光伏前沿:电池技术迭代催生电池设备与辅材新需求

格隆汇
Oct 26, 2022

短期看,N型电池放量在即,电池设备及核心辅材低温银浆市场空间持续扩容。远期看,钙钛矿电池打开效率天花板,我们认为先发布局具备技术积累的企业有望在远期技术切换期占得先机。

摘要

太阳能电池迭代围绕效率提升展开,高效N型电池渐行渐近。从市占率上看,当前市场主流电池产能仍为PERC,但从效率上看,PERC电池已接近其理论上限,而以TOPCon、异质结电池为代表的下一代高效太阳能电池有望逐步起量。N型电池相较PERC在提效原理及工艺流程均有变化,我们认为钝化技术的进步是当前从PERC切换至TOPCon/HJT的重要因素,相关镀膜设备也是新电池技术迭代过程中的焦点。

N型电池放量在即,设备辅材空间持续扩容。辅材方面,银浆是制备太阳能电池金属电极的关键材料,其产品性能和制备工艺直接关系着太阳能电池的光电转换效率。相较P型电池,N型电池所需银浆技术升级、双面效率更高,因此单片银浆用量更大,且HJT低温工艺提高了对银浆的技术要求,低温银浆技术壁垒更高,国产化空间广阔。设备方面,下一代N型电池对于薄膜沉积需求明显提高,多种技术路线并行,光伏设备总体市场空间持续扩容。TOPCon电池与PERC电池兼容性高,可在PERC电池产能基础上升级改造;但HJT与原有产线不兼容,需要整套产线更新。我们看好辅材及设备市场受益于N型电池放量持续升级扩容。

钙钛矿技术曙光初现,设备辅材企业积极布局。钙钛矿太阳能电池效率及成本较晶硅电池优势显著,属于第三代太阳能电池,且钙钛矿材料因其光吸收系数高、载流子迁移率大、合成方法简单等优点,是下一代最具前景的光电材料之一。钙钛矿组件中辅材成本占比高,未来钙钛矿电池若渗透率提升,ITO靶材、TCO玻璃、热塑性POE胶膜等重要辅材需求空间广阔。从工艺流程角度看,钙钛矿与晶硅重合度较低,目前钙钛矿行业尚处成长初期,生产工艺尚未定型,需不断进行优化、验证。目前国内相关设备及辅材企业在钙钛矿领域深入研究、积极布局,产业化发展欣欣向荣,我们认为先发布局具备技术积累的企业有望在远期技术切换期占得先机。

风险

新技术提效降本不及预期;原材料国产化不及预期;新技术替代风险。

晶硅太阳能电池技术迭代路径


太阳能电池效率损失概述及提效关键技术

太阳能电池的新技术是围绕效率提升,即减少效率损失而展开的。从发电原理看,太阳能电池是利用半导体材料PN结的光生伏特效应将光能转换为电能,而从光照到产生电流的过程中,能量会经历光学损失和电学损失,高效晶硅太阳能电池通过不断减少这两类效率损失实现技术的迭代与发展。

图表:太阳能电池效率损失示意图

资料来源:《高效晶体硅太阳能电池技术》(丁建宁,2019),中金公司研究部

图表:高效晶硅太阳能电池主要技术因素

资料来源:《单晶硅太阳能电池钝化接触工艺的研究》(张雪妮,2017),中金公司研究部

当前晶硅电池技术发展路径

从市占率上看,根据CPIA,2021年PERC电池市占率提升至91.2%,为当前主流技术路线,而传统的BSF电池市占率同比下降3.8ppt至5%,新兴的N型电池市占率在约3%持平。但从效率上看,PERC电池已接近其理论上限,而我们认为以隧穿氧化钝化(Tunnel oxide passivated contact, TOPCon)、异质结(Hetero Junction Technology, HJT)电池为代表的下一代高效太阳能电池有望逐步起量。

