当前位置: 焊接设备 >> 焊接设备优势 >> 光伏组件专题报告N型TOPCon有望成为
(报告出品方/作者:中信建投证券,朱玥,崔逸凡,任佳玮)
一、组件头部集中趋势确立,技术路线是头部厂商竞争胜负手
未来三年都将是头部组件企业逐步取代二三线厂商份额的阶段,组件环节头部集中的趋势将愈发明显。
可以看到,近年来头部企业依靠更为可靠的组件产品,以及布局更为广阔的渠道网络,能够获得更为优质的订单。同时,头部组件企业一体化布局能够有效降低生产成本。因此,一线组件厂相比于二、三线厂商,能够维持更高的盈利水平,年以来,隆基、晶澳、天合、晶科ROA水平持续领先于其他组件厂商。
也就是说,在当前头部组件企业不断抢占中小厂商份额阶段中,一线厂商依靠品牌、渠道优势能够持续赚取一定超额利润,而导致这一现象本质上是头部公司供应链、交付能力、产品可靠性的溢价。
展望年,随着硅料新增产能的逐步释放,硅料价格有望进入下行通道。中游材料环节价格战势必展开,但我们判断头部组件企业能够依靠自身在产业链中的强势地位,在利润重新分配的过程中受益。
以年年报口径为准,一体化组件单GW产能对应总资产(含存货、应收账款等营运资金以及无形资产等长期资产)约为16-17亿元/GW。在单瓦利润0.1元/W,以及产能利用率70%的假设下,一体化组件ROA约为6.5%,ROE为10.9%,高于其他制造业盈利水平。
同时,头部四大组件公司(隆基、晶科、晶澳、天合)的市占率规划合计已经超过%,在高ROE背景下,若仍无产品差异化,在年下半年开始必有一战。
随着头部组件厂商份额的不断提升,二、三线逐步退出市场。我们认为以未来3-5年的维度来看,头部厂商之间最大的差异化就在于电池片技术。电池片技术具有明显优势的企业能够在这一轮技术变革中分享到行业技术进步的红利,依靠产品差异化,延续超额红利周期。(报告来源:未来智库)
二、技术迭代本质在于降本,TOPCon当前性价比显著
2.1复盘单晶替代多晶,今年N型或将迈入渗透爆发前期
光伏产业快速发展伴随电池片技术迭代推进效率提升,而电池追求高效的本质则来自于降本。由于光伏电池片转化效率公式为:电池片输出功率=光照幅度(0W/平米)X电池片面积X转化效率,因此当光照幅度、电池片功率一定时,转化效率的提升能够降低电池片的面积,形成对于组件非硅成本和电站BOS成本的摊薄,从而持续降低产业链成本水平。
年以前,Al-BSF铝背场电池在国内电池片的渗透率在90%以上,但到了年其效率达到20%接近瓶颈,年起PERC电池产能开始迅速崛起,从年市场渗透率不足10%,到年能超过50%,成为目前市场主流电池技术路线。
PERC电池最高转化效率从年天合的21.4%提升至年隆基的24.06%。目前,市场PERC电池平均量产转化效率约23.2%,已逼近效率极限,亟需新一代高效电池技术替代。而N型电池效率提升潜力大、投资成本不断降低,本轮光伏技术变革将由P型电池转向N型电池(TOPCon、HJT、IBC)。
复盘单晶替代多晶,N型电池进入渗透爆发前期。由于光伏产品的终端应用设计寿命高达20年以上,同时投资回收期高达10年以上,因此业主对于光伏产品具备天然较低的风险偏好,对于新技术的推广初期会存在一定阻力。但若新技术具备显著的性价比,能够大幅缩短业主的投资回报周期,同时在头部组件和业主端得以验证后,将会快速开启新技术渗透周期。
上一轮光伏产业的技术颠覆性的革命来自于单晶替代多晶,我们对其复盘以展望未来N型替代。单晶替代多晶主要可以分为三个阶段:1)年之前:单晶高成本带来价差,但业主端性价比未体现,市占率相对较低;2)-年:金刚线切片成熟快速降本,单多晶价差缩小,业主性价比显现,渗透率快速提升;3)年至今:单晶获得认可溢价扩大,而份额90%以上成为市场主流后,让利终端业主溢价再次逐步收窄。
通过对于单晶替代多晶的复盘,我们判断当新技术带来的溢价相较于成本具备显著性价比时,下游业主端将会持续推进新技术的应用,新技术渗透率开始逐步提升。当新技术的性价比在终端得以可靠验证,同时产能开始大规模释放后,新技术渗透率将得以快速放量,同时有望恢复到合理溢价水平。而后随着新技术完全普及,其溢价最终让利给下游实现行业降本。
当前来看,年的N型组件类似于年的单晶组件,已经具备显著性价比优势,同时头部组件企业已启动量产布局、下游业主接受度在持续提升,产品迎来渗透率初步提升。而随着未来降本技术的继续推进,同时产能释放带来的规模效应,将持续拉大N型组件的优势身位,市场份额有望快速提升至主流水平。
2.2TOPCon电池参数优异,可基于PERC工艺升级
TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构。德国FraunhoferISE研究所在年首次提出TOPCon电池概念,TOPCon电池为硅片的背面提供了良好的表面钝化,提升了电池的开路电压和短路电流,从而提升转化效率。
传统PERC电池主要在电池背面形成全覆盖氧化铝和氮化硅的钝化层,但由于氧化铝的介电特性,需在后续工艺中通过激光开槽去除部分钝化层,形成部分金属化部分钝化层的背表面结构。TOPCon电池正面沿用PERC的背面结构,将氧化铝加氮化硅叠层膜起钝化和减反作用,而背面制备超薄隧穿氧化层和高掺杂非晶硅薄层,二者形成钝化接触结构,氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合,同时高掺杂的多晶硅层对于多子电子来说具有良好的传导性,能够去除背面开膜工艺并实现背面整体钝化。
1)TOPCon优势之一:电池参数性能优异。TOPCon电池的理论转化效率上限高,据德国研究所ISFH基于载流子选择性的概念,分析PERC、HIT、TOPCon电池的理论极限效率分别为24.5%、27.5%、28.7%。其中基于双面POLO2-BJ结构,TOPCon理论效率28.7%接近晶硅极限29.43%。但该结构需正背面同时做多晶硅结构,与现有产业化TOPCon结构差异较大,在产线应用仍需要继续论证。
当前TOPCon量产平均效率在23.5%-24.5%之间,实验室纪录已突破25%以上,隆基、晶科、中来、通威、天合、晶澳等主流厂商均有布局规划。年4月,隆基单晶双面N型TOPCon电池转换效率达25.09%,实现了基于硅片商业化尺寸TOPCon电池效率首次突破25%;6月,隆基再次公布效率实现25.21%。年9月,中来尺寸N型TOPCon电池效率高达25.4%。年10月,晶科公布其N型TOPCon效率实现25.4%。
同时,TOPCon电池还具备高双面率、低温系数好、低衰减等优点。根据晶科,其N型组件产品具备85%双面率,能够提升背面15%的发电量。P型的光致衰有1%到2%,TOPCon新品是P型首年衰减2%的一半,平均衰减0.4%。低温度系数方面,TOPCon具备-0.3%/℃,远低于P型-0.4%/℃,高温条件具备更好发电量优势。
2)TOPCon优势之二:可沿用大部分当前PERC工艺技术。目前TOPCon在现有PERC设备基础上,修改部分工艺即可完成技术升级。但由于当前PERC产线仍有一定经济性,且当前主流的LPCVD工艺路线占地面积较大不易改造,因此晶科等领先厂商产能仍以新建为主。随着后续TOPCon技术全面成熟抢占PERC市场,以及PECVD等三合一路线持续优化完善,有望开启PERC存量产能的改造。
TOPCon较传统PERC工艺上叠加,步骤达12-13步。首先TOPCon增加了硼扩散工艺,在普通化学制绒的N型Si片上,通过硼磷管式共扩散制备正面P型发射结和N型背面,然后通过PECVD技术在前后表面制备钝化层和减反膜。在此基础上,TOPCon还需要增加隧道结制备、退火清洗等工艺。与此对应的,在设备方面,TOPCon相比PERC核心增加了硼扩炉(进行硼扩散)、LPCVD(隧穿层+多晶硅)两道设备,同时去除了前道SE、后道开槽两道激光设备,在现有PERC产线(设备投资1.3亿元/GW)基础上增加0.5-0.8亿元/GW即可完成技术升级(合计设备投资1.8-2亿元/GW)。
制备隧穿氧化层是TOPCon最核心的工艺,该环节各家厂商也有不同的设备工艺路线。其中,LPCVD是目前针对隧穿氧化层钝化接触最成熟的技术,但由于其会出现绕镀、膜破等问题影响良率,且占地面积较大不易于做改造。因此TOPCon薄膜沉积还可以通过PECVD设备(捷佳、金辰提出管式PECVD沉积氧化硅和多晶硅膜,当前主要通威、日升布局)、PVD设备(比太、杰太提出PVD沉积氧化硅和多晶硅膜,当前主要中来布局)、PEALD设备制备(微导提出PEALD沉积氧化硅和多晶硅膜,当前主要通威、尚德布局)。
2.3头部厂商率先推出TOPCon产品,参数性能显著优于PERC
2.3.1晶科:组件最高功率W,组件效率高达22.3%
作为全球组件龙头,晶科对于TOPCon先发优势明确,是最早实现10GW以上大规模量产出货的厂商,在TOPCon领域具备较强竞争优势。在研发方面,晶科能源的TOPCon电池18次打破世界记录。年10月,在权威第三方测试认证机构日本JET检测实验室标定全面积电池最高转化效率达到25.4%。此次破纪录的太阳电池采用了晶科自产的高品质直拉N型单晶硅片,通过超细栅线金属化技术、深度掺杂技术、低寄生吸收材料技术,以及自主开发的成套HOT高效电池工艺技术等多项创新及材料优化,实现了效率突破。
