大尺寸改造、HIT…光伏电池设备2020年综述及2021年展望
2020年，光伏电池行业异常精彩。一方面，PERC电池企业竞争加剧：大尺寸、垂直一体化竞争倒逼PERC产能扩张；另一方面，异质结（HJT）电池技术获得越来越多厂家认可，进入GW级别投建期。PERC电池设备企业新签订单饱满，积极研发HJT新型设备；HJT设备商崭露头角，获得资本市场越来越多的关注。
展望2021年，从电池技术方向而言，市场对HJT认可度越来越高。从设备技术方向而言，部分投资者认为HJT核心设备技术路线已经确定，行业竞争格局将趋向稳定。然而，事实真的如此吗？2020年光伏电池设备市场发生了哪些变化，2021年又有哪些新的机会呢？本文将逐步展开分析。
01
2020年综述：大尺寸强势来袭，异质结浓墨登场
2.1 PERC电池：大尺寸+垂直一体化竞争加剧，倒逼PERC产能扩张
光伏硅片尺寸直接影响下游电池片和组件尺寸。当前光伏硅片有5种主流尺寸，分别为156.75mm、158.75mm、166mm、182mm、210mm。大尺寸硅片通过增大硅片面积，放大组件尺寸，从而摊薄各环节加工成本。从原理上来说，硅片尺寸越大越好，然而结合产业链配套情况，硅片尺寸又存在上限。对于大尺寸的选择，目前市场形成182和210两大阵营：182阵营包括隆基、晶科、晶澳、阿特斯、江苏中宇光伏、潞安太阳能等企业；210阵营包括中环、天合光能、通威、爱旭、爱康、东方日升等企业。
大尺寸硅片将成为主流。根据PVinfolink预测，2021-2025年182mm硅片产量占比将分别达到25%、38%、41%、37%、30%；210mm硅片产量占比将分别达到18%、32%、43%、58%、60%。182和210两类大尺寸占比将迅速提高，成为硅片的主流尺寸。
电池厂加速改扩建大尺寸产能。大尺寸之争起于2019年，2020年开始白热化。由于成本优势，大尺寸的电池片更受到组件厂青睐，中小尺寸的电池片市场需求迅速下降。对于新建产能而言，2020年新扩产的PERC电池厂多数采用210设备，向下兼容182等尺寸。对于原有产能而言，部分厂家通过改建将产能升级至166尺寸（166电池片需求有望延续2年时间）；部分厂家将产能升级至182、210尺寸。
2020年专业电池厂如通威、爱旭、润阳、展宇等公司的扩产都选择210向下兼容的形式。
宁晋晶澳、上海晶澳对原有产能进行了较大的改造。根据产业链信息，166及以下尺寸的电池厂改建为182、210尺寸，7-8成的设备均要更换，仅有部分自动化及非核心设备无需更换。大尺寸推动光伏电池片设备订单激增。
垂直整合企业竞争加剧，扩产计划超预期。除专业电池厂扩产外，2020年，随着众多光伏企业成功融资，垂直一体企业竞争加剧，倒逼了更多的扩张计划。
2020年4月，晶科能源启动“再倍增”计划，拟投资145亿元，建设10GW金刚线切片、10GW高效电池片、10GW高效光伏组件生产及研发总部。
2020年6月，东方日升与义乌经济技术开发区管理委员会签署了15GW高效电池+15GW组件项目框架协议。
2020年9月，阿特斯与宿迁市经开区宣布签订10GW光伏组件及10GW光伏电池投资协议，总投资102亿元。
2020年10月，晶澳科技完成非公开发行，募资52亿元投资年产5GW高效电池和10GW高效组件及配套项目及补充流动资金。
2020年11月，通威和天合光能达成合作协议，双方计划建设年产4万吨高纯晶硅项目（投资40亿元）、年产15GW拉棒项目（投资50亿元）、年产15GW切片项目（投资15亿元）、年产15GW高效晶硅电池项目（投资45亿元）。通威股份作为国内硅料和电池片双龙头，天合光能作为国内组件领先企业，双方将通过优势互补，开启新一轮垂直整合之路。
2020年11月，国内硅片龙头、垂直一体化代表企业隆基股份发布公告，规划在曲靖投资建设年产30GW单晶电池建设项目，一期建设10GW（投资56亿元）。
2020年PERC设备企业新签订单饱满。在大尺寸+垂直一体化竞争加剧双重因素的推动下，2020年PERC电池大规模扩产及改建。PERC电池设备企业新签订单饱满，有力支撑2021年业绩的持续增长。
