(报告出品方/分析师:华泰证券申建国周敦伟边文姣吴柯良)
一、HJT结构优异,具备多重优势1.1HJT钝化机制优异,理论电池效率高
HJT太阳电池是一种利用晶体硅基板和非晶硅薄膜制成的混合型太阳电池。
就电池结构而言,HJT电池以N型晶硅作为衬底,经清洗制绒后,在正面依次完成本征非晶硅薄膜与P型非晶硅薄膜的沉积,形成P-N结。
而后在硅片的背面依次沉积较薄的本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜形成背表面场。为了解决非晶硅导电性较差的问题,需在电池的两侧沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)。
最后则需利用丝网印刷等技术完成金属电极化。
HJT理论极限效率较高。
据ISFH和隆基测算数据,PERC、TOPCon与HJT电池的理论极限转换效率分别为24.5%、28.7%和28.5%。HJT在极限效率方面大幅领先PERC,略落后于双面TOPCon。但TOPCon电池实现双面多晶硅钝化的难度较大,尚未有厂商克服这道技术难关,而目前生产的背表面单面钝化的TOPCon电池极限效率仅有27.1%,低于HJT。
1.2除效率高外,HJT还具备良率高、双面率高、温度系数低等多重优势
相较PERC和TOPCon,HJT电池具备七大明显的优势,使其有望率先从现有的电池片技术中脱颖而出,成为未来市场的主流。
(1)生产工艺流程短→更高良率和更低人工、运维成本:HJT的核心工艺流程仅有4步,即清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积、金属电极化,相较PERC和TOPCon电池大幅简化。较短的工艺流程有助于提升生产良品率,同时可降低人工、运维等成本。
(2)采用低温工艺→更小热损伤:HJT全程在℃以下的环境中制成,对比之下PERC扩磷环节温度需高于℃,TOPCon扩硼环节温度则在℃以上。低温工艺有助于减少硅片制备过程中的热损伤并节约燃料。
(3)双面率高→更高发电量:HJT电池为双面对称结构,电池双面率最高可达90%;而PERC和TOPCon在制备过程中均需要对硅片进行背面抛光,双面率最高仅可达到75%和85%。更高的双面率可以提升HJT背面发电量。
(4)温度系数低→更高发电量:HJT的温度系数为-0.24%/℃,比PERC(-0.35%/℃)和(TOPCon-0.30%/℃)更低,因此,HJT在高温环境下的能耗损失更少,发电量更高。
(5)衰减率低→更高发电量:HJT的首次衰减为1%、线性衰减为0.25%,低于PERC和TOPCon,这主要是由于HJT无PID和LID效应,在25年的长生命周期内,HJT发电更高。
(6)更适合钙钛矿叠层→提效潜力更大:HJT电池主要吸收红外光,而钙钛矿电池对短波到可见光波长的光波利用率较高,两者叠层完成了吸收光谱的“兼收并蓄”,能够打开理论转换效率的天花板。
(7)更易实现薄片化→降本空间更大:HJT的双面对称结构,降低了硅片的机械应力,提高了制备过程的整片率;低温工艺亦减少了硅片受热发生翘曲的可能,更有利于薄片化的进行。
二、HJT提效降本路径明晰,多方合力推进三大路径助力降本,提效、薄片化、银浆成本是重点突破口。
HJT电池降低成本可分为三大路径:
1)提升电池效率摊薄成本,主要通过微晶化、使用UV转光膜、铜电镀实现;