在量产方面,年11月2日,晶科首次发布其TOPCon组件量产新品TigerNeo。该组件基于mm尺寸,相较于传统PERC组件产品在性能、功率、能量密度和可靠性方面全面增强,其量产输出功率最高可达W。该产品具备以下核心竞争优势:
1)发电性能优异:N型TOPCon电池量产效率可达24.6%,组件技术相较于单晶PERC,在效率方面提升1-1.5pct。该组件结合多主栅以及半片技术降低内阻损耗,并且采用圆丝焊带获得更好的发电增幅,使组件效率最高可达22.30%,全生命周期内发电量多3%。
2)低衰减、长质保:由于TigerNeo的LD和LeTID风险大大降低,晶科能源提供行业领先的30年线性功率输出质保。TigerNeo首年衰减低于1%,且保证30年后输出功率不低于原始输出功率的87.40%。
3)双面率、温度系数更优:TigerNeo双面率最高可达85%,相较于P型双面率提高约5-15%,大幅提升了其发电性能及发电效率。同时该组件温度系数为-0.3%/℃,相较于P型的-0.35%/℃,使其在极端高温环境下更具耐久性。
晶科目前已投产TOPCon产能主要为合肥8GW和尖山8GW项目,其中合肥项目为1月投产,尖山项目于2月底投产,预计项目将于4-5月逐步达产。根据晶科产品发布会,目前其TOPCon电池良率水平已经持平于PERC,且年全年出货规划高达10GW,占晶科全部产能25%-30%,年N型的比重会上升至50%以上。当前N型电池及组件溢价普遍每瓦超过1毛,若晶科能够大规模量产出货,将显著厚增其业绩水平。
2.3.2中来:组件功率高达W,组件效率22.53%
年开始,中来股份就专注于N型TOPCon电池的研发、生产与销售,是最早一批具备GW级TOPCon电池量产能力的技术型企业。年,中来实现了TOPcon量产规模。截至年Q3,中来为全球提供电池和组件超5GW,还有16GW产能正在规划中。
在量产方面,中来股份采用其最新研发的J-TOPcon2.0电池。J-TOPCon2.0新技术是中来与江苏杰太光电技术有限公司合作,利用其独创的线性等离子源技术,共同开发了一套全新的POPAID(等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术)技术。POPAID利用链式平台传输载板,能够在不破真空情况下同时完成隧穿氧化层和掺杂非晶硅沉积,真正做到完全无绕镀。
目前中来J-TOPcon技术产品电池量产效率达到了24.5%,并且该组件具有更高的双面率(80%)、更优秀的功率温度系数(-3.1%/℃)与较低的组件工作温度、更优的弱光响应。同时低衰减率(首年1%,线性0.4%)以及至少30年的生命周期,也使其额外发电量比常规组件高约10%-30%。年SNEC展上,中来发布W光伏组件采用N型TOPCon高效技术,选用尺寸电池片,组件效率22.53%。
作为全球最大的TOPCon组件供应商,据公告中来股份目前的产能3.6GW,在建产能主要为“山西年产16GW高效单晶电池智能工厂项目”,其中一期8GW项目预计将于年投产。并且在未来1-2年,中来将具备20GW的TOPCon产能。
2.3.3隆基:组件功率高达W,组件效率22.3%
隆基的创新研发团队在追求技术极致的道路上积极探索。年6月,经世界公认权威测试机构德国ISFH研究所测试,隆基电池研发中心单晶双面N型TOPcon电池研发实现高达25.21%转换效率,将基于CZ硅片商业化尺寸TOPcon电池的转化效率提升至全新的高度。此外,隆基单晶双面P型TOPcon电池效率在行业内率先突破25%,实现25.19%的世界记录。
在量产方面,年6月3日,隆基重磅发布首款TOPcon双面组件—Hi-MON。Hi-MON组件采用了基于N型TOPCon结构的隆基HPC电池技术,该产品保持了-72c的最优组件尺寸,量产转换效率达22.3%,量产功率高达W。相比市场主流的P型双面组件可多发电2-3%。
凭借HPC电池制程零损伤、无隐裂智能焊接技术的加持,Hi-MON组件实现了光照下无PID效应,首年衰减≤1%,线性衰减≤0.4%/年。该组件可以在有限面积上使光伏安装容量提高3.5%以上,更加节省光伏场区的BOS成本,并摊薄交流端设备成本及电站生命周期内的运营维护成本。(报告来源:未来智库)
三、技术渗透初期:重点
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