2021年PERC产能过剩加剧将倒逼更多电池企业转向HJT。然而，到2021年，随着新投PERC电池产能投产，TOP5垂直一体化的PERC电池产能将达到124.9GW（PVinfolink数据），加上通威、爱旭、润阳等专业电池厂产能，国内总产能将突破200GW。根据我们测算，2021年全球需求有望达到150GW（其中国内约50GW），PERC电池产能过剩进一步加剧，PERC电池价格承压，电池厂将不得不转向新一代电池技术——HJT。
2.2 HJT电池：GW级别招标开启，国产设备成为主流
异质结（HJT）电池是N型电池，是一种利用晶体硅（c-Si）和非晶体硅（α-Si）薄膜制成的光伏电池。HJT有望成为下一代N型电池的主流。
HJT电池具有更高的光电转换效率、更短的工艺流程、更低的衰减性、更高的双面率、薄片化等优势。
1) 光电转换效率更高。PERC电池转换效率为22%-23%，HJT电池量产效率已经达到24%-25%，理论效率更是高达27%。
2) 工艺流程短。相比PERC电池7步的核心工艺，HJT电池核心工艺仅有4步。
3) 衰减性更低。首先HJT采用N型电池，不存在LID现象；其次HJT电池表面沉积TCO薄膜，没有绝缘层，因此无表面带电机会，因此不存在PID（电势诱导衰减）效应。
4) 双面率更高。HJT电池双面率可以达到90%以上，PERC一般为75%。
5) 薄片化。PERC电池厚度约170微米，HJT电池目前主流厚度为150微米，未来仍有进一步下降空间。薄片化可以降低单片电池含硅成本。
6) 技术可拓展性强。HJT电池可以和大尺寸技术结合，未来也有望与钙钛矿叠层技术结合。
NBB-HJT效率突破25%。2020年11月，在2020年第十六届中国太阳级硅及光伏发电研讨会上，中威新能源（通威成都线）发布中威HJT电池生产线效率：采用9BB（9主栅）的HJT电池效率已经突破24%，采用NBB（无主栅）的HJT电池效率已经突破25%。
25%效率的HJT产品逐步到来。2020年11月，捷佳伟创和润阳集团签订了战略合作框架，捷佳伟创宣布已经建立了转换效率23%-24%-25%的梯队化产品，可为市场客户提供个性化的设备解决方案。我们预计，25%转换效率的产品主要是高效HJT产品。
2020年HJT招标提速。2020年，由于HJT效率提升显著，市场对于HJT认可度逐步提高，投建中试线、大试线的企业明显增多，2020年被称为异质结电池元年。2020年下半年以来，多个HJT项目正式开启设备招标。
2019年，通威在成都（和三峡资本合资成立中威公司开展）和合肥分别建设了两条中试线，吹响了国内电池龙头企业布局HJT电池的号角。2020年，两条中试线陆续发布试验数据，显著提振了市场信心。
2020年7月，阿特斯宣布250MW的HJT电池中试线项目开工，随后开启设备招标。
2020年8月，安徽宣城经济开发区开启了500MW高效HJT电池项目设备招标。
2020年10月，通威股份招标了1GW大试线项目，多家设备公司中标。
2020年底至2021年初，山煤集团、东方日升、爱康均有望开启新一轮HJT电池设备招标。
HJT生产流程主要包括制绒清洗、生长非晶硅薄膜（PECVD镀膜）、双面镀透明导电薄膜（PVD或RPD镀膜）、金属化制程（丝网印刷）。
近期，国内HJT电池中试线、大试线的设备招标中，国产HJT电池设备商捷佳伟创、迈为股份、理想万里晖、钧石等均有斩获。
从近期招标的HJT项目来看，释放了两点信号：
1） 电池企业方面，HJT技术路线获得越来越多电池厂认可，开始出现GW级别的设备招标，这对HJT大规模量产意义重大。山煤、爱康、东方日升、钧石均有宣布GW级别的扩产计划，2021年有望正式落地。
2） 设备企业方面，早期HJT产线多采用海外设备，随着国产设备的不断成熟，国产设备份额显著提升。在通威股份最近1GW的4条招标线中，已经出现纯国产化的产线。我们判断，2021年将出现越来越多的纯国产化的HJT产线。
2.3 本章小结
2020年，在大尺寸+垂直一体化竞争加剧等因素推动下，PERC产能再度大规模扩张。PERC电池片设备企业新签订单饱满，2021年业绩增长确定性较强。
