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1、 国海证券研究所 请务必阅读正文后免责条款部分 2022 年年 06 月月 01 日日 公司公司研究研究 评级:买入评级:买入(维持维持) 研究所 证券分析师: 姚健 S0350522030001 证券分析师: 李航 S0350521120006 证券分析师: 彭若恒 S0350522040003 证券分析师: 邱迪 S0350522010002 联系人 : 肖德威 S0350122040046 Table_Title 激光自动化龙头,光伏新突破、锂电高发展激光自动化龙头,光伏新突破、锂电高发展 海目星(海目星(688559)公司深度研究)公司深度研究 最近一年走势 相对沪深 300 表现 表
2、现 1M 3M 12M 海目星 -4.7% 18.0% 98.5% 沪深 300 1.9% -10.7% -23.3% 市场数据 2022/05/31 当前价格(元) 55.23 52 周价格区间(元) 25.23-86.00 总市值(百万) 11,046.00 流通市值(百万) 7,118.92 总股本(万股) 20,000.00 流通股本(万股) 12,889.58 日均成交额(百万) 269.14 近一月换手(%) 0.00 相关报告 海目星(688559)事件点评 : Topcon 激光设备领先,打开第二增长极 (买入)*机械设备*李航,邱迪2022-04-21 投资要点:投资要点:
3、成立至今,成立至今, 公司专注于激光及自动化技术,公司专注于激光及自动化技术, 产品产品应用领域不断向外拓应用领域不断向外拓展。展。 目前公司覆盖范围已从消费电子拓展到锂电设备及光伏设备, 自身迭代能力强。 凭借多款具备核心竞争力的产品, 广泛受到下游行业龙头客户的认可,未来订单设备有望进一步提升。 斩获晶科斩获晶科 TOPCon 设备大单显身手,打开光伏领域广阔成长空间设备大单显身手,打开光伏领域广阔成长空间。公司中标一体化组件龙头晶科能源 10.67 亿元 TOPCon 激光微损设备, 考虑到光伏新设备一般具有一定的定制化特点, 预计双方已开展深度合作较长一段时间。硼掺杂对于 N 型 TO
4、PCon 电池转换效率有较大影响,而在 SE 方面仍有待成熟,激光运用或再成提效关键。此次合作,预计为公司打开 30 亿元以上 TOPCon 激光设备业务空间,也为公司拓展光伏领域业务提供了一个较高的起点和背书,有望贡献可观业绩弹性。 锂电设备方面锂电设备方面,单机优势显著,整线逐步布局,单机优势显著,整线逐步布局,成长成长加速加速。一方面,公司用于极耳切割的高速激光制片机, 替代传统工艺, 未来有望凭借技术基础,显著受益于 4680 电池技术带来的锂电设备升级需求。另一方面,凭借前段领先优势,公司从前段单机向整线的产品布局, 目前中段环节已全覆盖, 助力下游电池厂生产效率提升。 新能源电动车
5、行业高速发展背景下,公司将受益于下游动力电池客户端加速扩产。 盈利预测和投资评级盈利预测和投资评级:我们认为公司锂电设备传统主业受益下游行业持续高景气度,订单大幅增长,已迈入规模新台阶,同时光伏类新业务获得重大突破, 未来订单有望快速增长, 打开新的成长空间, 预计 2022-2024 年 营 收 为 43.0/75.0/91.5 亿 元 , 归 母 净 利 润3.84/7.57/10.39 亿元,当前股价对应 PE 为 26.96x/13.67x/9.96x,维持“买入”评级。 风险提示风险提示: 产品推广不及预期,下游电池扩产不及预期,行业竞争加剧,新技术发展不及预期,订单不及预期风险。
6、-0.29160.10950.51050.91161.31261.713721/6 21/7 21/8 21/9 21/1021/1121/12 22/1 22/2 22/3 22/4 22/5海 目 星沪深300证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 2 预测指标预测指标 2021A 2022E 2023E 2024E 营业收入(百万元) 1984 4300 7500 9150 增长率(%) 50 117 74 22 归母净利润(百万元) 109 384 757 1039 增长率(%) 41 252 97 37 摊薄每股收益(元) 0.55 1.92 3.79 5.19 ROE(%) 7
