太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类，目前晶硅电池占比约95%，薄膜电池正在蓬勃发展。从设备角度来看，下游扩产是需求的直接动力，终端装机量提升有望带来增量设备需求；同时，光伏行业持续进行技术创新与工艺迭代，不仅有利于刺激新的扩产需求，还有望加速原有设备的更新替换。晶硅电池方面，受益于技术迭代以及海内外扩产，整体设备需求保持高景气；薄膜电池方面，我们看好钙钛矿电池的发展，判断2023年钙钛矿行业处于从百兆瓦中试线向GW级量产线快速推进的过程中，设备是新工艺导入量产的基础，在产业化初期的重要性凸显。展望未来，当薄膜或叠层时代到来之时，挑战与机遇并存，我们对未来“竞争格局将如何演化？”进行了思考。
　　风险提示
　　①光伏行业投资不及预期：近年来光伏行业投资、扩产持续火热，若行业出现周期性或政策性波动，行业增长势头放缓，将不利于新技术的研发及产业化推进。
　　 ②新技术产业化推进不及预期：光伏行业持续进行工艺技术迭代，涌现诸多新技术、新工艺助力行业降本增效，但是新技术的导入仍需要工艺的持续磨合优化以及上下游产业链的积极配合，在发展过程中存在一定的不确定性，存在新技术产业化推进不及预期的风险。
　　 ③钙钛矿电池量产推进不及预期：钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池，在国家相关政策的支持下市场空间广阔，目前尚处于产业化的早期阶段，受到宏观经济运行、行业市场环境发展情况、量产效率提升速度等不确定性因素影响，同时行业内各公司的技术开发能力、新产品业务推广等也存在一定的市场风险。同时如因国家或地方有关政策调整、项目审批等实施条件发生变化，各类钙钛矿电池项目的实施可能存在顺延、变更、中止甚至终止的风险。

研究报告全文：证券研究报告行业深度报告光伏设备产业现状及前景分析分析师吕娟分析师夏纾雨研究助理籍星博lyujuancsccomcnxiashuyucsccomcnjixingbocsccomcn021-6882161013601688112SAC编号S1440519080001SAC编号S1440521120002SFC编号BOU764日期2023年2月16日本报告由中信建投证券股份有限公司在中华人民共和国仅为本报告目的不包括香港澳门台湾提供在遵守适用的法律法规情况下本报告亦可能由中信建投国际证券有限公司在香港提供同时请参阅最后一页的重要声明核心观点太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类目前晶硅电池占比约95薄膜电池正在蓬勃发展从设备角度来看下游扩产是需求的直接动力终端装机量提升有望带来增量设备需求同时光伏行业持续进行技术创新与工艺迭代不仅有利于刺激新的扩产需求还有望加速原有设备的更新替换晶硅电池方面受益于技术迭代以及海内外扩产整体设备需求保持高景气薄膜电池方面我们看好钙钛矿电池的发展判断2023年钙钛矿行业处于从百兆瓦中试线向GW级量产线快速推进的过程中设备是新工艺导入量产的基础在产业化初期的重要性凸显展望未来当薄膜或叠层时代到来之时挑战与机遇并存我们对未来竞争格局将如何演化进行了思考目录一光伏电池分类及光伏设备行业概述11太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类12装机规模提升工艺技术迭代驱动光伏设备行业发展二晶硅电池受益技术迭代与国内外扩产晶硅设备需求保持高景气三薄膜电池钙钛矿电池量产将实现0到1跨越四随想竞争格局将如何演化五投资建议六风险提示11太