2022年光伏電池新技術專題報告：IBC技術紅利有望快速釋放

2022年光伏電池新技術專題報告：IBC技術紅利有望快速釋放1、IBC電池在多方面具有先進性1.1、一體化龍頭主導此輪技術迭代，與二線企業(yè)優(yōu)勢明顯拉大當前階段光伏已經(jīng)在大部分地區(qū)實現(xiàn)了平價上網(wǎng)，旺盛需求推動硅料價格持續(xù)維持在高位，挖掘光伏高效電池潛力成為行業(yè)下一步討論的重點。對于國內(nèi)市場，產(chǎn)品存在同質(zhì)化趨勢，對于龍頭一體化組件廠商，推出更高效、更加個性化的產(chǎn)品成為其發(fā)展的策略。新技術實現(xiàn)產(chǎn)品溢價，可以進一步將利潤留存在一體化環(huán)節(jié)，在歐洲分布式和BIPV等個性化的市場，這種效應將發(fā)揮得更加充分。我們將通過系列報告，探討光伏新技術的發(fā)展以及推導其發(fā)展路徑，本篇報告重點討論IBC技術。通過復盤光伏電池技術的發(fā)展，近年來行業(yè)發(fā)生的一次大的變化就是，PERC替代的BSF電池，2016年下半年開始，PERC為代表的一批高效電池技術涌現(xiàn)，PERC電池結(jié)構是從常規(guī)的鋁背場電池（BSF）結(jié)構自然衍生而來，BSF電池具有先天的局限性，應用于常規(guī)BSF電池背表面的金屬鋁膜層中，達到鋁背層的紅外輻射光，只有60-70%能被反射回去，通過在背面附上介質(zhì)鈍化層，可大大減少光電損失，僅僅對背面進行優(yōu)化，降低光伏電池背面的復合損失。PERC生產(chǎn)相對容易實施，只需要在BSF常規(guī)流程上增加2-3個步驟即可。BSF電池到PERC改變只是改變電池的結(jié)構，并沒有改變其襯底，依然使用的是P型硅片，在結(jié)構上變化較小，我們認為這種改動變化相對較小，改動帶來的增益能夠快速收回投資額，是以設備企業(yè)為主導的一種改變，設備廠商掌握工藝，向電池廠商輸出工藝。下一步產(chǎn)業(yè)的升級，可能涉及到電池結(jié)構變化，襯底的硅片也會有變化，我們認為這一輪升級需要龍頭一體化組件廠商為主導，設備與金屬化公司同步配合，涉及到的變化較大，一線一體化組件廠商與二線企業(yè)的差距將明顯拉大。1.2、IBC在效率與兼容性等多維度具備優(yōu)勢IBC（interdigitatedbackcontact）電池的概念，很早就被提出，相比目前規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的電池，IBC電池其正負極電池均以叉指狀的方式排列在電池背光面，同時其pn結(jié)也位于電池背面，屬于背結(jié)背接觸太陽電池。其特殊的結(jié)構使得其在降低光學損失、提升效率、改善電池性能，外觀美觀等多個方面具備優(yōu)勢，其劣勢在于工藝過程較為復雜且成本較高，難點在于在成本與效率之間的平衡，IBC過程優(yōu)化為其產(chǎn)業(yè)化中行業(yè)普遍關注的問題。1986年，P.Verlinden率先制備標準強光下光電轉(zhuǎn)換效率在21%的IBC太陽能電池。2004年，Sunpower公司研發(fā)的IBC太陽能電池在149cm2的N型基體上實現(xiàn)21.5%的轉(zhuǎn)換效率，2014年Sunpower將IBC的轉(zhuǎn)化效率提高了25.2%。2017年天合光能自主研發(fā)的6英寸N型單晶硅上實現(xiàn)了24.13%的IBC電池轉(zhuǎn)換效率，2018年2月，進一步將效率提升到25.04%，2019年黃河水電公司建立了國內(nèi)首條量產(chǎn)IBC量產(chǎn)先，達到23.7%的轉(zhuǎn)換效率，2021年其量產(chǎn)平均效率已經(jīng)超過24%。