PERC和HJT帶來光伏電池設備新時代!

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北極星太陽能光伏網訊:一、PERC 和 HJT 是電池技術的未來

光伏電池技術路線。目前晶矽類電池的技術方向包括單晶和多晶。多晶電池逐漸向黑矽方向升級。單晶包括 P 型和 N 型。P 型電池中 PERC 技術逐漸成為主流，疊加 SE（選擇性發射極）技術，電池效率 逐漸提升。但是 P 型電池有其轉換效率的極限，而 N 型電池成為未 來高轉換效率的方向，目前包括 PERT、TOPCon（隧穿氧化鈍化接觸）、 IBC（全背電極接觸）、HJT（異質結）四種技術路徑。下面將分別對 各種技術路徑進行講解。

1）PERC 目前技術比較成熟、性價比比較高，技術相對容易，設備 完成了國產化，最高效率達到 22%，成為這兩年高效電池主要擴產的 技術，疊加 SE（選擇性發射極)技術，預計到 2020 年前依然是光伏 電池主流技術。

2）N-PERT 可實現量產，技術難度容易，設備投資較少。但是與雙面 P-PERC 相比沒有性價比優勢，已經證明為不經濟的技術路線。

3）HJT 效率可達 23%-24%，工序少、可實現量產，目前已經有松下、 晉能、中智、鈞石等公司布局。但是其設備貴、投資成本高，成為阻 礙其大規模產業化的一點。

4）TOPCon 背面收光較差，量產難度很高，目前有布局的企業包括：LG、REC、中來等。

5）IBC 效率最高，可以達到 23.5%-24.5%，技術難度極高，設備投資 高，成本高，國內尚未實現量產，目前布局的企業包括 LG、中來、 sunpower。

從以上的對比來看，PERC 和 HJT 技術將是未來光伏電池技術的 發力方向，也是目前企業產能重點布局的地方。

傳統光伏電池的生產工藝。目前常規的電池是 P 型電池。傳統的 電池生產流程，包括從矽片出發經歷清洗制絨、擴散制結、刻蝕、去 除磷矽玻璃、PECVD 鍍反射膜、絲網印刷、烘乾燒結、分類檢測等 工藝，完成電池的製造。

PERC 電池工藝介紹。與常規單晶電池工藝相比，PERC 單晶電 池主要增加了背面鈍化和雷射打孔兩道工藝。背面鈍化工藝在矽片背面沉積三氧化二鋁和氮化矽，對矽片背面進行鈍化。三氧化二鋁由於 具備較高的電荷密度，可以對 P 型表面提供良好的鈍化；氮化矽主要作用是保護背部鈍化膜，並保證電池背面的光學性能。雷射打孔工藝是利用一定脈衝寬度的雷射去除部分覆蓋在電池背面的鈍化層和氮化矽覆蓋層，以使絲網印刷的鋁漿可以與電池背面的矽片形成有效接 觸，從而使光生電流可以通過 Al 背場導出。

HJT 電池結構。HJT 電池以 N 型單晶矽(c-Si)為襯底光吸收區， 經過制絨清洗後，其正面依次沉積厚度為 5-10nm 的本徵非晶矽薄膜 (i-a-Si:H)和摻雜的 P 型非晶矽(p-a-Si:H)，和矽襯底形成 p-n 異質結。矽片的背面又通過沉積厚度為 5-10nm 的本徵非晶矽薄膜(i-a-Si:H)和 摻雜的 N 型非晶矽(n-a-Si:H)形成背表面場。最後電池的兩面沉積 TCO（透明氧化物導電薄膜），然後用絲網印刷的方法在 TCO 上製作 Ag 電極。

HJT 電池工藝介紹。HJT 電池工藝主要包括制絨、非晶矽沉積、TCO 沉積、絲網印刷。非晶矽沉積主要使用 PECVD 方法。TCO 薄 膜沉積目前有兩種方法：RPD(反應等離子體沉積)和 PVD（物理化學 氣象沉積）。住友重工擁有 RPD 的專利，而 PVD 技術發展成熟，提 供給設備的廠家較多。