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类太阳能电池的工作原理为光生伏特效应太阳光照射半导体P-N结P-N结两端产生电压即光生电压阳光照射到电池表面吸收具有能量的光子在内部产生非平衡状态的电子-空穴对由于P-N结内建电场的作用电子与空穴将分别向NP区移动P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场抵消P-N结内生电场剩余部分使PN区分别带有正负电荷形成光生电动势外接负载后电流将从P区流出通过负载再从N区流入图表太阳能电池工作原理来源光伏发电原理及发展现状中信建投11太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类大类上看太阳能电池由晶硅电池与薄膜电池构成现阶段晶硅电池占比约95为绝对主流的太阳能电池以单晶硅电池为主薄膜电池作图表光伏电池技术路线图为太阳能电池发展的重要方向包括非晶硅电池化合物电池相较于晶硅电池具有理论转换效率高制造成本低应用领域广等特点晶硅电池分为单晶硅电池多晶硅电池单晶占绝对主流2021年我国单晶硅片P型N型合计市占率945其中P型占比904N型占比41预计单晶硅片市占率将进一步增大且N型占比有望加速提升另一方面多晶硅片市场份额由2020年的93进一步下降至2021年的52未来仍将呈现下降趋势电池技术路线来看2021年PERC电池市占率达到912平均转换效率231同比提升03pct多晶黑硅电池平均转换效率195提升空间有限2021年TOPConHJT电池市占率约3其中TOPCon电池平均转换效率达到24HJT电池平均转换效来源研创材料中信建投率242IBC电池平均转换效率24111太阳能电池主要分为晶硅电池与薄膜电池两大类薄膜电池分为非晶硅薄膜电池以及其他化合物电池相较于晶硅电池非晶硅薄膜电池具有较好的低温特性同功率非晶硅电池产生更多的图表光伏电池技术路线图年发电量化合物电池主要包括碲化镉CdTe铜铟硒CuInSe铜铟镓硒CuInGaSe砷化镓GaAs钙钛矿perovskite等薄膜电池具有衰减低重量轻材料消耗少制备能耗低适合与建筑结合BIPV等特点碲化镉CdTe铜铟硒CuInSe砷化镓GaAs等已实现商品化基于中国光伏产业发展路线图2021年版碲化镉CdTe电池实验室效率221组件实验室效率195组件产线平均效率1518铜铟镓硒CuInGaSe电池实验室效率2335组件实验室效率1964组件产线平均效率1517III-V族薄膜电池具有超高的转换效率与稳定性但是成本较高单结钙钛矿电池目前以实验室或中试线为主正在向GW级产线快速发展来源研创材料中信建投12装机规模提升工艺技术迭代驱动光伏设备行业发展光伏发电前景广阔2050年装机量将超过14000GW世界各国积极推动能源转型可再生能源发电大有可为根据IRENA发布的WorldEnegryTransitionsOutlook2022预计光伏发电量占全球总发电量比例将持续提升有望在2030年2050年分别达到1929与此同时光伏装机量将节节攀升预计2030年2050年光伏装机量有望分别超过5200GW14000GW而根据IEA数据截至2021年全球累计装机量达到942GW据此判断未来近30年间光伏行业仍具有巨大的发展潜力图表预计2050年光伏装机量将超过14000GW来源IRENA中信建投12装机规模提升工艺技术迭代驱动光伏设备行业发展光伏装机量持续攀升带动光伏设备需求增长双碳背景下光伏产业加速发展根据国家能源局统计数据2022年1-12月光伏新增装机8741GW同比增长593光伏设备直接需求来自于下游扩产随着装