Sunpower目前已經(jīng)轉(zhuǎn)型為EPC和開發(fā)，組件制造已經(jīng)以Maxeon品牌獨立運營，Maxeon品牌28.8%的股權被中環(huán)股份認購。目前Maxeon并未在中國大規(guī)模銷售，主要針對于歐洲、中東、非洲和澳大利亞等市場，目前Maxeon分兩個產(chǎn)品線，一是Maxeon系列產(chǎn)品，采用IBC的技術路線，二是Performance的產(chǎn)品，采用高效PERC單晶的產(chǎn)品，目前IBC產(chǎn)品效率明顯高于Performance產(chǎn)品。Maxeon的IBC產(chǎn)品與P型PERC產(chǎn)品性能有明顯差異，目前公司最為領先的Maxeon6產(chǎn)品功率達到420-440W，轉(zhuǎn)換效率達到22.8%，主要應用住宅市場，并且公司承諾40年的質(zhì)保，首年98%的功率輸出保證，以及每年0.25%的線性衰減，其線性衰減明顯要好于P型PERC產(chǎn)品，其次在幾乎同樣的重量下，N型IBC產(chǎn)品功率要高出同檔位P型產(chǎn)品接近50W，10個功率檔位，目前PERC產(chǎn)品成組之后的效率約21%，功率約420W，MaxeonN型IBC產(chǎn)品高出約30W，約6個功率檔位。TOPcon產(chǎn)品相比于普通PERC產(chǎn)品功率目前高出約20W，溢價約0.1元/W，在不考慮IBC產(chǎn)品更低的衰減與質(zhì)保年限的情況下，IBC產(chǎn)品溢價相比于普通PERC產(chǎn)品溢價約0.15元/W，如果充分考慮更低的衰減，以及海外分布式市場更高的接受度，IBC產(chǎn)品溢價有望進一步提升，預計將達到3-4美分/W。從公司出貨量來看，2021Q4IBC產(chǎn)品出貨214MW,Performance產(chǎn)品出貨363MW。Maxeon2021Q4實現(xiàn)收入2.2億美元，其中1.84億美元來自于屋頂光伏，屋頂光伏中有1.05億美元收入來自于IBC產(chǎn)品，0.79億美元收入Performance產(chǎn)品。0.38億收入來自于集中式電站，其中0.32億元收入來自于Performance，其余為IBC產(chǎn)品，我們可以根據(jù)不同應用場景收入以及總出貨量計算出IBC產(chǎn)品與P型PERC產(chǎn)品的均價分別為0.514美元/W、0.305美元/W，兩者之間具有明顯價格差異，一部分原因由于公司部分IBC產(chǎn)品收入來自于美國高價市場，公司25.7%收入來自于美國市場，另一部分原因是兩者之間不同應用場景及效率帶來價差。Maxeon一季度預計出貨量為475-495MW，收入為2.1-2.2億美元，公司一季度預計調(diào)整后EBITDA為虧損0.28-0.34億美元，出貨單價約為0.44美元/W，環(huán)比進一步提升，預計IBC出貨量占比提升，在海外的分布式市場，高效產(chǎn)品將維持在高價。目前IBC產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率上具有領先優(yōu)勢。根據(jù)CleanEnergyNews的統(tǒng)計，目前全球最高效的光伏組件產(chǎn)品前七中有三家采用的是N型IBC路線,分別是Maxeon、LG、黃河水電公司，此外SILFABSolar產(chǎn)品效率位列全球第十一，SILFABSolar是位于加拿大的組件供應商，其產(chǎn)品供應北美屋頂市場，采用的是P型MWT結(jié)構類似于P型IBC。