从底层工艺出发，探究电池技术进步的本质。尽管光伏电池技术路线不断迭代，效率不断提升，但基于晶硅电池的基本原理和核心工序并未改变。即清洗制绒、扩散制结、钝化镀膜、金属化四大步骤。本篇报告力图跳出对PERC、TOPCon、HJT等光伏电池技术的分类讨论，而是从底层技术出发，透视光伏电池技术进步的本质。
　　掺杂与成结，热场与气场的矛盾调和。同质结电池：扩散是主要的掺杂手段，并由此衍生出磷扩与硼扩。由于发射极与非发射极区对掺杂浓度的要求不同，衍生出SE（选择性发射极）技术。异质结电池：由沉积方法实现掺杂。非成结掺杂：掺杂工艺除了可以形成P-N结之外，还被用作高低结。扩散炉：要解决均匀性问题，核心是气场与热场的均匀。大尺寸趋势催生水平放片和多段进气。
　　钝化是提效关键，镀膜工艺的关键：致密性、均匀性、厚度。要逼近极限效率，必须解决光学损失和电学损失。钝化则是有效应对载流子复合的关键。PERC：Al2O3发挥关键作用；TOPCon：氧化硅（隧穿氧化层）+多晶硅；HJT：（氢化）非晶硅。从BSF的面接触到PERC的线接触，再到TOPCon和HJT的钝化接触，钝化层进步起到关键作用。我们预计2025年TOPCon、HJT产能分别达到790/200GW，带动整线设备需求420/250亿元。不同的设备和工艺影响镀膜质量，从而决定最佳膜层厚度。镀膜质量则取决于三个要素：气场、热场、电场。TOPCon：看好PECVD与原位掺杂、一次硼扩；HJT：线性串联式设备、I-IN-P镀膜顺序具备优势，腔体与腔室的路线之争各有优劣，看好迈为多腔体路线。
　　金属化与电池进步：工艺与材料的耦合。从PERC到TOPCon，双面化和银铝浆线宽导致银耗增大；从PERC到HJT，低温工艺引发较大阻碍。低温固化、树脂残留先天弱化了低温银浆的导电性能，电镀铜可能是终极方案。中短期内，银包铜+0BB可能成为主流过渡路线。银浆国产化顺利推进，银粉国产化迫在眉睫。展望2025年，高温银浆需求量超6895吨，低温银浆需求量1181吨。
　　当前时点：TOPCon步入放量期，HJT曙光初现，天花板高。TOPCon的弱点在正面钝化，提效路线为：SE、薄poly、正面poly；HJT的弱点在正面光学寄生吸收，微晶化首当其冲，其次是金属化降本。从电池效率提升难度来看，SE+薄poly助力TOPCon效率进一步提升。HJT最新记录26.81%，天花板更高。因此中期维度TOPCon将放量，长期维度HJT具备优势。
　　沿着功率曲线，寻找用武之地。激光的应用是平台技术，基于激光功率和物质形变，依次为光注入、SE、开槽/消融、激光转印、无损划片、打孔。
　　投资建议：规模化、技术进步、降本互相交织，推动光伏电池效率向极限进发。我们认为，光伏电池效率的提升有望带来产业的新一轮增长，同时为设备端、制造端、材料端带来超额回报。短期内TOPCon已走向成熟，并在SE技术下效率进一步提升；2023-24年，HJT各降本路径有望取得阶段性进展并迎来平价拐点。
　　重点推荐：捷佳伟创、迈为股份、帝尔激光、奥特维、英杰电气、横店东磁、钧达股份、赛伍技术。
　　建议关注：帝科股份、聚和材料、金辰股份、海目星、苏州固锝、东威科技、芯碁微装。
　　风险分析：上网电价政策风险、技术进步与提效低于预期、投资与产能过剩风险。
　　

研究报告全文：2023年4月11日行业研究成结镀膜金属化探究电池技术进步的本质光伏新技术系列一要点电力设备新能源从底层工艺出发探究电池技术进步的本质尽管光伏电池技术路线不断迭代买入维持效率不断提升但基于晶硅电池的基本原理和核心工序并未改变即清洗制绒扩散制结钝化镀膜金属化四大步骤本篇报告力图跳出对PERCTOPCon作者HJT等光伏电池技术的分类讨论而是从底层技术出发透视光伏电池技术进分析师殷中枢步的本质执业证书编号S0930518040004010-58452071掺杂与成结热场与气场的矛盾调和同质结电池扩散是主要的掺杂手段并yinzsebscncom由此衍生出磷扩与硼扩由于发射极与非发射极区对掺杂浓度的要求不同衍生分析师黄帅斌出SE选择性发射极技术异质结电池由沉积方法实现掺杂非成结掺杂执业