机量的增长光伏硅料硅片电池片组件等需求持续增长因而下游需要进行资本开支扩充产能满足装机需求释放增量设备需求硅料降价有望带动下游放量2022年11月以来上游硅料价格开始松动并迅速降价根据PVInfolink数据多晶硅致密料均价从2022年11月16日的303元kg快速下降至2023年1月18日的150元kg近期价格有所反弹但是整体而言2023年硅料价格将同比显著下降有望拉动终端装机需求提升进而带动设备需求增长图表2022年1-12月中国光伏新增装机8741GW图表2022年底以来硅料价格下滑GW202020212022元kg致密料RMB25350300202502001515010100500501-2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月来源国家能源局中信建投来源PvInfolink中信建投12装机规模提升工艺技术迭代驱动光伏设备行业发展技术迭代不停设备投资机会不歇降本增效是光伏行业向前发展的主题如何实现单瓦发电成本的最优化是光伏企业持续为之奋斗的方向我们以晶硅光伏电池产业链为例进行说明其降低光伏成本的方式主要包括1硅片做大摊薄成本2硅片切薄摊薄成本3电池片的转换效率提升提高发电量从而摊薄成本4新的组件技术发展提升发电量降低耗材使用量摊薄成本5各环节设备材料的国产化降低成本等而目前最重要的技术变化则是高效电池扩产带来的产业链技术革新涉及硅片电池片组件等各个环节技术革新不仅有利于刺激新的扩产需求还有望加速实现原有产能中设备的更新替换带来相应的光伏设备需求图表光伏产业链各环节核心技术变化大硅片薄片化N型大硅片带来更高的通量价值可以节适应大硅片提升转换效率适应电池片进步调整拉棒环节由Cz向RCz向CCz过渡约非硅成本大硅片可以降低焊带用调整兼容尺寸使用高精度焊丝压延整形模块通过多次装料拉晶以及高拉速提量减少遮光面积提高组件效率采用半片13片14片等高了单炉投料量和拉晶效率进薄片化可以有效降低硅成本调整串焊工艺SMBB单面焊接等技术实现应而降低了拉棒成本N型电池快速扩产N型硅片占比不用断提升单晶硅棒工业硅太阳能高纯硅片太阳能电池太阳能电池光伏系统晶体硅多晶硅铸锭组件改良西门子法工艺成熟硅烷流转换效率持续提升化床法生产成本具有优势BSFPERCTOPConxBCHJT多晶硅生产平均综合能耗下降目前PERC单晶电池向转换效率更高的至60KWhkg部分企业已低于TOPConHJTxBC电池切换高效50KWhkg电池快速扩产硅烷流化床法生产颗粒硅综合电耗更低仅约为15-40KWhkg来源各公司公告中信建投目录一光伏电池分类及光伏设备行业概述二晶硅电池受益技术迭代与国内外扩产晶硅设备需求保持高景气21晶硅技术迭代路径211硅片环节长晶与切片为核心工艺环节大尺寸薄片化N型趋势明确212电池片环节高效电池产业化进一步加速213组件环节大硅片加速设备更新高效电池推动需求变革22晶硅电池产业链各环节扩产分析221各环节扩产判断222海外需求兴起三薄膜电池钙钛矿电池量产将实现0到1跨越四随想竞争格局将如何演化五投资建议六风险提示21晶硅技术迭代路径211硅片环节长晶与切片为核心工艺环节大尺寸薄片化N型趋势明确当工业硅经过提纯后形成达到太阳能级质量标准的硅料根据产业需要用于制备单晶硅多晶硅分别应用于单晶电池和多晶电池的生产制备硅片主要包括长晶截断切方切片测试分选四个环节其中长晶与切片为核心环节单晶硅棒的制备由多晶硅料通过直拉法或者区熔法制成铸锭法制备单晶硅指采用类似于铸造多晶硅的工艺制备单晶硅目前采用该工艺制备单晶硅片的占比仍然较小图表单晶硅片多晶硅片制备图例图表单晶硅片制备工艺及相关设备来源晶盛机电中信建