2)减薄硅片厚度,降低硅片成本;
3)降低非硅成本,而根据CPIA和PV-Tech数据,非硅成本占比较大的是银浆、靶材和折旧,其中银浆占比最大。
浆料价格主要依赖国产替代,目前高温银浆基本实现国产化,但低温银浆仍国产化不足。浆料耗量则为产业内降低银浆的重要突破口,包括用铜替代银(银包铜和电镀铜)、优化栅线(MBB和0BB)、改进印刷(激光转印和钢板印刷)。
靶材降本则主要通过设备+叠层+回收+少铟/无铟化。此外,设备端目前已实现国产化,但单GW设备投资额仍达3.5-4亿元,未来将通过规模效应+零部件国产化进一步降本。
2.1提效:微晶提升电池效率,转光膜助力组件发电量提升
#1微晶:双面微晶可提升电池效率0.8pct上
得益于更好的光学性能和电学性能,微晶化可进一步提升HJT效率。
微晶硅是指在非晶硅网格中存在大小10nm的晶粒。微晶硅与非晶硅相比具有更好的光电性能,能够进一步提升电池效率,原因是:
1)光学带隙宽,微晶硅具有连续可调的光学带隙,其带隙变换范围为1.12ev-2.4ev。吸收的光谱范围可扩展到红外部分;
2)电导率高,因为微晶里有着大量的结晶硅晶粒,能较大提升微晶的电导率。目前单面微晶已经量产,电池效率提升约0.5-0.6pct,双面微晶可在单面微晶基础上再提效0.3pct,后续随着工艺优化,预计仍有继续提效空间。
目前已有迈为、钧石等设备商交付设备,据下游的爱康、金刚、华晟公告数据,单面微晶平均效率已超24.7%,较好的可达25%以上。双面微晶可进一步提效,电池效率将达25.5%以上。
#2转光膜:提升组件功率1.5%-2%
此前封装方案包括高透膜和UV截止膜两类,高透膜组件易衰减,截止膜组件功率低。据SLAC和NREL团队研究,与其他类型的电池相比,HJT电池片的非晶硅/微晶硅层更易受到紫外线辐射破坏而在表面产生缺陷,从而导致组件衰减。
此前封装方案包括高透膜和UV截止膜两类,但各自均存在一定缺陷:
1)高透膜:不过滤紫外线,组件初始功率较高,但随着户外使用时间变长,组件功率会快速衰减;
2)UV截止膜:当前主流封装方案,过滤全部的紫外线,虽然能够显著降低衰减速度,但HJT电池片本身能够响应一定程度的紫外线,将紫外线过滤后也相应地降低了HJT组件的初始功率。
UV转光胶膜助力HJT破除困局,组件端功率可提升1.5%以上。
赛伍技术推出新型UV转光膜可将高频的紫外线转换成蓝光,从而兼具低衰减和高初始功率的特性。
据赛伍测试,转光膜的理论转换效率可达95%,使得组件端的功率增益达到1.5%-2%,在阳光直接暴晒的情况下,UV转光膜仍可实现90%的转换效率,小时后的效率衰减仅为0.04%,折算到50年衰减率仅为2%。UV转光膜有望助力HJT降本增效步伐加速。
2.2降本之硅成本:薄片化持续推进,HJT具备更大减薄空间
HJT结构更适于薄片化。相较PERC和TOPCon,HJT减薄空间更大:
1)良好的双面对称结构能更好适应机械应力,降低硅片碎片率;
2)低温工艺也避免了高温工艺中曲翘、碎片等问题;
3)HJT钝化效果更好,薄片后开路电压提升弥补短路电流下降,整体效率不受明显影响。
据华晟的薄片测试数据,硅片厚度从μm减至μm的过程中,电池效率维持稳定,基本保持在25.2%左右。
