電力設備及新能源行業光伏電池專題報告三：龍頭推進TOPCon電池產業化或加速-20211216（20頁）.pdf

1、 證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責條款 龍頭推進龍頭推進，TOPCon 電池電池產業化產業化或加速或加速 電力設備及新能源行業光伏電池專題報告三2021.12.16 中信證券研究部中信證券研究部 核心觀點核心觀點 伴隨著材料成本下降、技術工藝和設備成熟度不斷提升，龍頭廠商依托較深的伴隨著材料成本下降、技術工藝和設備成熟度不斷提升，龍頭廠商依托較深的 技術積淀，加速布局技術積淀，加速布局 N 型型 TOPCon 電池量產線。在新增和改造的趨勢下，我電池量產線。在新增和改造的趨勢下，我 們預計們預計 22/23 年國內年國內 TOPCon 電池的電池的產能有望達到產能有望達到 35/70GW

2、。預計到。預計到 2025 年年 TOPCon 設備投資額將達設備投資額將達 122 億元，我們建議關注龍頭設備廠商、龍頭材億元，我們建議關注龍頭設備廠商、龍頭材 料企業和技術領先的一體化企業。料企業和技術領先的一體化企業。 N 型電池型電池產業化提速，產業化提速，TOPCon 技術具備性價比技術具備性價比。隨著 P 型 PERC 電池接近其 理論效率極限，N 型電池技術將成為未來發展的方向，其中 TOPCon 電池技術 是最重要的N型技術路線之一。 一方面， TOPCon電池的理論效率極限為28.7%， 目前平均量產效率超過 24%， 最高效率超 25%， 相比 P 型 PERC 電池有更高

3、的 效率空間。另一方面，TOPCon 與現有 PERC 產線兼容，只需非晶硅沉積和鍍 膜設備便可進行升級，單 GW 改造成本在 0.5-0.8 億元，在面臨大規模 PERC 產線設備資產折舊計提壓力下，升級為 TOPCon 電池，拉長設備使用周期，降 低沉沒風險，是未來 2-3 年具備性價比的路線選擇之一。 TOPCon 量產提速，龍頭廠商更具技術優勢量產提速，龍頭廠商更具技術優勢。根據微信公眾號全球光伏最新統 計數據，隆基、通威等龍頭廠家積極推動 TOPCon 電池和組件的產業化，各家 企業現有產能及規劃新投規模超過 95GW，且目前行業內近 300GW 的 PERC 產線中，有超 100G

4、W 產能可以升級為 TOPCon 產線。目前看相關工藝正在進 行多方面的探索，隨著工藝進一步成熟，成本進一步下降，我們預計 2022-2023 年 TOPCon 電池產能有望達到 35/70GW， 2022 年將是 TOPCon 電池技術量產 化的關鍵時點。TOPCon 電池和組件產能的擴張有利于強化龍頭企業的競爭優 勢。 TOPCon 實現多技術路線并進，尋找工藝最優解實現多技術路線并進，尋找工藝最優解。TOPCon 制造有三個核心工 藝，包括界面氧化物生長、本征多晶硅沉積及多晶硅摻雜。從技術路線上來看， 目前主要包括LPCVD、 PECVD、 PEALD、 APCVD及PVD作為核心設備。

5、 LPCVD 是目前的主流工藝，但存在繞鍍問題，其他技術主要圍繞減少繞鍍問題而展開， 其中 PECVD 和 PVD 技術研發取得良好進展， 國內廠商也在持續推進的產業化， PEALD 方案也在持續的推進中。根據我們測算，在 PERC 基礎投資額上增加 0.5-0.8 億元的改造費用可以升級到 TOPCon 電池， 預計 2025 年 TOPCon 電池 新增/累積產能分別為 90/295GW，將帶動電池設備投資達 122 億元，未來五年 合計超 400 億元，相關設備龍頭廠商的技術和布局更具領先性。同時，TOPCon 電池組件為節省銀漿，應用更細的柵線，對串焊機也提出了更高的要求。 TOPCo

6、n 產能擴張產能擴張，帶動帶動銀漿銀漿和膠膜需求的變化和膠膜需求的變化。TOPCon 電池產業化推進和 產能的擴張，帶動銀漿需求的增長和品質要求的提升，目前 TOPCon 電池銀漿 消耗量為 100-120mg/片，相較于 PERC 電池銀漿消耗 60-70mg/片，有明顯的 增加；另一方面，TOPCon 電池為了降低銀漿消耗，也對銀漿的品質提出了更 高的要求。在 TOPCon 的組件封裝上目前主要采用 POE 膠膜，而 POE 膠膜不 管是銷售價格上還是在毛利率上相較于普通的 EVA 膠膜都有所提升，TOPCon 組件產能的擴張也將增加對于 POE 膠膜的需求。 風險因素：風險因素：光伏裝機

