性及产业化可行性，未来或将成为下一代光伏电池主流技术。目前，N型光伏电池主要包括TOPCon、HJT和IBC三种技术路线，IBC电池结构叠加潜力大，可结合HJT/TOPCon升级为下一代N型电池技术，例如：IBC与TOPCon继续结合将形成TBC技术，IBC与HJT继续结合将形成HBC技术。 图表：N型电池介绍和发展路径 25% 图表：单晶PERC电池接近效率极限 晶科 隆基 24.06% 天合 24.5% 第一代 第二代未来 25% 24% 24% 23% 23% 22% 22% 21% 21% 20% N型电池 结构及制备技术 PERT PERC技术改进，在钝化层上进行全面扩散，加强钝化层效果 TOPCon 在电池背面制备超薄氧化硅，再沉积掺杂硅薄层，二者共同形成钝化接触结构 HJT 在电池片里同时存在晶硅/硅，非晶体硅存在能更好实现钝化效果 IBC 把正负电极都置于电池背面，减少反射入射光带来的阴影损失 20% PERT TOPCon TBC N型电池 VS HJT IBC HBC 天合 21.40% 天合 22.13% 天合 22.61% 隆基 22.71% 晶科 22.78% 隆基 23.26% 晶科 23.45% 隆基 23.06% 23.95% 6 数据来源：摩尔光伏、东吴证券研究所 14-Nov-1916-Dec-1617-Oct-1717-Nov-1718-May-185-Jul-22 1TOPCon技术原理：氧化硅+掺磷多晶硅的背钝化工艺 TOPCon技术简介：TOPCon太阳能电池是一种使用超薄隧穿氧化层作为钝化层结构的太阳电池。 TOPCon技术原理：在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层(～1.5nm)和一层掺杂的多晶硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，电池基板以N型硅基板为主，使用一层超薄的氧化层与掺杂的薄膜硅钝化电池的背面，其中背面氧化层厚度1.4nm，采用湿法化学生长，随后在氧化层之上，沉积200nm掺磷的非晶硅，之后经过退火重结晶并加强钝化效果。背钝化接触结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。 图表：TOPCon电池载流子输运机制 图表：TOPCon背钝化原理 7 数据来源：光伏测试网，华晟新能源，东吴证券研究所 钝化 多少 数数 载载 流流 子子 通抑 关键参数 过制 电流 载 阻子 损负 失荷 减降 最高效率提升 少低 SchokleyQueisserLimit30% 29.43%（SiLimit） Limit24.5% Limit27.5% PERC HJT TOPCon 量产效率实验室效率 8 数据来源：光伏测试网，华晟新能源，东吴证券研究所 24.50% 23.60% 26.81% 25.50% 25.30% Limit28.7% 26.70% 2TOPCon优势：电池性能参数突出，理论极限高 电池理论效率极限最高。从转化效率来看，TOPCon电池的理论极限效率高达28.7%，高于HJT和PERC的27.5%和24.5%，接近晶硅光伏电池理论效率极限29.43%。同时TOPCon实验室和量产效率达到了26.4%和25.3%。2022年底晶科能源单晶双面N型TOPCon电池实现26.4%的转换效率，而后2023年4月中来N型TOPCon电池再次刷新世界纪录，认证后的效率达26.7%。 TOPCon电池双面率高、温升系数和衰减率低。目前，TOPCon电池双面率可以达到85%，温升系数低至-0.30%/℃，能够大幅提升电池单W发电量。同时，TOPCon电池的首年衰减率1%，是PERC电池首年衰减率的50%，逐年衰减0.4%。 图表：TOPCon效率极限更高图表：N型电池性能参数优异 电池 PERC TOPCon HJT 温升系数 -0.35%/°C -0.30%/°C -0.26%/°C 双面率 75-80% 85% 90% 光致衰减 首年2%每年 0.45% 首年1%每年0.4% 首年2%每年0.25% 3TOPCon优势：产线兼容性高，承接PERC工艺升级 TOPCon与PERC产线兼容性高。TOPCon相比PERC，主要新增了硼扩散、隧穿氧化层、多晶硅沉积掺杂和清洗等步骤，取消了激光开槽工序。大部分TOPCon产线可基于原先PERC产线升级，大幅降低了设备投资成本，预计是存量PERC产能未来转型的最具性价比路线。 HJT工艺步骤少，但制备难度高。HJT光伏电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型电池，核心结构是双面非晶硅薄膜和双面TCO导电膜，与PERC电池结构完全不同，因此工艺路线变化较大，与PERC产线完全不兼容，需要投建新产线。 图表：PERC、TOPCon、HJT工艺路线对比 清洗制绒 正面硼扩散 刻蚀(去BSG) 清洗制绒 双面非晶硅薄膜沉积 背面Ox-i-Poly沉积 背面磷扩散去PSG和绕镀正面AlOx 双面SiNx 丝网印刷高温烧结 兼容 不兼容 双面TCO膜沉积 丝网印刷 低温固化 9 数据来源：光伏测试网，华晟新能源，东吴证券研究所 清洗制绒磷扩散 激光制备SE去PSG和背结双面氧化 背面AlOx双面SiNx激光开孔丝网印刷 高温烧结 TOPCon