光伏設備行業分析：行業技術迭代產生新機遇1光伏設備分類和技術路徑的迭代1.1基本介紹：光伏設備分為硅料硅片設備、電池設備、組件設備三大領域光伏設備主要包括硅料硅片設備、電池設備、組件設備三大領域。光伏發電的基本原理是利用太陽光照射光伏半導體產生的光電效應來發電。太陽能電池中存在大量的PN結，在太陽光照射下，電池PN結上形成電位差，光伏電池將光能轉換為電能，因此光伏電池的質量決定著光電轉換效率，是光伏發電系統中的核心元器件。光伏電池中最重要的部分是PN結。采用不同的摻雜工藝，將P型（摻硼）半導體和N型（摻磷）半導體制作在同一塊基片上，它們的交界面形成的空間電荷區就稱作PN結。當太陽照射到光伏電池上時，由于光伏電池內部的載流子濃度的不同，在PN結會產生一個由N指向P的內部電場，同時PN結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。在內部電場的作用下，自由電子會向N區移動，而空穴會向P區移動，當外部電路連接電池的正負極形成閉合的回路時，自由電子在閉合回路中移動會產生電流。光伏產業鏈上游為硅料、硅片生產，中游為電池片生產，下游為組件生產以及光伏發電項目的實施。單、多晶硅片的加工流程工藝的不同造成了光伏發電系統的成本差異，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上進行深加工，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進行切割，這種切割機通常刀片邊緣為金剛石涂層，比普通的切割機速度快，操作方便。單晶硅切割完成后，對單晶硅進行外徑滾圓，由于單晶硅生長時的熱振動、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到統一，對單晶硅進行外徑滾圓操作。單晶硅外徑滾圓操作完成后，對單晶硅進行切片操作，切片的目的是對單晶硅進行厚度控制。單晶硅切片完成后，為了防止硅片邊緣破裂和晶格缺陷產生，需要對硅片進行倒角操作。單晶硅倒角后，由于硅片在切片后表面會產生線痕，需要對單晶硅進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械損傷和雜質污染，需要對硅片進行化學腐蝕，腐蝕后進行化學清洗來清除硅片表面的污染源。單晶硅片清洗完成后進行分選檢測即可包裝入庫。多晶硅片的加工工藝主要是前段工序與單晶硅片有區別，多晶硅首先進行截斷處理，硅錠截斷后沿著多晶硅晶體生長的方向，將硅錠切割成一定尺寸的長方形硅塊。由于多晶硅進行開方后會產生線痕，為了改善多晶硅表面的平坦度、平行度及損傷，需要對多晶硅進行磨面處理。多晶硅進行磨面處理后為了防止硅片邊緣破裂、晶格缺陷等需要進行倒角處理，工藝后段的切片、腐蝕、清洗、分選檢測和單晶硅片類似。P型電池與N型電池的差別主要是原材料和制備技術。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是鋁背場技術（AI-BSF）和現在的主流技術PERC技術。PERC（發射極及背面鈍化）是一種高效電池技術，PERC電池技術具有工藝簡單，成本較低的特點，從開始導入就迅速在中國光伏企業普及，在2021年PERC電池的市場占有率達到91.2%。隨著技術水平的不斷提高，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、弱光效應好、轉換效率高、溫度系數低、載流子壽命更長等優點。N型電池技術路線中，現在實現了小規模量產（>1GW）的技術路線有TOPCON、HJT、IBC三種路線，其他技術路線還處于實驗室研發階段。對于常規的鋁背場電池技術（BSF），由于到達鋁背層的輻射光只有60%-70%能夠被反射，導致產生較多的光電損失，所以鋁背場電池技術具有先天的局限性，而PERC技術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致的光電損失，提高電池的轉換效率。BSF的工藝主要是清洗制絨、擴散制結、刻蝕、制備減反射膜、絲網印刷、燒結、分選七道工序，而將BSF產線改造為PERC產線不需另開產線，只需要增加鈍化疊層、激光開槽兩道工序就可以將BSF產線改造為PERC產線，相應增加PECVD和激光開槽設備，這也是PERC電池技術從量產導入后能夠在光伏企業中迅速普及的原因。2013年在第28屆歐洲PVSEC光伏大會上，德國Fraunhofer太陽能研究所首次提出了TOPCON電池結構概念，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，半導體與金屬的接觸界面產生能帶彎曲，并且產生大量的少子復合中心，對太陽能電池的效率產生負面影響。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，形成鈍化接觸結構，超薄氧化硅讓多子電子隧穿多晶硅層，阻止少子空穴的復合，可以降低金屬接觸復合電流，提升電池的轉換效率。