光伏设备行业深度研究：光伏电池片趋势及设备空间探讨

　　1 高效晶硅电池迈入新时代

　　1.1 历经两代工艺变革，N型电池产业化呼之欲出

　　晶体硅电池正由 2.5 时代向 3.0 时代前行。太阳电池的工作原理为光生伏特效应，太阳光照射半导体 P-N 结，P-N结两端产生电压，即光生电压。晶体硅太阳电池占据太阳电池份额约 95%，是目前产业化水平与可靠 性最高的光伏电池类型。

　　①第一代（2005 年~2018 年）常规 P 型电池：2020 年，传统 BSF 电池（铝背场电池）市占率已降至 8.8%， 基本面临淘汰。

　　②第二代（2016 年~至今）PERC 与 PERC+电池：2016 年前后，随着 PERC 电池产业接受度的爆发，行业 进入 2.0 时代。PERC 电池在传统铝背场工艺基础上增加了背钝化与激光开槽，其中，背钝化的目的主要为了克 服背表面光学损失与电学损失。更进一步，在 PERC 基础上，以扩散后的 PSG 层为磷源，利用激光的可选择性 加热的优势，对正表面进行二次掺杂（磷），从而形成选择性重掺的 N++层。SE 技术的引入使得 PERC 电池进 一步升级为 PERC+，开启 2.5 时代并延续至今（2020 年单晶 PERC/PERC+市占率 86.4%，BSF 下降至 8.8%）。 现阶段，PERC+电池产业化配套成熟，仍然是最具经济性的电池技术，量产线转换效率达到 23.0%~23.2%左右。 另一方面，其也逐步逼近量产转换效率上限，行业开始探寻下一代高效晶硅太阳电池。

　　③第三代（即将开启规模产业化）TOPCon、HJT 等 N 型电池：基于对于更高转换效率的不断追求，N 型 电池将逐步开始替代 P型电池，这也正是目前我们所处的阶段。P 型电池扩散磷形成 N+/P 结构，虽然扩散工艺简单但是面临转换效率上限较低的问题；N 型电池扩散硼形成 P+/N 结构，具有高少子寿命、无光致衰减的优点。 N 型电池代表包括 TOPCon、HJT 等。

　　TOPCon：在电池背表面制备隧穿氧化层与高掺杂的多晶硅薄层。HJT：在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，工 艺流程简化、但要求更为严苛，是具有最佳技术延展性的发展方向。IBC 为交叉背接触电池，将非晶硅钝化技 术应用于 IBC 即演变为 HBC 电池；在 IBC 基础上叠加钝化接触技术，即演变为 TBC 电池。

　　高效晶硅太阳能电池现状综合评价：

　　①PERC+：目前经济性优势最为明显，但是由于 PERC+是 P 型电池技术，进一步提升转换效率的空间有限。 同时，光衰相对严重，尤其是背面的衰减问题。

　　②TOPCon：相较于 PERC+工序有所增加，主要为硼扩与多晶硅钝化，但与存量产能具有较好的设备兼容 性。TOPCon 电池仍然为高温工艺电池，不适宜做薄片化，而硅片作为电池片成本的最大构成，其未来降本路 径受到一定限制。

　　③HJT：天然的双面发电电池，双面率＞95%；低温工艺电池，适宜做薄片化，降本潜力大；温度系数较 小，高温环境下衰减较小，发电量相对较高；本征非晶硅钝化，开路电压较大。当然，HJT 亟待解决的方面主 要在于成本的持续优化，从 2021 年的行业发展来看，设备国产化进展顺利，预计至 2022 年年末有望降至 3.5 亿元/GW 水平；薄片化方面，210 半片预计厚度将减薄至 120 微米；2022 年行业将持续探索金属化环节对于银 浆耗量的节省，材料角度包括银包铜、铜电镀等；印刷技术角度包括激光转印、钢板印刷等。

　　④IBC：实现正面完全无栅线遮挡，相较于常规电池可以获得更高的电流，但制作工艺较为复杂。

　　1.2 表面钝化是提效的核心路径，HJT 实现双面无接触

　　太阳能电池工作的原理为光生伏特效应，光吸收后产生电子—空穴对，电子与空穴漂移至相应电荷选择界 面处，在界面处分开形成正负电荷，电荷的收集使界面两边形成电势差，即电压。外接电路时，电荷流动形成 通路，从而产生电流。

　　表面钝化技术的优化是高效晶硅电池提效的核心路径。切割硅片过程中会发生硅片表面晶格的破坏。硅原 子周期性排列的破坏导致悬挂键的存在，从而形成复合中心。钝化即通过技术优化将上述缺陷失去活性，达到 减少电荷载流子表面复合的目的。高效晶硅电池技术升级，包括 TOPCon、HJT 等电池工艺在内，均是围绕表 面钝化技术展开。从技术演变路径来看，①BSF 电池升级为 PERC 电池即背面接触升级为背面线接触；②PERC 电池升级为 TOPCon 电池即背面线接触升级为背面无接触；③TOPCon 电池升级为 HJT 电池即背面无接触升 级为双面无接触。

　　目前产业化（或未来有望产业化）的高效晶体硅太阳能电池在表面钝化方面的技术特点分别为：

　　①PERC（P 型）：发射极和背面钝化电池，在常规 BSF 电池基础上加入背面钝化层（氧化铝）降低背表面 复合，通过激光开槽形成局部背电极。

　　②TOPCon（N 型）：隧穿氧化层钝化接触电池，在 N 型硅片背面沉积一层极薄的氧化硅层，再沉积一层重 掺多晶硅薄膜，实现背面的隧穿钝化提高开路电压。

　　③HJT（N 型）：在 N 型硅片基底基础上采用非晶硅形成异质结并作为钝化层，异质结开路电压相对更高， 最外层制备透明导电氧化物层（TCO）。

　　④TBC（N 型）：IBC（指交叉背接触电池）的优点为正面无栅线遮挡，电流有所提高。IBC 与 TOPCon 结 合，叠加钝化接触技术形成 TBC 电池。

　　⑤HBC（N 型）：IBC（指交叉背接触电池）的优点为正面无栅线遮挡，电流有所提高。IBC 与 HJT 结合， 采用非晶硅钝化层形成 HBC 电池。

　　1.3 高效晶硅电池下游客户接受度最终由 LCOE 决定

　　高效晶硅电池下游客户接受度取决于核心指标度电成本（LCOE）。度电成本=（全生命周期成本）÷（全 生命周期发电量）。光伏发电项目的成本包括初期投资成本、运营维护成本、财务成本、税务成本。对于终端客 户而言，LCOE 的追求意味着全生命周期中电站对于组件稳定性、可靠性、发电效率的综合评判。