图表:各类型电池技术市场占比

资料来源:CPIA,中金公司研究部

图表:各类型电池技术平均转换效率变化趋势

资料来源:CPIA,中金公司研究部

光伏电池的高效演进是多种技术共同作用的结果,其中我们认为钝化技术的进步是当前从PERC切换至TOPCon/HJT的重要因素。在光伏电池生产过程中,钝化是降低表面复合损失的方法,即在晶硅表面沉积或生长一层薄膜,钝化界面缺陷,进而提高电池效率。从早期Al-BSF的无介电膜,到PERC的局部钝化(用于钝化的Al2O3/SiNx叠层薄膜不导电,故需要局部开孔,开孔处仍存在大量复合中心,无法实现整面钝化),再到TOPCon、HJT的整面钝化(钝化接触技术,无需背面开孔工艺,降低复合的同时仍具有良好的接触性能),我们认为钝化技术是当前阶段电池结构优化的关键,相关设备也是新电池技术迭代过程中的焦点。此外,IBC电池则是从正面光学损失改善角度进行的优化,亦可与当前技术进行结合。

图表:晶硅电池技术发展路径

资料来源:光伏技术,中金公司研究部

N型电池提效原理及工艺变化

PERC接近效率极限,钝化接触技术提升效率天花板

► PERC接近效率极限:相比传统BSF电池,PERC电池通过在背面增加氧化铝薄膜实现钝化,降低背面复合速率,提高电池效率,在此基础上在外面沉积氮化硅膜实现对钝化层的保护,同时氧化铝与氮化硅的叠层钝化膜也起到背反射器作用,将更多长波光反射回电池,进一步实现效率提升。由于背膜为绝缘层,故需要在背面开槽,使铝浆与硅制结接触实现导电,而开孔对于硅材料的损伤等对于电池性能产生负面影响,故PERC电池在当前不断优化下,仍已接近效率极限。

► TOPCon的提效原理:基于N型硅衬底的TOPCon电池背面采用钝化接触技术,由一层超薄氧化硅与磷掺杂的多晶硅薄膜组成,二者共同形成钝化接触结构。“钝化接触”采用载流子选择接触材料和介电薄膜钝化材料叠加的双层膜结构,既能实现载流子选择性传输,又规避了PERC电池需要开槽局部接触的缺点。TOPCon无需开孔即可实现接触,避免了复杂工艺尤其是背部开槽,电池效率也实现了进一步提升。

► HJT的提效原理:基于N型硅衬底的HJT电池采用异质结钝化技术,由掺杂非晶硅层和N型晶硅层组成异质结,并在界面中间嵌入一层本征氢化非晶硅薄膜作为钝化材料。异质结电池一方面由于本征氢化非晶硅薄膜的优良钝化效果,另一方面由于光生载流子可以贯穿氢化非晶硅薄膜而不需开槽,因而开路电压较高,转换效率也相对较高,同时其低衰减、低温度系数、高双面率、可与其他新技术叠加的特性,进一步增强了其竞争优势。

图表:钝化接触原理示意图

资料来源:《基于导电钝化接触的新型晶体硅太阳能电池研究》(万露,2021),中金公司研究部

电池生产工艺及其变化

我们认为当前PERC电池生产工艺可分为衬底准备(清洗制绒)、制结(PN结)、镀膜(减反膜、钝化膜)、金属化(丝印烧结)四个主要部分,由于TOPCon和HJT的电池结构均有变化,因而每部分的工艺流程也都有所调整:

► TOPCon:由于TOPCon硅片衬底由P型改为N型,相应制PN结部分的扩散需由磷扩散升级为硼扩散,由于其双面发电特性背面也需制结,在背面磷扩散前需完成钝化接触结构的薄膜沉积,同时背面也需沉积减反膜以及印刷银电极。

► HJT:相较于PERC电池和TOPCon电池,HJT电池结构及工艺流程变化均较大,核心环节是制备双面的非晶硅掺杂层,以及制备双面TCO导电膜。虽然HJT电池的工艺较少,但工艺难度大,要求的表面钝化水平更高,且其低温工艺要求清洗环节与金属化环节均需有所调整。

