光伏設(shè)備行業(yè)分析-行業(yè)技術(shù)迭代產(chǎn)生新機(jī)遇

光伏設(shè)備行業(yè)分析：行業(yè)技術(shù)迭代產(chǎn)生新機(jī)遇1光伏設(shè)備分類和技術(shù)路徑的迭代1.1基本介紹：光伏設(shè)備分為硅料硅片設(shè)備、電池設(shè)備、組件設(shè)備三大領(lǐng)域光伏設(shè)備主要包括硅料硅片設(shè)備、電池設(shè)備、組件設(shè)備三大領(lǐng)域。光伏發(fā)電的基本原理是利用太陽(yáng)光照射光伏半導(dǎo)體產(chǎn)生的光電效應(yīng)來發(fā)電。太陽(yáng)能電池中存在大量的PN結(jié)，在太陽(yáng)光照射下，電池PN結(jié)上形成電位差，光伏電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，因此光伏電池的質(zhì)量決定著光電轉(zhuǎn)換效率，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心元器件。光伏電池中最重要的部分是PN結(jié)。采用不同的摻雜工藝，將P型（摻硼）半導(dǎo)體和N型（摻磷）半導(dǎo)體制作在同一塊基片上，它們的交界面形成的空間電荷區(qū)就稱作PN結(jié)。當(dāng)太陽(yáng)照射到光伏電池上時(shí)，由于光伏電池內(nèi)部的載流子濃度的不同，在PN結(jié)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)由N指向P的內(nèi)部電場(chǎng)，同時(shí)PN結(jié)附近的電子吸收能量成為自由電子，而電子原來的位置則形成了空穴。在內(nèi)部電場(chǎng)的作用下，自由電子會(huì)向N區(qū)移動(dòng)，而空穴會(huì)向P區(qū)移動(dòng)，當(dāng)外部電路連接電池的正負(fù)極形成閉合的回路時(shí)，自由電子在閉合回路中移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生電流。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游為硅料、硅片生產(chǎn)，中游為電池片生產(chǎn)，下游為組件生產(chǎn)以及光伏發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)施。單、多晶硅片的加工流程工藝的不同造成了光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本差異，單、多晶硅片的加工過程中，后段工序腐蝕、清洗基本相同，主要是前段工序有些差異。單晶拉棒需要在多晶硅的基礎(chǔ)上進(jìn)行深加工，需要在單晶爐里面生成單晶拉棒，將單晶拉棒用外圓切割機(jī)進(jìn)行切割，這種切割機(jī)通常刀片邊緣為金剛石涂層，比普通的切割機(jī)速度快，操作方便。單晶硅切割完成后，對(duì)單晶硅進(jìn)行外徑滾圓，由于單晶硅生長(zhǎng)時(shí)的熱振動(dòng)、熱沖擊造成單晶硅的直徑有一些起伏不均勻，因此為了使得單晶硅的直徑達(dá)到統(tǒng)一，對(duì)單晶硅進(jìn)行外徑滾圓操作。單晶硅外徑滾圓操作完成后，對(duì)單晶硅進(jìn)行切片操作，切片的目的是對(duì)單晶硅進(jìn)行厚度控制。單晶硅切片完成后，為了防止硅片邊緣破裂和晶格缺陷產(chǎn)生，需要對(duì)硅片進(jìn)行倒角操作。單晶硅倒角后，由于硅片在切片后表面會(huì)產(chǎn)生線痕，需要對(duì)單晶硅進(jìn)行研磨來改善單晶硅的翹曲度、平坦度。單晶硅研磨完成后，硅片切片后通常存在機(jī)械損傷和雜質(zhì)污染，需要對(duì)硅片進(jìn)行化學(xué)腐蝕，腐蝕后進(jìn)行化學(xué)清洗來清除硅片表面的污染源。