我們認為電池技術迭代是促進行業降本增效的動力。PERC 技術成熟、設備國產化率高，疊加 SE（選擇性發射極）進一步提升效率，預計到 2020 年前依然是高效電池擴產的主流技術。N 型電池是未來高效電池的發展方向，其中 N-PERT 技術與雙面 PERC 電池對不性價比不明顯，TOPcon 量產難度高，而 IBC 技術雖然轉換效率較高，但是未有量產實績，HJT 由於工序少、國內已有企業量產，成為高效電池未來的發展方向，但是其目前的阻礙是設備投資較貴。從以上的對比來看，PERC 和 HJT 技術將是未來光伏電池發展的主要方向，也是企業重點進行產能布局的地方。我們認為在 PERC 和 HJT 技術布局的設備企業最終將走出來，成為成長性的公司。

二、PERC 產能快速擴充，帶來電池設備企業高速增長

1、市場空間：PERC 大量擴產，帶來訂單

高效電池產能依然處於緊平衡的狀態。光伏要實現平價上網，要光伏各個環節的降本增效，主要通過各個環節的技術創新進步。在電池片環節，我們認為高效電池是未來的方向，目前光伏高效電池主流技術包括 PERC 和 N 型技術。

我們來觀察高效電池是否能滿足下遊的需求。以 2018 年來看，PERC+N 型合計產能為 72GW，不能滿足全球 103GW 的裝機需求。到 2020年 PERC+N 型合計產能為 132GW，依然處於一個緊平衡的狀態。如果按照 2021 年，中國實現平價上網，全球光伏新增裝機有望達到 200GW，高效電池產能遠遠不能滿足需求，未來 PERC+N 型的產能會持續擴充中。

PERC 由於只需要在傳統電池工藝基礎上增加兩個工序即可提升效率，升級方便，是目前高效電池的主流技術。國內以通威、愛旭、隆基等電池片龍頭企業依然在大幅度擴產 PERC 產能。2020 年前 PERC 依然是電池產能的擴產主流。

參考隆基寧夏樂葉年產 5GW 的 PERC 電池項目設備工具購置費 用明細。我們可以看到 1GW 的 PERC 電池需要的設備投資額大約為 4.97 億元，其中工藝設備為 3.53 億元，檢測設備為 0.26 億元，自動 化設備 1.08 億元。單獨來看，背鈍化投資額最大，1GW 投資額為 1.08 億元；管式 PECVD 第二，1GW 需要設備數量為 11 臺，投資額 0.46 億元；制絨 1GW 需要設備 5 臺，投資額 0.34 億元；印刷線 1G 需要 設備 5 臺，投資額為 0.58 億元。其他設備包括擴散、雷射摻雜、刻 蝕、退火、雷射開槽、印刷線、燒結爐等。

2019-2021 年 PERC 電池設備累計市場空間為 315 億元。參考寧夏隆基樂葉年產 5GW 的 PERC 電池項目設備工具購置費用明細，暫不考慮設備降價的因素，測算得出到 2019-2021 年 PERC 電池設備累計市場空間為 315 億元。其中工藝設備市場空間為 221 億元，檢測設備市場空間為 16 億元，自動化設備市場空間為 63 億元。

具體到細分設備，2019-2021 年市場空間：制絨設備 21.4 億元、擴散設備 13.9 億元、刻蝕設備 9.5 億元，退火設備 13.9 億元，背鈍化設備 63 億元、PECVD 設備 28.4 億元、印刷線 36.5 億元、雷射開槽設備 10.7 億元、雷射摻雜設備 10.1 億元。