根据CPIA,年HJT主流硅片厚度约μm,厚度下降空间广阔,硅片厂商也纷纷加快薄片化进程,当前龙头玩家HJT厚度已达um,较PERC和TOPCon厚度均领先,据我们测算,硅片厚度每下降10um,单瓦硅耗降低约0.1g/w,以硅料价格不含税元/kg测算,硅片厚度每下降10um硅成本降低0.01元/w。
2.3降本之非硅成本#1:0BB、电镀铜、银包铜齐头并进助力少银化
2.3.1银浆在非硅成本中占比高,银耗银价均有大幅下降空间
非硅成本中银浆占比50%。HJT非晶硅只能在小于°C的低温环境制备,故传统晶硅电池的高温银浆不适合HJT电池。目前HJT行业均采用树脂固化的低温银浆制作电池电极。银浆成本高主要由两大原因导致。
1)低温银浆不经过高温烧结,低温工艺下电极残留的其他成分导致电阻率偏高、导电性能偏差,故须增大银浆用量进而降低电阻;同时,HJT为双面结构且双面都需要用纯银,不像PERC电池背面可用银铝浆,所以HJT电池银耗量较高。
据PV-Tech数据,年HJT电池银耗量为在18-20mg/W左右,大幅高于PERC电池银耗量10mg/W和TOPCon电池银耗量13mg/W;
2)低温银浆技术目前为日本供应商垄断,未能实现全面全国化,较高温银浆存在溢价。
未来银浆价格和耗量均有较大下行空间:
1)价格方面,低温银浆国产化有望快速降低银浆价格。
帝科股份、苏州固锝、常州聚和等传统高温银浆厂商积极布局低温银浆,目前已初见成效,据公司公告,苏州固锝、帝科股份均已实现HJT低温银浆批量出货。
据迈为股份统计数据,年进口浆料价格为元/kg以上,目前国产低温浆料价格可低至元/kg,随着国产化进程加快,银浆价格有望进一步降低。
2)耗量方面,0BB、银包铜、电镀铜、钢板印刷、激光转印等金属化工艺革新进步是降低银耗的关键驱动力,其中银包铜和0BB推进较快,根据中科院电工所数据,0BB技术应用后银浆耗量有望下降至12mg/W,电镀铜则为颠覆性技术,可以实现完全无银化,目前尚以小批量产能为主,根据海源复材公告,规模化产能或将于24年形成。
2.3.2银包铜:用铜部分替代银,降银效果明显
银包铜技术符合降本增效趋势。银包铜工艺是通过将银覆盖在铜粉表面来减少银的用量,若银、铜的比例控制得当,可在降低银浆成本的同时取得良好的转换效率。
目前银包铜主要应用于背面副栅。根据华晟预测,随着23年银包铜全面导入后,单瓦银耗可降至10mg/w,降本空间可期。
2.3.3电镀铜:完全去银的突破性技术
电镀铜为完全去银突破性技术。电镀铜是一种非接触式的电极金属化技术,在基体金属表面通过电解方法沉积金属铜制作铜栅线,收集光伏效应产生的载流子。跟传统技术相比,主要差异在于铜电镀技术使用铜做电极而不是银。
铜电镀与传统丝网印刷的差异主要在TCO膜制备工序之后,传统异质结产线在TCO膜制备之后通过丝网印刷制备电极,而铜电镀则在TCO镀膜后主要经过图形化和金属化两道工序制备铜栅线。
电镀铜工艺核心为图形化与金属化,各工序都存在较多方案:
#1图形化:包括镀种子层、制备感光胶层、曝光显影三步
1)镀种子层。若直接在TCO膜层上电镀铜,铜栅线与TCO膜层之间附着力差且存在脱栅问题,故需要先使用PVD设备在硅片TCO表面溅射一层nm的铜种子层来提升附着性能。同时,亦有厂商使用无种子层方案,例如迈为股份与SunDrive自年起合作研发的HJT电池均在无种子层电镀设备上完成。
2)制备感光胶层。
感光胶又可分为干膜和湿膜两大类:
1)干膜是一种负性低成本光刻胶,通过紫外线照射能产生聚合反应(由单体合成聚合物的反应过程),形成一种稳定的物质附着于板面,从而达到阻挡电镀和蚀刻的功能。通过贴膜机,干膜可以通过卷对卷热压,一次在电池双面覆盖,工艺简单,但成本相对较高;
2)湿膜一般为感光油墨,可对紫外感应并固化,主要使用油墨印刷机处理。印刷的过程直接形成栅线图案,印刷后只需要用紫外或热烘烤固化完成即可进行电镀,精细度较干膜稍差,但成本更低,适合于大规模自动化生产。
3)曝光显影。
主要为光刻技术,经过处理、曝光、显影后将感光胶上图形显现出来。根据是否使用掩膜版,光刻技术主要分为掩膜光刻与直写光刻:
1)掩膜光刻由光源发出的光束,经掩膜版在感光材料上成像,光刻图形化线路精准度高,但由于使用材料包含光阻干膜、光罩及显影剂等昂贵材料,不利于量产及降低生产成本;
2)直写光刻也称无掩膜光刻,是指计算机控制的高精度光束聚焦投影至涂覆有感光材料的基材表面上,无需掩膜直接进行扫描曝光。
直写光刻在光刻精度、对位精度、良品率、环保性、生产周期、生产成本、柔性化生产、自动化水平等方面均具有优势,但其激光头价格较高。
4)激光开槽。
除光刻路线外,图形化还可使用激光开槽工艺,采用激光去除位于导电金属层待电镀区域上的绝缘掩膜层,以露出导电金属层的待电镀区域,直接形成图形化掩膜,以此便于后续对导电金属层的待电镀区域进行电镀工艺的施工。
激光开槽工艺流程简单,省去了曝光显影等步骤,但由于激光能量不易控制,若开槽激光能量不足会导致无法形成良好的开槽形貌,若激光功率过大则会损伤TCO膜层,且激光的高温可能会损伤HJT的非晶硅层,故当前激光开槽工艺尚不适合HJT电池电镀应用。
#2金属化:包括电镀铜和后处理两步,电镀可分为水平镀和挂镀
1)电镀铜。
在硅片正、背面的栅线图案上电镀铜,形成铜栅线电极,根据电池片的放置及传送方式分为水平和垂直电镀。
1)水平电镀:电池片在电镀槽中为水平的链式传输,其中滚轮旋转带动电池片移动,其中一侧滚轮为导电材料形成电镀系统的阴电极。电池在水平传输过程中与阴电极滚轮保持连续的或几乎连续的接触,实现电镀;
2)垂直电镀:电镀槽具有用于待镀产品通过的电镀通道,电镀通道内适于容纳电镀液,所述电镀通道的一端为电镀进口,所述电镀通道的另一端为电镀出口,电镀通道的上方具有用于钢带通过的输送空间。
钢带用于垂直悬吊待镀产品,通过钢带的驱动以使待镀产品依次穿过电镀槽的电镀进口和电镀出口,实现电镀。
水平电镀性能更优,但仍有较多问题需要解决。相较垂直电镀,尽管水平镀膜尚存在工艺设计难度高等问题,但优势已较为明显,主要包括:
1)省去了电镀设备进出料端电池片在水平方向与垂直方向之间的转换过程,生产效率更高;
2)不使用挂具,降低了破片率;
3)通过平躺流片的方式,改善了电镀不均匀的问题,降低电镀液使用量。
2)后处理。去除感光胶层和种子层等。
通过碱性溶液,去除硅片正、背面的感光胶层,通过金属蚀刻溶液,去除硅片正、背面的铜栅线区域外的铜种子层。
铜电镀技术相较银浆丝网印刷技术,可以同时兼顾降本和提效。提效端:铜电镀当前效率较银浆提升0.2%,随着工艺优化,预计未来电镀铜较银浆可以提效0.3%-0.5%,其原理是铜电镀可以减少光学损失和电学损失:
1)银浆是混合物,而铜栅线是纯铜,故铜栅线的电阻率比银浆低;
2)铜栅线线宽较细,而低温银浆的粘稠性使得制成的栅线线宽较宽,更细的栅线光学损失更小。