IBC電池有更高的功率溫度系數(shù)。高于或者低于25℃的每一度減少或者增加特定量的輸出功率，稱為溫度系數(shù)，以%/℃為單位測量，多晶電池的溫度系數(shù)為-0.40%/℃，單晶PERC的溫度系數(shù)為-0.38%/℃，單晶IBC電池和單晶HJT溫度系數(shù)要低，分別為0.30、-0.25%/℃。我們認為IBC是性能更優(yōu)的電池，表現(xiàn)在其產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率全球領先，溫度系數(shù)較低，無論是成組后功率，還是實際發(fā)電量均有較好的表現(xiàn)，尤其適用于高端分布式市場，預計在歐洲高端分布式市場將會有優(yōu)異的表現(xiàn)。IBC在技術上有比較好的兼容性，對于IBC的布局有利于下一代技術的延伸。TBC電池將TOPcon與IBC相結(jié)合，這種電池結(jié)構結(jié)合了IBC電流高的短路電流與TOPCon優(yōu)異的鈍化接觸特性，因此能獲得更高的電池效率。HBC是電池利用HJT電池結(jié)構和IBC結(jié)合，形成的太陽能電池結(jié)構，這種電池結(jié)構結(jié)合了IBC電池高的短路電流與HJT電池高的開路電壓的優(yōu)勢，因此能獲得更高的電池效率。我們認為，量產(chǎn)效率26%以上的電池需要IBC技術與HJT/TOPcon相結(jié)合，當前階段，技術的積累將具有明顯的“滾雪球”效應，對于IBC的布局將成為一體化企業(yè)的先發(fā)優(yōu)勢。2、P型IBC適用于高端分布式場景，一體化布局獲得超額收益2.1、P型IBC在成本端已經(jīng)有較高解決方案1月24日，隆基旗下泰州隆基樂葉光伏科技有限公司4GW單晶電池項目環(huán)評披露，在原產(chǎn)2GW單晶電池基礎上對生產(chǎn)線進行改造，改成8條HPBC單晶電池，預計形成4GWHPBC電池產(chǎn)線。HPBC即在P型技術路線上采用IBC技術，襯底硅片依然為P型硅片。隆基股份在4月27日投資者關系記錄表中明確提到公司會運用新型電池結(jié)構和新型的組件來針對分布式光伏的全球的推廣。公司預計新電池產(chǎn)能預計將于三季度投產(chǎn)，針對中高端分布式市場。我們認為，P型IBC產(chǎn)業(yè)布局加速，成本端已經(jīng)有較好解決方案。經(jīng)典IBC的生產(chǎn)步驟是較為復雜，其中背面p/n交替的叉指狀結(jié)構的形成是IBC太陽電池的核心技術，傳統(tǒng)的工藝需要采用半導體常用的精度更高、均勻性更好的離子注入設備，同時需要光刻掩膜工藝設備，成本較高。按照經(jīng)典IBC需要17步工藝，過程相對復雜。根據(jù)江蘇日托光伏于2021年3月申請的專利《一種P型IBC電池的制備方法》，采用P型硅片作為襯底，正背面均無需硼摻雜，且不需要掩膜和光刻，工藝步驟簡單，將傳統(tǒng)IBC復雜的過程簡化為12步，生產(chǎn)成本明顯降低。S01：對P型單晶硅基底進行化學清洗和堿拋光，去除硅基底表面的機械損傷層和污染物，且使硅基底正背表面形貌較為平坦。S02雙面沉積氧化硅和非晶硅膜層：拋光后的基底正背面沉積氧化硅層和非晶硅層。S03背面P擴散、退火：對背面非晶硅層進行磷摻雜處理，后高溫退火處理，非晶硅轉(zhuǎn)化為多晶硅。S04背面激光刻蝕：利用納秒級或皮秒激光對背面進行圖案化處理。