投来源晶盛机电中信建投21晶硅技术迭代路径硅片环节最重要的变化趋势包括大尺寸薄片化N型2018年至今硅片尺寸迭代加速驱动新一轮设备投资根据CPIA数据2021年182mm和210mm尺寸合计占比由2020年的45迅速增长至45预计未来其占比仍将快速扩大由于设备兼容尺寸存在一定限制因此向210mm尺寸切换过程中释放了大量新设备需求显著加速了设备更新薄片化趋势明确产业端持续推进薄片化有利于降低硅耗和硅片成本但会影响碎片率目前切片工艺完全能满足薄片化的需要但硅片厚度还要满足下游电池片组件制造端的需求N型单晶硅片是实现高效率太阳电池的理想材料渗透率有望持续提升N型单晶硅具有杂质少纯度高少子寿命少无晶界位错缺陷以及电阻率容易控制等材料优势是制备光伏电池的优质材料在相同金属杂质污染情况下N型电池表面复合速率低少子寿命比P型电池高出1-2个数量级因而同等光照条件下转换效率更高此外由于N型电池是硅片基底掺磷没有P型电池硅片基底硼-氧对形成复合中心的损失因此电池几乎没有光致衰减整体而言相较于P型电池N型电池在全生命周期的发电量至少会高出3图表光伏硅片尺寸不断变大图表单晶硅片薄片化趋势明确图表N型硅片占比有望持续提升N型单晶硅片P型单晶硅片微多晶硅片厚度单晶硅片厚度-P型铸锭单晶硅片多晶硅片200100单晶硅片厚度-N型-TOPCon单晶硅片厚度型-N-HJT80设备兼容性下降21060150401985-20122013-20172018至今摊薄成本缩小余量提高效率2001002021年2022年2023年2025年2027年2030年2021年2022年2023年2025年2027年2030年来源中环股份中信建投来源CPIA中信建投来源CPIA中信建投21晶硅技术迭代路径212电池片环节高效电池产业化进一步加速图表P型电池与N型电池对比晶体硅太阳电池占据太阳电池份额约95是目前产业化水平与可靠P型硅电池N型硅电池性最高的光伏电池类型目前晶体硅电池正由25时代向30时代前行掺杂物分凝系数B08P035硅锭均匀性高低第一代2005年2018年常规P型电池2020年传统BSF电池硅片得率高低铝背场电池市占率已降至88基本面临淘汰典型CZ单晶少子寿命2030s100100s第二代2016年至今PERC与PERC电池2016年前后随着功率衰减大在基区B-O对小在发射区B-O对电池产业接受度的爆发行业进入时代电池在传统PERC20PERC发射区制备扩磷容易扩硼难铝背场工艺基础上增加了背钝化与激光开槽更进一步在PERC基背场制备铝背场容易扩磷难础上以扩散后的PSG层为磷源利用激光的可选择性加热的优势前表面钝化SiNxSiO2Al2O3对正表面进行二次掺杂磷从而形成选择性重掺的N层SE技前表面钝化技术PECVD容易ALDPECVD难术的引入使得PERC电池进一步升级为PERC开启25时代并延续背表面钝化Al2O3SiNxSiO2至今现阶段PERC电池产业化配套成熟量产线转换效率达到背表面钝化技术ALDPECVD难PECVD容易230232左右另一方面其也逐步逼近量产转换效率上限行前栅线电极AgAg业开始探寻下一代高效晶硅太阳电池背栅线电极AlAg第三代正在开启规模产业化TOPConHJTxBC等高效电池同等技术电池效率低高一方面基于对于更高转换效率的不断追求N型电池将逐步开始替工艺复杂性低高代P型电池P型电池扩散磷形成NP结构虽然扩散工艺简单但是成本低高面临转换效率上限较低的问题N型电池扩散硼形成PN结构具有高少子寿命无光致衰减的优点N型电池代表包括TOPConHJT等来源新能源网中信建投与此同时业内仍有众多玩家尝试xBC电池通过改变电池结构实现效率提升P型和N型xBC电池也