單晶硅片清洗完成后進(jìn)行分選檢測(cè)即可包裝入庫(kù)。多晶硅片的加工工藝主要是前段工序與單晶硅片有區(qū)別，多晶硅首先進(jìn)行截?cái)嗵幚?，硅錠截?cái)嗪笱刂嗑Ч杈w生長(zhǎng)的方向，將硅錠切割成一定尺寸的長(zhǎng)方形硅塊。由于多晶硅進(jìn)行開方后會(huì)產(chǎn)生線痕，為了改善多晶硅表面的平坦度、平行度及損傷，需要對(duì)多晶硅進(jìn)行磨面處理。多晶硅進(jìn)行磨面處理后為了防止硅片邊緣破裂、晶格缺陷等需要進(jìn)行倒角處理，工藝后段的切片、腐蝕、清洗、分選檢測(cè)和單晶硅片類似。P型電池與N型電池的差別主要是原材料和制備技術(shù)。P型電池是由P型硅片（摻雜硼）制作而成，N型電池是由N型硅片（摻雜磷）制作而成。P型電池的主要的制備技術(shù)是鋁背場(chǎng)技術(shù)（AI-BSF）和現(xiàn)在的主流技術(shù)PERC技術(shù)。PERC（發(fā)射極及背面鈍化）是一種高效電池技術(shù)，PERC電池技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單，成本較低的特點(diǎn)，從開始導(dǎo)入就迅速在中國(guó)光伏企業(yè)普及，在2021年P(guān)ERC電池的市場(chǎng)占有率達(dá)到91.2%。隨著技術(shù)水平的不斷提高，PERC電池的效率逐漸逼近理論極限24.5%，N型電池逐漸成為下一代電池的主流方向。N型電池具有雙面率高、無光衰、弱光效應(yīng)好、轉(zhuǎn)換效率高、溫度系數(shù)低、載流子壽命更長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。N型電池技術(shù)路線中，現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模量產(chǎn)（>1GW）的技術(shù)路線有TOPCON、HJT、IBC三種路線，其他技術(shù)路線還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。對(duì)于常規(guī)的鋁背場(chǎng)電池技術(shù)（BSF），由于到達(dá)鋁背層的輻射光只有60%-70%能夠被反射，導(dǎo)致產(chǎn)生較多的光電損失，所以鋁背場(chǎng)電池技術(shù)具有先天的局限性，而PERC技術(shù)通過在電池的背面添加鈍化層，可以較大程度上減少反射導(dǎo)致的光電損失，提高電池的轉(zhuǎn)換效率。BSF的工藝主要是清洗制絨、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、制備減反射膜、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、分選七道工序，而將BSF產(chǎn)線改造為PERC產(chǎn)線不需另開產(chǎn)線，只需要增加鈍化疊層、激光開槽兩道工序就可以將BSF產(chǎn)線改造為PERC產(chǎn)線，相應(yīng)增加PECVD和激光開槽設(shè)備，這也是PERC電池技術(shù)從量產(chǎn)導(dǎo)入后能夠在光伏企業(yè)中迅速普及的原因。2013年在第28屆歐洲PVSEC光伏大會(huì)上，德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所首次提出了TOPCON電池結(jié)構(gòu)概念，即隧穿氧化層鈍化接觸電池。由于PERC電池的金屬電極和硅襯底直接接觸，半導(dǎo)體與金屬的接觸界面產(chǎn)生能帶彎曲，并且產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，對(duì)太陽(yáng)能電池的效率產(chǎn)生負(fù)面影響。