证书编号S0930520080005掺杂工艺除了可以形成P-N结之外还被用作高低结扩散炉要解决均匀性0755-23915357问题核心是气场与热场的均匀大尺寸趋势催生水平放片和多段进气huangshuaibinebscncom钝化是提效关键镀膜工艺的关键致密性均匀性厚度要逼近极限效率分析师郝骞必须解决光学损失和电学损失钝化则是有效应对载流子复合的关键PERC执业证书编号S0930520050001021-52523827Al2O3发挥关键作用TOPCon氧化硅隧穿氧化层多晶硅HJT氢化haoqianebscncom非晶硅从BSF的面接触到PERC的线接触再到TOPCon和HJT的钝化接触钝化层进步起到关键作用我们预计2025年TOPConHJT产能分别达到790200GW带动整线设备需求420250亿元不同的设备和工艺影响镀膜质量从而决定最佳膜层厚度镀膜质量则取决于三个要素气场热场电场行业与沪深300指数对比图TOPCon看好PECVD与原位掺杂一次硼扩HJT线性串联式设备I-IN-P13镀膜顺序具备优势腔体与腔室的路线之争各有优劣看好迈为多腔体路线2金属化与电池进步工艺与材料的耦合从PERC到TOPCon双面化和银铝浆-8线宽导致银耗增大从PERC到HJT低温工艺引发较大阻碍低温固化树脂残留先天弱化了低温银浆的导电性能电镀铜可能是终极方案中短期内银-19包铜0BB可能成为主流过渡路线银浆国产化顺利推进银粉国产化迫在眉睫-30展望2025年高温银浆需求量超6895吨低温银浆需求量1181吨0322062208221222电力设备新能源沪深300当前时点TOPCon步入放量期HJT曙光初现天花板高TOPCon的弱点资料来源Wind在正面钝化提效路线为SE薄poly正面polyHJT的弱点在正面光学寄生吸收微晶化首当其冲其次是金属化降本从电池效率提升难度来看SE相关研报薄poly助力TOPCon效率进一步提升HJT最新记录2681天花板更高电池技术引领下一阶段光伏提效降本因此中期维度TOPCon将放量长期维度HJT具备优势2022-05-11沿着功率曲线寻找用武之地激光的应用是平台技术基于激光功率和物质形变依次为光注入SE开槽消融激光转印无损划片打孔投资建议规模化技术进步降本互相交织推动光伏电池效率向极限进发我们认为光伏电池效率的提升有望带来产业的新一轮增长同时为设备端制造端材料端带来超额回报短期内TOPCon已走向成熟并在SE技术下效率进一步提升2023-24年HJT各降本路径有望取得阶段性进展并迎来平价拐点重点推荐捷佳伟创迈为股份帝尔激光奥特维英杰电气横店东磁钧达股份赛伍技术建议关注帝科股份聚和材料金辰股份海目星苏州固锝东威科技芯碁微装风险分析上网电价政策风险技术进步与提效低于预期投资与产能过剩风险敬请参阅最后一页特别声明-1-证券研究报告电力设备新能源投资聚焦从2022年开始光伏电池技术加速从P型向N型过渡TOPCon和HJT作为两大热门路线不仅引发了业界关注形成了两大阵营也正在对产业链上下游产生一系列影响本篇报告试图回答以下几个问题1光伏电池技术进步的本质2扩散镀膜设备的核心原理和工艺要点3金属化工艺与材料的互相耦合与不同电池技术路线的方案选择4激光作为一种平台技术基于功率和物质形变的应用场景我们区别于市场的观点1创新研究框架对于光伏技术的解析市场普遍采用自下而上的方法分路线介绍PERCTOPCon和HJT而缺乏对技术普适性的理解我们认为基于晶硅电池的制结钝化金属化工艺并未改变我们从基本工序出发透视光伏电池技术进步的本质2深入揭示工艺原理市场对光伏技术的理解往往停留在表观层面我们通过文献研究与学习揭示了扩散制结中热场与气场的矛盾调和探讨了真空镀膜中热场气场电场对成膜质量的影响以及成膜厚度与均匀致密性的关联并对金属化工艺和材料的耦合做了梳理3基于功率和物质形变的激光应用场景激光在光伏电池制造中应用广泛市场普遍按不同的电池路线进行区分而忽视了底层工艺的稳定我们按照激光功率大小与其造成的物质形变为参照探讨了激光在照射加热融化气化分解等作用下分别形成的光注入SE开槽转印划片打孔等功能股价上涨的催化因素1光伏新技术取得阶段性突破本