机械设备行业：异质结太阳能电池设备深度报告

1、目 录一、光伏电池片技术梳理二、异质结电池工艺及设备介绍三、异质结电池性价比测算四、行业投资策略2 光伏电池片技术梳理 1 光伏电池片发电原理光伏发电需要两个要素：（1）自由电子;（2）电子能够定向移动自由电子如何生成:完全纯净的、具有晶体结构的硅，称为本征硅，硅原子之间形成共价键， 共价键中的两个电子，称为价电子。价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣 脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。图表1：本征半导体的结构图图表2：价电子受激发后形成电子和空穴来源：光伏混子说、 HYPERLINK / 来源：光伏混子说、中泰证券研究所3 光

2、伏电池片技术梳理 1 光伏电池片发电原理自由电子和空穴都被称为载流子，本征硅中载流子数目极少，其导电性能很差。因此，实际应用的半导体是在纯硅中加入微量的杂质元素后的材料。图表3：N 型半导体与 P 型半导体掺杂在纯硅中的杂质有两种：一是掺入五价磷元素取代硅原子。二是掺入三价硼元素取代 硅原子。掺杂后的部分称为N型半导体和P型半导体，其中N型半导体掺磷，多电子，少空穴；P 型半导体掺硼，多空穴，少电子。 HYPERLINK / 来源：光伏混子说、中泰证券研究所4 光伏电池片技术梳理 1 光伏电池片发电原理P-N结：当P型半导体和N型半导体紧密接触在一起时，交界面会形成一个P-N结，P-N结是一

3、个稳态的电场（内建电场），能够阻碍电子和空穴的移动。光伏电池的基本结构就是一个大面积的P-N结。延伸思考：提高转换效率的方式（制绒减少光损失，镀膜增加少数载流子寿命）；P型电池片和N型电池片的对比（多空穴与多电子的优势）。图表4：图说P-N结的构成图表5：图说光生伏特效应来源：光伏混子说、 HYPERLINK / 来源：光伏混子说、中泰证券研究所5 光伏电池片技术梳理 2PERC电池VS铝背场电池：原理介绍铝背场电池原理：铝背场（Al-BSF）电池是指在晶硅光伏电池P-N结制备完成后，通过在硅 片的背光面沉积一层铝膜，制备P+层，从而形成铝背场。其既可以减少少数载流子在背面复合的概率，同时也可

4、以作为背面的金属电极，因此能够提升光伏电池的转换效率。图表6：铝背场电池结构图表7：PERC电池结构来源：ISFH、中泰证券研究所PERC电池原理： Passivated Emitter and Rear Cell，即钝化发射极及背面电池。相较于铝背场，PERC电池进行了背面的工艺升级，采取了氧化铝+氮化硅的背钝化叠层结构，实现进 一步的钝化。 HYPERLINK / 来源：ISFH、中泰证券研究所6 HYPERLINK / 来源：ISFH、中泰证券研究所 光伏电池片技术梳理 2 PERC电池VS铝背场电池：工艺介绍铝背场电池工艺：清洗制绒；扩散制结；边缘刻蚀和去磷硅破璃；沉积钝化层和减反射层

5、；-丝网印刷及烧结；自动分选工序。PERC电池工艺：在铝背场电池工艺基础上，新增两道工艺：背面沉积AI2O3和SiNx :H。激光开槽形成背接触。图表8：铝背场及PERC工艺构成（标红为PERC工艺）7 HYPERLINK / 来源：捷佳伟创、帝尔激光、中泰证券研究所 光伏电池片技术梳理 2 PERC电池VS铝背场电池：设备介绍铝背场电池设备：铝背场电池片设备主要包括8类，根据前述工艺分别对应制绒清洗设备、 扩散炉、刻蚀设备、PECVD、丝网印刷设备、烧结炉、自动分选机；以及应用于整体制造过程中的自动化设备，包括自动化装卸片机和上下片机等。PERC电池设备：在铝背场电池设备的基础上新增两类设备