然而，从电池厂竞争格局来看，目前大尺寸（182&210）电池需求旺盛；中小尺寸（166及以下）电池供过于求，竞争激烈。随着新投建的大尺寸产能陆续投产，2021年PERC电池产能过剩加剧（产能超过200GW，需求约150GW），电池价格承压，光伏电池厂将不得不转向下一代电池技术——异质结（HJT）。
2020年，NBB-HJT（无主栅）效率突破25%，市场对于HJT认可度显著提高，投建中试线企业明显增多。2020年底，通威开启了GW级HJT大试线建设，HJT大规模扩产在即。从已经招标的HJT设备情况来看，海外设备商基本出局，国产设备商成为主流。
02
2021年展望：技术与格局未定，机遇与风险并存
3.1 HJT招标进入10GW量级，国产设备商“大练兵”
2020年HJT扩产计划显著增多。2020年，国内有2-3GW的HJT设备招标，但宣布进入HJT领域并计划大规模扩产的公司数量显著增多。腾晖、爱康科技、山煤、东方日升、钧石、厦门神科、润阳光伏等均计划建设GW级别的HJT项目。
2020年3月，中利集团发布定增预案，计划募资15.75亿元投产1GW异质结电池及组件、1GW高效TOPCON电池及组件技改项目。实施主体为子公司腾晖光伏。
2020年3月，爱康科技定增募资，计划投资15亿元建设1.32GW HJT电池及组件项目。
2020年3月，阿特斯签约落户嘉兴秀洲高新区，规划建设HJT电池中试线和组件产线。
2020年5月，东方日升2.5GW异质结电池组件一期500MW项目已基本完成设备调试、小批量生产。7月，东方日升计划义乌、滁州各投产5GW高效电池组件，技术路线包含HJT。
2020年8月，山煤国际、宁波齐贤企业管理咨询有限公司计划合资成立山煤国际光电，规划10GW异质结项目，一期投3GW。
2020年9月，厦门神科计划在上饶投建2GW异质结电池。
2020年10月，爱康科技计划和泰兴市政府共同建设6GW高效异质结太阳能电池及高效组件项目。
2020年11月，钧石能源和舟山市政府签约，计划投资80亿元建设10GW异质结电池。
2020年11月，润阳集团计划投资建设30GW的PERC+和5GW的HJT。
2021年HJT招标将进入10GW量级。在效率提升的同时，单GW的HJT整线设备造价从2019年8-10亿元，降低至2020年5亿元，2021年有望降低至4亿元左右。HJT效率迈过25%（NBB-HJT），单GW投资下滑，性价比优势凸显，电池企业大规模扩产在即。我们预计，2021年HJT招标有望进入10GW量级。
未来4年HJT设备市场规模将超过700亿元。假设2021-2024年HJT新建产能分别为10GW、40GW、60GW、100GW，单GW均价投资分别为4.5亿元、4亿元、3.5亿元、3亿元，则2021-2024年HJT设备市场分别为45亿元、160亿元、210亿元、300亿元，4年累计设备市场规模超700亿元。
对于HJT电池设备商而言，2020年通威股份招标的4条线有望成为“练兵场”。捷佳伟创、迈为股份、钧石、理想万里晖几家主流的HJT设备商各显身手。4条线的调试数据有望在2021年发布，几家HJT主流设备供应商将在2021年分出差距。
3.2 技术路线和竞争格局未定，机遇和风险并存
HJT核心生产工艺虽然只有4步，但是各环节工艺设备技术路线尚未稳定。技术路线的差异以及新技术的不断涌现，有望改变HJT电池设备的竞争格局。
（1）制绒清洗
制作HJT电池第一步是对硅片进行清洗并形成绒面以陷光。HJT电池要求形成具有高钝化质量的非晶硅/晶硅界面，拥有较高的清洁度和合适的金字塔形貌。HJT电池对制绒清洗要求较高，通常有两种方法实现：
RCA清洗法：该工艺原本由美国无线电公司(Radio Corporation of America)开发的针对半导体晶圆的清洗工艺，分为SC1和SC2两个步骤。SC1通过过氧化氢（H2O2）和氢氧化铵（NH4OH）的混合液除去硅片表面的颗粒和有机污染物。SC2在较高的温度下用盐酸（HCl）和过氧化氢（H2O2）的混合溶液去除硅片表面的金属污染。RCA方法满足清洗要求，但由于使用的NH4OH和H2O2挥发性很强，而SC1和SC2两个步骤温度都高于60摄氏度，因此化学品消耗量特别大，成本较高。
