原標題：「大國重器」系列中金 | 「大國重器」系列：HJT時代離我們還有多遠？HJT時代離我們還有多遠？
光伏電池片是將降本追求到極致的行業，技術進步是其永恆的追求，而技術的快速迭代也構成了光伏電池設備的核心驅動力。站在當前時點，我們認為隨著傳統PERC技術的降本增效面臨瓶頸，市場對新技術的追求將更加迫切，其中異質結(HJT)基於其種種優勢獲得了諸多廠家的青睞，有望成為下一代主流技術。本篇報告重點分析了HJT為什麼有希望成為下一代主流技術？HJT如何進行降本增效？HJT的發展路徑如何推演？哪些公司會收益？總體而言，若電池技術從PERC切換到HJT，我們認為設備端有望迎來新一輪的高速增長。
摘要
為什麼說HJT有希望成為新一代主流技術？異質結(Heterojunction with Intrinsic Thin Layer， HJT)全稱本徵薄膜異質結，其通過在P-N結之間插入本徵非晶矽層進行表面鈍化來提高轉化效率。基於HJT的諸多優點，其有可能會成為下一代主流技術：1)傳統HJT理論轉化效率或超27%；2)有衰減率低、溫度係數低、雙面率高、弱光效應等優點，全生命周期發電增益明顯；3)製程只有4步，可縮短生產步驟；4)作為平臺技術，與其他先進工藝疊加，有望進一步提高轉化效率。
HJT如何進行降本增效？我們預計HJT的降本增效路徑包括以下幾點：1)矽片減薄，HJT的對稱結構和低溫工藝讓其更容易實現薄片化；2)通過MBB、SWCT、銀包銅等技術降低銀漿耗量；3)低溫銀漿國產化後單價下降；4)靶材耗量和成本下降；5)設備通過提升產能和降低零部件成本實現成本下降；6)轉化效率提升到25%以上；7)自動化程度提升等帶來人員及能耗下降。HJT的降本增效需要產業鏈各個環節的配合，目前已有眾多廠家在各端發力促進行業的降本增效。
HJT的發展路徑如何推演？我們基於一系列參數假設，做出以下推演：1)2021~22年HJT有望進行中規模的量產。我們預測到2022年，HJT的生產成本與PERC(含PERC+)的差距有望縮小至~10%，但考慮到HJT全生命周期的發電增益以及低衰減優勢，HJT電池有望獲得一定銷售溢價，在部分市場的盈利能力將超過PERC。但考慮到存量的大規模PERC產能通過改造成PERC+或TOPCon也有望延長生命力，我們認為這段期間也將釋放出存量PERC升級的設備需求。2)2023年之後HJT有望進入大規模替換時代。我們預測2023年HJT將在生產成本端具備比PERC更低的優勢，屆時就算不考慮其銷售溢價，HJT也將具備比PERC的經濟優勢。
HJT技術對設備行業的影響如何？基於以上的路徑推演，我們預測到2023年行業有望釋放出超過150GW的HJT設備訂單，單GW設備投資額有望降至3億元/GW，總市場空間達450億元，是PERC時代投資高峰(2020年)的2倍以上。而在競爭格局上，我們認為在本次的技術迭代中，國產廠商無論在推動工藝改進，還是設備降本方面，都起到了引領作用。目前捷佳偉創和邁為股份都具備提供HJT整線的能力，鈞石、理想萬裡暉和金辰股份則在核心設備PECVD有較大突破。
風險
異質結降本過程不及預期，效率提升遇到瓶頸。
正文
為什麼說異質結技術有希望成為下一代主流技術？
隨著傳統PERC技術面臨提效降本瓶頸，行業對新技術的追求更加迫切。光伏電池片是典型的「技術驅動型」行業，提效和降本是企業不斷的追求。我們在2019年1月16日發布的報告《光伏設備2019投資手冊：技術迭代催生設備需求》中提到，PERC電池將成為新一代主流技術，帶來旺盛的設備擴產需求。現在來看，2019~2020年，我們估計PERC電池設備的行業訂單分別高達50GW/120GW，大幅超過2019年初的市場一致預期，也讓設備廠商如捷佳偉創、邁為股份、帝爾雷射等公司步入了發展快車道。
傳統PERC技術降本面臨瓶頸，市場開始把目光投向新興技術。過去兩年，傳統PERC電池片效率快速提升，生產成本不斷下降，到目前已經面臨著一定的發展瓶頸。站在當前時點，我們認為，電池片將向新的技術領域開拓，其中異質結、TOPcon、PERC+等新技術獲得了主流廠家的高度重視。考慮到異質結擁有潛在效率高、衰減低、溫度係數低、降本空間大等諸多優點，受到很多廠家和業界人士的青睞，或有可能成為下一代主流技術。同時，可在傳統PERC基礎上進行改造的TOPCon和PERC+技術也在快速發展，有望延長PERC路線的生命周期。本篇報告主要針對異質結技術做詳細的介紹，除了介紹基本原理、發展歷史和製備流程等基本內容外，我們還將分析其提效和降本的主要方法，並基於基礎假設進行降本路徑的預測，最後分析受益的投資標的。