轮光伏技术进步由国内设备商主导技术进步有望为下游制造商带来超额收益继而带动企业资本开支若光伏技术提效降本取得阶段性突破则有望打开下游应用市场提高新技术扩产预期继而对设备商股价形成催化2光伏新技术产出端放量TOPCon和HJT组件具备高效低衰减低温度系数等优点一旦降本进程跨过临界点下游产出有望迅速放量从而带动相关产业链配套产品如组件电池银浆胶膜以及铜金属化等投资观点规模化技术进步降本互相交织推动光伏电池效率向极限进发技术方面日拱一卒不断创造新的世界纪录产业链方面逐步成熟适应N型技术的主辅材走向规模化我们认为光伏电池效率的提升有望带来产业的新一轮增长同时为设备端制造端材料端带来超额回报短期内TOPCon已走向成熟并在SE技术下效率进一步提升2023-24年HJT在各降本路径有望取得阶段性进展并迎来平价拐点重点推荐捷佳伟创迈为股份帝尔激光奥特维英杰电气横店东磁钧达股份赛伍技术建议关注帝科股份聚和材料金辰股份海目星苏州固锝东威科技芯碁微装敬请参阅最后一页特别声明-2-证券研究报告电力设备新能源目录1晶硅电池的基本原理与核心工序122掺杂与成结光伏电池的心脏1421同质结磷扩与硼扩1622同质结SE1923异质结掺杂与非掺杂2024非成结掺杂2125扩散炉223钝化提效的关键2431钝化有效减少复合2532钝化层的选择决定了电池路径2733钝化接触高效路线的本质314光伏镀膜工艺致密性均匀性厚度3541真空镀膜工艺总览3742TOPCon镀膜设备40421镀膜的质量与厚度42422趋势LP与PE路线4543HJT镀膜设备50431镀膜的质量与厚度50432趋势腔室镀膜顺序535先进电池进步的思路与方向5851TOPCon主要缺口来自前表面5852HJT完美钝化主要缺口来自光学损失606金属化与电池进步6461金属化之材料浆料区别与改进路线68611高温浆料从PERC浆料到TOPCon银浆69612低温浆料与银包铜72613银浆与银粉国产化7662金属化之工艺接触式与非接触式80621接触式80622非接触式847激光的应用沿着功率曲线寻找用武之地938当前时点TOPCon扩产具备确定性HJT到了降本关键节点989相关标的梳理10091捷佳伟创10192迈为股份10293奥特维10494帝尔激光11095钧达股份11196英杰电气11597横店东磁11998赛伍技术12399帝科股份128910聚和材料129911金辰股份132912海目星133913苏州晶银135敬请参阅最后一页特别声明-3-证券研究报告电力设备新能源914微导纳米135915理想万里晖136916钧石能源137917拉普拉斯13810风险分析139敬请参阅最后一页特别声明-4-证券研究报告电力设备新能源图目录图1光伏电池分类12图2组件价格与累计出货量的关系12图3光伏不同技术的转化效率及未来前景12图4产业化太阳能电池技术发展历程13图5按照P-N结对光伏电池进行分类14图6空穴与电子示意图14图7内建电场示意图14图8表面钝化能够增加同一位置下载流子被收集的概率15图9P-N结杂质浓度分布16图10扩散高低方阻的区别以及对电池片的影响16图11低压硼扩散原理图16图12硼扩与磷扩原理17图13杂质在硅材料中的固溶度17图14硼扩与磷扩工艺区别17图15硼扩的两种路线18图16硼扩散的技术路线预测18图17SE原理图19图18异质结电池基本结构20图19备选的空穴及电子传输层材料能带结构图21图20TOPCon电池中的P-N结与高低结21图21HJT电池中的P-N结与高低结21图22垂直放片与水平放片22图23类PE顺向放片23图24LPCVD多段进气23图25AM15G地表光谱辐照度太阳光谱下能够被硅吸收的部分24图26太阳能电池的效率损失机理24图27晶体硅太阳电池中四种复合过程25图28晶体缺陷引起晶格局部弹性变形称晶格畸变26图29悬挂键示意图26图30晶硅太阳能电池的钝化26图31不同光伏电池的钝化层组合27图32不同电池模型的理论最大效率28图33不同的钝化介质会的钝化界面特性28图34不同电池模型的理论最大效率隆基28图35PERC电池结构29图36