前幾年PERC電池技術路線處于降本增效的周期段，TOPCON的工藝復雜，產線良率低等問題突出，PERC在性價比上明顯好于TOPCON。然而經過這幾年龍頭企業的推動，TOPCON技術迎來了大的發展，目前TOPCON的量產效率在24-24.3%，相比PERC優勢明顯，并且有望進一步降低成本及提高效率。TOPCON與PERC技術路線工藝流程進行對比，TOPCON相比PERC增加了硼擴散設備、LPCVD/PECVD設備、離子注入機、退火爐、濕法刻蝕設備，其余設備和PERC產線基本一致。目前把PERC產線改造成TOPCON產線的改造成本是每GW在0.6億元左右，在TOPCON產線設備價值量中，擴散設備、PECVD設備、印刷設備占整個產線的價值量分別是33%、17%、15%，每道工序設備價值量相差不是很大。TOPCON提效路徑相對清晰，25-26%的量產效率可期。光伏提效的技術路線從兩個大的方向來看，一方面是電學性能的改善，電學性能的改善方法主要包括鈍化優化等。另一方面是光學性能的提升，光學性能的效率提升可以從材料吸光特性、柵線變細等方面著手。目前隆基在TOPCON實驗室轉換效率上達到了25.21%，隆基的TOPCON技術在行業領先。隆基對TOPCON實驗室的轉換效率和理論效率做了歸因分析，發現效率損失的原因主要是遮光、復合等因素引起的，因此提效路徑清晰，隆基在TOPCON效率方面對柵線、陷光缺陷、高質量硅片、增透膜、SE等方面做了優化，優化效果明顯。實驗發現，SE工藝的添加對效率提升非常明顯，PERC技術路線中SE采用的是ns綠光，然而ns綠光能量過大會對硅片造成損傷，所以光源方案的選擇對TOPCON的SE很重要。從隆基、晶科等行業龍頭的TOPCON優化方案中可以看出，柵線、SE、高質量硅片已經成為了行業公認的提效發力點，未來幾年提效路徑清晰。TOPCON的降本空間比較大，目前TOPCON技術的改造成本相比HJT更容易讓有歷史產能的下游企業接受認可，目前PERC現有存量在300GW以上，可能有相當一部分需要升級到TOPCON,短期上量的規模更大，TOPCON有望因規模效應而進一步降低成本。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的使用而進一步降低銀漿耗量，目前TOPCON的石英管耗材3-6個月需要更換一次，未來有望隨著工藝優化而進一步降低耗材成本。異質結（HJT）電池本名是本征薄膜異質結電池。HJT最開始是由日本三洋公司在1990年研發出來的，在正面是透明導電氧化物膜（TCO）、P型非晶硅膜及本征富氫非晶硅薄膜；在背面是TCO透明導電氧化物膜，N型非晶硅薄膜及本征非晶硅膜。異質結電池的制造工藝流程比較簡單，首先對半導體硅片進行清洗制絨，然后在正反面沉積非晶硅薄膜、TCO,再經過絲網印刷或者電鍍工藝在電池兩面制作出金屬電極，最后經過低溫固化工藝完成異質結電池的制造。HJT技術成熟，電池光電轉換效率高，HJT高雙面率、低衰減、低溫系數等技術特征，使得全生命周期的發電比PERC更具優勢。異質結工序中，非晶硅膜沉積及TCO膜沉積兩道工序設備價值量占到整條生產線的75%，是產線設備價值量最高的部分。HJT的優勢是工序少、工藝簡單、良率高、較高的轉換效率。HJT后續的提效路徑相對清晰，優化提效方法包含非晶硅晶化率、靶材及銀漿材料優化、無主柵設計等幾個方面。在非晶硅的晶化率方面，一旦非晶硅的晶化率提高，它的電導率就會相應地提高，自吸率就會相應下降，從而減少ITO橫向的電導壓力，實現非晶硅更好的鈍化效果。在靶材及銀漿材料方面，靶材的選擇對薄膜的光電特性有重要的影響，影響到電池轉換效率。TCO鍍膜技術包含PVD和RPD技術，PVD采用ITO或者SCOT靶材，現在ITO靶材技術相對成熟，其中ITO靶材中的錫含量越低，電池的轉換效率就越高。而RPD技術中，RPD主要采用IWO和ICO靶材技術，新型的ICO靶材載流子遷移率高于IWO的載流子遷移率，有望優化薄膜的性能，提高電池轉換效率。HJT的低溫銀漿電阻率相對較高，PERC電池中采用的高溫銀漿在燒結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不到銀粉熔融的要求，因此HJT的電阻較高，后續可以通過低溫銀漿的材料優化降低電阻率。一方面，銀粉的尺寸、形貌在銀漿中達到好的密度堆積狀態，減少固化后的銀漿內部孔洞的密度。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。無主柵技術方面，無主柵技術保留傳統的絲網印刷，通過將垂直于細柵的柵線覆蓋在細柵上，形成交叉的網格結構，用金屬線代替傳統的焊接帶實現電池互聯，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、低溫銀漿國產化、靶材國產化、設備疊加腔體及增大載板等。在硅片減薄方面，基于對稱結構和低溫工藝，HJT比PERC電池更易于實現薄片化，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降低單片銀漿耗量。在低溫銀漿國