光伏電池片轉化效率提升的機理介紹
光伏電池片發電原理
我們在報告《光伏設備2019投資手冊：技術迭代催生設備需求》詳細介紹了光伏電池片發電的基本原理。簡而言之，若將P型半導體和N型半導體進行緊密接觸，則在交界處會形成內建電場。在光照激發下，電池內部將產生光生載流子(電子空穴對)，並在內建電場的作用下發生分離，並由電極引出，形成電流。
圖表： 光伏發電原理示意圖
資料來源：Solar Energy，中金公司研究部
表面鈍化是提高光伏電池轉化效率的關鍵
影響光伏電池片轉化效率的因素主要包括光學損失和電學損失。光學損失包括光的表面反射、表面遮光和光譜損失等，電學損失包括少子複合損失、電阻損失等。電池片技術的種種改進，本質上都是為了解決以上的各種效率損失，其中，降低少子表面複合在提高轉化效率中起著非常關鍵的作用。
圖表： 效率損失類型和解決方法
資料來源：Solar Energy，中金公司研究部
表面鈍化技術可以降低少子複合，提高轉化效率。光生載流子在運輸過程中，往往在半導體內部遇到雜質等造成的缺陷，或者在表面遇到缺陷，導致部分載流子被複合掉，因而減少載流子壽命，影響轉化效率。因此，減少少子複合是提升轉化效率的關鍵，而表面鈍化技術是減少少子複合的有效手段。決定少子複合速度的因素主要包括複合中心的數目和少子濃度，因此鈍化手段主要包括兩種：
減少界面缺陷態密度，往往通過化學方式實現：通常的方法是在表面沉積鈍化膜或者H原子修復來降低界面的懸掛鍵，比如在PERC的背面沉積氧化鋁，就是典型的化學鈍化方式。
減少少子濃度，往往通過場鈍化方式實現：通過在界面處建立內建電場，可以減少少子濃度，降低複合速率。PERC背面的氧化鋁除了可以進行化學鈍化外，也可以在背面建立內場，來減少少子複合。
無論是PERC電池，還是HJT技術，其核心工藝環節的目的都是實現更好的表面鈍化，延長少子壽命，提高轉化效率。
什麼是異質結？
HJT電池的結構和原理
HJT電池結構：HJT全稱Heterojunction with Intrinsic Thin Layer，也被稱為HIT，中文名為本徵薄膜異質結。HJT電池為對稱雙面電池結構，中間為N型晶體矽，然後在正面依次沉積本徵非晶矽薄膜和P型非晶矽薄膜，形成P-N結。而矽片背面則依次沉積本徵非晶矽薄膜和N型非晶矽薄膜形成背表面場。而由於非晶矽的導電性比較差，因此在電池兩側沉積透明導電薄膜(TCO)來進行導電，最後採用絲網印刷技術形成雙面電極。
HJT電池實現高轉化效率的原理：HJT技術很好地解決了常規電池摻雜層和襯底接觸區域的高度載流子複合損失問題。該技術的核心在於，其在P-N結之間插入了本徵非晶矽層作為緩衝層，而本徵非晶矽層對晶體矽表面有很好的鈍化作用，可以大幅避免載流子的複合，實現較高的少子壽命和開路電壓。
圖表： HJT電池結構
資料來源：Solar Energy，中金公司研究部
HJT電池的發展歷程
HJT電池的發展是不斷提升轉換效率和走向商業化的過程，具體可分為以下四個階段：
起始階段(1974~1996年)：1974年Walter Fuhs提出非晶矽與晶矽結合的HJT結構，1983年異質結電池正式面世，但轉換效率僅為12.3%，1991~1996年日本三洋公司將本徵非晶矽引入異質結電池結構，取得轉換效率的大幅提升，並為此申請了專利。
初步發展階段(1997~2009年)：1997年，三洋開始生產HJT光伏組件。此外，德國光伏設備公司Roth&Rau(後被梅耶博格收購)以及法國國家太陽能研究所(CEA/INES)也投入HJT電池的研發。
工藝生產階段(2010~2017年)：隨著2010年松下(收購三洋)的HJT專利保護結束，HJT迎來了快速發展時期，轉換效率節節攀升。2017年，日本Kaneka以背接觸技術與HJT結合，實現了26.6%的電池轉換效率世界紀錄。
商業化和國產崛起階段(2017年至今)：隨著量產工藝初步成熟，各國廠商開始投資HJT產線，由最初的中試線到100MW規模量產線，再到通威、愛康等廠商宣布GW級量產線計劃，HJT電池成規模應用在即。此外，國產電池廠商和國產電池片設備商通過吸收國外先進技術與自主產業化開發，在HJT電池商業化時代的話語權不斷提高。