7、需求不及預期；N 型電池降本和效率提升不及預期；N 型電 池產業化速度不及預期；國產化設備降本不及預期。 投資策略。投資策略。 在全球新增光伏裝機保持穩定增長的情況下， 各個企業積極尋求技術 上的突破，其中最主要的方向之一就是 TOPCon 技術路線，其具備高效率和低 成本的性價比，并且能承接原有 PERC 產線改造升級。TOPCon 電池加速擴產， 帶動相關設備和材料的需求，重點推薦相關設備龍頭廠商和材料廠商。1）領先 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業 評級評級 強于大市（維持）強于大市（維持） 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.1

8、2.16 證券研究報告 請務必閱讀正文之后的免責條款 布局 TOPCon 核心設備，推薦具備成熟量產工藝的設備廠商捷佳偉創、金辰股 份，建議關注連城數控（參股拉普拉斯、控股艾華）及北京科銳（控股普樂新能 源）；2）電池激光設備龍頭帝爾激光；3）受益裝機需求高確定性，N 型技術 迭代加速利好串焊機龍頭奧特維；4）銀漿需求量和品質要求預計提升，建議關 注帝科股份、蘇州固锝；5）POE 膠膜需求量增加，推薦福斯特；6）預計一體 化龍頭企業將通過技術升級持續保持領先優勢，推薦隆基股份、晶澳科技等。 重點公司盈利預測、估值及投資評級重點公司盈利預測、估值及投資評級 簡稱簡稱 收盤價收盤價 EPS PE

9、評級評級 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 買入 晶澳科技 91.40 0.94 1.28 2.10 2.79 97.2 71.4 43.5 32.8 買入 福斯特 132.01 1.65 1.97 2.79 3.37 80.0 67.0 47.3 39.2 買入 捷佳偉創 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 帝爾激光 247.70 3.53 3.93 4.99 6.67 70.2 63.0 49.6 37.1 買入 奧特維 253.35 1.76 3.45 5.63 7.32 143.9 73.4 45.0 34.6 買入 資料來源：Wind，中信證券研究部預測 注：股價為 2021 年 12 月 15 日收盤價 TUmWjWcZiY8VzWMB8O8Q8OpNoOmOoPiNmNsQjMpOqPbRnNyRxNrMzRuOmQmQ 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后

11、的免責條款部分 目錄目錄 推動提效降本，推動提效降本，TOPCon 技術產業化有望加速技術產業化有望加速 . 1 多技術路線并行，尋找工藝最優解多技術路線并行，尋找工藝最優解 . 3 龍頭擴產有望加速，帶動設備和材料需求龍頭擴產有望加速，帶動設備和材料需求. 9 TOPCon 量產提速，龍頭廠商更具技術優勢 . 9 增效降本加速量產，進一步打開設備市場空間. 11 風險因素風險因素 . 15 投資建議投資建議 . 15 行業觀點. 15 投資策略. 16 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 插圖目錄

12、插圖目錄 圖 1：TOPCon 電池結構示意圖 . 1 圖 2：TOPCon 電池中載流子運輸過程 . 1 圖 3：典型的 PERC 太陽電池生產線布局圖 . 3 圖 4：LPCVD 兩種技術路線 . 5 圖 5：PECVD 技術原理示意圖 . 6 圖 6：PECVD 和 PVD 兩種技術路線 . 7 圖 7：PAPCVD 系統圖 . 8 圖 8：TOPCon 電池產能及規劃情況 . 11 圖 9：TOPCon 電池產能預測 . 11 圖 10：2021SNEC 展會上展出的 TOPCon 產品 . 11 圖 11：TOPCon 電池成本構成 . 12 圖 12：2020-2031 年 TOP

13、Con 電池市場份額變化趨勢（%） . 12 圖 13：全球及我國正銀消耗量占總銀漿消耗量 71.5% . 14 圖 14：我國正銀及背銀消耗量已經達到全球消耗總量的 82.5%. 14 圖 15：TOPCon 電池銀漿成本仍高于 PERC . 14 圖 16：TOPCon 電池銀漿國產化率超 20% . 14 表格目錄表格目錄 表 1：TOPCon 電池技術進展與效率提升的歷史梳理 . 2 表 2：TOPCon 與 PERC 電池技術工藝及設備改造情況 . 3 表 3：TOPCon 五種技術路線優缺點 . 4 表 4：TOPCon 電池用 LPCVD 設備技術指標對比 . 5 表 5：TOP

