光伏设备行业专题报告低氧型单晶炉迎新一轮技术迭代

光伏设备行业专题报告低氧型单晶炉迎新一轮技术迭代（报告出品方/作者：东吴证券，周尔双、刘晓旭）N型硅片存同心圆痛点，低氧型单晶炉助力降本增效新款单晶炉为何在2023年面世？随着N型电池片，尤其就是TOPCon快速回调，N型硅片市场需求大幅提高。TOPCon2022年实际复产约110GW，2023年1-4月新增产能约400GW，助推N型硅片市场需求快速提升，而N型硅片对晶体品质和氧碳含量建议很高，建议更高的少子寿命和更高的氧含量。N型硅片容易产生由原生氧引致同心圆、黑芯片问题。主要系则高温的硅溶液在坩埚里进行相对高速的对流，因为外面热中间热，底部热上面热，硅溶液在坩埚内会形成相近“上加锅”现象，引致硅溶液内部出现流动，不停冲刷石英坩埚，而石英就是二氧化硅，其中氧可以在冲刷过程中带进硅溶液，引致晶体里所不含较多的氧。TOPCon更容易发生同心圆问题。TOPCon在时程的高温工艺（如B扩散）下，氧难结晶形成氧环即为同心圆，影响效率和良率，所以TOPCon对硅片氧含量更虚弱；而HJT为低温工艺，出现同心圆概率不高，可以挑选出低氧含量硅片。P型和N型的区别，为何PERC对杂质建议不高？N型电池对硅料建议比P型高。（1）转换效率上，N型电池（TOPCon、xBC、HJT）均高于P型电池（BSF、PERC）。（2）电特性及纯度上，N型表金属、体金属、山吉杂质和信士杂质含量比P型太太少50%，少子寿命也提高了。（3）含氧量上，现有的单晶炉技术可以同时同时实现12.5ppma左右的含氧量，再往之下，良率就很低，比如果增加至10ppma，良率可能将将没有10%。当下TOPCon一体化企业的痛点：同心圆和黑芯片问题TOPCon高温过程比较多（SE仍须两次扩硼，温度在1050摄氏度以上，扩磷850摄氏度，LPCVD也就是高温过程），高温过程可以唤醒硅片内的氧原子形成同心圆，并使效率下降。瑕疵分为空位瑕疵和点缺陷，空位瑕疵就是原子顾不上排序，所以中间出现了孔洞。高拉速情况下孔洞可以多，掺杂磷之后孔洞瑕疵可以更多，过了7ppm之后，瑕疵可以急速上升。Topcon里的高温制程就可以导致氧涌向形成瑕疵，400度以上氧可以在硅片里活动，800~900度以上氧可以游动，一旦冷了凝固就一动了。氧喜欢CUP区域，氧原子沉积在一起，漏电大，一的定就是无法发电的，如果氧和过渡阶段金属无机之后，可以引起局部的势能。从逻辑上，氧和杂质就是N型硅片的敌人，杂质可以无机掉少子，氧会涌向形成瑕疵。TOPCon白芯片问题放大了HJT硅棒利用率优势：目前TOPCon存黑芯片的问题，硅片氧含量高且在高温下氧换行了硅，造成了电池片或组件在EL检测时中心变白的现象。目前TOPcon白芯片占比4-5%，在企业的可以拒绝接受范围内，但随着未来TOPCon对良率的建议越来越低，黑芯片可以并使TOPCon比HJT硅棒利用率低3%。单晶炉发展趋势：平均值3-4年再加一代，从尺寸变大至质量升级之前单晶炉的发展思路就是：在所有变动成本一致的情况下，硅片尺寸越大，成本越高。当下的G10硅片，从尺寸角度，已经就是瓶颈，210就是最符合集装箱尺寸的大小，自210面世后，硅片环节再并无代莱技术运算。晶盛机电持续推出单晶炉新品，由注重尺寸到注重质量。2007年晶盛机电推出第一代全自动单晶炉；2011年首推水冷套装置，实现高拉速第二代单晶炉；2015年首推复投器+大热场，开创第三代RCZ高产单晶炉；2020年首推基于工业互联网的第四代智能化单晶炉。2023年晶盛推出第五代新型单晶炉，最大的亮点在于改变了传统的封闭控制系统模式，配置了基于开放架构的用户可编程的软件定义工艺平台。增加磁场为有效率解决方案之一，具备一定经济性硅料降价+硅片10%~12%合理利润率，单晶炉回来本周期没有2年硅料降价+硅片10%~12%合理利润率下，行业整体利润仍然较低，单晶炉回来本周期没有2年，其中N型设备回来本周期比P型更长。（1）单晶炉价格约140万/台，理论产值14MV/台，N型硅片利润率12%，P型硅片利润率10%。