2、PERC 電池設備企業國內競爭力強，預計未來設備格局 將趨於穩定

目前國內設備企業在各個 PERC 電池設備都具備了競爭力，與國外企業的技術相比不相上下甚至超過。下面對重點設備進行介紹。

1）制絨設備

制絨是利用鹼對單晶矽表面的各向異性腐蝕，工業生產中一般採 用成本較低的氫氧化鈉或氫氧化鉀稀溶液來製備絨面。利用 Si 在稀 NaOH 溶液中的各向異性腐蝕，在矽片表面形成 3-6 微米的金字塔結 構。理想的絨面效果：金字塔大小均勻，覆蓋整個表面，相鄰金字塔之間沒有空隙，具有較低的表面反射率。單晶矽的絨面製備，能夠有效地提高電池轉換效率，由於市場的變化，對絨面質量的要求也變的越來越高。如何做出高質量的絨面，不僅僅是工藝技術的問題，還需要與優異的設備進行配合，而設備的相關性能也決定了工藝的效果。目前制絨設備技術指標控制嚴格的包括：工藝溫度、溶液均勻性、產能等。為了保證反應條件的一致性，溫控精度要在±1 ℃；溶液均勻性和產能也是重要的考察點。目前國內外的設備廠家包括 RENA、施密德、捷佳偉創、晶洲裝備等。國內以捷佳偉創為代表的設備企業在產能、控溫精度、自動配補液精度等方面的性能已經達到世界先進水平。

2）擴散設備

擴散主要是電池片制 PN 結的過程，擴散工藝的好壞直接影響電 池片效率的多少。擴散的方法包括：三氯氧磷(POCl3)液態源擴散、 噴塗磷酸水溶液後鏈式擴散、絲網印刷磷漿料後鏈式擴散。目前國內 多採用第一種方法：三氯氧磷(POCl3)液態源擴散，其具有穩定、可 控性強等優點。POCl3 液態分子在 N2 載氣的攜帶下進入爐管，在 高溫下經過一系列化學反應磷原子被置換。POCl3 在高溫下(>600℃) 分解生成五氯化磷(PCl5)和五氧化二磷(P2O5)，POCl3 分解產生的 P2O5 澱積在矽片表面，P2O5 與矽反應生成 SiO2 和磷原子，並在矽 片表面形成一層磷-矽玻璃，然後磷原子再向矽中進行擴散。擴散設 備的核心技術指標是擴散方阻均勻性，其他指標包括控溫精度和穩定 性、工藝時間等。擴散爐的提供廠家包括 Tempress、Centrotherm、捷 佳偉創、豐盛裝備、北方華創、電科 48 所等。

3）鈍化和 PECVD 設備

傳統 PECVD 工藝主要是鍍反射膜：製作減少矽片表面反射的 氮化矽薄膜。高效 PERC 電池工藝中增加了背面鈍化工藝，背面鈍化 工藝在矽片背面沉積三氧化二鋁和氮化矽，對矽片背面進行鈍化。

目前 PERC 電池中鈍化工藝包括兩種方式：一種是使用 PECVD （等離子體化學氣相沉積）設備一次性完成三氧化二鋁和氮化矽膜的 層疊；二是使用 ALD（原子層沉積）設備完成三氧化二鋁鍍膜；PECVD 完成氮化矽鍍膜。ALD 工藝過程中，將不同的反應前驅物以氣體脈 衝的形式交替送入反應室中，因此並非一個連續的工藝過程。相對於 傳統的沉積工藝而言，ALD 在膜層的均勻性、階梯覆蓋率以及厚度 控制等方面都具有明顯的優勢。

ALD（原子層沉積）設備獨立完成三氧化二鋁鍍膜，ALD 鍍膜 具有低溫沉積、速度慢、膜質好等優點，但是穩定性待檢驗；設備廠 家包括：solay tec、理想能源、江蘇微導等。

PECVD 分為板式 PECVD 和管式 PECVD。板式 PECVD 鈍化膜 生長及氮化矽覆膜集成一體，設備及工藝相對穩定，市場暫時領先， Meyer Burger 公司優勢突出。