S05去除正側(cè)面PSG：在S02和S03過程中，同時會在基底正面以及側(cè)面形成磷硅玻璃層，即PSG，采用HF酸去除；S06堿制絨：利用KOH溶液使基底正面和背面局部區(qū)域構造為金字塔絨面結(jié)構。S07雙面沉積AlOx膜層：以原子層沉積方式在基底正背面沉積一層致密的氧化鋁薄膜。S08背面沉積減反射膜層：以PECVD的方式在基底背面沉積氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種疊層膜。S09正面沉積減反射膜層：以PECVD的方式在基底正面沉積氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種疊層膜。S10背面激光開膜：利用納秒級或皮秒級激光對背面減反射層和鈍化膜疊層進行開膜處理S11絲網(wǎng)印刷正負電極：N區(qū)印刷負電極Ag漿，P區(qū)印刷正電極Al漿。S12燒結(jié)：正電極Al漿和負電極Ag漿共燒結(jié)，形成良好的歐姆接觸。這種方法的變化在于1）利用P型單晶硅襯底作為P區(qū)，正背面均無需硼摻雜，且無需掩膜和光刻，工藝步驟簡單；2）P區(qū)正電極采用Al漿，Ag漿使用量降低50%，且采用P型單晶硅作為基底，明顯降低了生產(chǎn)成本。激光設備在此方法下得到比較好的應用。設備環(huán)節(jié)省去了比較昂貴離子注入和光刻掩膜設備，金屬化環(huán)節(jié)采用高溫銀漿與鋁漿，金屬化成本同步降低，增加設備僅為激光設備與部分清洗設備，初步估計改良后P型IBC設備與PERC/TOPcon設備成本較為接近，龍頭企業(yè)規(guī)?；少?，降低投資成本，預計單GW投資額約在1.9-2.1億元。2.2、一體化布局P型IBC會獲得超額收益硅片環(huán)節(jié)，P型IBC相比于P型PERC變化較少，需要選擇少子壽命較高的P型硅片，簡單來說，即品質(zhì)更高的硅片，對于一體化企業(yè)硅片環(huán)節(jié)影響較小，N型電池技術需要用到N型硅片，N型硅片可以做得更薄，降低硅耗，但是其在熱場、坩堝、拉晶等環(huán)節(jié)，成本有所增加，根據(jù)我們測算，當N型硅料溢價2%時，N型硅片做到160μm可以與P型硅片成本基本持平，N型硅片做到150μm，其成本相比于P型硅片低0.04元/W，N型硅片達到120μm時，相比于P型硅片成本低0.15元/W。根據(jù)我們的測算，P型IBC電池在設備折舊上相比于P型PERC電池高約0.01元/W，在金屬化上由于其同樣采用高溫工藝，同時使用銀漿和鋁漿，其金屬化成本與PERC基本接近，根據(jù)我們測算當其良率在95%的時候，P型IBC電池相比于PERC成本高0.04元/W，當良率與達到98%的時候，P型IBC電池相比于P型PERC成本高約0.01元/W。對于組件環(huán)節(jié)，高效產(chǎn)品可以做到通過攤薄封裝環(huán)節(jié)成本來實現(xiàn)成本降低，Maxeon的IBC組件采用的是純POE膠膜的封裝路線，晶科TOPcon組件采用的也是POE的封裝路線，對于更高效產(chǎn)品膠膜環(huán)節(jié)成本預計會所增加，其他環(huán)節(jié)成本將會降低，總體來看，當功率高出20WP型IBC單玻與PERC電池單玻兩者之間電池片以外環(huán)節(jié)成本基本接近。當功率進一步提升時，在組件環(huán)節(jié)，P型IBC也會在電池片以外環(huán)節(jié)存在成本優(yōu)勢。以P型硅片為起點的一體化企業(yè)有望在P型IBC組件產(chǎn)品上獲得超額收益。