　　LCOE 影响因素众多，核心是围绕系统成本（初期投资成本主要构成）与发电量。终端消费者倾向于选择 拥有全生命周期内更高发电效益、更低 BOM 成本的技术路线。以 HJT 组件为例，现阶段初始投资相对较高， 但也必须重视其 90%~95%的高双面率、低衰减、弱光效应良好、无 LID/PID 效应等特性，从全生命周期维度来 看，上述优势将摊薄其 LCOE。

　　N 型电池组价成本高于 P 型，海外市场接受度高于国内。我们强调，对于终端客户而言，最终比较的是 LCOE， 相对而言海外市场对于 N 型电池组件的接受度更高一些。作为初始投资成本重要构成的组件产品价格，我们采 用 PV infoLink 的最新数据进行比较分析：

　　①组件产品价差：目前 TOPCon 组件产品价格相较于 PERC 高 0.13 元/W~0.15 元/W；HJT 组件产品价格相 较于 PERC 高 0.35 元/W 以上。对于 N 型电池组件而言，尽快通过降本增效降低其初始投资成本，从而更大程 度体现其 LCOE 优势至关重要。

　　②双面组件渗透率持续提升，预计 2022 年占比达到 50%：预计未来将有更多的双面项目选择 N 型组件， 主要由于其较高的双面率、更低的温度系数优势等。

　　2021 年 12 月，一道新能行业首发 N 型电池组件报价。单晶 N 型 182 双面电池（主流效率＞24.5%），人民 币报价 1.21 元/W，美金报价 0.169 美元/W；单晶 N 型 182 双面双玻组件（主流功率＞550W），人民币报价 1.99 元/W，美金报价 0.278 美元/W。

　　1.4 预计 2022 年 PERC+将接近量产效率上限

　　晶硅电池转换效率实现质的飞跃。1954 年，贝尔实验室 G.Pearson 与 D.Charpin 研制成功 6%转换效率的首 个具备实用价值的单晶硅太阳电池。1985 年，澳大利亚新南威尔士大学硅太阳电池效率突破 20%，1999 年其宣 布单晶硅太阳电池转换效率达到 24.7%，2009 年太阳光谱修正后达到 25%并将此记录保持了 15 年，其为单晶硅 太阳电池研究的里程碑事件。2014 年，日本 Panasonic、美国 SunPower 相继将转换效率突破至 25%以上。我国 首个具有实用价值的太阳电池诞生于 1959 年。2007 年，我国超越日本成为全球最大的太阳能电池生产国。2017 年，PERC 取代 BSF 成为太阳能晶硅电池主流技术趋势愈发确定，并迎来延续至今的行业大扩产。过去 10 年， 晶硅电池的大规模量产转换效率从 18%提升至 23%以上。

　　P 型电池量产线转换效率即将接近瓶颈，N 型电池量产时代渐行渐近。根据最新的研究结论，HJT、TOPCon 电池理论效率分别为 28.5%、28.7%，相较于 PERC+具有明显的效率优势。隆基发表的论文显示 HJT 电池的理 论效率可以达到 28.5%，相较于此前德国 ISFH 机构 27.5%的研究结果有所提升。TOPCon 电池理论效率为 28.7%。 从理论效率来看，HJT 与 TOPCon 差异并不大。（报告来源：未来智库）

　　2. HJT 电池：中长期最具技术延展性的 N 型电池

　　2.1 行业现状：需求爆发前夜，设备率先完成国产化

　　2.1.1 电池结构：步骤精简，低温工艺双面对称结构

　　异质结电池（HJT）即本征薄膜异质结电池，其 PN 结由非晶硅（a-Si）与晶体硅（c-Si）形成，由日本三 洋公司于 1990 年研发成功并推向市场。HJT 电池诞生至今已经超过 20 年，技术本身是成熟的，此前在商业化 上没有取得太多突破主要受制于两方面原因，一是专利保护期，二是其在经济性上在当时没有优势。2015 年， 三洋异质结专利保护到期，行业迎来发展机遇。

　　HJT 电池主要的优势包括：①低温工艺：加工温度低于 200℃~250℃，一方面可以降低能耗，更为重要的 是低温工艺可以大幅降低硅片的热损伤，有利于硅片薄片化，从而降低成本。②无 PID 效应与无 LID 效应： HJT 为 N 型衬底硅片，掺杂磷，没有 P 型硅片面临的硼氧复合、硼铁复合问题。③低温度系数：HJT 高温与低 温环境都表现出较好的温度特性。④双面对称结构：高双面率，提高电池发电收益。⑤高开路电压：本征薄膜 能够有效钝化晶体硅与掺杂非晶硅的界面缺陷，开路电压高于常规电池。

　　HJT 电池构造为：基于 N 型硅片衬底；清洗制绒的 N 型硅片上，正表面沉积本征氢化非晶硅层（i-a-Si:H）、 P 型氢化非晶硅层（p-a-Si:H）；背表面沉积本征氢化非晶硅层（i-a-Si:H）、N 型氢化非晶硅层（n-a-Si:H）；在电 池正背表面沉积透明氧化物导电薄膜 TCO 层及金属叠层；利用金属栅线技术在电池正背面形成金属电极。