圖表：HJT電池發展歷程梳理
資料來源：TaiyangNews，中金公司研究部
HJT電池的工藝流程及設備
HJT電池的工藝環節僅4步，分別為制絨清洗、非晶矽薄膜沉積、透明導電薄膜沉積、絲網印刷。相比PERC電池通常的9~10步，HJT的生產步驟大大減少，具有量產優勢。
從設備的角度看，各環節均處於國產設備逐漸導入的過程中：
制絨清洗：採用與PERC相似的溼法化學清洗設備，但要求更高的刻蝕損傷層厚度以及在低溫環境下處理。制絨清洗工藝包括RCA清洗法和臭氧清洗法，臭氧清洗法在滿足工藝需求的同時，化學品耗量和廢料處理成本更低，因此應用更廣泛。制絨清洗設備以YAC、Singulas等國外廠商主導，捷佳偉創已順利實現該環節設備的國產化，邁為股份也通過與參股公司江蘇啟威星(引進YAC異質結制絨清洗全套技術，並結合自有半導體溼法技術研發)合作的方式突破了HJT清洗設備，加入整線解決方案中。
非晶矽薄膜沉積：我們估計該階段的設備價值量佔比達到~50%，是HJT設備中價值量佔比最高的設備。非晶矽鍍膜工藝對清潔度要求很高，因此實現大規模量產的難度也較大。目前非晶矽沉積的主流工藝方法為PECVD(等離子增強化學氣相沉積)。PECVD根據結構設計可分為直列式和團簇式，團簇式PECVD產能較大、交叉汙染少，但傳輸系統自動化難度較高，直列式PECVD可再分為串聯式和並聯式，目前大多PECVD採用更易實現的串聯式結構，並聯式則以梅耶博格Helia-PECVD為代表。國產廠商中，捷佳偉創、邁為股份、鈞石、理想萬裡暉、金辰股份均在PECVD有布局，但技術的細節方向上有所不同。
透明導電膜沉積：我們估計該階段的設備價值量佔比達到25%。目前沉積TCO存在RPD(反應等離子體沉積)和PVD(物理化學氣相沉積)兩種路線。RPD與PVD的區別在於：1)RPD工藝採用蒸發鍍膜法製備IWO導電薄膜(氧化銦摻鎢)，對矽襯底的轟擊較小，薄膜導電性好，有望製備更高效率的電池，但缺點在於設備價值量更高，且靶材尚未規模量產。此外，ICO(氧化銦摻鎘)等性能更高的新型靶材也有望推出。2)PVD工藝則用直流磁控濺射製備TCO，較為成熟，量產性更好，但受制於材料ITO的性能更差，近年出現了用PVD法製備的新種類SCOT材料，有望拉近與RPD+IWO的差距。目前兩種技術路線並存，捷佳偉創的RPD設備已經順利在愛康科技的產線裝機，而邁為股份自主研發的PVD也已獲得產線訂單。
絲網印刷：用於電池的電極成形，該工藝與傳統晶體矽電池片差異較小，主要差異在於，由於HJT電池結構的薄膜被氫化，而氫在高溫下會從薄膜中逸出，影響鈍化效果，因此需要使用低溫下固化的特殊銀漿印刷電極。低溫銀漿絲印工藝的一種可能的替代方法是電鍍銅/錫/鎳，其材料成本更低、電導率更高，但由於技術不成熟，目前幾乎無量產應用。此外，近年也出現了雷射轉印技術，通過雷射無接觸地將漿料擠壓到電池表面，可降低銀漿損耗並印刷更細的柵線，有望替代絲印的部分環節，帝爾雷射有該技術儲備。對於絲印設備而言，邁為股份和捷佳偉創均實現了國產化。
圖表：HJT主要工藝流程及製造設備
資料來源：公司官網，TaiyangNews，中金公司研究部
HJT技術有哪些優勢？
HJT技術本身的優勢較為明顯
HJT具有更高的單瓦發電量，為下遊帶來發電增益，主要由於：1)衰減率低。HJT電池減反層採用了導電的ITO，電池片表面無帶電可能性，因此無光致衰減效應；2)溫升損失低。受益於高開路電壓，HJT電池溫升係數低於PERC電池；3)雙面率高。HJT電池具有高度對稱結構；4)弱光效應。HJT少子壽命更高，在弱光下發電量更大。根據梅耶博格的實測及統計，基於22%轉換效率的雙面HJT組件，HJT單瓦年發電量相比雙面PERC組件高12%，相比單面PERC組件高28%。
HJT良好的界面層鈍化效果，使其具有更高的轉換效率，有助於產業鏈全面降本。目前已量產的HJT產線(如松下、REC、晉能、鈞石等)轉換效率均在23%以上。2020年12月15日，愛康科技第一片異質結電池試樣生產，效率達到24.59%。
HJT降本空間大：HJT的對稱結構和低溫工藝讓其更容易實現薄片化；低溫工藝有望減少能耗等。
圖表：HJT電池相比PERC電池技術優勢明顯
資料來源：Solarzoom，PV-Tech，中金公司研究部
圖表：HJT電池相比其他電池的發電量增益