14、Con 的 LPCVD 與 PECVD 路線對比 . 7 表 6：TOPCon 不同沉積技術之間對比 . 9 表 7：現有企業 TOPCon 研發與產業布局梳理 . 9 表 8：目前 TOPCon 已建/規劃產能統計表（MW） . 10 表 9：未來五年 TOPCon 設備需求空間測算 . 13 表 10：布局 HJT 電池設備的廠商梳理 . 13 表 11：國產銀漿廠商擴產計劃 . 15 表 12：重點公司盈利預測、估值及投資評級 . 16 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 1 推動提效降本，推

15、動提效降本，TOPCon 技術產業化有望加速技術產業化有望加速 TOPCon 電池技術，即隧穿氧化層鈍化接觸技術。電池技術，即隧穿氧化層鈍化接觸技術。由于 PERC 電池金屬電極仍與硅 襯底直接接觸，金屬與半導體的接觸界面由于功函數失配會產生能帶彎曲，并產生大量的 少子復合中心，對太陽電池的效率產生負面影響。因此，有學者提出電池設計方案中用薄 膜將金屬與硅襯底隔離的方案減少少子復合，在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉 積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入 多晶硅層同時阻擋少子空穴復合，進而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，極大地降低 金屬接觸復合電

16、流，提升了電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池轉化效率。 圖 1：TOPCon 電池結構示意圖 資料來源：寧波材料所 優異的表面優異的表面選擇性選擇性鈍化鈍化能力能力提升提升 TOPCon 電池轉換效率。電池轉換效率。技術 TOPCon 電池基于載 流子選擇性收集鈍化接觸結構，通過在電池背面制備由隧穿氧化硅層和重摻雜硅薄膜層組 成的疊層來形成。由于超薄氧化硅和重摻雜硅薄膜良好的鈍化效果使得硅片表面能帶產生 彎曲，從而形成場鈍化效果，電子隧穿的幾率大幅增加，接觸電阻下降。由于優異的載流 子選擇性鈍化接觸性能，從而使得 TOPCon 技術制備的晶硅電池效率已達到 26%。 圖 2：TOPCon

17、電池中載流子運輸過程 資料來源：基于隧穿氧化物鈍化接觸的高效晶體硅太陽電池的研究現狀與展望（任程超等，2021） 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 2 電池轉換電池轉換效率效率極限較高，量產提速空間更大極限較高，量產提速空間更大。TOPCon 的發展歷史其實并不長，由德 國 Fraunhofer 研究所的 Frank Feldmann 博士在 2013 年于 28th EU-PVSEC 首次提出 TOPCon 的電池概念，目前還保持著 TOPCCon 電池 25.8%的最高實驗效率記錄。此后， 經

18、過一系列科研院所的積極研發推進技術工藝的逐步成熟和理論轉換效率提升， 根據 ISFH 數據， TOPCon 電池的極限理論效率達到 28.7%， 高于 HJT 的 27.5%和 PERC 的 24.5%。 而目前晶硅電池產業化平均效率低于實驗室效率 2 個百分點左右， TOPCon 電池產業化效 率有更高的提升空間。截至 2020 年底，N 型 TOPCon 電池平均轉換效率達到 23.5%。 表 1：TOPCon 電池技術進展與效率提升的歷史 時間時間 機構機構 技術突破技術突破 2013 年 德國 Frauhofer 研究所 提出 TOPCon 電池概念，背表面采用極薄的氧化層鈍化，外側使

19、用摻雜多晶硅形成背場，然后 背面全部采用金屬與多晶硅全接觸，正表面則仍使用常規的發射區及電極結構。 2013 年 德國 ISFH 研究所 提出 POLO 結構，前、后表面全部使用超薄氧化層將摻雜層隔開，不僅將背面背場隔開，前表 面發射區也被隔開。 2015 年 Fraunhofer ISE 新一代 TOPCon 電池，電池效率達到 25.1%。該電池采用鈍化接觸技術，正面采用選擇性發射 極，并采用 AlOx/SiNx 疊層膜對界面進行鈍化。 2015 年 喬治亞理工 引入了 n+多晶硅隧穿氧化層鈍化接觸的制備及優化，在 239cm 商業等級的 n 型 CZ 硅片上， 用離子注入形成硼發射極并采

20、用Al2O3鈍化， 前面印刷Ag/Al漿形成接觸， 電池效率達到21.2%。 2016 年 ECN 提出 PERPoly 電池，其結構與 TOPCon 電池基本一致，背表面使用鈍化膜和減反射膜，背表 面電極使用柵線結構，可以達到雙面受光發電效果。 2016 年 Yuguo Tao 等研究者 基于 6 英寸大硅片（239cm ）的 CZ 實現 TOPCon 電池效率 21.2%。 17 年 喬治亞理工 通過對 TOPCon 電池進行電性能模擬研究，選擇最佳厚度和電阻率的硅片，并優化減反膜，降 低反射率，減少光學損失，電池效率進一步提高到 25.7%。 2017 年 Armin Richter 等