　　HJT 工艺步骤简单，主要为四步，分别是清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备，其中，最核 心的工艺环节为非晶硅薄膜沉积。为了进一步提高转换效率，预计 2022 年 HJT 量产线将进一步普及硅片吸杂 工艺，导入背面抛光工艺；在 PECVD 环节引入微晶硅工艺。

　　2.1.2 核心设备：PECVD 占比约 50%，国产设备供应商领跑行业

　　HJT 制备工艺与现有存量 PERC 差异较大，设备完全不兼容。对于新投产线而言，2021 年 HJT 设备投资额 已降至 4 亿元/GW 左右。事实上，HJT 电池固定设备投资的下降进度颇超预期，2019 年 1GW 设备的投资额还 高达 8~10 亿元/GW。设备国产化与单机产能的提升在过去 2 年得到快速发展，预计 2022 年设备单位投资额有 望进一步下降。

　　HJT 四道主要工艺流程中，非晶硅薄膜沉积技术难度最大，设备价值占比约 50%，即现阶段 1GW 产线对 应的 PECVD 设备价值量约 2 亿元。

　　作为 HJT 电池制备核心环节，不断追求 PECVD 设备更优的性能与经济性是各家设备供应商主要目标。竞 争格局方面，目前异质结的 PECVD 已完成进口替代，新增产线基本由国产品牌中标，代表性企业包括迈为股 份、理想万里晖、钧石、捷佳伟创、金辰股份等。

　　①迈为股份：自 2019 年以来，迈为团队先后成功研制第一代产能 250MW、第二代产能 400MW、第三代 产能 600MW 的高效率、大产能、低成本异质结设备，在客户端实现了领先同行的电池转换效率与良率数据。 迈为采用Inline多腔体准动态PECVD镀膜技术，设备特点为一层薄膜在多个腔室内完成，从而提高了生产节拍。 应对大尺寸电池需求，采用 210 半片技术单台设备设计产能提升至 11200 半片/时。

　　②理想万里晖：上海理想万里晖前身为理想能源 PECVD 事业部，2012 年拆分重组，2013 年完成注册。理 想万里晖真空装备（泰兴）成立于 2017 年，可以实现异质结 PECVD 设备年产能 10GW，累计获得 HJT 客户 12 家，通过客户验收 9 家。理想采用“双真空”反应腔设计，多个子腔室共用一个大腔室，产能升级成本较低。

　　③钧石能源：钧石能源拥有 HJT 电池 GW 级生产设备，主要设备 PECVD、PVD、印刷机等兼容 166mm、 18xmm、210mm 尺寸硅片。钧石采用大产能设计，特点为单个大腔室，单板片数可以达到 13×13，即 169 片。

　　④捷佳伟创：除板式 PECVD 之外，公司全资子公司常州捷佳创首批管式 PECVD 工艺电池于 2021 年 8 月 下线。目前，管式 PECVD 正在中试线上进行量产定型的工艺调试。 ⑤金辰股份：自主研发的首台 HJT PECVD 设备于 2021 年 6 月进驻晋能，于 8 月初完成安装调试。2021 年 12 月末，公司发布消息，PECVD 通过设备工艺验证，电池片平均效率 24.38%（Voc>745mv，FF>84.5%），效 率分布的收敛性较高，最优批次平均效率达 24.55%。

　　2021 年我国 HJT 落地项目 10GW 左右，现阶段扩产以新玩家为主。我们统计了 2021 年国内 HJT 扩产项 目落地情况，得到以下结论：①新玩家为主：华晟、爱康、明阳、金刚玻璃等为 2021 年 HJT 扩产主力军。② 整线订单为主：相较于前两年较为常见的混合线，2021 年落地的项目基本以整线采购为主，预计这一趋势将延 续至 2022 年。③GW 级订单为主：历经 2019 年、2020 年 2 年的导入阶段，我们发现 2021 年落地的项目不再 仅仅以 MW 为单位，更多 GW 级项目的落地。一方面代表随着工艺的逐步成熟对于规模效应的追求，另一方面 也一定程度代表了新玩家对于扩产需求的迫切程度。④国产设备供应商为主：2021 年落地的 HJT 项目基本全部 由本土设备供应商拿下，部分海外头部客户也将橄榄枝投向了国内设备供应商。国内设备供应商在 HJT 方向上 或将逐步拉开与竞争对手的差距。

　　2.1.3 转换效率：引入单面微晶工艺后预计量产效率提效 0.5 个 pct

　　HJT 量产线转换效率：根据调研反馈，2021 年 HJT 量产线转换效率大致落在 24.2%~24.5%区间，相较于 PERC+的 23.0%~23.2%量产转换效率有约 1.2 个 pct 的量产转换效率优势。

　　HJT 实验室转换效率：HJT 电池实验室转换效率世界纪录最早由日本三洋在 2013 年创造，效率为 24.7%； 2019 年汉能刷新该记录至 25.11%。2021 年，HJT 电池实验室转换效率快速提升，世界纪录被不断刷新，最新 的世界纪录为 26.30%，由隆基于 2021 年 10 月创造。隆基在半年内三次刷新 HJT 电池实验室转换效率，分别 为 25.26%、25.82%、26.30%。对于近期发布的 HJT 电池转换效率世界纪录，主要在三方面进行了提升：

　　①完成微晶 N 窗口层优化，进一步提升电流密度；②开发新的本征层结构，大幅改善钝化性能，提高 Voc 约 2mV；③首次尝试完全无铟的 TCO 工艺，经 ISFH 认证效率超过 25%，为行业提供降本路径参考。

　　2022 年，微晶化工艺的导入将成为趋势。近期取得突破的 HJT 电池实验室转换效率世界纪录均有导入微晶 化工艺。预计随着未来量产线上微晶化工艺的导入，HJT 电池产线平均转换效率有望突破至 25%以上，从而进 一步拉开与 PERC+的效率优势。