不同钝化介质会的钝化界面特性29图37Al2O3钝化界面29图38HJT电池钝化机理30图39TOPCon电池钝化机理31敬请参阅最后一页特别声明-5-证券研究报告电力设备新能源图40铝背场电池结构31图41PERC电池结构31图42钝化接触原理32图43不同隧穿层材料的钝化特性32图44不同隧穿层材料的钝化特性32图45TOPConHJT的钝化结构33图46TOPCon与PERC的背面电流示意图33图47不同电池路线的开路电压33图48PERCTOPConHJT的开路电压短路电流效率对比34图49光伏镀膜工艺的要点35图50气场示意图LPCVD35图51热场示意图LPCVD36图52PECVD电场36图53薄膜沉积设备技术分类38图54PERCTOPConHJT电池中镀膜工序39图55TOPCon电池正面采用Al2O3钝化42图56Al2O3薄膜制备方法42图57氧化铝沉积技术对比43图58ALD沉积氧化铝由两个自限半反应组成43图59PERC电池背钝化技术市场占比43图60载流子隧穿机制44图61过薄的多晶硅层会导致金属浆料烧穿44图62背表面多晶硅薄膜减薄有助于提升电池效率44图63背表面多晶硅薄膜寄生吸收原理44图64背表面多晶硅薄膜厚度下降趋势预测45图65关键结构的制程选择45图66LPCVD和PECVD镀膜优劣势对比46图67制备工艺47图68原位掺杂与非原位掺杂市占率47图69不同的镀膜技术路线市占率47图70优化涂层与加工工艺可延长石英管寿命48图71PECVD石墨舟48图72LPCVD石英舟48图73管式PECVD与板式PECVD的区别49图74常见的TCO材料51图75不同产线构型示意图53图76线性串联式钧石54图77团簇并联式AM54图78线性并联式MB54图79IN-IP镀膜顺序55图80I-IN-P镀膜顺序55敬请参阅最后一页特别声明-6-证券研究报告电力设备新能源图81多个腔室镀制一层同性质薄膜示意图56图82各家设备公司路线选择56图83钧石能源设备特点57图84钧石能源关键改进57图85理想万里晖设备特点57图86理想万里晖关键改进57图87迈为设备示意图57图88迈为设备特点57图89n-TOPCon电池模拟及损失分析58图90TOPCon电池效率提升路线图59图91正表面全钝化接触59图92正表面局部钝化接触59图93HJT电池电学损失分析60图94a-SiHc-SiH和c-Si的光吸收60图95微晶硅可减少非晶硅的寄生吸收60图96微晶硅的形成需要更高的稀释率61图97稀释率提高后沉积速率变慢61图98VHF在微晶硅沉积中的技术优势61图99金属化与钝化镀膜的接触与配合64图100金属化浆料设计要点64图101全铝背场电向PERC电池的进步65图102中润光能157多晶单面太阳能电池65图103爱旭PERC电池66图104一道182N型TOPCon电池66图105华晟M6-12BB异质结电池67图106金属化材料与工艺67图107电池片银耗趋势182前后表面68图108电池片银耗趋势M6M10平均68图109前表面金属化68图110正面印刷工艺68图111正面细栅宽度68图112主栅路线M1068图113PERC细栅浆料印刷路线69图114从PERC电池到TOPCon电池结构变化69图115TOPCon银浆组合贺利氏70图116TOPCon银浆组合帝科70图117TOPCon银浆组合聚和新材70图118背面细栅需控制烧穿深度71图119正面细栅需控制银铝尖刺71图120光伏电池表面接触机理71图121低温银浆基本构成及要求72敬请参阅最后一页特别声明-7-证券研究报告电力设备新能源图122高低温银浆电极对比72图123片状银粉球状银粉复配有助于提高银粉间接触面积72图124低温银浆印刷较低73图125化学镀银包铜粉示意图73图126银包铜粉制备关键技术73图127银包铜制备技术路线74图128银包铜粉制备工艺流程74图129异质结电池银耗降低路线76图130光伏银浆制备工艺76图131聚和材料原材料采购76图132帝科股份原材料采购76图133银粉的分类及功能77图134国产正面银浆