降本端:使用铜代替银能有效降低金属化成本。
电镀铜短期内量产成本0.12元/W,预计远期成本可以降至0.08元/W左右,大幅低于丝网印刷成本。
我们估计当前电镀药水/掩膜材料/设备折旧/运行费用为0.03/0.03/0.02/0.04元/w,据我们测算,未来随着设备产能增加、材料成本下降,预计成本还有接近50%的下降空间。
目前铜电镀尚处于产业化导入阶段,部分领先设备已在下游有验证。
图形化厂商中迈为股份、芯碁微装进展较快,芯碁微装激光直写样机已交付;电镀厂商中捷得宝、罗博特科进展较快,捷得宝为海源复材一期MWHJT提供铜电镀设备,目前产能已实现片/h,双面镀铜,良率95%以上。
2.3.40BB:降银1/3,蓄势待发
0BB能够降低1/3的银耗。0BB即无主栅技术,在电池片中取消了主栅,采用互联焊带与电池辅栅相连。
目前主流HJT玩家银耗已降至18mg/W左右,其中主栅8mg,副栅10mg,0BB后银耗将进一步下降至12mg/W。
2.3.5激光转印、钢板印刷:新兴金属化技术
激光转印、钢板印刷可以解决传统丝网印刷存在的缺陷。
传统丝网印刷存在印刷速度低、容易堵网、栅线过宽等问题,因此设备厂商都在尝试使用更适合HJT的印刷技术,目前具有代表性的主要包括帝尔激光的激光转印技术和迈为股份的钢板印刷技术。
非接触印刷减少裂片风险,激光印刷正在验证。
激光转印是一种新型的非接触式的印刷技术,原理是通过降低栅线宽度以达到缩减银耗量的目的。帝尔激光公司通过激光转印技术在PERC电池上验证的银浆耗量节省约30%。
而HJT电池栅线宽度大,银耗量高,预计该技术在HJT电池上带来的银耗量减少效果会更加显著。
HJT电池
目前采用丝网印刷的线宽约40um,激光转印有望做到22um,并实现更均匀、更细的栅线;另外,传统挤压式印刷下硅片过薄容易破碎,而使用非接触式的激光转印有助于硅片减薄。
钢板印刷有望取代丝网印刷成降低银耗新路线。
与传统丝网印刷相比,钢板印刷采用平整、超强材质的合金钢片为原材料,较丝网印刷的钢丝+PI结构具有更高的稳定性和更长的使用寿命。
同时,钢板印刷的细栅部分是%的无遮挡结构,克服了丝网印刷技术下栅线高低起伏、不均匀的问题,从而提高电学性能。
根据迈为股份公告,在银浆耗量上,由于栅线印刷区域为全开口结构,印刷高度均匀,在制造相同效率电池的情况下,净节省20%左右的银浆。
目前,钢板印刷已经通过了迈为股份实验室和中试线的测试,华晟和迈为也进行了合作并完成了初步测试。
2.4降本之非硅成本#2:靶材降本多管齐下,少铟化是核心目标
设备优化+回收+叠层设计助力少铟化。目前市场主流制备TCO薄膜的路线为PVD,使用的靶材为ITO和AZO。
在设备端,通过优化载板设计和磁场设计,可把铟耗量降低至20mg/W;其次,生产过程中PVD挡板、托盘中也会残留ITO,回收利用该部分ITO的成本约-元/kg,远低于原生铟的成本-0元/kg;ITO+AZO叠层设计可实现效率相当情况下铟用量降低50%。
根据迈为股份于苏州产业建设大咖会上披露,24年HJT将实现铟含量低于1mg/W,甚至完全无铟。
2.5降本之非硅成本#3:设备投资额未来仍有下降空间
设备国产化进程加速,未来有望降至2.5-3亿元/GW。
在年之前,HJT设备未能实现国产化,主要依赖进口,成本约为10~20亿元/GW。