　　2.2 降本提效：25%量产转换效率可期，多维度出击探寻降本最优解

　　2.2.1 2022 年 HJT 电池成本敏感性测算

　　HJT 电池的产业化、规模化之路是否平坦，关键还是其经济性决定的，也就是之前我们有讨论到的 LCOE 指标。LCOE 强调全生命周期，对于更低 LCOE 的追求，一方面来自于“降本”，一方面来自于“提效”。HJT 电池的“降本提效”之路可概括为“更高效”、“薄片化”、“去银化”、“无铟化”。

　　HJT 电池成本构成中，硅片占比接近 50%；非硅材料成本构成中，银浆与靶材合计占比超过 70%。2021 年由于上游硅料供给受限以及大宗商品价格波动，光伏产业链价格呈现短期非常态，对于电池成本构成因素的 研究有较大扰动。剔除上述因素，一般而言，HJT 成本构成中，硅片占比约 50%。就非硅材料成本的构成来看， 银浆、靶材占比分别高达 59%、14%。

　　关于 2022 年年末 HJT 电池成本做出测算，假设条件如下：

　　①硅片价格：以 PV infoLink 2021 年年末硅片价格为基准，假设 2022 年降价 30%。②硅片尺寸：182 硅片。 ③硅片厚度：PERC 为 165μm，HJT 为 130μm。④N-P 硅片价差：N 型硅片相较于 P 型贵 8%。⑤折旧年限： 为更真实反应设备迭代速度，按 5 年折旧计算成本。

　　2022 年年末 HJT 电池成本测算结果：①硅片成本，预计 2022 年 HJT 电池硅片成本 0.37 元/W，PERC 电 池受限于高温工艺，其硅片厚度进一步下降的空间有限。②非硅成本，HJT 电池主要围绕银浆耗量下降、低温 银浆国产化、设备投资额下降等降本措施。预计 2022 年 HJT 非硅成本 0.42 元/W，相较于 PERC+高出 0.22 元/W。 ③总成本：2022 年 HJT 电池成本预计为 0.78 元/W，硅片成本已经低于 PERC+，非硅成本仍然高于 PERC+，进 一步降低主要通过银耗下降（SMBB、银包铜、铜电镀的逐渐成熟）、低温银浆国产化等。

　　硅片厚度与银浆耗量敏感性分析结果：在其他假设不变前提下，我们就硅片厚度与银浆耗量做了敏感性分 析。基于 182 硅片：①硅片厚度降至 120μm，银浆耗量仍然为 190mg/片时，HJT 电池成本降为 0.75 元/W，降 幅 0.03 元/W；②硅片厚度降至 120μm，银浆耗量降至 170mg/片时，HJT 电池成本降为 0.73 元/W，降幅 0.05 元/W。③硅片厚度维持 130μm，银浆耗量降至 170mg/片时，HJT 电池成本降为 0.76 元/片，降幅 0.02 元/W。

　　我们就 2022 年 HJT 电池“降本”与“提效”的具体路径作出讨论：

　　①降本：2019 年~2021 年的 3 年间，HJT 设备的国产化推进相对顺利，已经由早期的进口设备 10+亿元/GW 下降至目前国产设备的 4 亿元/GW 左右（部分产线已降至 4 亿元/GW 以下），预计 2022 年设备价格将通过规模 化、核心零部件逐步国产化进一步得到优化。另一方面，全生命周期维度，折旧占电池片单位成本的比例并不 是很大，我们认为设备端已不再成为制约行业新进入者决策的核心因素。就 2022 年而言，硅片“薄片化”，非 硅成本中对于银浆耗量下降的探索显得尤为重要，成为主要矛盾。

　　②提效：就 HJT 电池片环节而言，2022 年比较重要的观察窗口为“微晶化工艺”在产业化量产线上导入的 顺利与否。微晶化工艺在实验室已经较为成熟，如果能够成功将其引入产业化生产过程，预计对于 HJT 的电池 提效效果会非常明显。结合“降本”端的不断突破，HJT 电池大规模产业化之路或将愈发清晰。

　　2.2.2 围绕“薄片化”与“降银耗”继续降本

　　薄片化进程：HJT 电池为双面对称结构，叠加其低温工艺属性，在规模化量产中更适合硅片的薄片化。目 前 N 型硅片一般厚度 150μm，预计行业 2022 年将减薄至 130μm，2023 年有望进一步减薄至 120μm。根据测 算，硅片每减薄 20μm，可使成本下降 10%。

　　“降低银耗量”的思路分为两种。一种即降低银浆用量绝对值，通过工艺改进尽可能在金属化环节减少银 浆的使用或者损耗，比如将栅线变细，提高高宽比等。另一种思路为通过用贱金属替代银，达到减少、未来甚 至是不需要银浆的目的。

　　第一种思路对应的实现路径包括 SMBB、网版图形优化、钢板印刷、激光转印等：（1）SMBB 降本增效主 要来自于优化电流传输路径，主栅之间细栅长度缩短，可以有效降低细栅电阻，细栅可以变得更细；主栅数量 增多，显著减小光生电流传输路径，减小功率损耗。栅线宽度变细，叠加无网结网版的使用，可以进一步降低 银耗。以 12BB 为例，其可将 HJT 电池银浆耗量降至 130mg 左右。（2）行业内也在积极探索传统网版丝网印刷 之外的金属化实现方式，目的希望提高高宽比，比如改进现有网版的材料、优化网版图形、激光转印等。激光 转印可以实现超细线宽的金属栅线的无接触式印刷，其优点主要包括降低银浆耗量，栅线宽度可以降至 18μm， 节省浆料 30%；减少遮光面积，正面细栅变细减少遮光，改善电性能；降低电池破损率，因为激光转印为非接 触式印刷，隐裂刮伤等问题得以解决。