图表:电池技术迭代及其对应制备流程变化

资料来源:摩尔光伏,索比光伏网,公司公告,中金公司研究部


N型电池放量在即,设备辅材空间持续扩容


N型电池重要设备——薄膜沉积设备总体情况

薄膜沉积是指在基底上沉积特定材料形成薄膜,使其具有光学、电学等方面的特殊性能,按原理不同可分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和原子层沉积(ALD),按设备形态的不同可分为批量式(管式)和空间型(板式)两种技术路线,广泛用于光伏、半导体等领域。当前在N型电池技术中,CVD应用更为广泛,PVD及ALD亦有厂商布局。在光伏领域中,下一代N型电池(TOPCon和HJT)对于薄膜沉积需求明显提高,多种技术路线并行,光伏设备总体市场空间持续扩容。

图表:主要薄膜沉积技术在光伏领域应用

资料来源:同花顺iFinD,中金公司研究部

化学气相沉积(CVD)指真空状态下,利用热能、等离子体或光能等能源,促使气态原料在固态基体上经过化学反应,生成固态薄膜的一种制膜方式。其最明显的优点是能够在形状复杂的工件表面均匀沉积薄膜,同时薄膜中缺陷少,因此特别适合半导体器件、太阳能电池等光电器件制备。当前N型电池技术中,TOPCon以LPCVD和PECVD技术为主,HJT以HWCVD(或称Cat-CVD)和PECVD技术为主。

图表:典型的CVD过程示意图

资料来源:《真空镀膜原理与技术》(方应翠,2014),中金公司研究部

TOPCon:设备与PERC兼容性高,产业化渐行渐近

TOPCon电池可以在PERC电池产能基础上升级改造,二者工艺主要差别在于TOPCon的核心工序——接触钝化层沉积,因而除了扩散炉、丝印设备等或需要升级或更换之外,在接触钝化层沉积环节仍处于多种技术路线并行的状态,主要包括LPCVD、PECVD、PVD等路线(以多晶硅制备方式简称),其中LPCVD和PECVD产业化进展更为迅速。

图表:TOPCon核心工序隧穿层与掺杂多晶硅薄膜制备技术路线

资料来源:CPIA,中金公司研究部

前道设备:硼扩散炉

P型PERC电池采用P型半导体作为衬底,需要在半导体材料上进行磷扩散形成N+/P结构的PN结;N型TOPCon电池正好相反,需要在N型半导体衬底上进行硼扩散形成P+/N结构的PN结。尽管硼扩散和磷扩散的工艺相似度高,但硼扩散在温度、压强等方面对扩散设备提出了更高的要求。因此TOPCon电池相对于PERC电池需要增加硼扩散装置。

多晶硅薄膜制备路线:LPCVD vs PECVD

► LPCVD(低压化学气相沉积):在常压CVD基础上,通过降低反应室内压强,加快了气体的输运过程,缩短了沉积时间,膜的厚度以及电阻率等特性参数的分布更加均匀,反应气体及载气的消耗量更小。

► PECVD(等离子体化学气相沉积):通过外部增加的电场作用于系统内参与反应的气体,使气体电离产生辉光放电效应,等离子体的反应活性比中性气体分子高很多,大大提高反应发生几率,从而可以在基体上高速沉积薄膜,同时由于系统内部反应气体被激活为离子体的过程会伴随产生热量,因而外部不需为反应提供较多热量,使反应可以在较低温度下进行。

图表:TOPCon生产中LPCVD与PECVD路线对比

资料来源:中科院宁波材料所,全球光伏,中金公司研究部

HJT:设备需整线更新,核心辅材低温银浆需求提升

HJT与原有产线不兼容,需要整套产线更新,设备投资成本高。HJT 相较原有产线,工艺流程短,只需4道核心工序——清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜制备和丝网印刷。非晶硅薄膜沉积和TCO薄膜沉积两道工序是HJT产线关键。其中,非晶硅薄膜沉积主流工艺为化学气相沉积法,主要包括PECVD和HWCVD(Cat-CVD)两种技术路线;TCO薄膜沉积主要包括PVD和RPD两种路线。

图表:HJT核心工序非晶硅及TCO薄膜制备技术路线

资料来源:公司公告,中金公司研究部

辅材端:HJT低温工艺提高银浆技术要求

银浆是光伏电池制备过程中的核心辅材,其产品性能和制备工艺对光伏电池转换效率有着较大影响。传统银浆的烧结温度一般在700℃以上,而在HJT电池中,为了避免高温对氢化非晶硅薄膜的损坏,需要采用低温银浆技术,将烧结温度控制在250℃以下。

