光伏设备行业深度研究报告(迭代与机遇)

1 光伏框架

光伏原理

光伏发电的基本原理是利用半导体的光生伏特效应(Photovoltaic Effect),在太阳能电池内部PN 结上形成电位差,从而将太阳能转换为电能,因此光伏电池是决定光伏发电效率的核心器件。光伏电池 中的最核心部分是PN结,在P型(掺硼)硅片和N型(掺磷)硅片的交界面形成。P型半导体掺杂元素 为硼,空穴作为多数载流子(多子)主要参与导电,电子是少数载流子(少子);N型半导体掺杂元素 为磷,电子作为多子主要参与导电,空穴是少子。

由于半导体内载流子浓度的差异,在PN结会形成一个由N指向P的内电场。当太阳光照射在半导体表 面,PN结附近的电子吸收能量变为移动的自由电子,同时在原来的位置形成空穴。自由电子受到内电 场的作用会向N区漂移,同时对应空穴向P区漂移。当连接电池正负极形成闭合回路时,自由电子受到 内电场的力从N区经过导线向P区移动,在外电路产生电流。

2 电池生产工艺流程及设备

2.1 从硅料到硅片工艺流程及设备

从单、多晶工艺流程图可以看出,单、多晶光 伏发电系统的成本主要差异集中在单多晶硅片 的加工流程上。

多晶硅片首先需要在多晶炉里形成硅铸锭,之 后通常使用砂浆切割形成多晶硅片; 而单晶硅片的形成需要在多晶硅的基础上进行 进一步加工,在单晶炉里形成单晶拉棒,在经 过金刚线切割形成单晶硅片。

2.2 光伏电池片介绍

P 型电池原材料为P型硅片(掺杂硼),型电池原材料为N型硅片(掺杂磷)。 P型电池主要是BSF电池和PERC电池。N型电池目前投入比较多的主流技术为HJT电池和TOPCon电池 。P型电池传统单晶和多晶电池主要技术路线为铝背场技术(AI-BSF),目前主流的P型单晶电池技术 为PERC电池技术,该技术制造工艺简单、成本低,叠加SE(选择性发射技术)提升电池转换效率。

N型电池,随着P型电池逐渐接近其转换效率极限,N型将成为下一代电池技术的发展方向。N型电池 具有转换效率高、双面率高、温度系数低无光衰弱光效应好载流子寿命更长等优点,主要制备技术包括 PERT、TOPCon、IBC、HJT等。

2.3 组件介绍—结构、作用及工序流程

组件:具有内部联接及封装的、能单独提供直流电输出的最小不可分割的太阳电池组合装置称为太阳电 池组件。

光伏组件作为光伏系统中最为基础的组成部分,其质量严重影响到光伏系统的工作年限。只有封装可靠 ,才能使电池受到更少的外界影响,体现其自身价值。 太阳能组件主要有电池片、互联条、汇流条、钢化玻璃、EVA、背板、铝合金、硅胶、接线盒这九大核 心组成部分。

光伏组件生产制造过程主要是将单片光伏电池片进行串联和并联连接后严密封装,以保护电池片表面电 极和互联线等不受到腐蚀,另外封装也避免了电池片的碎裂,所以光伏电池组件生产过程其实就是组件 的封装过程,因此组件线又叫封装线。

3 行业趋势及市场规模

3.1 光伏新增装机逐年攀升,产业链各环节持续向好

能源转型提供广阔市场,光伏发电逐渐占据主流。当前,全球能源体系正加快向低碳化转型,可再生能 源规模化利用与常规能源的清洁低碳化将是能源发展的基本趋势,加快发展可再生能源已成为全球能源 转型的主流方向。

3.2 硅片、电池片和组件市场变化趋势

硅片朝大尺寸方向发展:M2市场份额会逐步下降;M6市场份额会逐步下降,但下降速度低于 M2; M10和M12未来一段时间会占据主流

硅片薄片化趋势: 2020 年,多晶硅片平均厚度为180μm ,P型单晶硅片平均厚度在175μm左右 ,N型硅片平均厚度为168μm; 硅片尺寸越大,薄片化速度或减缓。

切割线母线直径变化趋势: 2020年,金刚线母线直径为48-57μm,用于 单晶硅片的金刚线母线直径降幅较大,且呈 不断下降趋势; 用于多晶硅片的金刚线母线直径大于单晶硅 片,用于多晶硅片的金刚线母线直径降幅趋 缓。