　　第二种思路对应的实现路径是使用贱金属代替传统银浆，包括银包铜、电镀铜等：HJT 电池为低温工艺， 从这个角度看，其在目前各电池技术中，相对而言最适合导入铜工艺。从银包铜含银量的逐步下降，到电镀铜 工艺，终极目标是摆脱对于银的使用。（1）新型银包铜浆料具有降低 HJT 电池电极成本 30%的潜力，2022 年银 包铜技术将有望导入 HJT 电池量产线。（2）电镀铜工艺可以实现铜对于银的完全替代，但是现阶段主要受制于 工艺尚未完全成熟以及设备投资额较高，预计还需要 2~3 年的产业化培育时间，为银包铜技术之后重要的降银 耗方法。实验室的表现来看，2021 年 9 月，SunDrive 联合迈为股份，利用迈为的 HJT 设备与 SunDrive 电镀工 艺，在全尺寸（M6）单晶 HJT 电池上光电转换效率达到 25.54%。

　　2.2.3 具有微晶结构的 HJT 电池将于 2022 年导入工业化生产

　　HJT 电池 1.0 版本（即目前量产的），其本征层、 P 型掺杂层、N 型掺杂层均为非晶硅。HJT 2.0 版本定义为在 1.0 版本的基础上，在 HJT 电池正表面引入微晶化 工艺，做掺杂微晶氧化硅。2.0 版本电池背表面维持不变。预计 HJT 2.0 版本将可以实现 HJT 电池量产线平均 效率 25%左右，导入时间窗口约为 2022 年~2023 年。所谓 HJT 3.0 版本即在 2.0 版本基础上，在背表面也做成 微晶硅或纳米晶硅，从而带来效率的进一步提升，预计 HJT 量产线平均效率可以提升至 25.5%左右，导入时间 窗口约为 2024 年。

　　在现有 HJT 电池上导入微晶化工艺，将有助于提升电导率、降低 TCO 层的压力，同时，其透光性也将得到提升：纳米晶硅（nc-Si）与非晶硅（a-Si）均为硅的同素异形体。纳米晶硅具有小的无定形态的硅晶粒，有 时也被成为微晶硅（μc-Si），区别主要在于晶粒颗粒的大小。微晶硅材料具有连续可调的带隙，较宽的光谱响 应范围，非常适合 HJT 电池。氢化微晶硅优点为具有高掺杂效率、高电导率、大载流子迁移率等，相较于氢化 非晶硅拥有更宽的光谱响应范围，可拓展至红外部分。

　　具有微晶结构的 HJT 电池预计将于 2022 年导入工业化生产。金刚玻璃 600MW 的 HJT 产线计划使用微晶 化工艺，生产设备进场时间为 2021 年 12 月。2021 年 11 月，华晟与迈为就联合开发单线产能 500MW 以上异质 结单面微晶（目标 25%，华晟二期）与双面微晶（目标 25.5%，华晟三期）电池产线达成合作，产线计划使用 华晟开发的单面微晶、双面微晶工艺与迈为开发的大产能 PECVD、PVD，设备计划于 2022 年 2 月份搬入。

　　对于 PECVD 设备而言，微晶化工艺的导入，设备方面也要做小幅的改动。微晶硅的高氢稀释比特性导致 其沉积速度变慢，需要用 VHF 电源。同时，由于驻波效应，载板不能太大。（报告来源：未来智库）

　　3. TOPCon 电池：与 PERC 产线兼容性好，短期更具经济性

　　3.1 行业现状：良好的设备兼容性获得存量玩家青睐

　　3.1.1 电池结构：与 PERC 产线具有较好的兼容性

　　TOPCon 简单来说即利用氧化硅、掺杂多晶硅实现钝化接触，是一种利用超薄氧化层作为钝化层结构的高 效太阳能晶硅电池。1983 年，“太阳能之父”澳大利亚太阳能科学家马丁·格林开发了使用隧穿氧化层与多晶 硅层的电池结构。2014 年，德国 Fraunhofer ISE 研究所宣布实现基于隧穿层钝化技术的小面积电池，效率为 23%， 并将该电池结构命名为 TOPCon。

　　TOPCon 相较于 PERC，在工艺上需要额外增加 3 步~4 步，包括硼发射极的制备、生长隧穿氧化层、沉积 多晶硅并对其进行掺杂、扩散后的清洗。其中，隧穿氧化层的生长、沉积本征多晶硅层、掺杂多晶硅为最核心 的三道工艺。在电池的额背面制备一层超薄隧穿氧化层（1.5nm）与一层高掺杂的多晶硅薄膜层，两者共同形成 钝化接触结构，在背面实现表面钝化。超薄隧穿氧化层使多子电子隧穿进入多晶硅层的同时阻挡了少子空穴复 合，有利于提升开路电压。

　　3.1.2 核心设备：核心环节为多晶硅沉积，工艺路线选择较多

　　TOPCon 产线与现有主流电池技术 PERC 具备较好的设备兼容性，增加的设备主要围绕 TOPCon 核心工艺。 目前 PERC 的设备投资在 1.5 亿元/GW 左右，对于产线的升级，增加的设备投资额在 5,000 万元~7,000 万元。

　　TOPCon工艺制备中，最核心的环节为多晶硅的沉积。不同方案的选择涉及到的不同核心设备包括 LPCVD、 PECVD、PVD、ALD 等。

　　目前最为成熟的方案为 LPCVD 路线，通过热氧法生长隧穿氧化层，通过 LPCVD 沉积多晶硅层，随后进行 磷扩散。LPCVD 镀膜均匀性好，致密度高，但是效率上没有优势，同时饶镀问题也是其主要制约之一。

　　PECVD 在 TOPCon 的应用最早由梅耶博格提出，相较于 LPCVD，原则上可实现无绕镀沉积，轻微绕镀也 较易清洗。PECVD 沉积速率快，可实现原位掺杂。另一方面，PECVD 镀膜均匀性不如 LPCVD，容易爆膜。

　　PVD 路线优势主要体现在产能大，工艺集成度较高；但是 PVD 硅靶材用量较大，更换相对频繁从而提高 了成本。

　　除多晶硅沉积之外，TOPCon 工艺制备中，隧穿氧化层也是相较于 PERC 的增量工艺步骤，目前主要的工 艺方法包括热氧化法、PECVD、原子层沉积、湿化学法、准分子源干氧等，分别对应设备热氧化管式炉、板式 PECVD/管式 PECVD、ALD、槽式湿法设备、槽式湿法设备。隧穿氧化层的制备，厚度是关键特性之一，通常 在 1.5nm~2nm 之间。