制备工艺方面,高温银浆与低温银浆没有显著区别。银浆生产流程包括在搅拌机中将配料混合搅拌、在三辊研磨机中将浆料进行研磨、过滤等。在制备低温银浆时需要更加精细化的控制,要求在尽量低的温度下,在短时间内将所有的物质均匀混合,降低氧化以及杂质的掺入、减少物质间的化学反应。因此从制备角度,银浆厂商基本上可以在高温银浆与低温银浆之间进行产能切换。

图表:银浆生产一般流程

资料来源:聚和股份招股说明书,中金公司研究部

原材料配方方面,低温银浆与高温银浆的银粉、传输介质(玻璃粉或树脂)、有机原料均有所不同。高温银浆主要采用的是1~3μm的球形银粉,在烧结过程中部分熔融形成振实密度高、体电阻低的银电极,但在低温烧结时由于低温无法使银粉熔融,因此低温银浆需要更多的银粉用量增加导电性,同时加入片状银粉,由于片状银粉振实密度高、接触面积大从而导电性好,可以在低温烧结时获得良好的性能。高温银浆采用玻璃粉作为传输介质,而低温银浆中由于烧结温度低,玻璃粉无法充分介导银浆与TCO层的接触,因而采用特殊的树脂体系作为传输介质。高温银浆采用有机溶剂和高分子聚合物来调整银浆的粘度和流动性,而高分子聚合物在低温烧结时无法发生热分解,包裹银粉颗粒大大降低导电性能,因而低温银浆采用的有机原料为固化单体或预聚物。此外,低温状态下为了增加银浆的固化性能,相对于高温银浆,低温银浆需要额外添加固化剂或固化促进剂。

图表:高温银浆采用球形银粉

资料来源:《超细银粉的制备及低温固化银浆固化工艺的研究》(陈志波,2013),中金公司研究部

图表:低温银浆需要加入片状银粉

资料来源:《太阳能电池用低温固化银浆的制备及性能研究》(林涛,2015),中金公司研究部

图表:低温银浆基本构成

资料来源:光伏测试网,中金公司研究部

性能参数方面,低温银浆相比高温银浆面临更多挑战。由于低温状态下银浆固化性能相对较差,低温银浆与电池接触电阻较大,主栅拉力较低,印刷性能和可靠性也相对较差。电阻率用来表征银浆和电池之间的导电性能,电阻率越大导电性越差,目前低温银浆产品的电阻率约为高温银浆产品的1.5~2倍。主栅拉力体现了电极连接强度,强的主栅拉力可减少电极接触性衰减,目前单晶PERC电池主栅拉力约为7~9N,TOPCon电池主栅拉力约为3.5-5N,而HJT电池低温银浆主栅拉力通常较低。低温银浆中,片状银粉的存在以及低温烘干时间较长导致了印刷性能的变差,而树脂和添加剂的选择则对银浆满足组件可靠稳定带来了挑战。

图表:低温银浆主要性能要求

资料来源:光伏测试网,中金公司研究部

目前国内高温银浆已形成较高的国产化率,2021年约为70%左右;而低温银浆国产化率依然较低,根据CPIA,我国2021年HJT主栅银浆国产化率为10%左右,细栅银浆全部依赖进口。当前HJT电池用低温银浆主要供应商为日本KE和中国苏州固锝帝科股份低温银浆已经实现小批量出货,根据公司公告,高温银浆龙头聚和股份也拥有低温银浆专利储备。

设备端:与PERC兼容度低,设备需整线更新

前道设备:清洗设备

相较于常规清洗制绒工艺,HJT清洗制绒采用了低温工艺,因此需要对清洗制绒设备进行更换。除此之外,HJT电池相较于其他晶体硅电池,具有高钝化的晶体硅/非晶体硅界面,因此对清洗制绒工艺要求更高。RCA和O3清洗两种技术路线为主流,目前捷佳伟创已推出兼容RCA和臭氧两种工艺的清洗设备。