但是，通過在電池方案中用薄膜將金屬和硅襯底隔離的方法減少少子復(fù)合，再在電池背面增加一層超薄氧化硅，沉積一層摻雜硅薄層，形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)，超薄氧化硅讓多子電子隧穿多晶硅層，阻止少子空穴的復(fù)合，可以降低金屬接觸復(fù)合電流，提升電池的轉(zhuǎn)換效率。前幾年P(guān)ERC電池技術(shù)路線處于降本增效的周期段，TOPCON的工藝復(fù)雜，產(chǎn)線良率低等問題突出，PERC在性價(jià)比上明顯好于TOPCON。然而經(jīng)過這幾年龍頭企業(yè)的推動(dòng)，TOPCON技術(shù)迎來了大的發(fā)展，目前TOPCON的量產(chǎn)效率在24-24.3%，相比PERC優(yōu)勢(shì)明顯，并且有望進(jìn)一步降低成本及提高效率。TOPCON與PERC技術(shù)路線工藝流程進(jìn)行對(duì)比，TOPCON相比PERC增加了硼擴(kuò)散設(shè)備、LPCVD/PECVD設(shè)備、離子注入機(jī)、退火爐、濕法刻蝕設(shè)備，其余設(shè)備和PERC產(chǎn)線基本一致。目前把PERC產(chǎn)線改造成TOPCON產(chǎn)線的改造成本是每GW在0.6億元左右，在TOPCON產(chǎn)線設(shè)備價(jià)值量中，擴(kuò)散設(shè)備、PECVD設(shè)備、印刷設(shè)備占整個(gè)產(chǎn)線的價(jià)值量分別是33%、17%、15%，每道工序設(shè)備價(jià)值量相差不是很大。TOPCON提效路徑相對(duì)清晰，25-26%的量產(chǎn)效率可期。光伏提效的技術(shù)路線從兩個(gè)大的方向來看，一方面是電學(xué)性能的改善，電學(xué)性能的改善方法主要包括鈍化優(yōu)化等。另一方面是光學(xué)性能的提升，光學(xué)性能的效率提升可以從材料吸光特性、柵線變細(xì)等方面著手。目前隆基在TOPCON實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率上達(dá)到了25.21%，隆基的TOPCON技術(shù)在行業(yè)領(lǐng)先。隆基對(duì)TOPCON實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率和理論效率做了歸因分析，發(fā)現(xiàn)效率損失的原因主要是遮光、復(fù)合等因素引起的，因此提效路徑清晰，隆基在TOPCON效率方面對(duì)柵線、陷光缺陷、高質(zhì)量硅片、增透膜、SE等方面做了優(yōu)化，優(yōu)化效果明顯。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SE工藝的添加對(duì)效率提升非常明顯，PERC技術(shù)路線中SE采用的是ns綠光，然而ns綠光能量過大會(huì)對(duì)硅片造成損傷，所以光源方案的選擇對(duì)TOPCON的SE很重要。從隆基、晶科等行業(yè)龍頭的TOPCON優(yōu)化方案中可以看出，柵線、SE、高質(zhì)量硅片已經(jīng)成為了行業(yè)公認(rèn)的提效發(fā)力點(diǎn)，未來幾年提效路徑清晰。TOPCON的降本空間比較大，目前TOPCON技術(shù)的改造成本相比HJT更容易讓有歷史產(chǎn)能的下游企業(yè)接受認(rèn)可，目前PERC現(xiàn)有存量在300GW以上，可能有相當(dāng)一部分需要升級(jí)到TOPCON,短期上量的規(guī)模更大，TOPCON有望因規(guī)模效應(yīng)而進(jìn)一步降低成本。TOPCON的銀漿耗量相比PERC高出20%以上，未來有望隨著多主柵組件串焊機(jī)的使用而進(jìn)一步降低銀漿耗量，目前TOPCON的石英管耗材3-6個(gè)月需要更換一次，未來有望隨著工藝優(yōu)化而進(jìn)一步降低耗材成本。