电力设备及新能源行业光伏电池专题报告三：龙头推进TOPCon电池产业化或加速-20211216（20页）.pdf

《电力设备及新能源行业光伏电池专题报告三：龙头推进TOPCon电池产业化或加速-20211216（20页）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力设备及新能源行业光伏电池专题报告三：龙头推进TOPCon电池产业化或加速-20211216（20页）.pdf（20页珍藏版）》请在三个皮匠报告上搜索。

1、 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款 龙头推进龙头推进，TOPCon 电池电池产业化产业化或加速或加速 电力设备及新能源行业光伏电池专题报告三2021.12.16 中信证券研究部中信证券研究部 核心观点核心观点 伴随着材料成本下降、技术工艺和设备成熟度不断提升，龙头厂商依托较深的伴随着材料成本下降、技术工艺和设备成熟度不断提升，龙头厂商依托较深的 技术积淀，加速布局技术积淀，加速布局 N 型型 TOPCon 电池量产线。在新增和改造的趋势下，我电池量产线。在新增和改造的趋势下，我 们预计们预计 22/23 年国内年国内 TOPCon 电池的电池的产能有望达到产能有望达到 35/70GW

2、。预计到。预计到 2025 年年 TOPCon 设备投资额将达设备投资额将达 122 亿元，我们建议关注龙头设备厂商、龙头材亿元，我们建议关注龙头设备厂商、龙头材 料企业和技术领先的一体化企业。料企业和技术领先的一体化企业。 N 型电池型电池产业化提速，产业化提速，TOPCon 技术具备性价比技术具备性价比。随着 P 型 PERC 电池接近其 理论效率极限，N 型电池技术将成为未来发展的方向，其中 TOPCon 电池技术 是最重要的N型技术路线之一。 一方面， TOPCon电池的理论效率极限为28.7%， 目前平均量产效率超过 24%， 最高效率超 25%， 相比 P 型 PERC 电池有更高

3、的 效率空间。另一方面，TOPCon 与现有 PERC 产线兼容，只需非晶硅沉积和镀 膜设备便可进行升级，单 GW 改造成本在 0.5-0.8 亿元，在面临大规模 PERC 产线设备资产折旧计提压力下，升级为 TOPCon 电池，拉长设备使用周期，降 低沉没风险，是未来 2-3 年具备性价比的路线选择之一。 TOPCon 量产提速，龙头厂商更具技术优势量产提速，龙头厂商更具技术优势。根据微信公众号全球光伏最新统 计数据，隆基、通威等龙头厂家积极推动 TOPCon 电池和组件的产业化，各家 企业现有产能及规划新投规模超过 95GW，且目前行业内近 300GW 的 PERC 产线中，有超 100G

4、W 产能可以升级为 TOPCon 产线。目前看相关工艺正在进 行多方面的探索，随着工艺进一步成熟，成本进一步下降，我们预计 2022-2023 年 TOPCon 电池产能有望达到 35/70GW， 2022 年将是 TOPCon 电池技术量产 化的关键时点。TOPCon 电池和组件产能的扩张有利于强化龙头企业的竞争优 势。 TOPCon 实现多技术路线并进，寻找工艺最优解实现多技术路线并进，寻找工艺最优解。TOPCon 制造有三个核心工 艺，包括界面氧化物生长、本征多晶硅沉积及多晶硅掺杂。从技术路线上来看， 目前主要包括LPCVD、 PECVD、 PEALD、 APCVD及PVD作为核心设备。

5、 LPCVD 是目前的主流工艺，但存在绕镀问题，其他技术主要围绕减少绕镀问题而展开， 其中 PECVD 和 PVD 技术研发取得良好进展， 国内厂商也在持续推进的产业化， PEALD 方案也在持续的推进中。根据我们测算，在 PERC 基础投资额上增加 0.5-0.8 亿元的改造费用可以升级到 TOPCon 电池， 预计 2025 年 TOPCon 电池 新增/累积产能分别为 90/295GW，将带动电池设备投资达 122 亿元，未来五年 合计超 400 亿元，相关设备龙头厂商的技术和布局更具领先性。同时，TOPCon 电池组件为节省银浆，应用更细的栅线，对串焊机也提出了更高的要求。 TOPCo

