来源：金融界网站
来源：中金公司
光伏电池片是将降本追求到极致的行业，技术进步是其永恒的追求，而技术的快速迭代也构成了光伏电池设备的核心驱动力。站在当前时点，我们认为随着传统PERC技术的降本增效面临瓶颈，市场对新技术的追求将更加迫切，其中异质结（HJT）基于其种种优势获得了诸多厂家的青睐，有望成为下一代主流技术。本篇报告重点分析了HJT为什么有希望成为下一代主流技术？HJT如何进行降本增效？HJT的发展路径如何推演？哪些公司会收益？总体而言，若电池技术从PERC切换到HJT，我们认为设备端有望迎来新一轮的高速增长。
摘要
为什么说HJT有希望成为新一代主流技术？异质结（HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer，HJT）全称本征薄膜异质结，其通过在P-N结之间插入本征非晶硅层进行表面钝化来提高转化效率。基于HJT的诸多优点，其有可能会成为下一代主流技术：1）传统HJT理论转化效率或超27％；2）有衰减率低、温度系数低、双面率高、弱光效应等优点，全生命周期发电增益明显；3）制程只有4步，可缩短生产步骤；4）作为平台技术，与其他先进工艺叠加，有望进一步提高转化效率。
HJT如何进行降本增效？我们预计HJT的降本增效路径包括以下几点：1）硅片减薄，HJT的对称结构和低温工艺让其更容易实现薄片化；2）通过MBB、SWCT、银包铜等技术降低银浆耗量；3）低温银浆国产化后单价下降；4）靶材耗量和成本下降；5）设备通过提升产能和降低零部件成本实现成本下降；6）转化效率提升到25％以上；7）自动化程度提升等带来人员及能耗下降。HJT的降本增效需要产业链各个环节的配合，目前已有众多厂家在各端发力促进行业的降本增效。
HJT的发展路径如何推演？我们基于一系列参数假设，做出以下推演：1）~22年HJT有望进行中规模的量产。我们预测到年，HJT的生产成本与PERC（含PERC+）的差距有望缩小至~10％，但考虑到HJT全生命周期的发电增益以及低衰减优势，HJT电池有望获得一定销售溢价，在部分市场的盈利能力将超过PERC。但考虑到存量的大规模PERC产能通过改造成PERC+或TOPCon也有望延长生命力，我们认为这段期间也将释放出存量PERC升级的设备需求。2）年之后HJT有望进入大规模替换时代。我们预测年HJT将在生产成本端具备比PERC更低的优势，届时就算不考虑其销售溢价，HJT也将具备比PERC的经济优势。
HJT技术对设备行业的影响如何？基于以上的路径推演，我们预测到年行业有望释放出超过GW的HJT设备订单，单GW设备投资额有望降至3亿元/GW，总市场空间达亿元，是PERC时代投资高峰（年）的2倍以上。而在竞争格局上，我们认为在本次的技术迭代中，国产厂商无论在推动工艺改进，还是设备降本方面，都起到了引领作用。目前捷佳伟创和迈为股份都具备提供HJT整线的能力，钧石、理想万里晖和金辰股份则在核心设备PECVD有较大突破。
风险
异质结降本过程不及预期，效率提升遇到瓶颈。
正文
为什么说异质结技术有希望成为下一代主流技术？
随着传统PERC技术面临提效降本瓶颈，行业对新技术的追求更加迫切
光伏电池片是典型的“技术驱动型”行业，提效和降本是企业不断的追求。我们在年1月16日发布的报告《光伏设备投资手册：技术迭代催生设备需求》中提到，PERC电池将成为新一代主流技术，带来旺盛的设备扩产需求。现在来看，~年，我们估计PERC电池设备的行业订单分别高达50GW/GW，大幅超过年初的市场一致预期，也让设备厂商如捷佳伟创、迈为股份、帝尔激光等公司步入了发展快车道。