使用激光類設備在一定程度上會對襯底的P型硅片產(chǎn)生損傷，需要在P型硅片環(huán)節(jié)選擇品質(zhì)更高的產(chǎn)品，考慮到P型IBC產(chǎn)品應用場景主要是海外分布式，終端對于高性能產(chǎn)品溢價接受度較高，假設其溢價可以達到0.2元/W，約合3美分/W，當P型IBC電池良率達到95%時，P型IBC產(chǎn)品一體化盈利即可達到約0.25元/W，當良率達到98%的時候，一體化盈利可以進一步提升到0.28元/W。Segen是英國最大的光伏組件分銷商，其分銷產(chǎn)品幾乎為海外知名組件廠商及國內(nèi)一體化龍頭企業(yè)產(chǎn)品，歐洲分布式市場存在個性化需求，IBC產(chǎn)品外觀美觀，客戶對于其售價有較高接受度，龍頭一體化組件廠商可以通過其在海外分銷渠道結(jié)合其高效產(chǎn)品實現(xiàn)超額盈利。屋頂分布式光伏2021年快速增長，主要增長來自于中國、美國、德國、西班牙等國家，其中西班牙屋頂分布式2021年比于2020年增長100%，分布式光伏占比逐年提升，2021年全球新增裝機中分布式占比約45%。2022年歐洲分布式光伏市場快速發(fā)展，主要原因是各國政府基于能源獨立考慮實施的鼓勵政策以及持續(xù)上漲的PPA電價。德國、荷蘭、波蘭等歐洲國家分布式裝機快速增長，巴西小型光伏市場也快速增長，根據(jù)BloombergNEF統(tǒng)計，其小型光伏2022年將實現(xiàn)裝機9.0GW，同比增長80%。分布式光伏預計將成為全球光伏增長裝機重要動力，IBC在高端分布式和BIPV市場具有競爭力。根據(jù)我們測算，預計歐洲屋頂分布式光伏今年裝機將達到28GW。2025年達到57GW裝機，美國戶用屋頂光伏將達到10GW裝機，中國BIPV裝機保守估計將達到30GW，考慮部分拉美、亞太地區(qū)需求，適用于IBC的應用場景將達到約100GW，若按照50%的滲透率，預計到2025年IBC產(chǎn)品裝機將達到50GW以上。3、技術迭代帶動設備需求，利好激光和串焊環(huán)節(jié)根據(jù)我們的測算，預計到2025年全球光伏電池產(chǎn)能將達到864GW，其中P型產(chǎn)線產(chǎn)能占到70%，N型產(chǎn)能占到30%，若龍頭企業(yè)能夠?qū)型IBC產(chǎn)線順利調(diào)試出貨，其產(chǎn)能有望快速擴張，預計2025年P型IBC產(chǎn)能將達到97GW，占到P型產(chǎn)線的16%，占到光伏電池總產(chǎn)能的11.2%。2021年光伏電池產(chǎn)能達到350GW，PERC產(chǎn)線擴張階段性放緩，行業(yè)逐步切換至N型TOPcon與IBC產(chǎn)能，預計2023年加速擴張，2024年HJT產(chǎn)能加速擴張，預計2022-2025年光伏電池設備市場空間186/240/321/380億元，增速分別為7%/29%/34%/19%。P型IBC對于激光類設備需求產(chǎn)生明顯拉動。PERC類產(chǎn)品對于激光的需求主要集中在激光消融設備上，該激光設備用于PERC背鈍化量產(chǎn)線，SE摻雜設備用于磷摻雜選擇性擴散工藝，在PERC環(huán)節(jié)滲透率幾乎達到100%，單GWPERC產(chǎn)線激光類設備價值量在1000-1200萬元左右，約占PERC產(chǎn)線價值量的6-8%。IBC產(chǎn)線在PERC產(chǎn)線的基礎上進一步增加了激光設備，預計激光設備約占IBC產(chǎn)線價值量的15%（暫不考慮激光轉(zhuǎn)印），P型IBC產(chǎn)能快速擴張將帶動激光類設備增速提升。