非晶硅薄膜:PECVD vs HWCVD

► PECVD(等离子体化学气相沉积):通过外部增加的电场作用于系统内参与反应的气体,使气体电离产生辉光放电效应,等离子体的反应活性比中性气体分子高很多,大大提高反应发生几率,从而可以在基体上高速沉积薄膜,同时由于系统内部反应气体被激活为离子体的过程会伴随产生热量,因而外部不需为反应提供较多热量,使反应可以在较低温度下进行。

► HWCVD / Cat-CVD(热丝化学气相沉积):利用高温热丝的热能来分解硅烷制备硅薄膜。沉积过程中,热丝被加热至高温(超过1400℃),SiH4与H2混合气体进入腔体,在热丝表面被分解为Si原子与H原子,分解基元在衬底表面形成薄膜。

图表:HJT生产中PECVD与HWCVD路线对比

资料来源:中国可再生能源学会,《热丝化学气相沉积制备多晶硅薄膜的研究》(刘韶华等,2006),《氢对PECVD法制备硅基薄膜沉积速率、膜结构及性能的影响》(伍毅龙,2012),中金公司研究部

TCO薄膜:PVD vs RPD (vs PAR)

► PVD路线(磁控溅射法):磁控溅射法(PVD物理气相沉积的一种)是在传统溅射基础上利用磁场提高溅射效率,使入射粒子不断轰击ITO靶材,靶材原子溅射出来并沉积到衬底的表面,进而实现TCO导电薄膜的制备。优势在于设备成本低,工艺稳定,能满足大规模产业化要求。

► RPD路线(反应等离子沉积法):入射粒子通过等离子枪产生的等离子体进入工艺腔体内,等离子体形状采用特定磁场进行控制,因而更加稳定均匀可控,入射粒子在磁场作用下轰击到靶材料上,靶材原子被轰击出并沉积到衬底上。成本高于PVD但制备出的TCO薄膜性能更好

► PAR:捷佳伟创自主研发的正面RPD、背面PVD的二合一设备,兼顾了PVD路线与RPD路线的低成本与高效率特点。

图表:HJT生产中PVD和RPD对比

资料来源:中国可再生能源学会,中金公司研究部

后道设备:丝网印刷设备

由于低温银浆烘干和固化时间较长,因而HJT丝网印刷速度更慢。为了弥补低温银浆接触电阻较大的缺点,需要较宽的栅线来降低体电阻,HJT电池的细珊宽度为60-70μm,显著高于晶体硅电池的25μm宽细珊。由于低温银浆焊接能力较差,HJT丝网印刷需要提升银浆用量来提升焊接能力。除此之外,HJT丝网印刷需要制备细栅线,同时提高栅线高宽比以减少遮光损失,提高导电能力。

图表:HJT丝网印刷特点

资料来源:光伏技术公众号,光投网公众号,中金公司研究部

钙钛矿技术曙光初现,设备辅材企业积极布局

钙钛矿太阳能电池(PSCs)属于第三代太阳能电池,主要特点是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料,该类材料具备载流子迁移率大、光吸收系数高、合成方法简单等优点,是下一代最具前景的光电材料之一。

效率及成本较晶硅电池优势显著,但产业化仍存阻碍。钙钛矿电池的光电转换效率的理论极值高于晶硅电池,同时理想情况下生产成本和材料成本更低,因而作为第三代太阳能电池技术被寄予厚望,但另一方面,钙钛矿电池目前仍面临产业化阻碍,稳定性、大面积制备、环保问题尚待解决。稳定性是制约PSCs产业化的重要因素。吸湿性、热不稳定性、离子迁移等因素导致钙钛矿材料晶体容易随着钙钛矿的升温发生结构变化,导致效率降低或失效;PSCs的大面积制备是制约产业化的另一因素,不同于实验室,市场应用需要面积更大的器件,但受制于均匀钙钛矿涂层困难、电阻率问题,目前难以制作出尺寸较大的钙钛矿膜。此外,含铅钙钛矿存在环境污染问题,也是大规模制备需要解决的难题。

PSCs按照结构可分为介孔型和平面型。在介孔结构的钙钛矿电池中,钙钛矿材料作为光敏化剂覆盖在多孔 TiO2 上;在平面结构的钙钛矿电池中,钙钛矿既是光吸收层,又是电子和空穴传输层,较介孔型结构不需要多孔金属氧化物骨架,从而可以简化制备工艺。平面型钙钛矿太阳能电池分为正式和反式,两种结构的区别是传输层位置相反,其中反式结构比正式结构的工艺简便、成本低,适合叠层结构延伸及产业化,为目前主流结构。