6、n 产能扩张产能扩张，带动带动银浆银浆和胶膜需求的变化和胶膜需求的变化。TOPCon 电池产业化推进和 产能的扩张，带动银浆需求的增长和品质要求的提升，目前 TOPCon 电池银浆 消耗量为 100-120mg/片，相较于 PERC 电池银浆消耗 60-70mg/片，有明显的 增加；另一方面，TOPCon 电池为了降低银浆消耗，也对银浆的品质提出了更 高的要求。在 TOPCon 的组件封装上目前主要采用 POE 胶膜，而 POE 胶膜不 管是销售价格上还是在毛利率上相较于普通的 EVA 胶膜都有所提升，TOPCon 组件产能的扩张也将增加对于 POE 胶膜的需求。 风险因素：风险因素：光伏装机

7、需求不及预期；N 型电池降本和效率提升不及预期；N 型电 池产业化速度不及预期；国产化设备降本不及预期。 投资策略。投资策略。 在全球新增光伏装机保持稳定增长的情况下， 各个企业积极寻求技术 上的突破，其中最主要的方向之一就是 TOPCon 技术路线，其具备高效率和低 成本的性价比，并且能承接原有 PERC 产线改造升级。TOPCon 电池加速扩产， 带动相关设备和材料的需求，重点推荐相关设备龙头厂商和材料厂商。1）领先 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业 评级评级 强于大市（维持）强于大市（维持） 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.1

8、2.16 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款 布局 TOPCon 核心设备，推荐具备成熟量产工艺的设备厂商捷佳伟创、金辰股 份，建议关注连城数控（参股拉普拉斯、控股艾华）及北京科锐（控股普乐新能 源）；2）电池激光设备龙头帝尔激光；3）受益装机需求高确定性，N 型技术 迭代加速利好串焊机龙头奥特维；4）银浆需求量和品质要求预计提升，建议关 注帝科股份、苏州固锝；5）POE 胶膜需求量增加，推荐福斯特；6）预计一体 化龙头企业将通过技术升级持续保持领先优势，推荐隆基股份、晶澳科技等。 重点公司盈利预测、估值及投资评级重点公司盈利预测、估值及投资评级 简称简称 收盘价收盘价 EPS PE

9、评级评级 2020 2021E 2022E 2023E 2020 2021E 2022E 2023E 隆基股份 85.30 1.58 2.01 2.73 3.51 54.0 42.4 31.2 24.3 买入 晶澳科技 91.40 0.94 1.28 2.10 2.79 97.2 71.4 43.5 32.8 买入 福斯特 132.01 1.65 1.97 2.79 3.37 80.0 67.0 47.3 39.2 买入 捷佳伟创 123.00 1.50 2.66 3.68 4.65 82.0 46.2 33.4 26.5 增持 金辰股份 150.26 0.71 1.19 1.97 2.99

10、211.6 126.3 76.3 50.3 增持 帝尔激光 247.70 3.53 3.93 4.99 6.67 70.2 63.0 49.6 37.1 买入 奥特维 253.35 1.76 3.45 5.63 7.32 143.9 73.4 45.0 34.6 买入 资料来源：Wind，中信证券研究部预测 注：股价为 2021 年 12 月 15 日收盘价 TUmWjWcZiY8VzWMB8O8Q8OpNoOmOoPiNmNsQjMpOqPbRnNyRxNrMzRuOmQmQ 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后

11、的免责条款部分 目录目录 推动提效降本，推动提效降本，TOPCon 技术产业化有望加速技术产业化有望加速 . 1 多技术路线并行，寻找工艺最优解多技术路线并行，寻找工艺最优解 . 3 龙头扩产有望加速，带动设备和材料需求龙头扩产有望加速，带动设备和材料需求. 9 TOPCon 量产提速，龙头厂商更具技术优势 . 9 增效降本加速量产，进一步打开设备市场空间. 11 风险因素风险因素 . 15 投资建议投资建议 . 15 行业观点. 15 投资策略. 16 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 插图目录

12、插图目录 图 1：TOPCon 电池结构示意图 . 1 图 2：TOPCon 电池中载流子运输过程 . 1 图 3：典型的 PERC 太阳电池生产线布局图 . 3 图 4：LPCVD 两种技术路线 . 5 图 5：PECVD 技术原理示意图 . 6 图 6：PECVD 和 PVD 两种技术路线 . 7 图 7：PAPCVD 系统图 . 8 图 8：TOPCon 电池产能及规划情况 . 11 图 9：TOPCon 电池产能预测 . 11 图 10：2021SNEC 展会上展出的 TOPCon 产品 . 11 图 11：TOPCon 电池成本构成 . 12 图 12：2020-2031 年 TOP