（2）进口高纯石英砂短缺，坩埚修改频繁，单晶炉待机时间变大长，间接引致追加新增产能损耗，其中N型单晶炉追加新增产能损耗约20%，P型单晶炉追加新增产能损耗约10%。（3）N型每GW所需单晶炉约90台，设备价值量1.3亿元，P型每GW所需单晶炉80台，设备价值量1.1亿元。以硅片价格0.6元/W测算，设备回来本周期没有2年，其中N型设备回来本周期更长。硅料降价+N型12%利润率，单晶炉+超导磁场回来本周期约3年N型硅片对含氧量和纯度建议比P型高，只有磁场就可以将含氧量增加至7ppma（N型行业标准），在硅料降价+N型12%合理利润率下，行业整体利润仍然较低，单晶炉回来本周期约3年。（1）2023年晶盛超导磁场约150万元/台，2024年料降到100万元/台（增加30%）。（2）单晶炉+磁场可以有效率提高硅片拉晶的良率、成晶率，提高10%单产。（3）磁场可以减缓硅溶液对坩埚的冲刷，延长坩埚使用寿命，N型单晶炉追加新增产能损耗增加至15%。（4）N型每GW所需单晶炉+超导磁场76台，设备价值量2.2亿元，以硅片价格0.6元/W测算，成立备回本周期约3年，当超导磁场增加至100万元/台，回来本周期约2.5年。硅片存追加新增产能紧缺风险，硅片质量为时程竞争的关键要素从供给与市场需求角度来看，硅片追加新增产能未来存紧缺风险。供给端的2022年底硅片名义追加新增产能少于600GW+，考虑到落后追加新增产能出局、追加新增产能利用率等，我们测算实际有效率追加新增产能约260GW+；市场需求端的2022年全球新增装机量约230GW，考量至孟韧度等，我们测算硅片市场需求约290GW+，硅片供需处于很很紧平衡状态。未来随着硅片技术变革减少、落后产能淘汰率下降，硅料等瓶颈因素消失、追加新增产能利用率提升，硅片名义追加新增产能存紧缺风险。硅片质量为时程竞争的关键要素。硅片追加新增产能紧缺将放大硅片质量的重要性，下游对质量优秀硅片的倾向性凸显。超导磁场提质降本，0.3%效率提升+非硅降本贡献2000-3000万/GW提质角度：以182尺寸72片组件、转换效率24.3%为基准，单晶炉+超导磁场可以有效率的提高电池转换效率0.1~0.5%，进而提高组件功率。按照电池效率提升0.3%、组件1.6元/W估算，550W的组件溢价10.8元，每GW多盈利约1900万元。降本角度：单晶炉+超导磁场可以多利用5%的头尾料，头尾料再次投料，相等于节省5%的电费。目前非硅成本就是0.1元/W，其中电费约0.08元/W，则可以节省电费0.004元/W，每GW节省电费成本约400万元。光伏磁场先进经验半导体领域经验，有效率遏止对流以增加氧等杂质磁控直拉单晶技术可抑制熔体热对流，增加晶体的杂质含量超导材料就是所指在低于其临界温度时，具有直流电阻为零和完全抗磁性（外磁场的磁力线无法散射至内部）的材料，而超导磁体则就是利用超导材料的特定性质回去产生强磁场的装置：通常由超导材料制成的超导线圈和冷却系则为丛藓科扭口藓（液态氦）共同共同组成。超导线圈在超低温环境温度下发至超导状态，能够横跨比常规线圈更高的电流，从而产生更高的磁场，具有低功耗、高场强、体积小、体积小等优势特点。基于所产生的强磁场，超导磁体能够应用于人体核磁共振成像仪（MRI）、磁控直拉单晶硅（MCZ）、超导磁体储能等领域。其中，磁控直拉单晶技术即为在直拉法（CZ法）单晶生长的基础上对坩埚内熔体施以超导磁场，从而遏止熔体的热对流：熔体硅具有导电性，在磁场促进作用下，熔体流动必然引起感生电流从而产生洛伦兹力。在洛伦兹力的促进作用下，熔体内热对流赢得遏止，熔体液面处的氧、点缺陷及其他杂质赢得遏止。适当原产的磁场能提高单晶的光滑性，减少氧、硼、铝等杂质从石英坩埚步入熔体，从而提升单晶硅品质。磁控直拉法中的超导磁体产生的磁场通常分为横向磁场、纵向磁场、勾形磁场。其中纵向磁场由于遏止熔体热对流整体整体表现不好，已被横向磁场和勾形磁场所替代。而横向和勾形两种磁场位型各有利弊，最优技术路线仍在揉索中：慧翔电液专利中横向磁场和勾形磁场均采用过，中国科学院电工研究所专利中采用了横向磁场。