資料來源：TaiyangNews，梅耶博格，中金公司研究部
圖表：不同正背面接觸的理論轉換效率上限
資料來源：《Solar Energy Materials and Solar Cells》，ISFH，中金公司研究部
HJT為平臺型技術，後續升級空間廣闊。
HJT後續可作為底層平臺型技術，與其他先進工藝疊加。「HJT+」技術有望進一步提升轉換效率至26%乃至30%以上，目前研發進展較快的主要有背接觸以及鈣鈦礦疊層。
圖表：晶體矽電池技術升級路線圖
資料來源：第十五屆中國太陽級矽及光伏發電研討會，鈞石能源，中金公司研究部
疊加背接觸工藝，轉換效率有望提升到26%
HJT+IBC:IBC(全稱Interdigitated back contact，交叉背接觸)工藝是將正負電極均移到電池片背面的技術，主要特點為P-N結在背面呈叉指狀間隔排列，而正面無柵線遮擋，因此避免了遮光電流損失。HBC在IBC電池的基礎上，背面依次插入本徵非晶矽鈍化層和透明導電膜層，具有更好的鈍化效果。另一方面，相比於HJT，HBC結合了正面無遮擋的技術優勢，同時正面採用SiNx減反射層代替TCO，進一步減少了光學損失。
HBC的工藝難度大，設備成本高。HBC製備工藝包括：1)清洗制絨；2)雙面本徵非晶矽沉積；3)背面P-N擴散區製備，該步驟為核心工藝，應用技術包括光刻、掩膜(可通過絲網印刷或PECVD實現)、雷射、離子注入等，其中光刻、離子注入等方法來自半導體工藝，設備及運行成本很高；4)正面減反射膜沉積，可由PECVD完成；5)背面透明導電膜沉積，可由PVD或CVD完成；6)絲網印刷等。由於P-N擴散區製備需要多次掩膜和光刻，HBC整體工藝流程可長達20步，梅耶博格與瑞士電子與微技術中心在2019年推出隧穿HBC結構，僅需一次掩膜，流程也可縮減為10步。
HBC可提升電池效率至26%以上。目前HBC電池仍處於實驗室階段。2017年日本Kaneka公司HBC電池實驗室效率可達26.63%，2020年6月歐盟宣布擬採用梅耶博格設備量產25.4%效率的HBC電池，國內企業中，中來股份、天合光能有一定技術布局。
圖表：HBC電池結構
資料來源：Kaneka，梅耶博格，中金公司研究部
圖表：梅耶博格&CSEM隧穿HBC電池製備流程
資料來源：梅耶博格，中金公司研究部
疊加鈣鈦礦疊層工藝，轉換效率可超30%
HJT+鈣鈦礦疊層工藝：疊層工藝通過將可吸收不同波長太陽光的材料電池疊合，從而拓寬太陽電池對太陽光譜的能量吸收範圍，大幅提高轉換效率。在諸多光學材料中，鈣鈦礦具有高光吸收係數和高載流子遷移率，並能有效利用高能量的紫外和藍綠可見光，與吸收紅外光的晶體矽有良好的互補性，因此是理想的疊層材料。另一方面，HJT電池又是鈣鈦礦最合適的基層。鈣鈦礦的疊層工藝與鍍膜工藝契合，同時溼度、熱度穩定性差，通常需低於100℃進行工藝，因而與HJT電池(無水工藝、工藝溫度<200℃)適配性良好。
鈣鈦礦-HJT疊層電池極限轉換效率最高達46%。疊層技術尚處於研發階段，目前主要由海外大學或科研機構進行，國內進展較少。截至目前，四端鈣鈦礦-HJT疊層電池(兩個獨立子電池機械串聯)最高效率達27.7%，而二端鈣鈦礦-HJT疊層電池(兩個電池整體聯疊)最高效率可達29.2%。超長期看，單結鈣鈦礦-HJT疊層電池(疊加一層電池)極限轉換效率可至33.7%，而雙結疊層電池(疊加兩層電池，材料不僅限於鈣鈦礦)極限效率高達46%，HJT作為疊層電池中不可或缺的底層技術，未來有望獲得長期的效率提升。
圖表：鈣鈦礦-HJT疊層電池發電增益原理
資料來源：Oxford PV，中金公司研究部
圖表：鈣鈦礦-HIT疊層電池轉換效率現狀及天花板
中金公司研究部註：NREL為美國可再生能源實驗室，ANU為澳大利亞國立大學
圖表：一種轉換效率25.4%的鈣鈦礦-HIT疊層電池
中金公司研究部註：該電池由德國海姆霍茲柏林材料與能源研究所(HZB)、牛津大學、牛津光伏等機構科學家在2019年2月聯合推出
異質結的提效路徑如何？
常規異質結電池具有多種提效路徑。目前已量產的HJT產線(如松下、REC、晉能、鈞石等)轉換效率均在23%以上，但還沒有達到HJT的理想轉化效率水平。我們認為，未來常規HJT電池(不考慮背接觸與鈣鈦礦疊層工藝)通過優化工藝、引入新材料、採用新結構等方式，有望使轉換效率繼續提升至25%以上。
圖表：異質結電池提效工藝總結(不完全統計)