13、Con 电池市场份额变化趋势（%） . 12 图 13：全球及我国正银消耗量占总银浆消耗量 71.5% . 14 图 14：我国正银及背银消耗量已经达到全球消耗总量的 82.5%. 14 图 15：TOPCon 电池银浆成本仍高于 PERC . 14 图 16：TOPCon 电池银浆国产化率超 20% . 14 表格目录表格目录 表 1：TOPCon 电池技术进展与效率提升的历史梳理 . 2 表 2：TOPCon 与 PERC 电池技术工艺及设备改造情况 . 3 表 3：TOPCon 五种技术路线优缺点 . 4 表 4：TOPCon 电池用 LPCVD 设备技术指标对比 . 5 表 5：TOP

14、Con 的 LPCVD 与 PECVD 路线对比 . 7 表 6：TOPCon 不同沉积技术之间对比 . 9 表 7：现有企业 TOPCon 研发与产业布局梳理 . 9 表 8：目前 TOPCon 已建/规划产能统计表（MW） . 10 表 9：未来五年 TOPCon 设备需求空间测算 . 13 表 10：布局 HJT 电池设备的厂商梳理 . 13 表 11：国产银浆厂商扩产计划 . 15 表 12：重点公司盈利预测、估值及投资评级 . 16 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 1 推动提效降本，推

15、动提效降本，TOPCon 技术产业化有望加速技术产业化有望加速 TOPCon 电池技术，即隧穿氧化层钝化接触技术。电池技术，即隧穿氧化层钝化接触技术。由于 PERC 电池金属电极仍与硅 衬底直接接触，金属与半导体的接触界面由于功函数失配会产生能带弯曲，并产生大量的 少子复合中心，对太阳电池的效率产生负面影响。因此，有学者提出电池设计方案中用薄 膜将金属与硅衬底隔离的方案减少少子复合，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉 积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。超薄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，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，极大地降低 金属接触复合电

16、流，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。 图 1：TOPCon 电池结构示意图 资料来源：宁波材料所 优异的表面优异的表面选择性选择性钝化钝化能力能力提升提升 TOPCon 电池转换效率。电池转换效率。技术 TOPCon 电池基于载 流子选择性收集钝化接触结构，通过在电池背面制备由隧穿氧化硅层和重掺杂硅薄膜层组 成的叠层来形成。由于超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生 弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降。由于优异的载流 子选择性钝化接触性能，从而使得 TOPCon 技术制备的晶硅电池效率已达到 26%。 图 2：TOPCon

17、电池中载流子运输过程 资料来源：基于隧穿氧化物钝化接触的高效晶体硅太阳电池的研究现状与展望（任程超等，2021） 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 电池转换电池转换效率效率极限较高，量产提速空间更大极限较高，量产提速空间更大。TOPCon 的发展历史其实并不长，由德 国 Fraunhofer 研究所的 Frank Feldmann 博士在 2013 年于 28th EU-PVSEC 首次提出 TOPCon 的电池概念，目前还保持着 TOPCCon 电池 25.8%的最高实验效率记录。此后， 经

18、过一系列科研院所的积极研发推进技术工艺的逐步成熟和理论转换效率提升， 根据 ISFH 数据， TOPCon 电池的极限理论效率达到 28.7%， 高于 HJT 的 27.5%和 PERC 的 24.5%。 而目前晶硅电池产业化平均效率低于实验室效率 2 个百分点左右， TOPCon 电池产业化效 率有更高的提升空间。截至 2020 年底，N 型 TOPCon 电池平均转换效率达到 23.5%。 表 1：TOPCon 电池技术进展与效率提升的历史 时间时间 机构机构 技术突破技术突破 2013 年 德国 Frauhofer 研究所 提出 TOPCon 电池概念，背表面采用极薄的氧化层钝化，外侧使

19、用掺杂多晶硅形成背场，然后 背面全部采用金属与多晶硅全接触，正表面则仍使用常规的发射区及电极结构。 2013 年 德国 ISFH 研究所 提出 POLO 结构，前、后表面全部使用超薄氧化层将掺杂层隔开，不仅将背面背场隔开，前表 面发射区也被隔开。 2015 年 Fraunhofer ISE 新一代 TOPCon 电池，电池效率达到 25.1%。该电池采用钝化接触技术，正面采用选择性发射 极，并采用 AlOx/SiNx 叠层膜对界面进行钝化。 2015 年 乔治亚理工 引入了 n+多晶硅隧穿氧化层钝化接触的制备及优化，在 239cm 商业等级的 n 型 CZ 硅片上， 用离子注入形成硼发射极并采