臭氧（O3）清洗：由于RCA方法成本过高，因此出现了一种用O3为基础的硅片清洗工艺。与RCA相比，在前清洗(Preclean)过程中使用臭氧去离子水溶液(DIO3)替代SC1，在后清洗(Postclean)工艺中使用臭氧/氢氟酸溶液(DIO3/HF)替代SC1、氢氟酸/硝酸混合溶液(HF/HNO3)及SC2三个步骤。该方法减少了化学品消耗量，成本较低，但是对工艺稳定性和可重复性要求较高。
2021年臭氧清洗占比有望提高到90%。相比而言，RCA清洗方法拥有流程的稳定性和可重复性、需要拥有专业知识；臭氧清洗与其他工艺更好融合，同时能够降低成本。根据东方日升预测，在制绒清洗环节，2019年臭氧使用比例约为30%，预计2020年能够提高到80%，2021年有望提高到90%，大大减少化学品消耗量，降低生产成本。
制绒清洗环节，尽管有两种工艺差别，但设备整体差别不大。目前HJT电池制绒清洗设备海外供应商包括YAC、新格拉斯、RENA等，国内主要供应商是捷佳伟创，迈为股份正通过参股江苏伟星研发具备自主知识产权的制绒清洗机台。
（2）生长非晶硅薄膜
生长非晶硅薄膜是HJT关键工艺。生长高质量的本征和掺杂氢化非晶硅薄膜，获得高质量的氢化非晶硅/晶硅界面是制备异质结电池的关键环节（晶体硅和非晶硅的结合是异质结电池名字中“异质”的含义）。这层膜不仅要求薄（几纳米），且拥有异质的界面。异质结电池上表面自上而下一般为p层（掺硼非晶硅薄层）、i层（本征非晶硅薄层），下表面为i层（本征非晶硅薄层）、n层（掺磷非晶硅薄层）。
PECVD是HJT生产的核心设备。HJT的4层膜沉积顺序一般为先镀上表面的i层，然后镀p层，然后翻面，镀下表面的i层，最后镀n层（ip-in顺序）。目前PECVD是成长非晶硅薄膜的主流设备。从反应腔角度，PECVD可以分为单真空和双真空结构；从传输角度，PECVD可以分为滚轮传输和机械手传输。
单真空VS双真空：单真空是一个开放式的腔体，镀膜时，等离子体充满全部腔体。双真空分为外腔体和内腔体，外腔体用于隔绝，内腔体用于加热镀膜。双真空结构做到了需要镀膜的地方镀膜，不需要镀膜的地方不用镀。其优势在于减少了气体的使用、清洗相对简单，但缺点在于结构过于复杂。
滚轮传输VS机械手传输：滚轮传输通过滚轮将载板传输到反应腔内，反应腔开始镀膜。机械手传输指利用机械手将载板输送到反应腔内，然后机械手撤出，反应腔开始镀膜。滚轮传输对于滚轮材质要求高，机械手传输难点在于自动化控制。
PECVD技术路线有待市场检验。迈为股份、捷佳伟创、钧石大多采用单真空滚轮传输结构，理想万里晖采用双真空机械手结构。目前单真空滚轮传输结构和双真空机械手传输的PECVD均获得一些客户的认可。至于哪种技术方向更适合HJT大规模量产，还有待市场的演绎和检验。
i-in-p镀膜顺序成为新趋势。2020年12月，捷佳伟创PECVD5500设备出厂交付；迈为股份发布新一代PECVD，产能达到8000片/h。两家公司发布的新型PECVD改变了ip-in镀膜顺序，提出i-in-p的镀膜顺序（先镀上表面的i层，然后翻面镀下表面的i层，接着镀下表面的n层，再翻面，最后镀上表面的p层），需要翻两次面，但是减少了交叉污染，电池效率增益0.15%。
（3）镀TCO薄膜：
RPD和PVD是镀TCO薄膜的主要设备。在HJT电池上，需要镀一层具备良好导电性且拥有较高透光率的导电胶（TCO）。这一方面是因为本征和掺杂氢化非晶硅薄膜导电性很差，需要在表面制备一层TCO薄膜，用来收集光生载流子并将其运输到金属电极上；另一方面，迎光面TCO薄膜需具备减反射功能，降低电池表面光反射损失，因此需要透明材质。TCO薄膜沉积主要有两种方法：RPD和PVD。
RPD：日本住友开发的反应等离子体沉积（Reactive plasma deposition，RPD）是一种低温、低损伤的TCO薄膜镀膜设备。该设备利用特定的磁场控制氩等离子体的形状，从而产生稳定、均匀、高密度的等离子体。等离子体打在靶材上，让靶材通过升华沉积到硅片上。
PVD：物理气相沉积（PVD）主要包括真空蒸镀法和溅射法，HJT电池主要采用磁控溅射法（SP）。溅射镀膜的原理是稀薄气体在异常辉光放电产生的等离子体在电场作用下，对阴极靶材表面进行轰击，把靶材表面的分子、原子、离子及电子等溅射出来，被溅射出来的粒子带有一定的动能，沿一定的方向射向基体表面，在硅片表面形成镀层。