图表:钙钛矿电池结构

资料来源:《反式p-i-n结构钙钛矿太阳能电池》(徐尧等,2016),中金公司研究部

辅材:ITO靶材、TCO玻璃、POE胶膜潜在需求高

钙钛矿组件中辅材成本占比高,潜在需求大。从成本结构看,以协鑫光电100MW钙钛矿组件成本结构(2022年8月)为例,钙钛矿组件中钙钛矿材料本身成本占比较低,而玻璃及其他封装材料、电极材料的成本占比分别高达34.0%和30.9%。我们认为未来钙钛矿电池若渗透率提升,相关辅材需求空间十分广阔,主要包括ITO靶材、TCO玻璃及POE胶膜。

图表:协鑫光电100MW级别钙钛矿组件成本结构(2022年8月)

资料来源:协鑫光电,中金公司研究部

► ITO靶材

靶材为功能薄膜制备核心原材料,光伏电池迭代带动靶材需求提升。靶材是半导体、显示面板、光伏等领域制备功能薄膜的核心原材料,不仅在钙钛矿电池中是重要辅材,在HJT电池的TCO薄膜制备中也有应用。靶材种类较多且应用广泛,使用不同靶材可得到不同的膜系。异质结及钙钛矿等光伏电池主要使用氧化铟锡(ITO)靶材作为其透明导电氧化层(TCO)薄膜。目前国内薄膜电池和异质结电池市场规模多处于起步阶段,市场规模较小,但随着新型电池技术的渗透率不断提升,该领域存在较大潜在需求。

图表:溅射靶材按应用领域分类

资料来源:同花顺iFinD,中金公司研究部

全球靶材市场CR4占比约80%,溅射靶材国产化持续推进。溅射镀膜工艺起源于国外,溅射靶材的研制和生产主要集中在日美少数几家公司。根据前瞻产业研究院数据,2020年四家日美巨头JX日矿金属、霍尼韦尔、东曹和普莱克斯占据全球约80%靶材市场份额。我国溅射靶材产业起步较晚,目前国内溅射靶材主要应用于中低端产品。随着国家政策与市场资金支持不断加强,部分企业在技术和市场方面均取得长足进步,其中国产高纯金属钼靶材、ITO靶材已实现技术突破,我们看好龙头企业持续推进ITO靶材国产化进程。

► TCO玻璃

TCO玻璃(透明导电氧化物镀膜玻璃)作为薄膜电池组件的重要组成部分,需具备较好光透过率和导电性能。在薄膜电池中,TCO导电玻璃不仅需要与晶硅组件光伏玻璃类似,为电池提供机械支撑并透光,还需要作为薄膜电池的前电极,起到收集电流的作用。制备角度看,TCO玻璃在平板玻璃表面通过物理(PVD)或化学(CVD)方法均匀镀上一层透明的导电氧化物薄膜,以改变玻璃的光学性能,达到可见光的高透过率以及高导电率。根据靶材和掺杂物的不同,TCO玻璃主要有ITO、FTO和AZO镀膜玻璃。

图表:TCO玻璃分类及特点

资料来源:《光伏TCO镀膜玻璃的应用技术分析》(贾政,2010),中金公司研究部

生产壁垒较高,先发抢跑企业有望充分受益。TCO玻璃具有一定生产壁垒,TCO靶材的质量、尺寸及纯度、玻璃厂的生产工艺及生产经验等因素均会对镀膜层的平整性和一致性产生影响,目前TCO玻璃的供应目前主要集中在日本板硝子、旭硝子等国外企业。国内企业当前也在TCO玻璃领域不断发力,金晶科技是国内超白浮法玻璃的领军企业,已具备2条在产TCO玻璃在线镀膜线,且拥有自主知识产权的在线CVD镀膜技术;老牌玻璃厂商旗滨集团南玻A目前未规模化生产TCO玻璃,但前期均在TCO玻璃的工艺、技术上有所布局,可快速响应市场需求。我们认为TCO玻璃潜在需求空间广阔,具备原片产能及技术积累的企业有望充分受益。