市占率78图135各类银浆国产化率78图136聚和材料银粉采购2021年79图137帝科股份银粉采购2019年79图138丝网印刷示意图80图139丝网印刷机80图140分步印刷和两次印刷原理81图141MBB技术缩短电流收集路径82图142MBB技术对电池片隐裂容忍度更高82图143圆形焊带的光学优势82图144SMBB技术可以缩短电流传导距离降低电阻82图145华晟15BB半片N型异质结电池G1282图146主栅数量增加收集路径和主栅宽度降低83图147主栅数量增加串联电阻降低电池功率提升83图148网版结构差异84图149激光转印过程示意图85图150不同激光功率下激光转印过程85图151无主栅技术85图152圆丝铜线有效减少遮光86图153主栅数量呈上升趋势86图154铟锡层与银形成接触86图155SWCT技术可实现低温熔融接触86图156SWCT技术缩短电流收集路径87图157SWCT技术对电池片隐裂容忍度更高87图158SWCT技术可实现更小应力87图159铜电镀工艺流程88图160镀铜可以实现更好的接触89图161优化设计的电镀电池与丝印电池比较90图162退火对铜金属化电池外量子效率EQE的影响90敬请参阅最后一页特别声明-8-证券研究报告电力设备新能源图163不同功率激光在光伏领域应用93图164光注入增效原理93图165异质结太阳电池交替光注入后效率变化94图166光注入设备94图167双面单晶硅PERC电池截面结构示意图95图168电池片背部激光开槽图案设计95图169HBC工艺步骤95图170激光用于激光转印的转移过程96图171激光划片工艺分类96图172光伏电池多分片趋势M10尺寸96图173有损与无损激光划片97图174冷却法与直接法无损划片97图175MWT原理97图176光伏玻璃打孔原理97图177电池新技术投资的三个阶段98图178捷佳伟创发展历程101图179迈为股份发展历程103图180奥特维发展历程104图181奥特维产品布局105图182奥特维营收情况105图183奥特维归母净利润情况105图184奥特维分部业务营收106图185奥特维分部业务毛利率106图186帝尔激光发展历程110图187捷泰科技发展历程112图188钧达股份营收情况112图189钧达股份归母净利润情况112图190英杰电气发展历程115图191英杰电气营收情况115图192英杰电气归母净利润情况115图193英杰电气分部营收按应用领域116图194英杰电气分部营收按产品116图195横店东磁营收情况119图196横店东磁归母净利润情况119图197横店东磁分部业务营收120图198横店东磁分部业务毛利率120图199赛伍技术发展历程123图200赛伍技术营收情况123图201赛伍技术归母净利润情况123图202赛伍技术分部业务营收124图203赛伍技术胶膜与背板销量万平米124敬请参阅最后一页特别声明-9-证券研究报告电力设备新能源图204帝科股份TOPCon金属化方案128图205帝科股份HJT金属化方案128图206聚和材料发展历程129图207聚和材料产品客户研发体系130图208聚和材料TOPCon金属化方案130图209聚和材料TOPCon电池用银浆性能指标130图210金辰股份电池片设备发展历程132图211金辰股份在TOPCon电池设备领域的布局132图212海目星业务布局133图213海目星在光伏领域产品布局134图214微导纳米发展历程136图215理想万里晖发展历程137图216理想万里晖客户基础137图217钧石能源发展历程138图218钧石能源PECVD设备特点138图219钧石能源提供异质结整线装备138图220拉普拉斯发展历程139图221拉普拉斯主要产品设备139表目录表1硼扩SE不同路线对比20表2硼扩SE各路线效率潜力分析20表3各种钝化介质特性27表4真空表面处理技术的分类37表5薄膜沉积技术对比38表6常见的薄膜生成原理39表7TOPCon技术路线对比40表8不同厂家的设备参数对比40表9TOPCon扩产厂商设备选择41表10LPCVD和PECVD镀膜特性46表11HJTCVD路线参考50表12HJTTCO制备路线参考51表13不同厂家的设备参数对比52表14HJT扩产厂商设备选择52表15不同设备厂家的产线构型54表16光伏电池需求与扩产62表17HJT与TOPCon设备市场空间63表18异质结浆料与高温正银差异72表19银包铜浆料性能指标75表20银包铜浆料测试结果75敬请参阅最后一页特别声明-10-证券研究报告电力设备新能源表21银包铜电池背面副栅组件CTM数据75表22银浆与银粉的国产化情况78表23全球主要银粉厂家79表24全球主要银粉厂家产品性能80表25铜电镀领域各公司进度89表26铜电镀和丝印银浆电池效率对比90表27金属化设备市场空间90表28金属化浆料市场空间91表29组件环节设备市场空间92表30设备公司TOPCon激光SE研发进展94表31各类电池成本拆分99表32TOPCon电池设备重点国内厂家100表33HJT电池设备重点国内厂家100表34捷佳伟创盈利预测与估值简表102表35迈为股份盈利预测与估值简表104表36奥特维营业收入盈利预测表108表37可比公司估值比较109表38奥特维业绩预测和估值指标109表39帝尔激光盈利预测与估值简表111表40钧达股份产能及出货量预测113表41钧达股份营业收入盈利预测表114表42可比公司估值比较114表43钧达股份业绩预测和估值指标114表44英杰电气营业收入盈利预测表117表45可比公司估值比较118表46英杰电气业绩预测和估值指标118表47横店东磁产能预测120表48横店东磁营业收入盈利预测表121表49可比公司估值比较122表50横店东磁业绩预测和估值指标122表51赛伍技术背板胶膜出货量预测125表52赛伍技术营业收入盈利预测表127表53可比公司估值比较127表54赛伍技术业绩预测和估值指标128表55光伏正面银浆销售体量同业对比130表56聚和材料各电池路线银浆销售131表57银浆企业专利情况对比131表58海目星在光伏领域研发项目135表59微导纳米光伏设备产品136表60行业重点上市公司盈利预测估值与评级140敬请参阅最后一页特别声明-11-证券研究报告电力设备新能源1晶硅电池的基本原理与核心工序全球光伏电池市场以晶硅电池占据主导地位据CPIA数据2021年全球晶硅电池市场占有率为962同比提升了02个百分点图1光伏电池分类多晶硅电池晶硅电池单晶硅电池BSFPERCTOPconHJT光伏电池薄膜电池多元化合物薄膜电池铜铟硒碲化镉砷化镓有机半导体薄膜电池燃料敏化纳米薄膜电池非晶硅薄膜电池多晶硅薄膜电池资料来源靳瑞敏新型太阳电池材料器件应用光大证券研究所晶硅电池的提效降本是光伏行业发展的关键规模化技术进步成本降低三者互相促进从最初规模化量产的铝背场电池到PERC发射极钝化和背面接触再到HJT本征非晶层的异质结电池和TOPCon隧穿氧化层钝化接触电池以及未来的叠层电池光伏电池效率不断逼近极限并由此带来成本与规模的突破图2组件价格与累计出货量的关系图3光伏不同技术的转化效率及未来前景HJTTOPCon资料来源ITRPV资料来源上海交通大学光大证券研究所截至20224尽管光伏电池技术路线不断迭代效率不断提升但基于晶硅电池的基本原理和核心工序并未改变即清洗制绒扩散制结钝化镀膜金属化四大步骤敬请参阅最后一页特别声明-12-证券研究报告电力设备新能源图4产业化太阳能电池技术发展历程资料来源黄志平晶体硅太阳能电池掺杂与金属化工艺研究1清洗制绒清洗主要用来清除硅片表面杂质去除硅片表面损伤层制绒则用于在硅片表面形成金字塔结构从而降低反射率2扩散制结通过扩散的形式形成光伏电池的核心结构P-N结通常适用于同质结电池3钝化镀膜通过真空镀膜的形式在电池片表面形成一层钝化膜起到降低少子复合提供场钝化效应降低反射率的作用对于电池效率的提高起到关键作用也是光伏电池提效的主要出发点4金属化用于形成光伏电池的前电极和背电极通常使用丝网印刷的方式金属化的工艺路线与钝化工艺密切相关同时对降低少子复合降低电阻损失起到关键作用此外还包括刻蚀检测等通用步骤在不同的电池技术路线中区别不大敬请参阅最后一页特别声明-13-证券研究报告电力设备新能源2掺杂