管式 PECVD：用石英管作為沉積腔室，使用電阻爐作為加熱體， 將一個可以放置多片矽片的石墨舟插進石英管中進行沉積。其膜質較好，有增加氮化矽提升鈍化效果潛力，少量試產，損傷及繞鍍現象待 檢驗，設備廠家包括 Centrotherm、捷佳偉創、豐盛裝備。

4）絲網印刷

絲網印刷設備主要是依次完成背場、背電極、正柵線電極的製作。一條印刷線一般包括 3 套印刷機，分別是背電極印刷、鋁背場印刷、 正電極印刷，如果有二次印刷，添加 4 號印刷機，在第一層漿料基礎 上，相同位置進行第二次印刷，實現更窄、更高導線的印刷。目前絲 網印刷機的廠家包括 Baccini、邁為股份、科隆威等。

5） 雷射開槽&雷射摻雜設備

雷射開槽設備主要用在 PERC 電池的雷射開槽，利用一定脈衝寬 度的雷射在去除部分覆蓋在電池背面的鈍化層和 SiNx 覆蓋層，以使 絲網印刷的鋁漿可以與電池背面的矽片形成有效接觸，從而使光生電 流可以通過 Al 層導出。

SE（選擇性發射極)中使用到雷射摻雜設備，是採用擴散時產生 的磷矽玻璃層作為摻雜源進行雷射掃描，形成重摻雜區。

目前雷射開槽和雷射摻雜的設備提供商包括帝爾雷射、大族雷射、 邁為股份。

PERC 電池設備國產化率高。目前國內 P 型電池設備國產化率較 高，除了技術要求極高的板式 PECVD、以及國外性價較高的快速燒 結爐需要進口外，其他國內設備廠家已經具有很強的競爭力，在下遊 客戶降本增效的需求下，市場佔有率持續提高。

根據通威的公告：通威合肥太陽能二期 2.3GW 高效晶矽電池片 項目，在前期成都一期項目、合肥技改項目大量引入了國產設備免費 試用，如：印刷線試用邁為、科隆威設備，PECVD、制絨工序試用 捷佳創設備。在經過一段時間驗證國產設備可靠性後，為充分降低投資成本、提高收益，公司在招標中大量選購國產設備，「合肥太陽能 二期 2.3GW 高效晶矽電池片項目」原主要設備約 90%需要進口，現 該比例已降至約 20%。

目前國內設備都取得了快速的進步，市場佔有率快速提升，都在 各自的優勢領域佔據了較高的市場佔有率（50%以上）：捷佳偉創在 制絨、擴散、刻蝕、PECVD 等設備領域；邁為股份在絲網印刷設備；帝爾雷射在雷射摻雜、雷射開槽設備。這些設備公司的客戶基本覆蓋 了下遊的主流電池企業。隨著 PERC 產能的陸續投建，這些企業都獲 得了大量的設備訂單，獲得了更快的成長。

三、HJT 產業化和設備國產化加速推進

1、HJT 企業加大布局，加速產業化

HJT 電池與傳統電池相比具有工藝相對簡單、無 PID 現象、低溫 製造工藝、高效率（P 型單晶矽電池高 1-2%）、高穩定性、可向薄型化發展等優點，成為未來高效電池的發展方向，國內企業持續發力 HJT 電池，使得 HJT 電池加速產業化。

①結構對稱、工藝簡單、設備較少。HJT 電池是在單晶矽片的兩面分 別沉積本徵層、摻雜層和 TCO 以及雙面印刷電極。其結構對稱、工 藝相對簡單。

②低溫製造工藝。HJT 電池採用矽基薄膜工藝形成 p-n 結髮射區，制 程中的最高溫度就是非晶矽薄膜的形成溫度(200℃)，避免了傳統晶體 矽電池形成 p-n 結的高溫(950℃)。可以降低能耗、減少對矽片的熱損 傷。