6、：一是沉积背面钝化叠层的设备； 二是激光开槽形成背接触的设备。图表9：铝背场及PERC设备构成（标红为PERC设备） HYPERLINK / 89 HYPERLINK / 来源：各公司官网、中泰证券研究所 光伏电池片技术梳理 2 PERC电池VS铝背场电池：设备投资及竞争格局图表10：铝背场及PERC设备投资及竞争格局工艺序号工艺环节设备名称设备作用单GW投资额（万元）国内公司国外公司1制绒清洗制绒清洗设备制绒以降低反射率2000捷佳伟创、上海思恩、张家港超声上海釜川、北方华创2扩散扩散炉形成PN结，产生发射极4000捷佳伟创、丰盛装备、红太阳（48所）、北方华创Tempress（荷兰）、CT

7、（德国）3刻蚀刻蚀设备边缘刻蚀，避免短路2000捷佳伟创、苏州聚晶Schmid（德国）、Rena（德国）4正面镀膜PECVD正面镀氮化硅钝化，提高开路电压4000捷佳伟创、丰盛装备、红太阳（48所）、北方华创Roth & RauAG（德国，梅耶博格收购）、Tempress（荷兰）、CT（德国）5背面镀膜1、ALD+PECVD背面镀氧化铝及氮化硅，进一步钝化，提高开路电压。5000捷佳伟创、东莞讯立、理想能源、微导SolayTec（美国）2、管式PECVD二合一4000捷佳伟创CT（德国）6背面开槽激光开槽设备激光开槽，打通电极1000帝尔激光、迈为股份罗芬、innolas、3d-microma

8、c7丝印丝网印刷机印制正负电极7000迈为股份、科隆威、捷佳伟创（即将推出）Applied Materials（美国）旗下的Baccini8烧结烧结炉形成欧姆接触9分选自动分选机电池片分档合计25000(ALD+PECVD)24000(管式PECVD二合一) 光伏电池片技术梳理 3 PERC之后的技术迭代：PERC+及HIT目前电池片技术的迭代体现在两个方面：一是在PERC的基础上进行持续的工艺改进，我们 称之为“2.5代”技术，这类技术升级的优势是能够实现与原有产线的良好兼容，更容易实现产业化。二是对PERC工艺进行了颠覆的HIT电池，我们称之为“3代”技术，这类技术的优势是光电转换效率高，

9、代表行业下一代技术的发展方向 HYPERLINK / 来源：光伏材料与技术国家重点实验室、中泰证券研究图表11：光伏电池片技术迭代方向所10 HYPERLINK / 来源：英利熊猫、中泰证券研究所 光伏电池片技术梳理 3PERC之后的技术迭代：PERC+的几种类型PERC+工艺：PERC能够基于新的工艺和技术改进提升光电转换效率，新的工艺能够与老的产线兼容。主要包括SE、双面、N-PERT、TOPCon等。 图表12：SE电池和传统电池结构对比 图表13：双面PERC电池的结构与优势来源：太阳能学报、 来源：太阳能技术产品与工程 、 图表14：N-PERT和P-PERC电池结构对比 图表15：

10、TOPcon电池基本结构（N型）来源：中来股份、 11 光伏电池片技术梳理 3PERC之后的技术迭代：PERC+的工艺及设备需求图表16：PERC+”工艺的改进方向及受益标的 HYPERLINK / 来源：太阳能学报、太阳能技术产品与工程、12目 录一、光伏电池片技术梳理二、异质结电池工艺及设备介绍三、异质结电池性价比测算四、行业投资策略13 异质结电池工艺及设备介绍 1异质结电池的结构与优势HIT技术：PERC之后的全新工艺。HIT电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发，因HIT已被三洋注册为商标，因此又被称为HJT或SHJ。HIT电池同样是基于光生伏特效应，只是P- N结是由非晶硅（a