与成结光伏电池的心脏P-N结是光伏电池的心脏按照P-N结类型光伏电池可以分为同质结电池和异质结电池其中同质结电池主要通过扩散的方式在同一种类型的硅片P型或N型上实现掺杂从而得到P-N结异质结电池的P型区和N型区由不同类型的半导体材料构成可分为掺杂型和非掺杂型图5按照P-N结对光伏电池进行分类N型硅片硼扩散同质结P型硅片磷扩散P-N结掺杂型异质结非掺杂型资料来源光大证券研究所当P型半导体和N型半导体结合在一起由于P型半导体中空穴浓度高而N型半导体中电子浓度高因此会形成热扩散运动即P型半导体中空穴向N型区扩散N型半导体中的电子向P型区扩散而后在P型区形成负电荷而N型区形成正电荷两者之间形成一个内建电场在光照条件下能量大于禁带宽度的光子被吸收在PN结的两边产生电子-空穴对并在内建电场的作用下相互分开从而产生光生电流图6空穴与电子示意图图7内建电场示意图资料来源solarspace资料来源段春艳晶体硅太阳电池生产工艺光大证券研究所收集概率描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被P-N结收集并参与到电流流动的概率其大小与光生载流子需要运动的距离和电池表面特性有关距离耗散区越远被收集的概率就越小而表面钝化能够增加同一位置下载流子被收集的概率敬请参阅最后一页特别声明-14-证券研究报告电力设备新能源图8表面钝化能够增加同一位置下载流子被收集的概率资料来源solarspace什么是扩散扩散描述了一种物质在另一种物质中运动的情况本质在于原子分子和离子的布朗运动造成由浓度高的地方向浓度低的地方进行扩散晶体硅太阳电池制造采用了高温化学热扩散的方式来实现掺杂制结热扩散利用高温驱动杂质穿过硅的晶格结构这种方法受到时间和温度的影响需要3个步骤预淀积推进和激活扩散的三个指标方阻结深表面浓度方阻值大小主要为表面浓度和结深的综合表征其对电池片参数的影响主要有以下三点1扩散P-N结深度直接影响到其对短波光线的吸收因此在一定范围内扩散P-N结越浅方阻值越高电流值越高2扩散磷元素的掺杂浓度从一定程度上影响其N型硅部分的导电性能因此掺杂浓度越高方阻值越小填充因子越高3一般来说在一定范围内扩散浓度增大开路电压随之增大敬请参阅最后一页特别声明-15-证券研究报告电力设备新能源图9P-N结杂质浓度分布图10扩散高低方阻的区别以及对电池片的影响资料来源solarspace资料来源solarspace21同质结磷扩与硼扩同质结电池中P型区和N型区为同一种类型的半导体材料一般使用掺杂的方法形成P-N结常见的掺杂方法包括1管式扩散低压常压2离子注入退火3涂布源扩散丝网印刷旋涂喷涂滚筒印刷目前大多采用低压管式扩散图11低压硼扩散原理图资料来源龙辉基于BCl3源的低压硼扩散设备及工艺研究敬请参阅最后一页特别声明-16-证券研究报告电力设备新能源图12硼扩与磷扩原理磷扩硼扩4BBr33O22B2O36Br2液态BBr3SiO2SiO22B2O3Si3SiO4B5POCl33PCl5P2O5324POCl33O22P2O56Cl2液态POCl34BCl33O22B2O36Cl24PCl55O22P2O510Cl22BCl32B3Cl22P2O55Si5SiO24P气态BCl3SiO2SiO22B2O3Si3SiO4B32资料来源段春艳晶体硅太阳电池生产工艺光大证券研究所磷扩POCl3分解产生的P2O5淀积在硅片表面P2O5与硅反应生成SiO2和磷原子并在硅片表面形成一层磷硅玻璃然后磷原子再向硅中进行扩散硼扩BBr3BCl3分解产生的B2O3淀积在硅片表面B2O3与硅反应生成SiO2和硼原子并在硅片表面形成一层硼硅玻璃然后硼原子再向硅中进行扩散由上可知不管是硼扩还是磷扩需形成硼原子或磷原子的基础上向硅基体扩散相比磷扩散硼扩散的难度更大原因在于硼原子在硅基体中的固溶度较低导致硼扩的温度须达到1000以上且表面掺杂量较多时容易在表面形成硼堆积即富硼层BRL对后续清洗造成挑战图13杂质在硅材料中的固溶度图14硼扩与磷扩工艺区别P-PERCN-TOPCon杂质原子大小P011nmB0088nmSi0117nm氧化物沸点P2O5360