異質(zhì)結(jié)（HJT）電池本名是本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池。HJT最開始是由日本三洋公司在1990年研發(fā)出來的，在正面是透明導(dǎo)電氧化物膜（TCO）、P型非晶硅膜及本征富氫非晶硅薄膜；在背面是TCO透明導(dǎo)電氧化物膜，N型非晶硅薄膜及本征非晶硅膜。異質(zhì)結(jié)電池的制造工藝流程比較簡(jiǎn)單，首先對(duì)半導(dǎo)體硅片進(jìn)行清洗制絨，然后在正反面沉積非晶硅薄膜、TCO,再經(jīng)過絲網(wǎng)印刷或者電鍍工藝在電池兩面制作出金屬電極，最后經(jīng)過低溫固化工藝完成異質(zhì)結(jié)電池的制造。HJT技術(shù)成熟，電池光電轉(zhuǎn)換效率高，HJT高雙面率、低衰減、低溫系數(shù)等技術(shù)特征，使得全生命周期的發(fā)電比PERC更具優(yōu)勢(shì)。異質(zhì)結(jié)工序中，非晶硅膜沉積及TCO膜沉積兩道工序設(shè)備價(jià)值量占到整條生產(chǎn)線的75%，是產(chǎn)線設(shè)備價(jià)值量最高的部分。HJT的優(yōu)勢(shì)是工序少、工藝簡(jiǎn)單、良率高、較高的轉(zhuǎn)換效率。HJT后續(xù)的提效路徑相對(duì)清晰，優(yōu)化提效方法包含非晶硅晶化率、靶材及銀漿材料優(yōu)化、無主柵設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。在非晶硅的晶化率方面，一旦非晶硅的晶化率提高，它的電導(dǎo)率就會(huì)相應(yīng)地提高，自吸率就會(huì)相應(yīng)下降，從而減少ITO橫向的電導(dǎo)壓力，實(shí)現(xiàn)非晶硅更好的鈍化效果。在靶材及銀漿材料方面，靶材的選擇對(duì)薄膜的光電特性有重要的影響，影響到電池轉(zhuǎn)換效率。TCO鍍膜技術(shù)包含PVD和RPD技術(shù)，PVD采用ITO或者SCOT靶材，現(xiàn)在ITO靶材技術(shù)相對(duì)成熟，其中ITO靶材中的錫含量越低，電池的轉(zhuǎn)換效率就越高。而RPD技術(shù)中，RPD主要采用IWO和ICO靶材技術(shù)，新型的ICO靶材載流子遷移率高于IWO的載流子遷移率，有望優(yōu)化薄膜的性能，提高電池轉(zhuǎn)換效率。HJT的低溫銀漿電阻率相對(duì)較高，PERC電池中采用的高溫銀漿在燒結(jié)過程中部分熔融形成電阻低的銀電極，而目前的HJT電池工藝中的成型溫度達(dá)不到銀粉熔融的要求，因此HJT的電阻較高，后續(xù)可以通過低溫銀漿的材料優(yōu)化降低電阻率。一方面，銀粉的尺寸、形貌在銀漿中達(dá)到好的密度堆積狀態(tài)，減少固化后的銀漿內(nèi)部孔洞的密度。另一方面，銀含量的提升及電極固化后的體積變化率。這些措施都可以降低銀漿的電阻從而提高HJT的電池效率。無主柵技術(shù)方面，無主柵技術(shù)保留傳統(tǒng)的絲網(wǎng)印刷，通過將垂直于細(xì)柵的柵線覆蓋在細(xì)柵上，形成交叉的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，用金屬線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接帶實(shí)現(xiàn)電池互聯(lián)，從而提升光照面積并且降低電阻。HJT的降本空間很大，HJT的降本方式有硅片減薄、銀漿耗量下降、低溫銀漿國(guó)產(chǎn)化、靶材國(guó)產(chǎn)化、設(shè)備疊加腔體及增大載板等。在硅片減薄方面，基于對(duì)稱結(jié)構(gòu)和低溫工藝，HJT比PERC電池更易于實(shí)現(xiàn)薄片化，而薄片化有望使得硅料用量下降。在銀漿耗量方面，電池端可以通過銀包銅等技術(shù)降低單片銀漿耗量。在低溫銀漿國(guó)