正在积极走向规模化量产21晶硅技术迭代路径高效晶硅太阳能电池现状综合评价PERC目前经济性优势最为明显但是由于PERC是P型电池技术进一步提升转换效率的空间有限同时光衰相对严重尤其是背面的衰减问题TOPCon相较于PERC工序有所增加主要为硼扩与多晶硅钝化产线与存量产能具有较好的设备兼容性HJT天然的双面发电电池双面率95低温工艺电池适宜做薄片化降本潜力大温度系数较小高温环境下衰减较小发电量相对较高本征非晶硅钝化开路电压较大当然HJT亟待解决的方面主要在于成本的持续优化IBC实现正面完全无栅线遮挡相较于常规电池可以获得更高的电流但制作工艺较为复杂图表硅基太阳电池产业技术发展图谱来源英利能源中信建投21晶硅技术迭代路径TOPCon电池与PERC产线兼容度最高激光SE有望显著提效隧穿氧化层结构设计是TOPCon的核心优化方案TOPCon电池通常采用N型硅衬底采用硼扩散形成发射极电池背面制备一层1-2nm的隧穿氧化层然后再沉积一层掺杂多晶硅二者共同形成了电池背面的整面高效钝化接触结构提供了良好的界面钝化由于特殊的能带结构隧穿氧化层结构使得载流子运输具有选择性允许多子电子隧穿进入多晶硅层并阻挡少子空穴通过界面进而电子可以在多晶硅层横向传输被电极收集降低金属接触复合电流提升开路电压和短路电流图表TOPCon电池结构图图表TOPCon电池背面钝化接触示意图来源中来股份中信建投来源光伏百科中信建投21晶硅技术迭代路径与产线兼容性较高核心增加硼扩设备和薄膜TOPConPERC图表TOPCon与PERC电池制备工艺对比沉积设备一方面N型TOPCon电池制备P-N结需要形成p发射极需要增加硼扩环节对应硼扩设备另一方面TOPCon电池背面钝化接触结构的制备需要增添薄膜沉积设备此外TOPCon产线无需背面的开孔和对准因此相较PERC产线可以减少激光开槽设备因此对于改造产能来说TOPCon可以最大程度保留PERC电池产线设备只需添加硼扩和薄膜沉积设备设备改造难度较低预计在PERC产线基础上每GW增加5000-7000万元左右的投入即可实现改造升级TOPCon电池将进入激光SE大时代激光硼掺杂是以硼硅玻璃BSG作为掺杂源利用激光可选择性加热特性在太阳能电池表面电极区域形成选择性重掺杂的p重掺杂区域提高电极接触区域的掺杂浓度降低接触电阻提高转换效率我们判断激光硼掺杂工艺有望提升TOPCon电池03-05的转换效率为终端客户带来显著收益使得TOPCon电池相较于PERC电池的转换效率优势进一步提升对行业形成一定的示范效应此外考虑到TOPCon电池产线与PERC产线较高的兼容性引入激光SE掺杂技术有望进一步推动PERC存量产线向TOPCon电池产线的改造加速产业发展来源PVInfolink中信建投21晶硅技术迭代路径HJT电池降本增效持续推进中长期具有较强的技术延展性HJT电池兼具晶硅电池和薄膜电池技术优点是中长期具有较强技术延展性的N型电池HJT电池通过插入一个更宽的带隙层进行钝化将电子与接触区域分离实现超薄整面钝化充分受益于非晶硅优异的钝化特性开路电压比常规电池高很多且不需要任何图形化技术HJT电池主要的优势包括低温工艺加工温度低于200250一方面可以降低能耗更为重要的是低温工艺可以大幅降低硅片的热损伤有利于硅片薄片化从而降低成本无PID效应与无LID效应HJT为N型衬底硅片掺杂磷没有P型硅片面临的硼氧复合硼铁复合问题低温度系数HJT高温与低温环境都表现出较好的温度特性双面对称结构高双面率提高电池发电收益高开路电压本征薄膜能够有效钝化晶体硅与掺杂非晶硅的界面缺陷开路电压高于常规电池图表HJT电池结构制备工艺及对应设备来源超高效HJT电池概述HJT技术来袭中信建投21晶硅技