在N型電池中，TOPcon產(chǎn)線需要用到激光硼摻雜設備來增加效率，預計單GW價值量約占TOPcon產(chǎn)線的10%，HJT產(chǎn)線采用LIA激光修復技術，實現(xiàn)電池片抗光衰工藝，使太陽能電池具備抗光照衰減的能力，帝爾激光的LIA激光修復技術已取得客戶量產(chǎn)訂單。激光轉(zhuǎn)印有望在高效電池中滲透率提升。激光轉(zhuǎn)印的柵線更細，可以做到18微米以下漿料節(jié)省30%，在PERC上已經(jīng)得到論證，在TOPCon、HJT等路線上的節(jié)省量會更高；2）印刷高度一致性、均勻性優(yōu)良，誤差在2μm，低溫銀漿也同樣適用；3)可以改變?nèi)嵝阅さ牟坌?，根?jù)不同的電池結(jié)構，來實現(xiàn)即定的柵線形狀，改善電性能;4）激光轉(zhuǎn)印為非接觸式印刷，可以避免擠壓式印刷存在的隱裂、破片、污染、劃傷等問題。同時，未來硅片薄片化趨勢，薄片化會帶來更多隱裂問題，激光轉(zhuǎn)印由于非接觸式印刷，可以解決此問題，我們認為激光類設備1-2年維度看IBC擴產(chǎn)帶來的對于激光設備需求提升，長期看激光轉(zhuǎn)印滲透率提升。根據(jù)我們測算，2022-2025年光伏電池激光類設備市場空間將達到17/24/35/45億元，對應增速分別為25%/46%/47%/27%，預計2023、2024年激光類設備空間將加速提升。對于不同技術路線電池技術路線，組件端都需要用到串焊機。串焊機龍頭奧特維布局的串焊機可以覆蓋市場上各種技術路線的工藝。奧特維在投資者關系記錄表中提到，公司在2014年就推出了IBC串焊機，IBC串焊機和現(xiàn)有的串焊機有明顯差異。串焊機需求來自于新增組件產(chǎn)能與存量組件產(chǎn)能改造，我們認為隨著N型TOPcon與IBC滲透率提升，存量產(chǎn)能改造比例將會有所提升，暫不考慮串焊機單GW價值量變化，預計2022-2025年市場空間分別為47/58/73/91億元，相應的增速分別為19%/23%/25%/25%。4、重點公司分析1）隆基股份：1月24日，隆基旗下泰州隆基樂葉光伏科技有限公司4GW單晶電池項目環(huán)評披露，在原產(chǎn)2GW單晶電池基礎上對生產(chǎn)線進行改造，改成8條HPBC單晶電池，預計形成4GWHPBC電池產(chǎn)線。HPBC即在P型技術路線上采用IBC技術，襯底硅片依然為P型硅片。隆基股份在4月27日投資者關系記錄表中明確提到公司會運用新型電池結(jié)構和新型的組件來針對分布式光伏的全球的推廣。公司預計新電池產(chǎn)能預計將于三季度投產(chǎn)，針對中高端分布式市場。同時公司積極貫徹“不領先、不擴產(chǎn)”的經(jīng)營策略，加速新型電池技術的產(chǎn)業(yè)化應用和產(chǎn)能建設，預計將在2022年第三季度開始投產(chǎn)。2）愛旭股份：2021年6月，公司在上海SNEC展會推出了最新研發(fā)成功的ABC電池，該新型ABC電池采用了全新的背接觸結(jié)構，正面無任何柵線遮擋，具有轉(zhuǎn)換效率高、溫度系數(shù)低、弱光響應高、易于薄片化等優(yōu)勢，預計平均量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率將達到25.5%左右。新技術路線大規(guī)模應用后，等面積發(fā)電量較目前市場主流的PERC電池可增加10%，有望引領光伏產(chǎn)業(yè)鏈展開新一輪的技術迭代，推動光伏產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。公司ABC技術的300MW電池中試線及500MW組件實驗線進展正常，珠海6.5GW的ABC