21、 在 p 型 FZ 硅片上首次應用了 TOPCon，電池效率達到 24.2%。 2017 年 新加坡 SERIS 實驗室 提出 MonoPoly 電池的概念，從結構來看其無較大差別，只是一些細節的改變，如背表面拋光、 正表面鈍化膜采用 AlOx/SiNx 復合膜結構。 2018 年 晶科能源 n 型 TOPCon 電池采用 LPCVD 設備沉積多晶硅， 其在大面積商用硅片襯底上制備的電池的 最高效率達到 24.19%。 2019 年 Meryer Burger PECVD 制備多晶硅，TOPCon 電池轉換效率達到 23.46% 2019 年 天合光能 TOPCon 電池的最高轉換效率達到 2

22、4.58%。 2020年12月 中來光電 TOPCon 電池量產轉換效率已達到 24.5% 2021 年 1 月 晶科能源 采用 TOPCon 技術，在高質量、低缺陷 CZ 單晶硅襯底上，采用了先進擴散與高度活化摻雜劑， 電池片面積達到 267.72cm2，電池的最高轉換效率達 24.9%。 資料來源： 晶體硅太陽電池研究進展 （中國可再生能源學會光伏專業委員會） ，各公司公告，中信證券研究部 TOPCon 兼容兼容 PERC 產線設備，是產線設備，是未來未來 2-3 年年最具性價比的技術最具性價比的技術路線。路線。TOPCon 技 術相比于 PERC 的優勢在于 Voc 提升 20mV， 且

23、只需要 2-3 道額外工藝和設備。 國內 PERC 產線主要從 2018 年開始建設，新建產線大多預留了 TOPCon 改造空間，而未來的擴產計 劃也紛紛轉向 N 型技術產線建設。面對目前巨大的 PERC 電池產能，TOPCon 和 PERC 電池技術和產線設備兼容性較強，以 PERC 產線現有設備改造為主，主要新增設備在非晶 硅沉積的 LPCVD/PECVD 設備以及鍍膜設備環節。目前 PERC 電池產線單 GW 投資在 1.5-2.0 億元，而僅需 0.5-0.8 億元即可改造升級為 TOPCon 產線。在面臨大規模 PERC 產線設備資產折舊計提壓力下，改造為 TOPCon 拉長設備使用

24、周期，降低沉沒風險，是未 來 2-3 年極具性價比的路線選擇。 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 3 圖 3：典型的 PERC 太陽電池生產線布局圖 資料來源：晶體硅太陽電池研究進展（中國可再生能源學會光伏專業委員會） 多技術路線并行，尋找工藝最優解多技術路線并行，尋找工藝最優解 在在 PERC 基礎上，基礎上，TOPCon 需增加界面氧化硅生長和本多晶硅層沉積。需增加界面氧化硅生長和本多晶硅層沉積。鈍化接觸原 理是為了實現全背面金屬接觸， 需要增加三步工藝： 界面氧化硅生長和本征多晶硅層沉積，

25、以及多晶硅的摻雜。從產線改造難度看，從 PERC 到 TOPCon 產線增加幾道工序：1） TOPCon 先增加了高溫的硼擴散工藝， 通過硼磷管式擴散爐制備 P 型發射結和 N 型背面， 也可以通過離子注入方式實現硼擴散，再通過 PECVD 技術在正反表面制備鈍化層和減反 射膜；2）此后需要增加隧穿氧化制結、離子注入及退火清洗工藝，超薄氧化層可以使多 子電子隧穿進入多晶硅層同時阻擋少子空穴復合，進而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收 集，從而提升電池轉化效率。 表 2：TOPCon 與 PERC 電池技術工藝及設備改造情況 主要步驟主要步驟 PERC TOPCon （本征（本征+磷擴散）磷擴散）

26、設備升級設備升級 來源來源 清洗制絨 清洗制絨 制絨 硅片清洗機 現有設備 制結 擴磷 硼擴散 擴散爐 現有擴散爐改造 刻蝕 刻蝕 隧穿氧化+非晶硅 磷擴 擴散爐 現有擴散爐改造 氧化退火 退火 濕法刻蝕 鍍膜 減反射膜 鈍化 Al2Ox 背面鈍化層 正面 SiNx PECVD（管式) 現有設備 激光開槽 背面 SiNx 背面 TCO 層 PECVD/LPCVD 新購置 磁控濺射 新購置 印刷電極及分選 絲網印刷和燒結 絲網印刷和燒結 絲網燒結系統 現有絲印線改造 光注入 光注入 IV 測試+分檔設備 現有測試設備改造 資料來源： 晶體硅太陽電池研究進展 （中國可再生能源學會光伏專業委員會）