11、-Si）和晶体硅（c-Si）材料形成的（背面的高低结亦然）。HIT的优势：结构对称，易于实现薄片化。低温工艺，能耗低。开路电压高，转换 效率高。温度系数低。光照升温下功率输出优于常规电池。无LID（光衰）和PID（电位诱发衰减，常规电池组件的玻璃中的电子迁移到电池片表面发生相互作用）效应。 图表17：HIT电池的优势 图表18：HIT电池的结构来源：中智电力、 HYPERLINK / 来源：中智电力、中泰证券研究所14 异质结电池工艺及设备介绍 2异质结电池的工艺及设备HIT电池制造包括5道工艺及设备。相比于PERC电池，HIT电池在制备过程对清洁度要求更 高，需要对设备和车间做到更高程度的洁

12、净度，因此不能与传统电池的生产车间兼容。HIT电池制备的5道工艺及设备分别为：制绒清洗。该工艺涉及到的设备主要是湿式化学清洗设备。 非晶硅沉积。该工艺涉及到的设备主要是HWCVD以及PECVD。透明导电膜制备。该工艺涉及到的设备主要是RPD以及PECVD。丝网印刷。测试。由于丝印工艺变动不大，我们着重在后文中介绍前三类工艺。图表19：HIT电池的工艺图表20：HIT工艺流程及相关设备来源：中智电力、 HYPERLINK / 来源：中智电力、中泰证券研究所1516 HYPERLINK / 来源：新格拉斯、中泰证券研究所 异质结电池工艺及设备介绍 3异质结电池的工艺：制绒制绒清洗工艺：主要指对N型

13、基底进行清洗，目前主要有两种方式：RCA清洗（半导体级的 湿式化学清洗法）和O3清洗。RCA清洗能够获得低金属杂质的界面，但是氨水会导致表面较为粗糙；O3清洗表面更为光滑，且成本较低，但是含有的金属杂质较多。目前RCA清洗的方式是主流，松下1GW的HIT电池采用RCA清洗，但未来随着O3工艺改进，性价比有望逐步提升。凭该工艺涉及到的设备主要是湿式化学清洗设备。图表21：O3清洗与RCA相比运行成本节约图表22：O3清洗与RCA相比减少治污成本来源：新格拉斯、 17 HYPERLINK / 来源：中科院、中泰证券研究所 异质结电池工艺及设备介绍 4异质结电池的工艺：非晶硅沉积非晶硅沉积工艺：主要

14、指用CVD的方式来镀本征非晶硅层、P型非晶硅层、N型非晶硅层，该步骤是实现异质结结构的关键，也是通过镀膜工艺取代了传统PERC工艺中的扩散工艺。目前主要两种方式：HWCVD（热丝化学气相沉积）和PECVD。日本松下采取的是HWCVD 的方式。总体来看现行的技术方向是PECVD，尤其是VHFPECVD（高频等离子体化学气相沉积） 也有望需求持续增长。该工艺涉及到的设备主要是HWCVD以及PECVD。图表23：HJT中HWCVD与PECVD工艺对比图表24：HJT中HWCVD与PECVD优缺点对比来源：中科院、 18 HYPERLINK / 来源：精曜科技、中泰证券研究所 异质结电池工艺及设备介绍

15、 5异质结电池的工艺：TCO制备TCO制备工艺：主要指采用PVD（物理气相沉积）的方式来镀双面的透明导电膜，原理是通过对靶材的轰击实现镀膜。主要包括两种工艺：RPD（反应等离子体沉积）和PVD（物理化学气相沉积）。其中RPD 工艺采用IWO（氧化铟掺钨）制备IWO透明导电薄膜；PVD工艺是采用直流磁控溅射的方式制备ITO（氧化铟锡）透明导电薄膜。其中，RPD镀膜质量更好，但成本相对更高。图表25：PVD镀膜原理（sputter）图表26：RPD镀膜原理来源：精曜科技、 异质结电池工艺及设备介绍 6异质结电池的设备竞争格局HIT制绒清洗设备：捷佳伟创的链式HIT硅片清洗设备和超高产能HIT单晶制