4 工艺变化对设备的影响

4.1 硅片尺寸对设备的影响

大尺寸趋势已成为行业共识,随着相关研究越来越深入、制程越来越精益、差异化越来越明显,未来市 场会对设备制造商提出更多、更高的要求。 后续的技术进步主要围绕拉晶、加工设备的优化升级,对于企业而言被不同技术路线替代可能性较低, 具有大规模投资基础。

硅片端:当前主流单晶炉热屏内径在270mm左右,M12硅片外径达到295mm,需要投资新的长 晶设备,大尺寸硅片薄片化过程中碎片率更高,切片机也需要更换。且为了减少成本,单炉投料 量也在不多增加;

电池片端:扩散、沉积工艺在密封管道中进行,相应尺寸需要扩大,同时制绒、镀膜等环节均匀 度要求更高,设备需要改进或换新;

组件端:层压机和串焊机也要更长和更宽。此外,这些设备的采用也在推动流程的自动化。

4.2 电池片技术迭代对设备影响

前文其实已经有过论述,电池片工艺改变对设备的影响是显而易见的。 PERC只需要在原有BSF基础上增添设备,TOPCon也只需要在PERC基础上增添设备。而HJT工序较少 ,需要更换部分全新的设备,且投资额较大。

PERC主要是增加了PECVD/ALD设备。ALD镀膜均匀性优于PECVD。目前ALD设备在新增PERC产能 中占比越来越高,2018年已经超过60%。 目前业内PERC电池技术加入热氧化工艺,并优化刻蚀、扩散匹配效率提升至21.7%。 PECVD方法区别于其他CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子,可以提供化学气相沉 积过程所需的激活能。

4.3 组件技术升级对设备的影响—半片技术

使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格电池片切成相同的两个半片电池片后进行焊接 串联,从而可将通过每根主栅的电流降低为原来的1/2,内部损耗降低为整片电池的1/4,进而提升组 件功率。半片技术叠加在常规多晶组件上可以提升5~6W的功率;同样的技术叠加在单晶PERC组件上 就可以带来8W以上的功率提升。

半片组件优势: 降低发热,减少温度损失 ;减少遮挡损失 ; 提高封装效率。

与其他新技术相比,半片技术最成熟、最容易实现快速规模化量产,因此对串焊机的数量需求增长将会 更加显著。

5 重点企业分析

5.1 迈为股份:HJT整线设备龙头,募资扩产贡献业绩

公司成立于2010年,主营产品为太阳能电池丝网印刷生产线成套设备,包括核心设备全自动太阳能电 池丝网印刷机和自动上片机、红外线干燥炉等生产线配套设备。公司首次实现了国产太阳能电池丝网印 刷设备在二次印刷领域的突破,提升了电池片的转换效率,改变了我国太阳能电池丝网印刷设备主要依 赖进口的局面。 公司拟募集资金不超过28.12亿元,募投异质结太阳能电池片设备产业化项目,投产后公司将具备每年 提供40条异质结太阳能电池片整线设备的能力,预计达产后每年可实现销售收入60亿元。 公司是HJT整线设备国产化的领军者,与隆基股份、通威、晶澳等光伏行业巨头建立了长期合作关系。

5.2 捷佳伟创:电池片核心设备供应商,多维度布局高效电 池片

公司成立于2007年,是国内领先的晶体硅太阳能电池生产设备制造商,产品包括干法类设备(扩散炉 、PECVD设备)、湿法类设备(制绒清洗设备、刻蚀设备)以及自动化设备五大类,同时公司在丝网 印刷、烧结、分选领域也进行了技术储备,是目前少有的储备有PERC+/TOPCon/HJT等多种先进技术 的电池片设备公司。公司HJT电池整线设备从制绒到丝网印刷机自动化设备国产化已量产,正进行产业 化推广应用,同时,公司适用于大尺寸硅片的TOPCon电池工艺设备也进入产业化推广应用,并积极推 进半导体、光电领域设备的研发和应用。 公司与下游龙头企业合作紧密,主要服务于阿特斯、天合光能、隆基股份、晶科能源等大型光伏电池生 产企业。

5.3 奥特维:串焊机龙头,切入硅片&电池片全领域布局

公司目前主要业务涉及光伏设备、锂电设备及半导体设备。光伏设备领域以串焊机、激光划片机等组件 设备为主,2020年推出了超高速、大尺寸多主栅串焊机,凭借领先的技术水平进一步巩固串焊机领域 龙头地位。一方面,公司纵向业务延伸,硅片端布局硅片分选机和单晶炉,电池端布局制绒、光注入和 烧结退火一体炉等设备。另一方面,公司积极进行横向业务扩展,锂电设备主要是软包和圆柱模组和 PACK 线、圆柱电芯外观检测设备,半导体键合机设备已经进入客户试用验证期。

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