20、用Al2O3钝化， 前面印刷Ag/Al浆形成接触， 电池效率达到21.2%。 2016 年 ECN 提出 PERPoly 电池，其结构与 TOPCon 电池基本一致，背表面使用钝化膜和减反射膜，背表 面电极使用栅线结构，可以达到双面受光发电效果。 2016 年 Yuguo Tao 等研究者 基于 6 英寸大硅片（239cm ）的 CZ 实现 TOPCon 电池效率 21.2%。 17 年 乔治亚理工 通过对 TOPCon 电池进行电性能模拟研究，选择最佳厚度和电阻率的硅片，并优化减反膜，降 低反射率，减少光学损失，电池效率进一步提高到 25.7%。 2017 年 Armin Richter 等

21、 在 p 型 FZ 硅片上首次应用了 TOPCon，电池效率达到 24.2%。 2017 年 新加坡 SERIS 实验室 提出 MonoPoly 电池的概念，从结构来看其无较大差别，只是一些细节的改变，如背表面抛光、 正表面钝化膜采用 AlOx/SiNx 复合膜结构。 2018 年 晶科能源 n 型 TOPCon 电池采用 LPCVD 设备沉积多晶硅， 其在大面积商用硅片衬底上制备的电池的 最高效率达到 24.19%。 2019 年 Meryer Burger PECVD 制备多晶硅，TOPCon 电池转换效率达到 23.46% 2019 年 天合光能 TOPCon 电池的最高转换效率达到 2

22、4.58%。 2020年12月 中来光电 TOPCon 电池量产转换效率已达到 24.5% 2021 年 1 月 晶科能源 采用 TOPCon 技术，在高质量、低缺陷 CZ 单晶硅衬底上，采用了先进扩散与高度活化掺杂剂， 电池片面积达到 267.72cm2，电池的最高转换效率达 24.9%。 资料来源： 晶体硅太阳电池研究进展 （中国可再生能源学会光伏专业委员会） ，各公司公告，中信证券研究部 TOPCon 兼容兼容 PERC 产线设备，是产线设备，是未来未来 2-3 年年最具性价比的技术最具性价比的技术路线。路线。TOPCon 技 术相比于 PERC 的优势在于 Voc 提升 20mV， 且

23、只需要 2-3 道额外工艺和设备。 国内 PERC 产线主要从 2018 年开始建设，新建产线大多预留了 TOPCon 改造空间，而未来的扩产计 划也纷纷转向 N 型技术产线建设。面对目前巨大的 PERC 电池产能，TOPCon 和 PERC 电池技术和产线设备兼容性较强，以 PERC 产线现有设备改造为主，主要新增设备在非晶 硅沉积的 LPCVD/PECVD 设备以及镀膜设备环节。目前 PERC 电池产线单 GW 投资在 1.5-2.0 亿元，而仅需 0.5-0.8 亿元即可改造升级为 TOPCon 产线。在面临大规模 PERC 产线设备资产折旧计提压力下，改造为 TOPCon 拉长设备使用

24、周期，降低沉没风险，是未 来 2-3 年极具性价比的路线选择。 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 图 3：典型的 PERC 太阳电池生产线布局图 资料来源：晶体硅太阳电池研究进展（中国可再生能源学会光伏专业委员会） 多技术路线并行，寻找工艺最优解多技术路线并行，寻找工艺最优解 在在 PERC 基础上，基础上，TOPCon 需增加界面氧化硅生长和本多晶硅层沉积。需增加界面氧化硅生长和本多晶硅层沉积。钝化接触原 理是为了实现全背面金属接触， 需要增加三步工艺： 界面氧化硅生长和本征多晶硅层沉积，

25、以及多晶硅的掺杂。从产线改造难度看，从 PERC 到 TOPCon 产线增加几道工序：1） TOPCon 先增加了高温的硼扩散工艺， 通过硼磷管式扩散炉制备 P 型发射结和 N 型背面， 也可以通过离子注入方式实现硼扩散，再通过 PECVD 技术在正反表面制备钝化层和减反 射膜；2）此后需要增加隧穿氧化制结、离子注入及退火清洗工艺，超薄氧化层可以使多 子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收 集，从而提升电池转化效率。 表 2：TOPCon 与 PERC 电池技术工艺及设备改造情况 主要步骤主要步骤 PERC TOPCon （本征（本征+磷扩散）磷扩散）