27、，中信證券研究部 TOPCon 多技術路線并進，多技術路線并進， LPCVD 是目前主流工藝是目前主流工藝。 TOPCon 制造有三個核心工藝， 包括界面氧化物生長、本征多晶硅沉積及多晶硅摻雜。從技術路線上來看，目前主要包括 LPCVD、PECVD、APCVD、ALD、PVD 等作為制作流程的核心設備。其中 LPCVD 是目 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 4 前的主流技術，但存在過度繞鍍問題，目前 TOPCon 主要任務是簡化工藝降本提效，因此 其他技術主要圍繞減少過度繞鍍問題展開。 表 3：

28、TOPCon 五種技術路線優缺點 方法方法 優點優點 缺點缺點 代表性企業代表性企業 LPCVD 產量高，直接制備 n 型多晶硅層 會產生繞鍍，效率相對較低，石英件沉積嚴重 Centrotherm、SEMCO、Tempress、 拉普拉斯、捷佳偉創、北京科銳 PECVD 沉積速率高、原位摻雜、無繞鍍 爆膜問題、SiO2 均勻度問題、對設備要求高， 且對環境有污染 梅耶博格、Centrotherm、捷佳偉創、 金辰股份、北方微創、48 所 PVD 原位摻雜、無繞鍍和冷壁，操作簡單 均勻性相對較差，退火溫度相對較高 新格拉斯、江蘇杰太、北京科銳、普樂 新能源 PEALD 更好的隧穿氧化物性能， 鍍

29、膜均勻度好 微導，艾華 APCVD 系統簡單，反應速度快 均勻性較差，臺階覆蓋能力差，用于厚介質淀積 SCHMID 資料來源：TaiyangNews，寧波材料所，各公司公告，中信證券研究部 （1） LPCVD 技術路技術路線： 全稱為低壓線： 全稱為低壓化學氣相沉積法化學氣相沉積法。 由梅耶博格研發的熱處理工藝， 在真空條件下用氣相前驅體進行薄膜沉積，通過降低壓力減少不必要的氣相反應，使得硅 片的薄膜均勻性提高。該技術優點是工藝成熟、集成度高，成膜質量好，裝備產能大，控 制簡單容易；但難于鍍膜速度慢，成膜率低，同時存在二次摻雜、繞鍍、石英件沉積嚴重 等問題。LPCVD 技術是各技術路線中被最廣

30、為接受，也是唯一規模商業化的技術。 1） 方法一：本征方法一：本征+擴磷。擴磷。LPCVD 制備多晶硅膜結合傳統的全擴散工藝。此工藝成熟 且耗時短，120min 生成 120-150nm 的非晶硅層，大概 15nm/min，良率較高， 生產效率高，已實現規?；慨a，但繞鍍和成膜速度慢是目前最大的問題。該技 術為目前 TOPCon 廠商布局的主流路線，主要是晶科能源和天合光能； 2） 方法二：直接摻雜。方法二：直接摻雜。LPCVD 制備多晶硅膜結合擴硼及離子注入磷工藝。離子注入 技術是單面工藝，摻雜離子無需繞度，但擴硼工藝要比擴磷工藝難度大，成膜時 間 240min 左右，是本征的 2 倍，需要

31、更多的擴散爐和兩倍的 LPCVD 導致投資 成本高， 沉積完之后進行退火激活， 與本征相比良率差一些， 轉化效率要高一些， 主要是隆基股份布局。 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 5 圖 4：LPCVD 兩種技術路線 資料來源：TaiyangNews，中信證券研究部 各各廠商廠商 LPCVD 綜合指標綜合指標對比：對比：1）從技術工藝角度對比看，拉普拉斯和 Centrothem 均能實現本征附著+原位摻雜，主要是垂直化的硅片加工方向，對于過度繞鍍問題解決辦 法是水平方向加工硅片，捷佳偉創的鍍膜均勻

32、性控制相對較好；2）從產能角度對比看， 拉普拉斯應該是產能最大達到 8000 片/小時，Centrothem 和 SEMCO 次之，單管產晶片 數量優于其他廠商； 3） 從商業化角度看， LPCVD 工藝相對較成熟， 目前均可商業化應用， Centrothem 已經完成終端測試，拉普拉斯在國內商業化方面較為領先。 表 4：TOPCon 電池用 LPCVD 設備技術指標對比 公司公司 Centrothem 捷佳偉創捷佳偉創 SEMCO 拉普拉斯拉普拉斯 普樂普樂 模式 c.DEPOX LD-420 HORTUS LPCVD 技術 LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD LPCVD 工藝