16、绒清洗设备均已完成样机，并正式交付客户HJT电池线；非晶硅沉积设备：主要以进口设备为主，包括日本松下、梅耶博格、应用材料等，国内 理想能源已开始VHFCVD的研制。透明导电薄膜设备：日本住友垄断了RPD设备的专利以及对应的专属靶材IWO，捷佳伟创通过与其合作具备了RPD产品供应能力；冯阿登纳、新格拉斯等外资企业基于PVD的工艺也推出对应的产品，但由于ITO靶材性价比相对较低，且PVD工艺在镀膜质量上较RPD仍存在一定差距，因此PVD尚未全面推广。丝印设备：竞争格局与PERC电池基本一致，迈为股份具备较为明显的优势，但捷佳伟 创也推出了相关产品。图表27：HIT设备竞争格局序号工艺设备厂商1制绒

17、日本YAC、Singulus、RENA、捷佳伟创2非晶硅沉积日本真空、Meyer Burger、理想能源、应用材料、迈为股份3TCO镀膜日本住友、日本ULVAC、冯阿登纳、Singulus、捷佳伟创4丝网印刷迈为股份、科隆威、应用材料、捷佳伟创来源：太阳能学报、太阳能技术产品与工程、 19 异质结电池工艺及设备介绍 6异质结电池的设备投资成本HJT投资成本因设备配置变化而改变。其取决的因素包括采用完全进口设备还是部分国产设 备；同种工艺选择何种设备，比如非晶硅沉积选择HWCVD还是PECVD，TCO镀膜选择RPD还是PVD。目前，全进口设备方案，配套PECVD及RPD的单位投资成本约为10亿/

18、GW。图表28：HIT电池单位设备投资成本序号工序设备名称台套数总价1单晶制绒自动插片机107,500单晶制绒设备102表面清洗RCA清洗设备10自动下料机103本征非晶硅沉积自动上料机1040,000PECVD104P型非晶硅沉积PECVD5本征非晶硅沉积PECVD6N型非晶硅沉积PECVD7正面TCO沉积RPD1027,5008背面TCO沉积RPD自动下料机109丝网印刷自动上料机1017,500丝网印刷机1010低温烘干低温烘干机1011测试分选颜色、EL、IV测试分选107,50012其他辅助设备制氮系统、废弃处理系统、电子天平、显微镜、反 射率仪、四探针方阻测试、椭偏仪等-合计100

19、,000 HYPERLINK / 来源：东方日升公告、中泰证券研究所20目 录一、光伏电池片技术梳理二、异质结电池工艺及设备介绍三、异质结电池性价比测算四、行业投资策略21 异质结电池性价比测算 1异质结电池的产业布局情况性价比决定HIT产业化进程。目前HIT设备的初始投资与PERC设备的2.5亿元/GW存在明显差距。根据我们产业链调研，在工艺材料（靶材、低温银浆等）国产化配套的情况下，HIT设备的投资额降至5亿元/GW的水平，将会推动电池片厂商陆续上马规模化产能；当HIT设备的投资额降至3亿元/GW的水平，有望对PERC产线实现完全替代。产业化进程：PERC的造富模式引致对HIT的追捧，国内

20、已出现GW级产能。在建及规划产 能接近10GW，以新晋资金为主。图表29：国外HIT产能规划情况图表30：国内HIT产能规划情况效率（%）规模名称国别实验量产MW序号名称地区效率（%）规模实验量产MW日本7001松下三洋25.623马来西亚3002长州产业日本23.522.8803Kaneka日本26.321.5204INES法国24.123305Sunpreme美国23.622.330Solar city6美国22.61000/TeslaHevel俄罗斯160Eco Soliver匈牙利803 Sun意大利200晋江23.122.41201钧石莆田1000规划100002中智泰兴23.422

21、.81603晋能太原24.223.4504汉能成都2322.5120成都4805清华紫光盐城606爱康湖州20007彩虹嘉兴20008中威新能源四川23.51000 9东方日升宁波2500来源：三峡资本、 HYPERLINK / 来源：三峡资本、中泰证券研究所22 异质结电池性价比测算 2异质结电池的单瓦成本对比新技术单瓦成本的性价比测算有助于大规模推广，但数据不易得。新技术开始迭代时，下 游客户首先关注的是设备的投资成本及投资回报率；但新技术是否能最终对老技术形成替代， 单瓦成本的对比是更直观的衡量因素。但从产业链实际情况来看，准确的单瓦成本来自于电池片厂商量产线测试的结果，属于相对核心的数