資料來源：CNKI，《Applied Physics Letters》，中國專利信息中心，中金公司研究部
PECVD環節：改進鈍化及摻雜效果
本徵層的改進：優化界面層鈍化及降低內部缺陷
異質結電池之所以能夠獲得更高的轉化效率，一個重要原因就在於本徵非晶矽薄膜對於矽片有良好的鈍化效果，因此優質的界面層鈍化非常重要。此外，在沉積過程中，非晶矽內部也會存在少量懸掛鍵，影響鈍化效果。
預處理工藝。在沉積本徵非晶矽層前對矽片使用氫氟酸或氫等離子體進行預處理，以刻蝕矽片表面的懸掛鍵或氧化物，優化界面鈍化效果。
反應過程中的氫等離子處理工藝。研究人員發現在沉積過程中，周期性地分解H2形成氫等離子體對非晶矽薄膜作用，可有效減少非晶矽薄膜的內部缺陷。該方法的缺陷在於氫會刻蝕非晶矽薄膜，影響鍍膜均勻性，增加工藝控制難度。
富氫離子處理引入i/p緩衝層。在非晶矽沉積後引入高氫濃度的SiH4，能夠減少本徵/P型摻雜層之間的接觸缺陷，同時相當於生長了一層超薄緩衝層，調控i/p層之間最佳的帶隙匹配。緩衝層較為脆弱，更易受溫度影響，因此對工藝控制要求很高。
改變鍍膜順序。過去鍍膜通常採用ip+in或in+ip的順序，即先完成同一面鍍膜，再翻面完成另一面，該工藝的缺陷在於p型摻雜層鍍膜完成後，硼殘留在腔體及託盤表面，影響本徵層的鈍化效果。HJT電池本徵層厚度僅5~10nm左右，硼汙染會嚴重降低性能效率。因此新工藝採用i-in-p鍍膜，雖然需要翻兩次面，但可有效避免本徵層受硼汙染。捷佳偉創與邁為股份的PECVD量產機型已應用該技術。
圖表：帶有i/p緩衝層的HJT電池結構
資料來源：《Applied Physics Letters》，中金公司研究部
圖表：i-in-p鍍膜順序
資料來源：《異質結太陽能電池PECVD工藝受硼汙染解決方法》，中國專利信息中心，中金公司研究部
摻雜層的改進：納米晶矽/微晶矽替代非晶矽
納米晶矽/微晶矽是由非晶組分和晶粒共同組成的一種混和相材料。由於其相比非晶矽，內部結構更具有序性，因此具有摻雜效率高、電導率高等特點，同時又具有良好的長波響應特性，可與非晶矽組成疊層結構，提高太陽光譜響應範圍。微晶矽材料的製備工藝與非晶矽基本相同，但在沉積參數上有所差異，常用的微晶矽沉積技術有PECVD、HWCVD(熱絲化學氣相沉積)以及VHF-PECVD(甚高頻等離子體增強化學氣相沉積)。
納米晶矽/微晶矽的大規模應用仍需解決技術工藝問題。一方面，微晶矽生長速率較慢，通常使用VHF-PECVD製備微晶矽，但該方式可能導致大面積均勻性較差；另一方面，微晶矽在沿薄膜生長的方向存在縱向不均勻，在界面處易生成非晶孵化層，影響電池性能。
圖表：不同微晶矽製備技術的優缺點
資料來源：《雷射與光電子學進展》，中金公司研究部
其他電池環節：多種材料與工藝優化方式
透明導電膜環節：靶材優化與多層TCO膜技術。通過研發新的TCO薄膜材料，或採用多層TCO組成導電薄膜系統，可提高TCO膜的導電率與光透過率。對於PVD工藝路線，ITO靶材已較為成熟，但可應用更低成本的AZO靶材；對於RPD工藝路線，新型ICO靶材載子遷移率可達50-150cm2/Vs，高於IWO的40-80cm2/Vs，有望大大優化薄膜性能。此外，研究者發現將TCO膜的厚度減為1/3~1/2，並覆蓋以氮化矽、氧化矽等減反射率更高的材料，形成雙減反層或三減反層，有助於減少載流子損失。多層膜工藝雖然被證明可提高轉換效率，但不可避免地會增加工藝複雜度、加工時間與設備投入，因此與多層膜相關的製造工藝和設備仍在不斷優化當中。
圖表：不同TCO靶材對比
資料來源：中科院電工研究所，中金公司研究部
絲網印刷環節：低溫銀漿優化、雷射轉印技術。通過選擇合適的銀粉、環氧樹脂、溶劑及添加劑，並通過優化配方及生產控制等方式，進一步降低銀漿的電阻率及固化時間。此外，帝爾雷射開發了雷射轉印技術，通過雷射無接觸地將漿料擠壓到電池表面，可降低銀漿損耗並印刷更細的柵線，同時降低了矽片表面壓力，減少印刷流程中的碎片率，未來有望成為多主柵/無主柵、以及薄片化組件的匹配性技術。
整體電池環節：光注入。在PERC電池中，光注入工藝(電池完成後加光加熱)有助於減少光致衰減。HJT電池無光衰效應，但研究者仍然發現光注入可提高HJT電池的轉換效率，絕對轉換效率提升可達0.3ppt。光源的選擇上，應用高能量的雷射可提高生產速率，帝爾雷射已推出用於HJT電池的雷射修復設備。