33、隧穿氧化物+本征多晶硅附 著+原位摻雜 隧穿氧化物+多晶 硅附著+原位摻雜 隧穿氧化物+多晶硅附 著+原位摻雜 隧穿氧化物+本征多晶硅 附著+原位摻雜 隧穿氧化物+多 晶硅附著 晶圓方向 垂直 垂直 設備配置 10 層管 4-6 層管 6 層管 5-6 層管 環繞式處理 最小化 最小化 原位摻雜 是 是 可選 否 每管產晶 1600-半節距；800-全節距 1600 1400 2000 氧化層厚度 1.4-2.2 1-1.5 多晶硅層厚度 100-150 80-200 160 100 產量(每小時) 6000 3000 G12:5700；M10：6000 G12：7200；M10:8000 3

34、600 機械成品率(%) 0.96 薄膜均勻性 批次控制 3%以內， 同一批次 4%以內 商業化情況 可商業化 可商業化 可商業化 可商業化 規模投產準備 最終測試完成 準備完成 準備完成 準備完成 資料來源：TaiyangNews，中信證券研究部 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 6 （2）PECVD 技術路線：技術路線：全稱為等離子體增強化學氣相沉積法全稱為等離子體增強化學氣相沉積法。PECVD 技術是在低 氣壓下， 反應氣體從進氣口進入爐腔， 逐漸擴散至樣品表面， 在射頻源激發的電場作用下，

35、 反應氣體分解成電子、離子和活性基團。生成物以化學鍵的形式吸附到樣品表面，生成固 態膜的晶核，繼續生長成為連續的薄膜。用 PECVD 制備摻雜硅層，先沉積 N 型非晶硅層 或 N 型微晶硅層，再進行后續的高溫退火使薄膜晶化。非晶硅薄膜的優勢是界面質量好， 但會存在爆膜現象；而微晶硅薄膜的優勢是在晶化后獲得一個較好的晶體質量和晶化率， 退火后不產生爆膜現象，但界面質量較差。 圖 5：PECVD 技術原理示意圖 資料來源：PECVD 的原理與故障分析（曹健，2015 年） PECVD 技術技術可實現明顯降本，工藝仍需進一步成熟?？蓪崿F明顯降本，工藝仍需進一步成熟。該方法沉積速度快，可實現原 位摻雜

36、，可避免過度繞度，無石英管耗材，可制備原位硼摻雜，簡化很多流程，實現大幅 降本。但仍存在氣體爆膜現象導致良率偏低，穩定性有待進一步觀察，因此產業化進程較 慢。根據沉積腔室等離子源與樣品的關系、以及腔室的不同又可細分為微波 PECVD、管 式 PECVD 和板式 PECVD，其代表廠商分別為梅耶格爾、捷佳偉創、理想能源和金辰股 份。微波 PECVD 沉積速率高達 100A/s，但目前沉積的氧化硅膜較厚，且維護成本比較 高。管式 PECVD 和板式 PECVD 同樣可以實現原位摻雜和無繞鍍，但也存在含氫、維護 成本高等問題。 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報

37、告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 7 圖 6：PECVD 和 PVD 兩種技術路線 資料來源：晶體硅太陽電池研究進展（中國可再生能源學會光伏專業委員會），TaiyangNews，中信證券研 究部 各廠商各廠商 PECVD 對比：對比：1）捷佳偉創，公司目前具備 TOPCon 電池生產的“三合一” 設備，產能是 5600 片/小時，同一批次的成膜均勻性偏差率 5%，并向“四合一”設備研 發量產邁進； 2）金辰股份，2019 年開始研發 TOPCon 的管式 PECVD 設備，并且已經 在國內客戶晶澳科技、東方日升等客戶端驗證。根據金辰股份披露數據，該設備生產的 TOPC

38、on 電池平均量產效率 24%+，最高達到 24.5%。目前還在研發“二合一”設備同時 完成原位摻雜多晶硅層和隧穿氧化層；3）海外設備廠商，Centrotherm 研發的直接等離子 法 PECVD 設備，能夠實現較高成膜均勻性，12nm/min 的高沉積速率，此外 SEMCO 也 在積極布局 TOPCon 的 PECVD 技術研發。 表 5：TOPCon 的 LPCVD 與 PECVD 路線對比 相關指標相關指標 LPCVD PECVD 技術對比技術對比 成膜速度 3-5nm/min (本征) 1-3nm/min (原位摻雜) 10nm/min (原位摻雜) 摻雜方式 二次摻雜磷擴散/離子注入