22、据，在技术发展初期数据较难得到。HJT单瓦成本较PERC高60%-70%。PERC工艺相对成熟，单瓦成本为0.73元/W，HJT根据中智公布的数据按照1.22元/W计算，约较PERC高60%-70%。PERC电池成本（元/W）（%）硅片成本0.5169.9%正银成本0.0911.9%背银成本0.012.0%铝浆成本0.011.7%折旧成本0.023.0%人工成本0.033.5%能源成本0.034.1%其他成本0.034.0%非硅成本小计0.2230.1%电池成本合计0.73100.0%HJT电池成本（元/W）（%）硅片成本0.5847.1%浆料成本0.3024.3%IWO靶材成本0.054.4

23、%热丝/网版成本0.032.6%气体化学成本0.021.8%动力成本0.043.1%人工成本0.011.0%折旧成本0.1512.3%其他成本0.043.3%电池成本合计1.22100.0%图表31：PERC单瓦成本及构成图表32：HJT单瓦成本及构成来源：中智电力、 HYPERLINK / 来源：产业链调研数据、中泰证券研究所23 异质结电池性价比测算 3异质结电池的单瓦成本平衡点测算参数说明：PERC目前平均常规量产效率仍在21.5%-22%左右，考虑到部分工艺如SE、碱抛光渗透率持续提升，假设后续PERC平均转换效率提升至22.3%。通威下线的第一片HJT电池片效率为23%，考虑到相关工

24、艺逐步成熟后，HJT的平均转 换效率将提升至24%。假设PERC按照目前的单瓦成本0.73元/W维持不变。参照我们已发布的行业深度报告平价上网，设备先行，假设电池片占组件成本的56%，组件占电站成本的42%。测算过程：从光伏电站的业主视角出发，应用HJT技术后，光伏电池片的转换效率从22.3%提升至24%，即同等占地面积的电站，年发电量约增加7.6%。假设光伏电站业主的预期收益率、日照小时数等其他参数均不变，当年发电量增加7.6%后，根据内部收益率模型可以倒推出电站业主能够接受的建站成本增加7.6%。假设BOS成本、组件的非电池片成本均维持不变，电站建站成本增加的7.6 弹性完全由电池片成本承

25、担，根据成本传导系数反算，即能接受的电池片价格可以提升32.3 。假设电池片企业维持现有盈利能力不变，当电池片价格提升32.3 时，成本能够提升。测算结论：当HJT相较于PERC电池单瓦成本高出32.3%时，即HJT电池的单瓦成本为0.96元/W时，异质结电池的性价比与PERC一致。24目 录一、光伏电池片技术梳理二、异质结电池工艺及设备介绍三、异质结电池性价比测算四、行业投资策略25 行业投资策略行业投资策略HJT大幕拉开，趋势确定，密切跟踪投产节奏。根据我们在平价上网，设备先行中的论述，在平价上网过渡阶段，电池片环节将成为本轮光伏产业降本增效的主阵地，有望获得产 业持续的资本投入。HJT技

26、术作为下一代电池片技术，具备开路电压高，温度系数低等多项优点， 长期发展趋势具备强确定性。从投产节奏来看，随着HJT部分设备及材料开始国产化，HJT的性 价比正不断提升，后续我们将密切跟踪HJT的性价比及投产节奏。重点关注捷佳伟创，其次关注迈为股份。捷佳伟创作为光伏工艺设备龙头，在HJT电池设备领域布局领先。在通威异质结电池项目中，捷佳伟创提供了湿法制程、RPD制程、金属化制程 三道工序的核心装备，我们预计年底公司将实现异质结电池全产线的国产化，有望进一步推动异质结技术的成本下降。其次建议关注在HJT领域亦有所布局的迈为股份。风险提示：HJT技术进展不及预期；PERC+技术突破超预期；平价上网进度不及预期。262019Q2业绩超预期，HJT设备布局领先 核心逻辑异质结电池布局领先。行业层面：6月21