► POE胶膜

热塑性胶膜解决了交联型胶膜需要高温交联的限制条件,适用于钙钛矿电池及薄膜组件。POE胶膜根据能否交联可分为交联型胶膜和热塑性胶膜(非交联型)。交联型胶膜在组件层压时形成交联网络需要时间和高温(140℃),降低了组件层压效率且不能用于封装钙钛矿等对高温敏感的电池,并且封装过程不可逆,对封装良率有一定影响。而热塑性胶膜可有效解决以上问题。且热塑性胶膜与交联型胶膜在性能方面相当,如抗PID性能、粘结性能、电气绝缘性能等,同时其具有优异的耐候性,与玻璃、含氟材料、金属材料均具有很高的粘结性,具备封装效率高,老化后功率衰减低的优点,适合应用于薄膜组件和非晶硅组件的封装。百佳年代是国内专业的功能性薄膜生产企业之一,公司与国际知名化工企业联合研发的高可靠性钙钛矿封装胶膜Billirial ®已实现批量出货,并于2022年6月完成协鑫光电首批订单交付。

图表:当前钙钛矿相关辅材企业布局情况(截至2022年10月)

资料来源:同花顺iFinD,各公司公告,中金公司研究部

设备:生产工艺尚未定型,薄膜制备仍是核心

钙钛矿尚处成长初期,三层薄膜制备是核心。钙钛矿的工艺流程目前处于摸索尝试阶段,与大规模产业化发展还存在一定距离。目前业内厂商各类工艺设计包含较多主观元素,生产工艺尚未定型,需不断进行优化、迭代、验证。从工艺流程角度看,钙钛矿与晶硅重合度较低,空穴传输层、钙钛矿层和电子传输层三层薄膜是制备钙钛矿电池的关键。以当前钙钛矿技术代表性企业之一协鑫光电为例,其投建的全球首条100MW大面积钙钛矿光伏组件产线,采用磁控溅射、湿法涂布、激光刻蚀等工艺,设备端主要包括PVD设备、激光设备、涂布设备及封装设备,其中前三类为电池组件生产流程的核心设备。

图表:协鑫光电100MW钙钛矿量产线生产工艺及设备

资料来源:协鑫光电,中金公司研究部

设备厂家纷纷布局,产业化发展欣欣向荣。钙钛矿电池转换效率不断提升,2021年11月,柏林亥姆霍兹中心(HZB)研发的钙钛矿串联电池转换效率高达29.8%,创造了至今为止钙钛矿电池最高纪录。随市场对钙钛矿电池关注度持续升温,各设备厂家积极布局钙钛矿电池设备研发,众能光电、迈为股份、晟成光伏、捷佳伟创、杰普特、上海德沪、大族激光等均已收获设备订单,部分厂商已经顺利交付量产。我们认为若钙钛矿实现技术突破具备量产条件,设备厂或将率先受益,建议持续关注钙钛矿产业化进程及设备企业布局进展。

图表:当前钙钛矿相关设备企业布局情况(截至2022年10月)

资料来源:iFinD,各公司公告,中金公司研究部

风险提示

新技术提效降本不及预期:

设备和辅材的市场需求依赖新型电池技术的渗透率提升。我们认为若N型电池、钙钛矿电池等新技术提效降本进展缓慢,产业化进程不及预期,则渗透率提升缓慢将导致相应的设备和辅材市场需求疲软,从而影响相关企业的经营状况和盈利水平。

原材料国产化不及预期:

当前新技术涉及辅材与设备的部分原材料仍旧存在对外依赖,我们认为若国产化推进不及预期,或阻碍相关国产下游厂商高端设备和先进工艺的研发,同时会影响国内厂商控本降本,使设备及辅材厂商盈利空间受到挤压。

新技术替代风险:

布局N型电池和钙钛矿电池的设备及辅材厂商或面临其他新型电池技术的替代风险。我们认为若未来出现效率更高、成本更低的新型电池技术,会抢占N型电池和钙钛矿电池的市场份额,从而对当前布局N型及钙钛矿电池的设备及辅材厂商造成一定冲击,或致其经营业绩不及预期。

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