年后内厂商开始推进设备国产化替代进程,目前国内设备龙头企业迈为、捷佳、钧石均已具备HJT整线设备供应能力,单GW投资金额由早期的10亿元以上下降到现在的3.5-4亿元,设备产能也提升至单台-MW。
据Solarzoom预计,随着核心零部件国产化(如真空泵、电源国产化等)降价,以及设备产能提升进一步摊薄成本,24年HJT整线设备成本有望降至2.5-3亿元/GW。
三、HJT尚受成本限制,多路径降本后产业化将至3.1HJT目前成本仍较高,多因素持续推进降本
提效降本持续推进,预计23年组件端成本打平PERC。
由于HJT银浆成本、设备折旧、靶材成本较高,我们测算当前时点HJT电池端非硅成本0.33元/w,电池端成本较PERC高出接近0.2元/w。
当前时点HJT尚不具备经济性,短期内仍将以降本提效为突破口,目前进展较快的包括双面微晶、转光膜、um-um薄硅片、0BB等,随着这些手段陆续导入,我们预计23年HJT组件端成本将打平PERC,具体降本增效进展包括:
1)当前单面微晶提效0.5-0.6pct,双面微晶可再提效0.3pct,随着后续工艺优化,双面微晶仍有进一步提效空间。产业链进展方面,进展较快的有华晟二期单面微晶项目,公司预计将在23Q1满产,迈为双面微晶设备已发货至金刚酒泉项目,公司预计23Q1将出片,23年双面微晶大规模导入;
2)硅片减薄至-um,目前金刚光伏的吴江产线已全面量产使用um硅片,同时下一步目标是um硅片的导入,华晟自建um半片切割产能即将导入,根据我们测算,硅片厚度每下降10um,单瓦硅耗降低约0.1g/w;
3)当前主流玩家银耗18mg/W(主栅8+副栅10),0BB后耗量有望下降至12mg/W,按银价0元/kg测算,浆料成本将降至7分/W;
4)转光膜可提升组件功率1.5%-2%,华晟已与赛伍签订2年10GW订单,爱康导入在即。
3.2经济性限制短期产能投放,大量规划产能待落地
由于22年HJT尚不具备经济性,故22全年落地产能仅11GW左右。随着薄硅片+银包铜+0BB+微晶化等降本提效工艺导入,HJT经济性逐步凸显,各路玩家纷纷入局,我们预计23年HJT新增产能将达60GW以上,23年全行业产出20GW。
老牌龙头中东方日升进展较快,根据公司披露,截至22Q3,日升异质结组件出货MW,23年将有5GW产能达产,其他老牌玩家如通威、隆基、晶澳均有技术储备,目前通威采用理想万里晖PECVD设备HJT电池最高转换效率已达到25.18%,并已形成1.4GWHJT产能,隆基HJT效率突破26.81%,刷新世界纪录。
新入局玩家主要以华晟、爱康、金刚玻璃等为主,其中进展较快的:
1)华晟安徽一期已满产,公司预计二期mm单面微晶23Q1满产,23年总产能将达15GW;
2)金刚光伏酒泉项目双面微晶设备已到场,公司预计23Q1将出片,23年产能将达6GW;
3)爱康湖州规划3条MW量产线,采用迈为整线设备,目前第一条线已出片,公司预计另外两条线也有望今年上半年投产。
四、报告总结基本面上看,我们测算当前HJT电池端非硅成本0.33元/W,即使考虑到硅片减薄带来的非硅成本下降,电池端总成本较PERC仍高出接近0.2元/W。
受制于当前较高成本,当前HJT尚无法盈利,但多种降本增效技术已如箭在弦,短期内有望密集落地。
随着薄硅片+银包铜+0BB+微晶化+转光膜等降本提效工艺导入,我们预计23年HJT组件端成本有望打平PERC,经济性凸显后,HJT扩产规模有望超市场预期,应密切