圖表：HJT電池的光注入實驗數據
資料來源：Solar Energy Materials and Solar Cells》，中金公司研究部
組件環節：無主柵技術等
無主柵技術：光伏電池的柵線會遮擋部分太陽光進入電池，因此柵線越細，電流損失越小，並且單位銀漿耗量也更低。通過MBB(多主柵技術)可降低主柵線寬度和副柵根數，而梅耶博格採用SWCT技術(Smart Wire Connection Technology，智能網柵技術)將一層內嵌銅線的聚合物薄膜覆蓋在電池正面，形成交叉的導電網絡結構，代替了傳統的主柵，可實現24%以上的電池轉換效率，降低50%以上的銀耗量。
圖表： 不同柵線設計的光伏組件
資料來源：梅耶博格，中金公司研究部註：從左到右分別為二主柵、三主柵、六主柵和SWCT(無主柵)組件
異質結的降本路徑如何？
HJT電池成本拆分
HJT電池的生產成本可拆分為矽片成本、非矽材料(包括銀漿、靶材、氣體及化學品)、設備折舊及產生的利息費用，以及其他製造費用(包括人工、動力成本)。
HJT電池成本較高主要體現在漿料、靶材以及設備環節。1)由於HJT所需低溫銀漿的導電性能相對更弱，且焊接拉力偏低，因此耗用量較大，同時低溫銀漿的國產化率較低，使得其價格目前大幅高於高溫銀漿。2)HJT需要額外沉積透明導電層，所用的ITO(PVD路線)或IWO(RPD路線)等靶材價格較高。3)HJT設備投資較高。我們估計目前HJT設備投資額為4~4.5億元/GW，為PERC(約1.5~2億元/GW)的2倍以上。
圖表：PERC與HJT電池片成本結構估算(2020E)
資料來源：公司公告，CPIA，ITRPV，Solarzoom，中金公司研究部
HJT降本之關鍵環節
目前產業界對HJT電池的降本手段已較為清晰。除了解決HJT電池的成本「痛點」漿料、靶材及設備環節降本外，矽片減薄、提升整體轉化效率也是重要的降本方式。
矽片減薄：由於對稱結構及低溫工藝，HJT相比PERC電池更容易實現薄片化，根據ITRPV(國際光伏技術線路圖《國際光伏技術線路圖(2020)》)，估計2020年HJT電池厚度約150μm，低於PERC電池的175μm，未來HJT厚度有望繼續下降至120μm。薄片化有望帶來矽料用量的下降。此外，若HJT量產空間打開，N型矽片形成規模化生產，N型矽片相比P型矽片的溢價有望降低。
銀漿耗量下降：除了開發同等性能下銀含量更低的銀漿外，在電池端亦可通過MBB、SWCT、銅包銀(在銅表面覆銀膜)等技術降低單片銀漿耗量。根據梅耶博格，SWCT相比於基礎情形可至少減少50%銀耗量。
低溫銀漿國產化：目前低溫銀漿提供商仍以京都ELEX等國外廠商主導，根據行業調研，我們估計目前低溫銀漿相比高溫銀漿的溢價可達30%，但蘇州晶銀、常州聚和等國產廠商也在迅速發展低溫銀漿並開啟量供，未來銀漿國產化及規模化生產後，其與高溫銀漿的價格差有望縮短。
靶材降本：先導薄膜、壹納光電等國產廠商有望突破日韓廠商壟斷，規模化生產後驅動靶材國產替代，有望帶來靶材單價的明顯下降。此外，業界也在積極尋找更好的靶材替代。
設備降本：我們估計HJT主要環節非晶矽薄膜沉積和透明導電層的設備價值量分別佔設備投資額的50%和25%左右，其降本的驅動力主要來自於供應鏈降本與設備產能的提升。設備產能的提升可以通過疊加腔體、增大載板、連續鍍膜等方式實現。如捷佳偉創致力於增大載板來降本，邁為股份則選擇了多腔體連續鍍膜的方式。
效率提升：電池轉換效率的提升可帶來各環節的成本攤薄，我們預計2020年底HJT電池平均量產效率可達到24%，高於PERC的22.7%。我們估計此後每0.1ppt的轉換效率提升可降低電池片單瓦成本約0.4%，如果未來基礎HJT電池轉換效率達到25.0%，整體電池成本可下降約4%。
其他：除以上所述之外，單條產線的設備減少有望帶來人員配置及動力消耗下降，工藝路線的成熟也有助於良品率的提升，均可帶來HJT電池片生產成本的下降。
圖表：HJT電池降本關鍵環節及降本空間估算
資料來源：公司公告，ITRPV，Solarzoom，TaiyangNews，梅耶博格，中金公司研究部
異質結降本路徑推演
基於M6尺寸和PVD的技術路線，我們做一系列中性假設進行測算，我們估計HJT電池成本2021~2023年分別降低至0.82元/W、0.74元/W和0.63元/W。我們的基礎假設如下：