26、设备升级设备升级 来源来源 清洗制绒 清洗制绒 制绒 硅片清洗机 现有设备 制结 扩磷 硼扩散 扩散炉 现有扩散炉改造 刻蚀 刻蚀 隧穿氧化+非晶硅 磷扩 扩散炉 现有扩散炉改造 氧化退火 退火 湿法刻蚀 镀膜 减反射膜 钝化 Al2Ox 背面钝化层 正面 SiNx PECVD（管式) 现有设备 激光开槽 背面 SiNx 背面 TCO 层 PECVD/LPCVD 新购置 磁控溅射 新购置 印刷电极及分选 丝网印刷和烧结 丝网印刷和烧结 丝网烧结系统 现有丝印线改造 光注入 光注入 IV 测试+分档设备 现有测试设备改造 资料来源： 晶体硅太阳电池研究进展 （中国可再生能源学会光伏专业委员会）

27、，中信证券研究部 TOPCon 多技术路线并进，多技术路线并进， LPCVD 是目前主流工艺是目前主流工艺。 TOPCon 制造有三个核心工艺， 包括界面氧化物生长、本征多晶硅沉积及多晶硅掺杂。从技术路线上来看，目前主要包括 LPCVD、PECVD、APCVD、ALD、PVD 等作为制作流程的核心设备。其中 LPCVD 是目 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 前的主流技术，但存在过度绕镀问题，目前 TOPCon 主要任务是简化工艺降本提效，因此 其他技术主要围绕减少过度绕镀问题展开。 表 3：

28、TOPCon 五种技术路线优缺点 方法方法 优点优点 缺点缺点 代表性企业代表性企业 LPCVD 产量高，直接制备 n 型多晶硅层 会产生绕镀，效率相对较低，石英件沉积严重 Centrotherm、SEMCO、Tempress、 拉普拉斯、捷佳伟创、北京科锐 PECVD 沉积速率高、原位掺杂、无绕镀 爆膜问题、SiO2 均匀度问题、对设备要求高， 且对环境有污染 梅耶博格、Centrotherm、捷佳伟创、 金辰股份、北方微创、48 所 PVD 原位掺杂、无绕镀和冷壁，操作简单 均匀性相对较差，退火温度相对较高 新格拉斯、江苏杰太、北京科锐、普乐 新能源 PEALD 更好的隧穿氧化物性能， 镀

29、膜均匀度好 微导，艾华 APCVD 系统简单，反应速度快 均匀性较差，台阶覆盖能力差，用于厚介质淀积 SCHMID 资料来源：TaiyangNews，宁波材料所，各公司公告，中信证券研究部 （1） LPCVD 技术路技术路线： 全称为低压线： 全称为低压化学气相沉积法化学气相沉积法。 由梅耶博格研发的热处理工艺， 在真空条件下用气相前驱体进行薄膜沉积，通过降低压力减少不必要的气相反应，使得硅 片的薄膜均匀性提高。该技术优点是工艺成熟、集成度高，成膜质量好，装备产能大，控 制简单容易；但难于镀膜速度慢，成膜率低，同时存在二次掺杂、绕镀、石英件沉积严重 等问题。LPCVD 技术是各技术路线中被最广

30、为接受，也是唯一规模商业化的技术。 1） 方法一：本征方法一：本征+扩磷。扩磷。LPCVD 制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺。此工艺成熟 且耗时短，120min 生成 120-150nm 的非晶硅层，大概 15nm/min，良率较高， 生产效率高，已实现规模化量产，但绕镀和成膜速度慢是目前最大的问题。该技 术为目前 TOPCon 厂商布局的主流路线，主要是晶科能源和天合光能； 2） 方法二：直接掺杂。方法二：直接掺杂。LPCVD 制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺。离子注入 技术是单面工艺，掺杂离子无需绕度，但扩硼工艺要比扩磷工艺难度大，成膜时 间 240min 左右，是本征的 2 倍，需要

31、更多的扩散炉和两倍的 LPCVD 导致投资 成本高， 沉积完之后进行退火激活， 与本征相比良率差一些， 转化效率要高一些， 主要是隆基股份布局。 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 图 4：LPCVD 两种技术路线 资料来源：TaiyangNews，中信证券研究部 各各厂商厂商 LPCVD 综合指标综合指标对比：对比：1）从技术工艺角度对比看，拉普拉斯和 Centrothem 均能实现本征附着+原位掺杂，主要是垂直化的硅片加工方向，对于过度绕镀问题解决办 法是水平方向加工硅片，捷佳伟创的镀膜均匀

32、性控制相对较好；2）从产能角度对比看， 拉普拉斯应该是产能最大达到 8000 片/小时，Centrothem 和 SEMCO 次之，单管产晶片 数量优于其他厂商； 3） 从商业化角度看， LPCVD 工艺相对较成熟， 目前均可商业化应用， Centrothem 已经完成终端测试，拉普拉斯在国内商业化方面较为领先。 表 4：TOPCon 电池用 LPCVD 设备技术指标对比 公司公司 Centrothem 捷佳伟创捷佳伟创 SEMCO 拉普拉斯拉普拉斯 普乐普乐 模式 c.DEPOX LD-420 HORTUS LPCVD 技术 LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD 工艺