B2O31860推进温度8008809001100杂质源POCl3常温下液态BCl3常温下气态BSG难去除界面富掺杂玻璃PSG易去除硼粘舟裂管扩散系数DpSiO2DpSiDbSiO2DbSi资料来源理想晶延TOPCon电池相关设备进展资料来源理想晶延TOPCon电池相关设备进展敬请参阅最后一页特别声明-17-证券研究报告电力设备新能源对于硼扩来说目前有BBr3BCl3两种路线BBr3常温下为液体安全性相对较好但生成的B2O3呈黏状需要DCE清洗维护成本高BCl3常温下为气体安全性相对较差但生成的B2O3呈颗粒状容易清理缺点是B-Cl键能更大不易分解造成扩散温度下利用率不高图15硼扩的两种路线资料来源拉普拉斯公众号根据ITRPV预测未来BBr3路线仍将占据多数份额但BCl3路线的占比将会逐步提升到2032年约达到40左右的市场份额图16硼扩散的技术路线预测资料来源ITRPV敬请参阅最后一页特别声明-18-证券研究报告电力设备新能源22同质结SE为什么需要SE选择性发射极原因在于常规晶体硅太阳能电池采用均匀高浓度掺杂的发射极较高浓度的掺杂可以改善硅片与电极之间的欧姆接触降低串联电阻但也容易造成较高的表面复合为此需要使用选择性发射极SE技术在金属栅线电极与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂深扩散而在电极以外的区域进行低浓度掺杂浅扩散图17SE原理图资料来源中科院电工所SE结构的优势1电极下的重掺杂使得接触电阻较常规电池有所下降从而提高填充因子2电极间的轻掺杂可有效降低载流子在扩散层横向流动时的复合概率提高载流子收集效率3太阳光短波段基本在硅片正表面被吸收浅扩散可以提高短波段太阳光的激发效率从而提高短路电流4形成一个n-np-p的高低结可以降低电极下方的少数载流子复合提高开路电压综合来说SE较常规电池更好地平衡了金属半导体间的接触电阻和光子收集之间的矛盾基于硼扩的技术难度在硼扩的基础上做出SE相较磷扩SE难度更大目前主要发展出一次硼扩和二次硼扩两种技术路线根据通威股份基于PECVD技术制备超薄隧穿氧化层及poly-Si在TOPCon电池中的应用目前行业内常见的硼扩SE有五种方案其中激光开膜路线是目前最成熟的方案从量产前景来看Etch-back路线激光直掺路线是最可能实现量产的路线五种方案中刻蚀浆料路线硼浆路线Etch-back路线都需要外部开发不同的浆料敬请参阅最后一页特别声明-19-证券研究报告电力设备新能源表1硼扩SE不同路线对比序号SE方案优点缺点硼扩散机台是正常的2倍1激光开膜路线行业内最广泛采用的效率记录都是用此方案ps激光还存在mark点不容易识别效率增益比方案一高0062刻蚀浆料路线和方案一同样硼扩散机台是正常的2倍没有激光损伤清洗流程简单设备成本低硼浆成分复杂杂质过多而且无法清洗导致重扩区复合太高3硼浆路线预期简化流程量产成本较高预期流程最简单4Etch-back路线掩膜浆料可能存在清洗不干净问题扩散机台预期是所有路线中最少的效率增益不如二次扩散路线5激光直掺路线简化了扩散机台数量需要特殊定制的激光资料来源通威股份基于PECVD技术制备超薄隧穿氧化层及poly-Si在TOPCon电池中的应用表2硼扩SE各路线效率潜力分析世界纪录刻蚀浆料二次扩散Etch-back激光直掺常规扩散工序258FhG-ISE目前水平目前水平预期未来预期轻扩区方300220225160130阻sq重扩区方15455590阻sq效率增益03-0403-0402-025电池片尺433015330153301533015寸cm2资料来源通威股份基于PECVD技术制备超薄隧穿氧化层及poly-Si在TOPCon电池中的应用23异质结掺杂与非掺杂从本质上讲热扩散是实现掺杂的一种方法用于在同一种半导体上形成PN结其他方法还包括离子注入气相沉积等如通过气相沉积的方法在晶硅表面沉积本征非晶硅和掺杂非晶硅由于晶硅与非晶硅不属于同一种半导体材料故形成的P-N结名异质结图18异质结电池基本结构资料来源赛拉弗高效异质节电池HIT在叠瓦组件上的应用敬请参阅最后一页特别声明-20-证券研究报告