传统PERC技术降本面临瓶颈，市场开始把目光投向新兴技术。过去两年，传统PERC电池片效率快速提升，生产成本不断下降，到目前已经面临着一定的发展瓶颈。站在当前时点，我们认为，电池片将向新的技术领域开拓，其中异质结、TOPcon、PERC+等新技术获得了主流厂家的高度重视。考虑到异质结拥有潜在效率高、衰减低、温度系数低、降本空间大等诸多优点，受到很多厂家和业界人士的青睐，或有可能成为下一代主流技术。同时，可在传统PERC基础上进行改造的TOPCon和PERC+技术也在快速发展，有望延长PERC路线的生命周期。本篇报告主要针对异质结技术做详细的介绍，除了介绍基本原理、发展历史和制备流程等基本内容外，我们还将分析其提效和降本的主要方法，并基于基础假设进行降本路径的预测，最后分析受益的投资标的。
光伏电池片转化效率提升的机理介绍
光伏电池片发电原理
我们在报告《光伏设备投资手册：技术迭代催生设备需求》详细介绍了光伏电池片发电的基本原理。简而言之，若将P型半导体和N型半导体进行紧密接触，则在交界处会形成内建电场。在光照激发下，电池内部将产生光生载流子（电子空穴对），并在内建电场的作用下发生分离，并由电极引出，形成电流。
图表:光伏发电原理示意图
资料来源：SolarEnergy，中金公司研究部
表面钝化是提高光伏电池转化效率的关键
影响光伏电池片转化效率的因素主要包括光学损失和电学损失。光学损失包括光的表面反射、表面遮光和光谱损失等，电学损失包括少子复合损失、电阻损失等。电池片技术的种种改进，本质上都是为了解决以上的各种效率损失，其中，降低少子表面复合在提高转化效率中起着非常关键的作用。
图表:效率损失类型和解决方法
资料来源：SolarEnergy，中金公司研究部
表面钝化技术可以降低少子复合，提高转化效率。光生载流子在运输过程中，往往在半导体内部遇到杂质等造成的缺陷，或者在表面遇到缺陷，导致部分载流子被复合掉，因而减少载流子寿命，影响转化效率。因此，减少少子复合是提升转化效率的关键，而表面钝化技术是减少少子复合的有效手段。决定少子复合速度的因素主要包括复合中心的数目和少子浓度，因此钝化手段主要包括两种：
减少界面缺陷态密度，往往通过化学方式实现：通常的方法是在表面沉积钝化膜或者H原子修复来降低界面的悬挂键，比如在PERC的背面沉积氧化铝，就是典型的化学钝化方式。
减少少子浓度，往往通过场钝化方式实现：通过在界面处建立内建电场，可以减少少子浓度，降低复合速率。PERC背面的氧化铝除了可以进行化学钝化外，也可以在背面建立内场，来减少少子复合。
无论是PERC电池，还是HJT技术，其核心工艺环节的目的都是实现更好的表面钝化，延长少子寿命，提高转化效率。
什么是异质结？
HJT电池的结构和原理
HJT电池结构：HJT全称HeterojunctionwithIntrinsicThinLayer，也被称为HIT，中文名为本征薄膜异质结。HJT电池为对称双面电池结构，中间为N型晶体硅，然后在正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜，形成P-N结。而硅片背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜形成背表面场。而由于非晶硅的导电性比较差，因此在电池两侧沉积透明导电薄膜（TCO）来进行导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极。
HJT电池实现高转化效率的原理：HJT技术很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题。该技术的核心在于，其在P-N结之间插入了本征非晶硅层作为缓冲层，而本征非晶硅层对晶体硅表面有很好的钝化作用，可以大幅避免载流子的复合，实现较高的少子寿命和开路电压。
图表:HJT电池结构
资料来源：SolarEnergy，中金公司研究部
HJT电池的发展历程
HJT电池的发展是不断提升转换效率和走向商业化的过程，具体可分为以下四个阶段：
起始阶段（~年）：年WalterFuhs提出非晶硅与晶硅结合的HJT结构，年异质结电池正式面世，但转换效率仅为12.3％，~年日本三洋公司将本征非晶硅引入异质结电池结构，取得转换效率的大幅提升，并为此申请了专利。