33、隧穿氧化物+本征多晶硅附 着+原位掺杂 隧穿氧化物+多晶 硅附着+原位掺杂 隧穿氧化物+多晶硅附 着+原位掺杂 隧穿氧化物+本征多晶硅 附着+原位掺杂 隧穿氧化物+多 晶硅附着 晶圆方向 垂直 垂直 设备配置 10 层管 4-6 层管 6 层管 5-6 层管 环绕式处理 最小化 最小化 原位掺杂 是 是 可选 否 每管产晶 1600-半节距；800-全节距 1600 1400 2000 氧化层厚度 1.4-2.2 1-1.5 多晶硅层厚度 100-150 80-200 160 100 产量(每小时) 6000 3000 G12:5700；M10：6000 G12：7200；M10:8000 3

34、600 机械成品率(%) 0.96 薄膜均匀性 批次控制 3%以内， 同一批次 4%以内 商业化情况 可商业化 可商业化 可商业化 可商业化 规模投产准备 最终测试完成 准备完成 准备完成 准备完成 资料来源：TaiyangNews，中信证券研究部 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 （2）PECVD 技术路线：技术路线：全称为等离子体增强化学气相沉积法全称为等离子体增强化学气相沉积法。PECVD 技术是在低 气压下， 反应气体从进气口进入炉腔， 逐渐扩散至样品表面， 在射频源激发的电场作用下，

35、 反应气体分解成电子、离子和活性基团。生成物以化学键的形式吸附到样品表面，生成固 态膜的晶核，继续生长成为连续的薄膜。用 PECVD 制备掺杂硅层，先沉积 N 型非晶硅层 或 N 型微晶硅层，再进行后续的高温退火使薄膜晶化。非晶硅薄膜的优势是界面质量好， 但会存在爆膜现象；而微晶硅薄膜的优势是在晶化后获得一个较好的晶体质量和晶化率， 退火后不产生爆膜现象，但界面质量较差。 图 5：PECVD 技术原理示意图 资料来源：PECVD 的原理与故障分析（曹健，2015 年） PECVD 技术技术可实现明显降本，工艺仍需进一步成熟。可实现明显降本，工艺仍需进一步成熟。该方法沉积速度快，可实现原 位掺杂

36、，可避免过度绕度，无石英管耗材，可制备原位硼掺杂，简化很多流程，实现大幅 降本。但仍存在气体爆膜现象导致良率偏低，稳定性有待进一步观察，因此产业化进程较 慢。根据沉积腔室等离子源与样品的关系、以及腔室的不同又可细分为微波 PECVD、管 式 PECVD 和板式 PECVD，其代表厂商分别为梅耶格尔、捷佳伟创、理想能源和金辰股 份。微波 PECVD 沉积速率高达 100A/s，但目前沉积的氧化硅膜较厚，且维护成本比较 高。管式 PECVD 和板式 PECVD 同样可以实现原位掺杂和无绕镀，但也存在含氢、维护 成本高等问题。 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报

37、告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 图 6：PECVD 和 PVD 两种技术路线 资料来源：晶体硅太阳电池研究进展（中国可再生能源学会光伏专业委员会），TaiyangNews，中信证券研 究部 各厂商各厂商 PECVD 对比：对比：1）捷佳伟创，公司目前具备 TOPCon 电池生产的“三合一” 设备，产能是 5600 片/小时，同一批次的成膜均匀性偏差率 5%，并向“四合一”设备研 发量产迈进； 2）金辰股份，2019 年开始研发 TOPCon 的管式 PECVD 设备，并且已经 在国内客户晶澳科技、东方日升等客户端验证。根据金辰股份披露数据，该设备生产的 TOPC

38、on 电池平均量产效率 24%+，最高达到 24.5%。目前还在研发“二合一”设备同时 完成原位掺杂多晶硅层和隧穿氧化层；3）海外设备厂商，Centrotherm 研发的直接等离子 法 PECVD 设备，能够实现较高成膜均匀性，12nm/min 的高沉积速率，此外 SEMCO 也 在积极布局 TOPCon 的 PECVD 技术研发。 表 5：TOPCon 的 LPCVD 与 PECVD 路线对比 相关指标相关指标 LPCVD PECVD 技术对比技术对比 成膜速度 3-5nm/min (本征) 1-3nm/min (原位掺杂) 10nm/min (原位掺杂) 掺杂方式 二次掺杂磷扩散/离子注入