③獲得較高的轉換效率。HJT 電池中的本徵薄膜能有效鈍化晶體矽和 摻雜非晶矽的界面缺陷，形成較高的開路電壓。

④由於電池上表面為 TCO 導電玻璃，電荷不會在電池表面的 TCO 上 產生極化現象，PID 現象（電勢誘導衰減）。

HJT 電池由於其較高的轉換效率，工序少以及已經有量產實績， 成為下一代高效電池的主要發展方向。但是其目前的阻礙主要在於工藝要求嚴格、需要低溫組件封裝工藝、設備投資高、透明導電薄膜成 本高。

HJT 量產的難度。HJT 的優勢明顯，工藝步驟簡單、轉換效率 高、發電性能優異，關鍵在於如何擴大產業化，在成本上提升競爭力。

HJT 的性價比主要通過成本和轉換效率的對比。PERC 轉換效率 達到 22%，HJT 效率可達 23%-24%，HJT 相比 PERC 在轉換效率上 有1-2%的提升。根據目前情況來看，HJT的成本與PERC相比在15~30% 就有競爭優勢。

對東方日升 2.5GW 的建設項目進行分析，其中佔比較高的包括 原材料和製造費用，原材料中佔比較大的包括矽片、銀漿等。則要降 低 HJT 的成本，包括降低原材料成本和製造費用，主要途徑包括矽 片薄片化、降低銀漿、BOM 材料國產化、設備成本降低等。

降低銀漿包括：降低低溫銀漿的用量或者成本，國產低溫銀漿有望快速應用。部分廠商嘗試了其他金屬化的技術，包括賽昂的基於銅 電鍍技術進行改進的電鍍技術、MeyerBurger 的 SmartWire 技術。

設備方面，根據晉能介紹，其第一條線投資成本為 2 億元/100MW （20億元/1GW），第二條線降低到了0.9億元/100MW(9億元/1GW)， 未來的目標是降至 0.4 億元/100MW(4 億元/1GW)。設備未來的投資 額有望快速向 PERC 靠近，主要靠國產設備的使用以及成本降低。

國內已有量產實績,企業加大布局。目前 HJT 量產的以國外松下/ 三洋最為成熟，已經有 1GW 的量產實績，而國內在 2018 年的實際產 能為 850MW，多為企業前期規劃建設的 1、2 條線。國內福建鈞石與 松下合作，目前有 1000MW 的產能；通威一期建設產能 200MW，2019 年 6 月份實現了第一片的 HJT 電池片下線。中智實現了 2000 MW 的 產能。而從規劃來看，國內企業呈現出較大的信心，目前已經規劃了 33.3GW 的產能，國內發展 HJT 電池的企業呈現出資本投入大，有新 玩家出現，而技術通過合作和研發解決，主要是 HJT 目前處於產業 化初期，企業都在同一起跑線，新進入者希望在這領域實現彎道超車。

2、HJT 電池設備市場空間大，設備國產化加速推進

HJT 電池設備投資成本高。HJT 的投資成本較高，根據東方日 升 2.5GW 高效太陽能電池的項目投資來看，其設備總的投資額為 25 億元，單 GW 投資額為 10 億元，遠高於 PERC 的設備投資額。按照 數量來看，單 GW 都需要配備 10 臺設備。按照不同設備類型來看， 非晶矽沉積設備投資額最大，單 GW 投資額為 4 億元；其次為 TCO （透明氧化物導電薄膜）沉積設備，單 GW 投資額為 2.75 億元。而 從制絨和印刷來看，單臺設備的價值量與 PERC 的設備價值量接近， 其中絲網印刷略高。

HJT 設備市場空間大。HJT 設備市場空間合計達 333 億元，超 過 PERC 三年累計 315 億元的市場，HJT 有望為設備企業帶來一個與 全新的市場。分設備來看，非晶矽沉積設備市場空間為 133.2 億元， TCO 沉積設備市場空間為 91.6 億元，絲網印刷設備市場空間為 58.3 億元，制絨設備市場空間為 25 億元。