電池片效率假設：假設HJT電池的平均量產效率在2022年達到25%，到2023年進一步提升至25.2%。假設2020年HJT電池良品率95%，到2023年為97%。
矽片假設：假設矽片厚度到2022年下降至130μm，到2023年下降至120μm，假設矽料成本每年下降10%左右，n型矽料溢價5%，矽片端利潤空間每年略微下降。
非矽材料假設：銀漿方面，目前HJT組件主要採用9主柵結構，假設到2023年通過新的主柵技術銀漿用量從200mg/片下降至100mg/片。假設低溫銀漿價格從8,500元/kg下降至與高溫銀漿基本平價的6,500元/kg。靶材方面，假設國產化後，耗量、價格均年降5%。
設備價值量假設：我們假設2020年PECVD/PVD平均單臺產能6,000片/小時，到2023年提升至10,000片/小時，假設產能每增大1%，成本僅提高0.8%，同時假設零部件採購端降本年降5%~10%。另外，假設絲網印刷和清洗制絨成本每年降5~10%，則我們估算到2023年，設備投資額大約可降低至2.9億元/GW。
製造費用假設：假設所需設備臺數下降使得產線人工、動力成本每年下降25%。
根據以上基礎假設，我們測算HJT電池成本到2023年的成本可以降低至0.63元/W，較2020年下降37%。
圖表：HJT電池降本路徑
資料來源：公司公告，CPIA，ITRPV，Solarzoom，TaiyangNews，中金公司研究部註：製造費用包括人工、動力成本
圖表：HJT電池成本結構變動
資料來源：公司公告，CPIA，ITRPV，Solarzoom，TaiyangNews，中金公司研究部註：製造費用包括人工、動力成本
特別的，根據捷佳偉創的數據，若TCO環節採用RPD鍍膜的方式，在常規HJT的基礎上有望為HJT帶來保守0.6%以上的轉化效率增益。若RPD在產線上也可以實現同等效果的增益，同時設備成本和靶材成本端逐步下降，那麼RPD的方法也有望加速HJT的降本速度。
異質結的發展路徑如何推演？
我們估計PERC技術仍有提效降本的空間
雖然傳統PERC技術的提效降本空間已經有限，但我們認為通過在PERC技術上做工藝加法，有望提升PERC的轉化效率，降低生產成本。目前比較可能施行的工藝加法主要是PERC+和TOPCon技術。
PERC+有多種實現途徑，捷佳偉創申請了一項PERC+的發明專利《一種具有透明導電層的單多晶P型單面PERC》，該技術在傳統PERC電池上沉積透明導電層使電池片的受光率提高，同時通過其良好的導電特性降低串聯電阻，從而提高轉化效率。此外，捷佳偉創與潤陽集團也籤訂了30GW的單晶PERC+合作框架協議，致力於將PERC+產線平均效率提升到24%以上。
TOPCon電池也備受業界關注。TOPCon電池的正面與PERC/PERT電池本質上相同，主要區別在於背面沉積了一層超薄的氧化隧穿層，並在上面覆蓋了摻雜多晶矽層，氧化矽層可以使多數載流子隧穿通過，同時阻擋少數載流子空穴複合，從而降低了矽基底與摻雜層之間的界面態密度，併兼有高開路電壓和填充因子。中來股份則稱其採用POPAID(等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術)可實現24.5%的TOPCon電池量產轉化效率。
圖表：一種PERC+電池結構圖
資料來源：《一種具有透明導電層的單多晶P型單面PERC電池》，中國專利信息中心，中金公司研究部
圖表：一種TOPCon電池結構圖
資料來源：中來股份，中金公司研究部
我們做一些基礎假設計算PERC+的降本路徑：1)假設PERC+ 2022年和2023年的轉化效率分別提升至23.5%和24%；2)假設PERC+需要在原來的設備投資額基礎上新增5000萬/GW的投資，之後每年設備總成本下降10%；3)氣體化學品等耗量較傳統PERC增長10%；4)矽片每年降價5%。
基於以上假設條件，我們認為PERC+的單W生產成本有望在2023年降低到0.63元/W，基本跟我們上文測算的2023年HJT成本一致。但是在2021~2022年，PERC+較HJT將有更低的生產成本，因此我們預計也將存在較大的存量PERC改造需求。
圖表：HJT電池降本關鍵環節及降本空間
資料來源：公司公告，ITRPV，Solarzoom，TaiyangNews，梅耶博格，中金公司研究部
全生命周期理論測算，高效HJT電池有望享受溢價