39、结合退火工艺 原位掺杂 薄膜烧镀 绕镀，需增加额外刻蚀，刻蚀控制较复杂 可实现无绕镀沉积；轻微绕镀也易清洁 工艺耗时 本征非晶硅沉积（120min）磷扩散/离子注 入结合退火 掺杂非晶硅沉积（20-40min） 晶化退火（30min） 耗材成本 较高 无 其他 - 易于硼掺杂及其他掺杂非晶硅 待验证指标待验证指标 电池效率 23.3%24%（量产），24.87%（最高效率） 24%（中来） 良品率 90-96% - 设备需求 LPCVD、扩散炉/离子注入机、退火炉、刻 蚀机 PECVD、退火炉取决技术方案配套设施 技术成熟度 较成熟 有待成熟 对应设备企业 Centrotherm、SEMCO、

40、Tempress、拉普 拉斯、捷佳伟创、北京科锐 梅耶博格、Centrotherm、捷佳伟创、金辰 股份 资料来源：宁波材料所，各公司公告，中信证券研究部 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 （3） PVD， 全称为等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术， 是一种全称为等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术， 是一种物理气相沉积法。物理气相沉积法。 该技术路线由江苏杰太光电提出，主要将 PVD 和等离子体氧化整合到一个设备平台上， 目前能够完成 TOPCon 电池生产的所有步骤。对比 LPCVD 技术，

41、PVD 存在以下几个优 势：1）PVD 工艺步骤明显减少，能耗要远低于 CVD 设备；2）PVD 不涉及石英器件，运 维成本相对较低；3）PVD 是单面工艺，能实现原位掺杂，不会出现绕镀问题，节约成本； 4）PVD 在耗材方面具备优势，LPCVD 用硅烷做前驱体，PVD 用更便宜的硅基靶材；5） 解决了厚度可控性，大面积均匀性和重复性等关键技术。但目前技术仍不够成熟，均匀性 相对较差，退火温度相对较高，需要较高的资本支出和较大的占地面积。 （4）PEALD，等离子增强原子层沉积，等离子增强原子层沉积。微导发布的沉积设备，PEALD 是结合了 ALD 和等离子体辅助沉积方法优势的混合技术。它不仅

42、具有 PECVD 优势，还具有更好的隧穿 氧化物性能，能带来更高钝化质量，绕镀1mm，杂质含量低，氧源为氧气更具安全性。 该技术支持每小时 4000 个硅片的生产能力，能生产出高度均匀的薄膜，偏差为 3%。此系 统是一套双面沉积系统，可在正面沉积氮化硅薄膜，背面沉积氧化铝和氮化硅，也可单面 使用，产量翻倍。 （5）APCVD，即常压化学气相淀积。，即常压化学气相淀积。德国 Schmid 是唯一一家布局 APCVD 技术的 企业。这是指在大气压下进行的一种化学气相淀积的方法，化学气相淀积最初所采用的方 法，APCVD 技术存在时间长，为 TOPCON 生产提供了简单、高产量的方案。可以在单系 统

43、中串联使用多个喷射头，量产高达每小时 4000 片。这种工艺所需的系统简单，反应速 度快，原位掺杂不会存在绕镀问题，隧穿氧化物要在外部进行，均匀性较差，台阶覆盖能 力差，所以一般用于厚的介质淀积。 图 7：PAPCVD 系统图 资料来源：APCVD 制备二氧化硅薄膜工艺研究（高丹等，2019 年） 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 LPCVD 产业化进展领先，产业化进展领先，PECVD 和和 ALD 设备技术优势更明显。设备技术优势更明显。对比而言，因工艺 成熟度高，隧穿氧化层在相同腔体中生长

44、等优点，判断 LPCVD 在 TOPCon 产业化初期使 用最广泛，但因为过度绕镀问题，使得设备冗余度高，投资额度大。因此，设备厂商致力 于研发并产业化不存在过度绕镀问题的技术，比如多数设备厂商选择 PECVD 的技术路线 去攻克，主要是解决了 LPCVD 的一些局限性，从而提升沉积镀膜的均匀性，并减少投资 成本和运营维护。此外，如 PVD 技术路线是单面沉积，高产量且避免使用石英制品而降 低成本，但目前产业化进展相对偏慢。市场上关于 PEALD 主要来自于江苏微导，按照目 前进展具备产业化的能力。 表 6：TOPCon 不同沉积技术之间对比 技术技术 供应商数量供应商数量 商业可用性商业可用