　　TOPCon 设备供应商方面，根据沉积工艺技术路线的不同，主要包括：①LPCVD：拉普拉斯、普乐新能源、 捷佳伟创、SEMCO、Centrotherm 等；②PECVD：金辰股份、捷佳伟创、Centrotherm 等；③PVD：杰太光电、 普乐新能源、冯·阿登纳等；④PEALD：江苏微导等；⑤APCVD：Schmid 等。

　　拉普拉斯（连城数控参股公司）：成立于 2016 年 5 月，2017 年推出首款 LPCVD 中试产品，致力于成为光 伏高端装备与解决方案提供商及引领者。目前公司核心产品以热制程（扩散、氧化、退火等）；镀膜（PECVD、 LPCVD、ALD 等）；以及配套自动化设备为主。

　　江苏微导：光伏事业部以关键真空镀膜与刻蚀设备为主，核心技术为 ALD、PEALD、PECVD，Diffusion/LP， RIE 等产品。PEALD 结合了 ALD 与等离子体辅助沉积方法，江苏微导是首家引入该技术的设备供应商，主要 应用于 TOPCon 制备。

　　连城数控：控股公司艾华（无锡）半导体科技有限公司产品主要应用于半导体薄膜外延生长，核心研发团 队在光伏、半导体材料领域深耕多年。参股光伏与半导体湿法设备供应商上海釜川智能科技股份有限公司。

　　普乐新能源（北京科锐控股子公司）：普乐新能源成立于 2006 年，目前主营业务为研制与销售基于 TOPCon 电池技术开发的 LPCVD 等设备。

　　金辰股份：2019 年进军 TOPCon 高效电池 PECVD 设备的研制，技术路线为管式 PECVD。公司在 TOPCon 电池方面与中科院宁波材料所展开战略合作，以管式 PECVD 实现 TOPCon“超薄氧化硅”+“原位掺杂非晶硅” 制备，①与晶澳的合作进入中试提效阶段；②与东方日升的合作平均效率超过 24%；③与晶科合作，引入公司 PECVD 技术用于 TOPCon 电池的研发。

　　捷佳伟创：捷佳伟创在 TOPCON 领域推出了 LPCVD 与三合一管式 PECVD，具备整线设备供应能力，公 司近期获得润阳 5GWTOPCon 整线订单。

　　奥特维：计划通过定增募集资金实施 TOPCon 电池设备的布局，主要为 LPCVD 路线，还包括硼掺杂设备。

　　3.1.3 转换效率：头部企业量产平均效率突破 24%

　　TOPCon 量产线转换效率：就量产线效率来说，目前 TOPCon 比 PERC+平均高 0.5~0.8 个 pct。①晶科能源 副总裁钱晶于 2021 年 10 月的记者采访中表示，晶科于 2019 年导入 TOPCon 产品的量产，当时转换效率为 23.5%， 2020 年提升至 24.2%，2021 年量产平均转换效率达到 24.5%。②中来股份在 2021 年回答投资者提问中提到，公 司166尺寸N型TOPCon 1.0电池量产平均转换效率23.7%，基于POPAID技术的TOPCon 2.0产品效率达到24.2%。

　　TOPCon 实验室转换效率：TOPCon 实验室转换效率世界纪录为 TOPCon 发明者 Fraunhofer 于 2020 年创造 的 26.0%（面积为 4 cm）。目前国内 TOPCon 实验室最高转换效率为中科院宁波材料所于 2021 年 11 月发布的 25.53%（Voc=700.7 mV，Jsc=43.04 mA/cm2，FF=84.64%），此前为晶科能源与中来股份于 2021 年 10 月发布的 25.4%的国内记录。宁波材料所 25.53%实验室转换效率 TOPCon 电池采用 PECVD（与金辰合作）制备多晶硅层。

　　3.2 降本提效：非硅成本逐渐逼近 PERC，降银耗与良率提升是关键

　　TOPCon 电池成本构成中，硅片占比约 62%。TOPCon 电池的成本构成主要包括硅片、浆料/丝网、设备等， 假设硅片价格回归合理区间，一般情况下，其占比分别为 62%、20%、6%，硅片与浆料成本占比超过 80%。

　　PERC 电池非硅成本平均约为 0.18~0.22 元/W，TOPCon 与 PERC 的非硅成本逐渐逼近。对于 TOPCon 电 池而言，硅片成本的下降空间相对有限，主要由于其薄片化难度较大。基于此原因，TOPCon 电池降本主要围 绕非硅成本，核心在于金属化环节银浆耗量的降低以及产线良品率的提升。

　　4. 其他电池技术：工艺各具特点，有望接力下一代电池技术

　　4.1 IBC 电池：正面无栅线遮挡拥有更高电流，工艺相对复杂实现难度较高

　　4.1.1 电池结构：正面无栅线遮挡，相较于常规电池可以获得更高电流

　　IBC 电池（Interdigitated back contact，指交叉背接触电池）指 P-N 结与正负金属电极接触区都位于电池背光 面并呈叉指状方式排列的一种太阳电池结构。1985 年，Swanson 教授创立了 SunPower 研发 IBC 电池；2004 年， SunPower 菲律宾工厂规模量产第一代 IBC 电池；2019 年黄河水电公司建立国内首条 IBC 电池量产线，转换效 率 23.7%。IBC 电池可以实现正面完全无栅线遮挡，从而消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大 利用，相较于常规电池可以获得更高的电流。

　　IBC 电池结构：电池前表面形成 n+ FSF（n+前场区），利用场致钝化效应降低表面少子浓度，从而降低表 面复合速率，同时降低串联电阻，提升电子传输能力。电池背表面为叉指状排列的 p+ emitter（p+发射极）和 n+BSF（n+背场区）。其中，前者与 N 型硅基底形成 P-N 结，有效分离载流子，是电池的核心结构；n+BSF 主 要是与n型硅基底形成高低结，诱导形成P-N结，进一步增强载流子的分离能力。此外，前后表面均采用SiO2/SiNx 叠层膜进行钝化。正面无金属接触，背表面的正负电极接触区域也呈叉指状排列。