電池廠商的盈利能力一方面取決於電池片生產成本(我們前文已經有測算)，還取決於銷售端的售價。由於目前HJT、TOPCon和PERC+量產產能規模較小，沒有實際量產後的市場化定價，我們以PERC+組件作為基準，採用使系統端LCOE相同的組件價格作為理論合理定價，計算全生命周期來看，HJT在組件端值得較PERC+多少的溢價。
基礎假設：1)假設規模生產情況下，HJT和PERC的轉化效率分別為25%和24%(假設PERC經過改造成為PERC+)，高效電池的應用將帶來組件需求量的減少，因此與組件面積相關的BOS初始投資有望下降。2)由於HJT組件有更高的背面率、更好的弱光效應、更低的溫升損失，我們假設其可帶來7%的發電增益。此外，HJT具有更低的光致衰減率，我們假設HJT組件年衰減率0.3%，比PERC低0.2ppt.3)PERC的組件價格按照當前市場價格靜態測算。4)BOS成本參考中國光伏協會發布的《中國光伏產業發展路線圖》的數據。
測算結果：根據以上假設理論測算，若HJT組件比PERC組件貴28%，那麼兩者光伏發電系統的LCOE可以持平。若假設HJT電池片價格也較PERC溢價28%，則理論來說，2021~2022年左右HJT的盈利能力有望追上PERC。雖然理論測算結果如此，但實際銷售中下遊並不會完全按照全生命周期成本定價，但在部分高端市場，高效HJT電池仍然有較高的市場溢價。
異質結產能拓展路徑推演：2023年或可迎來HJT的大規模量產時代
根據我們上文的測算，若假設HJT技術在其單W成本低於PERC技術後迎來全方位的替代，那麼我們估計這個時間可能發生在2023年；若HJT電池片在售價上可以較PERC溢價10%，且有足夠大的市場消納這部分高效電池需求，那麼HJT產能可能在2022年就會進入快速擴張階段。我們估計HJT設備的需求將呈現非線性的成長，在技術突破到關鍵臨界點時，需求有望迎來爆發。
我們認為2020年是HJT產業化的開端
下遊廠商加速布局，2020年是HJT產業化的開端。基於對HJT技術前景的看好，下遊電池廠商紛紛布局加速，目前已經進行設備訂單招標或採購的下遊已有通威、阿特斯、愛康科技、東方日升、開盛集團等，且潤陽集團也與捷佳偉創籤署了5GW HJT戰略合作框架協議。
圖表：電池廠HJT新建產能規劃(不完全統計)
資料來源：公司公告，中金公司研究部
2021~22年HJT有望開始GW級產線的擴產，同時我們認為存量PERC線的改造也將延長PERC壽命周期
進入2021年，我們認為隨著設備產能的增長，各個環節的配合，HJT有望開始進行GW級產線的擴產。但考慮到存量PERC產能較大，且PERC+和TOPCon仍有降本空間，我們認為存量PERC也會迎來改造需求。
2023年之後有望進入真正的HJT時代
假設技術進步和降本路徑按照我們前文的預測發展，那麼我們認為在2023年之後HJT將真正具備成本優勢，有望成為主流的電池片技術，開啟非線性的成長。
圖表：HJT行業設備訂單預判
資料來源：公司公告，ITRPV，Solarzoom，TaiyangNews，梅耶博格，中金公司研究部
國產設備廠商衝鋒在推動HJT技術的第一線
與PERC時代不同，在HJT時代，我們認為國產廠商無論在推動工藝改進還是設備降本方面，都起到了引領行業的作用。目前在設備端布局比較快的有捷佳偉創、邁為股份，以及鈞石、理想萬裡暉、金辰股份等。其中，捷佳偉創分別於2020年5月30日、2020年11月23日與愛康科技、潤陽集團達成異質結戰略合作協議，未來有望在愛康6GW、潤陽5GW量產線中提供全產線設備解決方案。邁為則在宣城開盛和通威金堂的招標中獲得主要份額。
圖表：HJT設備公司拓設備布局
資料來源：公司公告，中金公司研究部
我們認為，在技術快速迭代的背景下，具有強大研發能力，並在新一代技術上充當領跑者角色的設備企業有望率先受益。
風險
1)技術風險。若公司技術儲備不足，則在下一代技術路線競爭中存在落後的風險。此外，若公司儲備的技術不是下一代主流技術，則面臨較大的經營風險。
2)下遊需求不及預期風險。我們在正文中做的種種推演都基於產業鏈各個環節的參數假設，若某些環節的發展路徑不及我們預期，則可能會導致HJT降本速度慢於我們預期，設備需求也將延後，甚至有可能出現另一種技術降本速度快於HJT從而成為主流。
3)設備價格下降風險。若下遊向上遊進行設備壓價，則設備企業面臨毛利率下滑風險。
（文章來源：中金點睛）
(責任編輯：DF358)