HJT 電池設備以國外為主，國產企業加速國產化。HJT 電池的 生產流程包括制絨、非晶矽薄膜沉積、TCO（透明氧化物導電薄膜） 沉積、絲網印刷四步。對各個環節的設備國產化狀況進行分析。

①HJT 的制絨和絲網印刷與 PERC 技術相差不當。

②非晶矽薄膜沉積主要使用 PECVD（離子體增強化學氣相澱積） 方法，目前國外主流廠家為 Meyer Burge。國內廠家包括理想、鈞石 能源、邁為股份。其中理想萬裡暉已經實現了對客戶的出貨，鈞石能 源已經實現了在自身生產線上的應用。

目前主要使用的管式 PECVD 設備，用石英管作為沉積腔室，使 用電阻爐作為加熱體，將一個可以放置多片矽片的石墨舟插進石英管 中進行沉積。PECVD 主要由工藝管及電阻加熱爐、淨化推舟系統、 氣路系統、電氣控制系統、計算機控制系統、真空系統 6 大部分組成。PECVD 技術原理是利用低溫等離子體作能量源，樣品置於低氣壓下 輝光放電的陰極上，利用輝光放電(或另加發熱體)使樣品升溫到預定 的溫度，然後通入適量的反應氣體，氣體經一系列化學反應和等離子 體反應，在樣品表面形成固態薄膜。PECVD 方法區別於其他 CVD 方 法的特點在於等離子體中含有大量高能量的電子，它們可以提供化學氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可以促進氣體分子的分解、化合、激發和電離過程，生成活性很高的各種化學基團， 因而顯著降低 CVD 薄膜沉積的溫度範圍，使得原來需要在高溫下才 能進行的 CVD 過程得以在低溫下實現。成膜過程在真空中進行，大 約在 5～500Pa 範圍內。

③TCO 沉積包括 RPD（反應等離子體沉積）和 PVD（物理化學 氣象沉積）兩種方法。

RPD（反應等離子體沉積）技術主要由日本住友重工掌握，其設 備匹配自己生產的 IWO(氧化銦摻鎢)靶材製備 IWO 透明導電薄膜， 其採用蒸發鍍膜對襯底轟擊較小，IWO 薄膜電學性能明顯優於 PVD 製備的 ITO 薄膜。RPD 製備下的異質結電池總體比 PVD 約有 0.5~1%的效率優勢。松下公司採用的就是 RPD 工藝。住友重工持有 RPD 設 備與 IWO 靶材兩項專利技術，限制了該技術的發展。國內捷佳偉創 在獲得住友重工授權以後進行研發製造，並實現了在通威產線上的應 用。

目前用的較多的是 PVD 工藝（物理化學氣象沉積），採用直流磁 控濺射製備，其製備的一般是 ITO 薄膜，PVD 帶來了離子高轟擊， 損傷較大，ITO 薄膜的電學性能差於 IWO 薄膜。但是 PVD 技術較為 成熟，而且設備相對便宜。最近出現了用 PVD 製備新種類的 TCO 薄 膜，拉近了兩者的技術差距。大部分設備廠家也是採用此技術。國外 主流廠家為 Meyer Burger。國內包括鈞石能源、邁為股份、紅太陽等。

總體來看，RPD 的在 TCO 沉積上優於 PVD 技術，可以提高轉 換效率，從長遠來看是未來的趨勢，但是需要解決成本和技術專利的 問題。目前來看，PVD 可能使用較為廣泛。

四、投資建議

光伏平價上網帶來光伏行業新一輪向上周期，平價上網要求行業降本增效，光伏電池設備在促進技術進步發揮中堅力量。PERC 電池新建產能有望持續維持高位，國產化設備企業有望獲得大量訂單。HJT電池產業化加快，國產設備逐步布局，HJT 電池將為設備提供翻倍以上的設備市場空間。

原標題:PERC和HJT帶來光伏電池設備新時代！

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