术迭代路径2023年重点关注HJT金属化降本进展2022年微晶化薄片化银包铜等方案积极导入HJT量产线一体化成本降低展望2023年我们认为降本仍为当前HJT产业发展的核心其中降低银耗尤为关键2022年年底已有玩家将电池背面银包铜导入产线2023年应当关注电池正面银包铜的导入进展此外0BB钢板印刷电镀铜等新技术的量产化进度也值得跟踪尤其是电镀铜技术作为无银化方案预计2023年中试规模逐渐增加向量产工艺快速发展带来了诸多增量设备需求在硅片端NP同价薄片化边皮料切割也将助力硅成本降低此外从产业发展角度来说传统龙头玩家在HJT方面的规模化扩产进度仍然值得重视图表HJT电池电镀铜工艺流程图表减少银浆耗量为HJT降本关键环节图表HJT电池电镀铜工艺流程来源华晟新能源中信建投来源中国可再生能源学会中信建投21晶硅技术迭代路径xBC电池背接触设计改变电池结构xBC电池平台型特点显现IBC电池正面无遮挡具有更高短路电流密度IBC电池Interdigitatedbackcontact指交叉背接触电池正面无电极正负两极金属栅线呈指状交叉排列于电池背面IBC电池最大特点是PN结和金属接触都处于电池背面我们认为IBC的提效主要体现在其将正面栅线转移到电池背面避免金属电极遮挡的结构变化且这样的结构与其他高效电池技术具有较强的可叠加性IBC电池结构电池前表面形成nFSFn前场区利用场致钝化效应降低表面少子浓度从而降低表面复合速率同时降低串联电阻提升电子传输能力电池背表面为叉指状排列的pemitterp发射极和nBSFn背场区其中前者与N型硅基底形成P-N结有效分离载流子是电池的核心结构nBSF主要是与n型硅基底形成高低结诱导形成P-N结进一步增强载流子的分离能力此外前后表面均采用SiO2SiNx叠层膜进行钝化正面无金属接触背表面的正负电极接触区域也呈叉指状排列IBC电池优势主要体现在以下几个方面电池正面没有金属电极遮挡的影响可实现入射光子的最大利用化因此具有更高的短路电流密度电池背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻从而提高填充因子通常增加前表面场FSF利用场钝化效应降低表面少子浓度减少前表面载流子复合采用钝化接触或减少接触面积大幅减少背面p区和n区与金属电极的接触复合损失IBC电池正面无栅线看起来更美观非常适用于光伏建筑一体化等场景具有较好的商业化前景图表IBC电池结构图来源中来股份中信建投21晶硅技术迭代路径xBC电池工艺分类以SunPower为代表的经典IBC电池以ISFH为代表的POLO-IBC电池但由于其工艺复杂业内更看好低成本的同源技术TBC电池即IBC吸收TOPCon钝化接触技术形成的工艺技术以Kaneka为代表的HBC电池即IBC吸收HJT的非晶硅钝化技术形成的工艺技术以隆基为代表的HPBC电池激光开槽技术可应用于IBC电池产线在IBC电池工艺中激光无损消融技术可应用于IBC背面钝化层开膜上采用精密激光加工系统用于替代掩膜光刻的方案可以简化工艺流程大幅降低生产成本使IBC电池具备量产可行性目前该激光技术已经量产图表TBCHBC电池工艺流程图表采用激光的P型IBC电池制备工艺工艺TBC电池经典HBC电池1清洗制绒清洗制绒2隧穿磷掺杂非晶硅本征氢化非晶硅正面3掩膜减反射膜正面4激光开槽本征氢化非晶硅背面5硼掺杂非晶硅硼掺杂非晶硅背面6刻蚀掩膜7SiOx钝化激光开槽8减反射膜正面刻蚀9减反射膜背面本征氢化非晶硅背面10丝网印刷磷掺杂非晶硅背面11烧结刻蚀12光注入透明导电膜背面13测试分选激光开槽隔离PN14丝网印刷15银浆固化16光注入17测试分选来源中来股份中信建投来源TNO光伏百科中信建投