RPD和PVD相比，主要有两点优势：1）RPD使用W掺杂In2O3（IWO）靶材，相比PVD使用的Sn掺杂In2O3（ITO）靶材，IWO靶材透光率更强、迁移率更高；2）PVD制备需要离子轰击，但离子轰击会导致离子损伤，影响最终转换效率，RPD不会导致这种效果。RPD不足之处在于IWO靶材的专利属于日本住友，成本较高。
生产RPD设备的厂家主要是日本住友、捷佳伟创，PVD设备供应商包括梅耶博格、钧石、新格拉斯、冯阿登纳等。2020年捷佳伟创推出新型RPD设备，公司正积极布局下一代RPD和PVD二合一设备，TCO镀膜设备将进入新一轮PK期。
2020年9月，捷佳伟创通过引进吸收日本住友RPD技术，推出自主研发的新型RPD设备——RPD5500A。相比日本住友RPD，捷佳伟创推出的RPD5500A产能提升了2.86倍（从1920片/h提升到5500片/h），同时配备加热板和深冷水气捕集泵，使得工艺更具弹性，同时积极选择了国产靶材供应商，有望在常规HJT的基础上为高效HJT带来保守0.6%以上的效率增益。
公司正在布局下一代RPD和PVD二合一设备——PAR5500A，正面采用RPD镀TCO，背面采用PVD镀TCO，性价比更高。
（4）金属化制程
丝网印刷机是金属化制程的主流设备。HJT电池正反面均需要电极，以收集光产生的电流。制作电极的材料一般是具有优良导电性能、收集率高的Ag、Cu、Al等金属材料。制作方法主要分为丝网印刷和电镀两种方法。
丝网印刷：使浆料透过已制好栅线图形的网膜漏印在硅片上形成上、下电极，加热后使浆料中有机溶剂挥发，形成太阳能电池电极。
电镀：电镀指利用电解原理在电池片表面镀上一层金属薄层制作电极，它可以替代丝网印刷方法制作电极。
电镀方法技术更加复杂，同时会造成环境污染，没有被多数光伏电池企业采纳。丝网印刷是目前HJT电池金属化制程的主流方法。
HJT电池丝网印刷工艺和PERC电池有差别。HJT电池由于采用了非晶硅薄膜，如果遇到高温会导致氢化效应，影响钝化效果，因此HJT电池工艺温度被限制在了200℃到220℃的低温环境中。因此，HJT电池中所用的为特殊的低温银浆（可在低温环境下烧结的银浆），不同于PERC工艺所用的高温银浆（800℃）。同时为了保证导电性，其银含量高于高温银浆。
2021年HJT金属化制程设备竞争越来越激烈。目前国内丝网印刷设备供应商主要是迈为股份、捷佳伟创和科隆威。丝网印刷机主要分为转台式和直线交互式两类。转台式通过转盘转动90°的方式传动印刷，直线交互式印刷机采用高速直线电机作为传输方式，AB面交替传片。迈为股份和科隆威选择转台式，捷佳伟创选择直线交互式。此外，针对HJT电池，帝尔激光积极研发激光转印技术，有望成为丝网印刷技术的补充。
3.3 本章小结
展望2021年，我们认为，HJT将成为光伏电池主角，设备行业迎历史机遇。一方面，越来越多的光伏电池片企业将进入HJT领域，HJT有望开启10GW量级的招标；另一方面，随着通威1GW的4条HJT产线陆续投建，国产HJT设备商经历产业化“大练兵”。预计2021-2024年，HJT设备市场分别为45亿元、160亿元、210亿元、300亿元，4年累计规模超700亿元。
然而，HJT电池不同于PERC电池，对工艺和设备要求更高。HJT设备中，无论是非晶硅镀膜设备（PECVD）、TCO镀膜设备（PVD&RPD），还是金属化制程设备（丝网印刷机），技术路线和竞争格局尚未稳定，HJT设备公司机遇与风险并存。
03
投资建议
从市场发展角度来看，2020年，在大尺寸+垂直一体化竞争加剧等因素推动下，PERC大尺寸产能再度扩张。2021年，PERC产能过剩加剧，PERC电池价格承压，影响短期预期，将倒逼更多电池厂选择HJT技术方向。从技术路线来看，HJT电池方向越来越清晰，但各环节设备技术路线和竞争格局未定，HJT设备公司风险与机遇并存。
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来源：平安证券
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