超导磁场优势明显，助力单晶硅品质进一步提高磁场焊接晶体最早可以追溯到1966年，该方法最早由Utech和Fleming及ChedzeyHurle分别独立明确提出，并第一次把磁场引入水平生长InSb晶体，减小了热对流和界面温度波动，功不可没了遏止生长条纹的促进作用；掌控硅中氧在70年代末至80年代初变成单晶生长技术中的关键课题，学者已经已经开始大规模研究磁场对晶体生长犯罪行为的影响。日本索尼公司于1980年携手刊载了“优质硅单晶的新制法”，已经已经开始将磁场应用领域至CZ硅单晶生长中，获得了适宜VLSI和高湖南金证大功率器件用的高质量硅单晶，引起了半导体行业的著重。1982年初，索尼公司正式宣布正式宣布有偿转让该技术，标志着MCZ步入实用阶段。传统的MCZ方法采用永磁体或铜线圈导流产生背景磁场，但永磁体稳定性极差，而铜线圈磁体具有磁场强度低、能耗大的缺点，无法满足用户晶棒尺寸持续增加的市场需求。随着超导磁体技术的发展，超导磁场提供更多更多了更存取悦力的解决方案：可以并使材料凝固液面更均衡，材料纯度更高；同常规磁体较之，超导磁体能够增加300mm单晶硅生产能耗20%、提高成品率30%。客户基础+慧翔电液技术储备+盈利模式演化：开拓晶盛机电发展空间巩固客户基础助推研发负反馈循环：晶盛机电作为光伏单晶炉龙头企业，客户量大且覆盖面广，因此存充足的客户资源可以可供公司进行技术检验，形成客户端-设备端正意见反馈循环，助力研发过程大力大力推进和关键技术优化。全资子公司慧翔电液经历多年技术积累，先发优势铸就行业领先地位：晶盛机电初期超导磁场主要为外采，其2017年研发的半导体级超导磁场单晶硅生长炉的超导磁场由日本住友提供更多更多，但由于价格较为高昂，晶盛在此之后逐渐由外采变为自研，晶盛全资子公司慧翔电液主要大力支持超导磁场的国产化。布局：根据专利申请时间，慧翔电液对超导磁场的布局可以追溯到2018年：先后研发了为主动屏蔽漏磁的磁体结构，以及能够增加磁场强度的优化线圈结构；至2019年，慧翔电液的研发范围由局部扩展到整体，提出申请了磁控直拉单晶设备的专利保护，不断完善晶盛机电在半导体级超导磁场单晶炉的布局。低氧型单晶炉迎新一轮技术运算，市场空间宽阔我们预计至2025年低氧单晶炉市场空间强于200亿元模型基本假设：（1）2023-2025年新增追加新增产能中低氧单晶炉渗透率分别为5%/15%/30%;（2）超导磁场的增加能够提升单晶炉单产，2023-2025年单产分别为14/15/15MW；（3）2023-2025年超导磁场价格分别为150/120/100万元；（4）2023-2025年存量追加新增产能更新为低氧单晶炉的比例分别为4%/10%/15%。重点公司分析晶盛机电：面世第五代单晶炉，重新加入超导磁场2023年5月22日晶盛机电发布第五代单晶炉，通过引入超导磁场解决TOPCon的同心圆问题。晶盛机电为单晶炉龙头，市占率为除隆基外的90%，持续大力大力推进单晶炉优化升级，目前晶盛已发发推出第五代单晶炉，亮点之一便为额外超导磁场回去解决TOPCon硅片的同心圆问题，其子公司慧翔电液具备磁场供应能力，就是国内超导磁场市占率最高的玩家，截至目前已经备货强于200个。我们表示晶盛机电作为传统单晶炉龙头，在新型低氧单晶炉前瞻性布局，具备领先优势，随其着N型硅片持续复产&低氧单晶炉渗透率提升，晶盛机电订单料维持高减至。西部超导：超导产品领军者，已向下游相关客户销售MCZ磁体西部超导主业为司、高端钛合金、超导产品（超导线材、超导磁场）、高性能高温合金，公司持续开发超导材料和磁体技术在半导体、光伏、医疗及电力领域的应用，并与相关单位形成了实质性合作。目前公司自主研发了国内第一台专门用于磁控直拉单晶硅的高磁场强度超导磁体，传导冷却类型MCZ，已实现批量出口；满足面向工程的电磁场设计需要，开发了大型超导磁体绕制、固化及低温杜瓦设计和制造、制冷机直接冷却快速降温等全套超导磁体设计制造核心技术；公司还研发出特种磁体制备新技术并实现产业化，批量应用于国内外高能加速器制造领域，实现中国首次向美国能源部稀有同位素加速器项目批量出口超导磁体；公司还具备鞍型和制冷机直冷低温超导磁体、大型高温超导磁体关键制备技术，为兰州重离子加速器、上海光源、广东电网超导限流器提供了核心的超导磁体，保障