39、結合退火工藝 原位摻雜 薄膜燒鍍 繞鍍，需增加額外刻蝕，刻蝕控制較復雜 可實現無繞鍍沉積；輕微繞鍍也易清潔 工藝耗時 本征非晶硅沉積（120min）磷擴散/離子注 入結合退火 摻雜非晶硅沉積（20-40min） 晶化退火（30min） 耗材成本 較高 無 其他 - 易于硼摻雜及其他摻雜非晶硅 待驗證指標待驗證指標 電池效率 23.3%24%（量產），24.87%（最高效率） 24%（中來） 良品率 90-96% - 設備需求 LPCVD、擴散爐/離子注入機、退火爐、刻 蝕機 PECVD、退火爐取決技術方案配套設施 技術成熟度 較成熟 有待成熟 對應設備企業 Centrotherm、SEMCO、

40、Tempress、拉普 拉斯、捷佳偉創、北京科銳 梅耶博格、Centrotherm、捷佳偉創、金辰 股份 資料來源：寧波材料所，各公司公告，中信證券研究部 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 8 （3） PVD， 全稱為等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術， 是一種全稱為等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術， 是一種物理氣相沉積法。物理氣相沉積法。 該技術路線由江蘇杰太光電提出，主要將 PVD 和等離子體氧化整合到一個設備平臺上， 目前能夠完成 TOPCon 電池生產的所有步驟。對比 LPCVD 技術，

41、PVD 存在以下幾個優 勢：1）PVD 工藝步驟明顯減少，能耗要遠低于 CVD 設備；2）PVD 不涉及石英器件，運 維成本相對較低；3）PVD 是單面工藝，能實現原位摻雜，不會出現繞鍍問題，節約成本； 4）PVD 在耗材方面具備優勢，LPCVD 用硅烷做前驅體，PVD 用更便宜的硅基靶材；5） 解決了厚度可控性，大面積均勻性和重復性等關鍵技術。但目前技術仍不夠成熟，均勻性 相對較差，退火溫度相對較高，需要較高的資本支出和較大的占地面積。 （4）PEALD，等離子增強原子層沉積，等離子增強原子層沉積。微導發布的沉積設備，PEALD 是結合了 ALD 和等離子體輔助沉積方法優勢的混合技術。它不僅

42、具有 PECVD 優勢，還具有更好的隧穿 氧化物性能，能帶來更高鈍化質量，繞鍍1mm，雜質含量低，氧源為氧氣更具安全性。 該技術支持每小時 4000 個硅片的生產能力，能生產出高度均勻的薄膜，偏差為 3%。此系 統是一套雙面沉積系統，可在正面沉積氮化硅薄膜，背面沉積氧化鋁和氮化硅，也可單面 使用，產量翻倍。 （5）APCVD，即常壓化學氣相淀積。，即常壓化學氣相淀積。德國 Schmid 是唯一一家布局 APCVD 技術的 企業。這是指在大氣壓下進行的一種化學氣相淀積的方法，化學氣相淀積最初所采用的方 法，APCVD 技術存在時間長，為 TOPCON 生產提供了簡單、高產量的方案?？梢栽趩蜗?統

43、中串聯使用多個噴射頭，量產高達每小時 4000 片。這種工藝所需的系統簡單，反應速 度快，原位摻雜不會存在繞鍍問題，隧穿氧化物要在外部進行，均勻性較差，臺階覆蓋能 力差，所以一般用于厚的介質淀積。 圖 7：PAPCVD 系統圖 資料來源：APCVD 制備二氧化硅薄膜工藝研究（高丹等，2019 年） 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 9 LPCVD 產業化進展領先，產業化進展領先，PECVD 和和 ALD 設備技術優勢更明顯。設備技術優勢更明顯。對比而言，因工藝 成熟度高，隧穿氧化層在相同腔體中生長

44、等優點，判斷 LPCVD 在 TOPCon 產業化初期使 用最廣泛，但因為過度繞鍍問題，使得設備冗余度高，投資額度大。因此，設備廠商致力 于研發并產業化不存在過度繞鍍問題的技術，比如多數設備廠商選擇 PECVD 的技術路線 去攻克，主要是解決了 LPCVD 的一些局限性，從而提升沉積鍍膜的均勻性，并減少投資 成本和運營維護。此外，如 PVD 技術路線是單面沉積，高產量且避免使用石英制品而降 低成本，但目前產業化進展相對偏慢。市場上關于 PEALD 主要來自于江蘇微導，按照目 前進展具備產業化的能力。 表 6：TOPCon 不同沉積技術之間對比 技術技術 供應商數量供應商數量 商業可用性商業可用