45、性 大规模生产大规模生产 避免绕镀避免绕镀 原位掺杂原位掺杂 钝化性能钝化性能 产量产量 LPCVD PECVD PEALD PVD APCVD 资料来源：资料来源：TaiyangNews，中信证券研究部 龙头龙头扩产有望加速，带动设备和材料需求扩产有望加速，带动设备和材料需求 TOPCon 量产提速，龙头厂商更具量产提速，龙头厂商更具技术技术优势优势 量产量产效率提升明显，效率提升明显，2021 年产业化年产业化发展提速发展提速。目前 TOPCon 电池技术大幅降低了背 表面场复合速率和背面金属接触复合，使得电池具备超 700mV 的高开路电压，目前 ISFH 在实验室的最高效率已经达到 2

46、6.1%。 从目前 TOPCon 量产的情况看， 平均量产效率主要 在 24%左右，最高效率达到 24.5%-25%，具备大规模产业化达到 25%的效率潜力。而随 着工艺简化、设备成熟度提升及设备价格下降，TOPCon 在未来 2-3 年的竞争力越来越明 显，这也是其大规模产业化的前提。 表 7：现有企业 TOPCon 研发与产业布局 企业企业 产能情况产能情况 量产效率量产效率 背景背景 中来股份 现有 2.4GW 规划 4.4GW 24.5% 最早布局 TOPCon 企业之一，目前具备 2.4GW 的 N 型 TOPCon 电池和组件产能。 基于新一代隧穿氧化层和掺杂非晶硅沉积的钝化接触技

47、术制造的 J-TOPCon 2.0 电 池，量产效率于 2020 年 10 月实现了 23.5%到 24.5%提升，度电成本甚至可跟高效 PERC 电池相抗衡。 晶科能源 800MW 24%以上（最高 24.9%） 大面积 N 型单晶硅 TOPCon 电池最高效率 24.9%，电池片面积 267.72cm ，量产 效率超 24%。目前有 800MW TOPCon 产能已投产，后续还有大规模产能规划。 国电投集团 1GW 23.20% N 型 TOPCon 高效双面电池 2020 年 5 月实现量产，量产平均效率 23.2%，应用新 型高效化学清洗、多晶硅精准掺杂、氢钝化等技术，突破 TOPCo

48、n 关键技术瓶颈。 天合光能 500MW 量产效率 23.6% （最高 24.05%） 实验室 N 型 TOPCon 效率最高效率稳定 24.58%（单晶）及 23.22%（多晶）。量产 线实验批次电池平均效率达 23.6%，最高达 24.05%。此外，天合投入钙钛矿技术相 关研究，拟达到目标：钙钛矿/TOPCon 两端叠层太阳电池效率大于 29%。 一道新能源 300MW 近 24% PERC 和 TOPCon 路线已实现量产，topcon 高效电池转换率近 24%。 通威股份 试产 300GW 小量试生产 金堂（一期）7.5GW 高效太阳能电池片项目和眉山（二期）7.5GW 高效太阳能电池

49、 片项目均预留了 TOPCon 新型高效电池技术升级空间。 无锡尚德 2GW 24%以上 打造行业首个数字化 TOPCon 高效光伏电池整线智能工厂，产线可兼容 182mm 及 210mm 硅片电池，TOPCon 光电转换效率超过 24%，总产能可达到 2GW。 电力设备及新能源电力设备及新能源行业行业光伏电池专题报告三光伏电池专题报告三2021.12.16 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 企业企业 产能情况产能情况 量产效率量产效率 背景背景 隆基股份 规划 3GW 25.1% 旗下隆基电池研发中心单晶双面 N 型 TOPCon 电池转换效率 25.09%。这是基于单 晶硅片商业化尺

50、寸 TOPCon 电池效率首次突破 25%， 使其成为新世界纪录的创造者。 晶澳科技 最高效率 24% TOPCon 电池效率已提升至 24%，积极推动 HJT 技术研发，根据公司计划明年会投 建中试线。 资料来源：各公司公告，中信证券研究部 TOPCon 量产开始提速，龙头厂商更具技术优势。量产开始提速，龙头厂商更具技术优势。龙头组件厂商开始布局规模化 的 TOPCon 量产线， 根据 TrendForce 最新数据统计， 目前全球已经投建的 TOPCon 电池 产能 8.75GW。根据个公司公告统计，目前隆基股份、通威股份、天合光能、中来股份等 在内的主流电池厂商，2021 年规划新投 T