初步发展阶段（~年）：年，三洋开始生产HJT光伏组件。此外，德国光伏设备公司Roth；Rau（后被梅耶博格收购）以及法国国家太阳能研究所（CEA/INES）也投入HJT电池的研发。
工艺生产阶段（~年）：随着年松下（收购三洋）的HJT专利保护结束，HJT迎来了快速发展时期，转换效率节节攀升。年，日本Kaneka以背接触技术与HJT结合，实现了26.6％的电池转换效率世界纪录。
商业化和国产崛起阶段（年至今）：随着量产工艺初步成熟，各国厂商开始投资HJT产线，由最初的中试线到MW规模量产线，再到通威、爱康等厂商宣布GW级量产线计划，HJT电池成规模应用在即。此外，国产电池厂商和国产电池片设备商通过吸收国外先进技术与自主产业化开发，在HJT电池商业化时代的话语权不断提高。
图表：HJT电池发展历程梳理
资料来源：TaiyangNews，中金公司研究部
HJT电池的工艺流程及设备
HJT电池的工艺环节仅4步，分别为制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、透明导电薄膜沉积、丝网印刷。相比PERC电池通常的9~10步，HJT的生产步骤大大减少，具有量产优势。
从设备的角度看，各环节均处于国产设备逐渐导入的过程中：
制绒清洗：采用与PERC相似的湿法化学清洗设备，但要求更高的刻蚀损伤层厚度以及在低温环境下处理。制绒清洗工艺包括RCA清洗法和臭氧清洗法，臭氧清洗法在满足工艺需求的同时，化学品耗量和废料处理成本更低，因此应用更广泛。制绒清洗设备以YAC、Singulas等国外厂商主导，捷佳伟创已顺利实现该环节设备的国产化，迈为股份也通过与参股公司江苏启威星（引进YAC异质结制绒清洗全套技术，并结合自有半导体湿法技术研发）合作的方式突破了HJT清洗设备，加入整线解决方案中。
非晶硅薄膜沉积：我们估计该阶段的设备价值量占比达到~50％，是HJT设备中价值量占比最高的设备。非晶硅镀膜工艺对清洁度要求很高，因此实现大规模量产的难度也较大。目前非晶硅沉积的主流工艺方法为PECVD（等离子增强化学气相沉积）。PECVD根据结构设计可分为直列式和团簇式，团簇式PECVD产能较大、交叉污染少，但传输系统自动化难度较高，直列式PECVD可再分为串联式和并联式，目前大多PECVD采用更易实现的串联式结构，并联式则以梅耶博格Helia-PECVD为代表。国产厂商中，捷佳伟创、迈为股份、钧石、理想万里晖、金辰股份均在PECVD有布局，但技术的细节方向上有所不同。
透明导电膜沉积：我们估计该阶段的设备价值量占比达到25％。目前沉积TCO存在RPD（反应等离子体沉积）和PVD（物理化学气相沉积）两种路线。RPD与PVD的区别在于：1）RPD工艺采用蒸发镀膜法制备IWO导电薄膜（氧化铟掺钨），对硅衬底的轰击较小，薄膜导电性好，有望制备更高效率的电池，但缺点在于设备价值量更高，且靶材尚未规模量产。此外，ICO（氧化铟掺镉）等性能更高的新型靶材也有望推出。2）PVD工艺则用直流磁控溅射制备TCO，较为成熟，量产性更好，但受制于材料ITO的性能更差，近年出现了用PVD法制备的新种类SCOT材料，有望拉近与RPD+IWO的差距。目前两种技术路线并存，捷佳伟创的RPD设备已经顺利在爱康科技的产线装机，而迈为股份自主研发的PVD也已获得产线订单。
丝网印刷：用于电池的电极成形，该工艺与传统晶体硅电池片差异较小，主要差异在于，由于HJT电池结构的薄膜被氢化，而氢在高温下会从薄膜中逸出，影响钝化效果，因此需要使用低温下固化的特殊银浆印刷电极。低温银浆丝印工艺的一种可能的替代方法是电镀铜/锡/镍，其材料成本更低、电导率更高，但由于技术不成熟，目前几乎无量产应用。此外，近年也出现了激光转印技术，通过激光无接触地将浆料挤压到电池表面，可降低银浆损耗并印刷更细的栅线，有望替代丝印的部分环节，帝尔激光有该技术储备。对于丝印设备而言，迈为股份和捷佳伟创均实现了国产化。
图表：HJT主要工艺流程及制造设备
资料来源：公司
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