　　TBC 电池：通过对传统 IBC 电池的背表面进行优化设计，增加钝化接触结构。即用 p+和 n+的 POLY-Si 作 为 Emitter 和 BSF，并在 POLY-Si 与掺杂层之间沉积一层隧穿氧化层 SiO2。这样的背表面钝化可以有效降低复 合，实现更好的接触，进而提高电池转化效率。

　　HBC 电池：2014 年，松下在 HJT 电池基础上，结合 IBC 电池结构，开发了 HBC 电池，转换效率 25.6%。 2017 年，Kaneka 刷新 HBC 电池转换效率世界纪录至 26.63%。HBC 电池背面的 Emitter 和 BSF 区域为 p+非晶 硅和 n+非晶硅层，在异质结接触区域插入一层本征非晶硅钝化层。HBC 电池具有高质量的钝化效果和低的温度 系数，并同时具备大短路电流和高开路电压的双重优势。

　　4.1.2 核心工艺：制备背表面叉指状 P+与 N+区以及背面金属化是关键

　　对于 IBC 电池而言，背表面的叉指状 P+与 N+区结 构是影响电池性能的关键。一般而言，IBC 背面可采用印刷源浆、光刻、离子注入、激光掺杂等方式制备叉指 状 P+区与 N+区。同时，就背面金属化方面，IBC 电池主要采用丝网印刷、铜蒸镀两种方式。

　　①印刷源浆方式具有成本优势，但是容易造成电池表面缺陷，掺杂效果较难控制。②光刻的优点包括复合 低、掺杂类型可控等，但是工艺难度较大。③离子注入方式优点主要为控制精度高、扩散均匀性良好，但是容 易造成晶格损伤。④激光掺杂工艺相对简单，常温下可制备，但是需要精确对位。

　　4.2 钙钛矿电池：成本优势具备广阔商业前景，道阻且长行则将至

　　钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），即利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太 阳能电池，来源于染料敏化太阳电池，优点主要体现为光吸收系数高、载流子扩散长度长、带隙可调等。2009 年，日本科学家 Miyasaka 最早应用钙钛矿材料制备染料敏化单结太阳能电池，但当时转换效率仅为 3.8%。经 过多年发展，2020 年 12 月，英国牛津的 Oxford PV 公司将硅/钙钛矿叠层太阳能电池转换效率刷新至 29.52%； 2021 年，亥姆霍兹中心（HZB）科学家制备的钙钛矿/Si 叠层太阳能电池转换效率进一步提升至 29.80%。

　　钙钛矿晶硅叠层电池由一层硅与一层合成钙钛矿薄膜层串联而成，电池转换效率接近 30%。除转换效率优 势外，其成本低廉、材料供给充足，具备广阔的商业前景。制约因素方面，①目前的合成钙钛矿一般是有机— 无机金属卤化物钙钛矿，高效钙钛矿电池由于含铅从而带来环境问题；②钙钛矿电池在大面积衬底下难以控制 薄膜均匀性，效率与稳定性会有所下降。

　　钙钛矿晶硅叠层电池应用前景值得期待，但产业化尚需时日。钙钛矿电池在过去十多年间取得了飞速的发 展。国内方面，2021 年以来钙钛矿晶硅叠层电池研发团队获得资本青睐：

　　2021 年 1 月，纤纳光电完成 C 轮融资 3.6 亿元，由三峡资本领投，京能集团、衢州金控、三峡招银等资方 跟投。主要用于钙钛矿光伏百兆瓦级产线扩建、叠层产品升级、应用产品研发与生产等。

　　2021 年 3 月，协鑫光电完成新一轮过亿融资，凯辉能源基金领投。

　　2021 年 8 月，曜能科技完成数千万 A 轮融资，高瓴资本领投。

　　2021 年 10 月，极电光能完成 Pre-A 轮融资，由碧桂园创投、九智资本联合领投，建银国际、云林基金跟投， 募集资金 2.2 亿元，主要用于新技术研发和试制线建设。

　　但从产业化角度来看，钙钛矿晶硅叠层电池还有很长的路要走，可谓道阻且长，行则将至。

　　5. 空间测算：2022 年~2025 年 N 型电池设备总需求 1259 亿元

　　5.1 全球与中国光伏装机需求判断

　　5.1.1 全球装机需求：2050 年全球光伏累计装机有望攀升至 14000GW

　　CPIA 预计 2021 年全球光伏新增装机容量 150GW~170GW。2020 年，全球光伏新增装机 130GW，累计装 机容量攀升至 707GW。2021 年行业受原材料涨价制约，整体景气度不及年初预期。2021 年全球约有 290GW 可再生能源项目投入运营，同比增长 3%。对于 2021 年全球光 伏装机量的判断，CPIA 预计在 150GW~170GW 区间。IHS 更为乐观，预计全年装机量在 161GW~204GW 区间。

　　基于各国已宣布的二氧化碳减排计划，预计到 2050 年光伏与风电占电力供应约 50%。IEA 于 2021 年发布 的《Net Zero by 2050》中测算认为，预计至 2050 年，可再生能源（光伏、风电、水电、其他可再生能源）占电 力供应比例接近 70%，占比最大的光伏发电占能源供应比例约 20%，装机规模达到 2020 年的 20 倍。

　　基于 2050 年二氧化碳净零排放假设，可再生能源在发电供给中的占比将大幅增长。在净零排放假设下，预 计可再生能源占发电总量的比例，将由 2020 年的 29%快速上升至 2030 年的 60%，至 2050 年将进一步攀升至接 近 90%水平。IEA 测算认为，预计从 2030 年至 2050 年，每年将新增 600GW 光伏发电。