45、性 大規模生產大規模生產 避免繞鍍避免繞鍍 原位摻雜原位摻雜 鈍化性能鈍化性能 產量產量 LPCVD PECVD PEALD PVD APCVD 資料來源：資料來源：TaiyangNews，中信證券研究部 龍頭龍頭擴產有望加速，帶動設備和材料需求擴產有望加速，帶動設備和材料需求 TOPCon 量產提速，龍頭廠商更具量產提速，龍頭廠商更具技術技術優勢優勢 量產量產效率提升明顯，效率提升明顯，2021 年產業化年產業化發展提速發展提速。目前 TOPCon 電池技術大幅降低了背 表面場復合速率和背面金屬接觸復合，使得電池具備超 700mV 的高開路電壓，目前 ISFH 在實驗室的最高效率已經達到 2

46、6.1%。 從目前 TOPCon 量產的情況看， 平均量產效率主要 在 24%左右，最高效率達到 24.5%-25%，具備大規模產業化達到 25%的效率潛力。而隨 著工藝簡化、設備成熟度提升及設備價格下降，TOPCon 在未來 2-3 年的競爭力越來越明 顯，這也是其大規模產業化的前提。 表 7：現有企業 TOPCon 研發與產業布局 企業企業 產能情況產能情況 量產效率量產效率 背景背景 中來股份 現有 2.4GW 規劃 4.4GW 24.5% 最早布局 TOPCon 企業之一，目前具備 2.4GW 的 N 型 TOPCon 電池和組件產能。 基于新一代隧穿氧化層和摻雜非晶硅沉積的鈍化接觸技

47、術制造的 J-TOPCon 2.0 電 池，量產效率于 2020 年 10 月實現了 23.5%到 24.5%提升，度電成本甚至可跟高效 PERC 電池相抗衡。 晶科能源 800MW 24%以上（最高 24.9%） 大面積 N 型單晶硅 TOPCon 電池最高效率 24.9%，電池片面積 267.72cm ，量產 效率超 24%。目前有 800MW TOPCon 產能已投產，后續還有大規模產能規劃。 國電投集團 1GW 23.20% N 型 TOPCon 高效雙面電池 2020 年 5 月實現量產，量產平均效率 23.2%，應用新 型高效化學清洗、多晶硅精準摻雜、氫鈍化等技術，突破 TOPCo

48、n 關鍵技術瓶頸。 天合光能 500MW 量產效率 23.6% （最高 24.05%） 實驗室 N 型 TOPCon 效率最高效率穩定 24.58%（單晶）及 23.22%（多晶）。量產 線實驗批次電池平均效率達 23.6%，最高達 24.05%。此外，天合投入鈣鈦礦技術相 關研究，擬達到目標：鈣鈦礦/TOPCon 兩端疊層太陽電池效率大于 29%。 一道新能源 300MW 近 24% PERC 和 TOPCon 路線已實現量產，topcon 高效電池轉換率近 24%。 通威股份 試產 300GW 小量試生產 金堂（一期）7.5GW 高效太陽能電池片項目和眉山（二期）7.5GW 高效太陽能電池

49、 片項目均預留了 TOPCon 新型高效電池技術升級空間。 無錫尚德 2GW 24%以上 打造行業首個數字化 TOPCon 高效光伏電池整線智能工廠，產線可兼容 182mm 及 210mm 硅片電池，TOPCon 光電轉換效率超過 24%，總產能可達到 2GW。 電力設備及新能源電力設備及新能源行業行業光伏電池專題報告三光伏電池專題報告三2021.12.16 請務必閱讀正文之后的免責條款部分 10 企業企業 產能情況產能情況 量產效率量產效率 背景背景 隆基股份 規劃 3GW 25.1% 旗下隆基電池研發中心單晶雙面 N 型 TOPCon 電池轉換效率 25.09%。這是基于單 晶硅片商業化尺

50、寸 TOPCon 電池效率首次突破 25%， 使其成為新世界紀錄的創造者。 晶澳科技 最高效率 24% TOPCon 電池效率已提升至 24%，積極推動 HJT 技術研發，根據公司計劃明年會投 建中試線。 資料來源：各公司公告，中信證券研究部 TOPCon 量產開始提速，龍頭廠商更具技術優勢。量產開始提速，龍頭廠商更具技術優勢。龍頭組件廠商開始布局規?；?的 TOPCon 量產線， 根據 TrendForce 最新數據統計， 目前全球已經投建的 TOPCon 電池 產能 8.75GW。根據個公司公告統計，目前隆基股份、通威股份、天合光能、中來股份等 在內的主流電池廠商，2021 年規劃新投 T