　　预计 2050 年全球可再生能源发电量占比将达到 90%。根据 IRENA 于 2021 年发布的《World Enegry Transitions Outlook：1.5℃ Pathway》，在 2050 年全球变暖控制在 1.5℃假设前提下，预计至 2050 年全球光伏累 计装机容量将提升至 14000GW，可再生能源发电量占发电供给比例 90%左右，其中光伏与风电占比 63%。在 该假设前提下，至 2050 年的未来 30 年间，全球平均每年可再生能源新增装机容量将超过 840GW，而 2020 年 该数值为 260GW 左右。

　　5.1.2 中国装机需求：2050 年我国光伏累计装机有望攀升至 3450GW

　　CPIA 预计 2021 年我国光伏新增装机容量 45GW~55GW。2020 年，我国光伏新增装机 48.2GW，累计装机 容量攀升至 253GW。2021 年前三季度，我国光伏行业多晶硅、硅片、电池、组件产量分别为 36 万吨、165GW、 147GW、130GW，分别同比增长 24.1%、54.2%、54.6%、58.5%。2021 年国内光伏行业受制于上游产能以及大 宗商品涨价，装机量或将不达预期。另一方面，对于 2022 年保持乐观，预计全年装机量达到 75GW 以上。

　　2021 年为碳中和“元年”。2020 年 9 月，国际大会上宣布中国二氧化碳排放力争于 2030 年前 达到峰值，2060 年前实现碳中和。到 2030 年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比 2005 年下降 65%以上， 非化石能源占一次能源消费比重将达到 25%左右，森林蓄积量将比 2005 年增加 60 亿立方米，风电、太阳能发 电总装机容量将达到 1200GW 以上。

　　2021 年 10 月 24 日，碳中和碳达峰顶层设计文件《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好 碳达峰碳中和工作的意见》颁布，到 2025 年、2030 年、2060 年，我国非化石能源消费比重分别为 20%左右、 25%左右、80%以上。

　　IEA 预计中国将提前 4 年完成目标。我国可再 生能源新增装机容量全球领先，预计至 2026 年，中国光伏、风电累计装机容量将达到 1200GW，相较于 2030 年的承诺时间提前 4 年完成。

　　5.2 N 型电池规划建设项目统计

　　5.2.1 HJT 电池规划建设项目统计：新玩家为主，核心关注薄片化与降银耗进度

　　拟扩建 HJT 电池项目储备较为丰富，核心关注薄片化与降银耗进度。我们统计了目前 HJT 电池项目的产 能规划情况（包含部分已完成招投标产线），总量来看超过 70GW，项目储备丰富。参与方以没有 PERC+存量 产线负担的新玩家为主，比如华晟、明阳智能等。虽然其中部分项目包含中长期建设规划，未必会在明后年就 能落地，随着 2021 年 GW 级项目的落地并逐步投入生产带来的示范效应，在降本提效推进速度符合预期的前提 下，看好 HJT 电池的高速成长。

　　5.3 N 型电池设备空间测算

　　假设条件：

　　①新增装机：2021 年~2025 年全球/中国光伏新增装机数据引用自 CPIA 于 2021 年年末作出的乐观情形假设。

　　②有效产能：（a）假设自 2024 年起，量产转换效率低于 23%的存量产能为无效产能；（b）假设自 2025 年， 量产转换效率低于 24%的存量产能为无效产能；（c）假设自 2021 年起，182/210 大尺寸 PERC+电池为有效产能， 该尺寸以下存量 PERC+电池为无效产能。

　　③产线升级：理论上来说，TOPCon 与存量 PERC+具有较高的产线兼容性。2021 年 PERC+产线单位投资 额为 1.5 亿元/GW，存量 PERC+产线升级至 TOPCon 额外增加 5000~7000 万元/GW。但实际来看，存量产线通 常面临产能较低等问题，加之新产线自身也在不断降价的过程中，TOPCon 产能预计仍然以新增产线为主。基 于此分析，我们在测算 TOPCon 设备空间时不再单独讨论存量升级场景，而是全部假设需求来自新增产线。

　　④其他 N 型电池：IBC/TBC/HBC 等为未来电池技术，相较于发展中技术 TOPCon、HJT 电池，上述电池还 需要工艺的进一步成熟与完善，将其统一归类至其他 N 型电池。

　　测算结论：

　　①新增产能：预计 2022 年~2025 年我国 N 型电池新增产能分别为 57GW、85GW、138GW、207GW，同比 增速 177%、50%、62%、50%。其中，HJT 新增产能 25GW、50GW、100GW、180GW，同比增速 231%、102%、 100%、80%；TOPCon 新增产能 30GW、30GW、30GW、15GW，同比增速 140%、0%、0%、-50%。

　　②有效产能：预计2022年~2025年，我国高效晶硅太阳能电池有效存量产能分别为283GW、370GW、368GW、 306GW。光伏行业始终追求“更低成本”与“更高效率”，电池片位于产业链中下游，技术的高速迭代导致存量 产能面临加速折旧与出清，设备供应商作为“卖铲人”持续受益。

　　③市占率：预计 2022 年~2025 年，N 型电池市占率（占有效总产能）分别为 12%、24%、46%、100%。其 中，HJT 市占率 4%、10%、23%、61%；TOPCon 市占率 7%、13%、20%、34%。2022 年~2023 年，HJT 与 TOPCon 市占率基本持平，TOPCon 略占优势；2024 年 HJT 市占率首次超越 TOPCon；2025 年 HJT 市占率急速上升，成 为主流电池技术。

　　④设备空间：预计 2022 年~2025 年，N 型电池设备年需求分别为 162 亿元、238 亿元、356 亿元、503 亿元， 同比增速分别为 157%、47%、50%、41%。其中，HJT 设备年需求 87 亿元、160 亿元、280 亿元、450 亿元， 同比增长 189%、84%、75%、61%；TOPCon 设备年需求 69 亿元、63 亿元、54 亿元、23 亿元，同比增长 121%、 -8.7%、-14%、-58%。

　　（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

　　精选报告来源：【未来智库】。