7、 20 28 28 P/E 108.56 26.96 13.67 9.96 P/B 7.77 5.39 3.86 2.78 P/S 6.02 2.41 1.38 1.13 EV/EBITDA 69.68 23.60 11.13 7.56 资料来源:Wind 资讯、国海证券研究所 oPrOqRtQzRtOtRpMxOmOpObR8QbRoMnNmOnPjMoOoQjMqQoMaQqQxOvPmNtOwMnOmO证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 3 内容目录内容目录 1、 激光自动化后起之秀,应用领域不断突破 . 6 1.1、 激光技术全套方案供应商 . 6 1.2、 激光技术厚积薄发,
8、动力电池及通用设备领域持续深耕 . 7 1.3、 营收高速增长,盈利能力保持高位 . 9 1.4、 注重技术研发,与一线龙头客户紧密合作 . 10 1.5、 处于高速发展阶段,资产负债率较高 . 11 2、 斩获晶科 TOPCon 设备大单显身手,打开光伏领域广阔成长空间 . 12 2.1、 TOPCon 基于 PERC 技术升级,率先开启 N 型硅片电池大规模产业化 . 12 2.1.1、 主流电池接近效率极限,龙头企业引领 TOPCon 技术换代 . 12 2.1.2、 TOPCon VS. PERC,技术具延续性,产线具兼容性 . 14 2.1.3、 硼掺杂为 TOPCon 重要环节,激
9、光或再成提效关键 . 16 2.2、 光伏制造长期高景气,电池技术换代占先机,公司业务成长潜力可观 . 19 2.2.1、 “平价+碳中和”推动,光伏“超级周期”来临 . 19 2.2.2、 公司 TOPCon 激光设备单 GW 订单价值预计较高,未来三年相关业务空间预计达 30 亿元以上。 . 20 2.2.3、 光伏制造环节激光运用广,公司实力验证后可开拓空间不小 . 22 3、 动力电池扩产高景气,锂电设备收入高增 . 25 3.1、 锂电设备行业需求旺盛,公司持续收获大额订单 . 25 3.2、 锂电核心产品引领成长,单机设备环节优势显著 . 26 3.3、 顺应行业发展趋势,推进整线
10、产品发展 . 27 3.4、 4680 电池技术进步,锂电设备升级公司受益 . 28 4、 盈利预测与评级 . 30 5、 风险提示 . 30 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 4 图表目录图表目录 图 1:激光技术为绳,应用领域自 3C 向锂电和光伏设备延伸 . 6 图 2:公司股权结构稳定,子公司数量多 . 7 图 3:海目星主营业务收入及增速 . 9 图 4:海目星分产品营收占比 . 9 图 5:归母净利润高增,2021 年公司扭亏为盈 . 10 图 6:海目星毛利率与净利率保持较高水平 . 10 图 7:研发费用高速增长,技术驱动创新 . 10 图 8:公司研发费用率保持较高
11、水平 . 10 图 9:海目星 2020 年前五大客户收入占比 41.2% . 11 图 10:海目星 2021 年前五大客户收入占比 64.32% . 11 图 11:海目星资产负债率相对较高 . 11 图 12:公司脆性材料皮秒激光切割机 . 12 图 13:公司 IC 封装激光切割设备 . 12 图 14:不同技术路线光伏电池市占率趋势 . 13 图 15:光伏电池技术转换效率提升趋势 . 13 图 16:晶科能源多次打破 N 型电池效率世界纪录 . 14 图 17:晶科海宁尖山 8GW TOPCon 基地年初投产 . 14 图 18:半导体材料 PN 节及内电场形成 . 15 图 19
12、:晶硅太阳能电池发电原理示意 . 15 图 20:主流 PERC 电池和 TOPCon 电池结构以及 TOPCon 电池背面钝化接触原理 . 15 图 21:PERC 技术与量产 TOPCon 工艺对比 . 16 图 22:几种 PN 结制作方法示意(N 型硅片为例) . 17 图 23:磷扩散 VS 硼扩散反应原理 . 17 图 24:PERC 电池选择性发射极(SE)示意图 . 18 图 25:隆基乐叶多次硼扩散相关专利技术要点 . 18 图 26:帝尔激光两步法激光 SE 专利技术要点 . 18 图 27:隆基乐叶两步法激光掺硼专利技术要点 . 18 图 28:TOPCon 电池开路电压
13、(Voc)损失分析 . 19 图 29:晶科能源 ISFH 认证 25.41%效率参数 . 19 图 30:技术进步带动全球光伏发电成本大幅下降 . 19 图 31:国内集中式电站度电成本情况 LCOE . 19 图 32:部分国家“碳中和”目标情况 . 20 图 33:国内“3060”政策目标 . 20 图 34:全球装机量趋势. 20 图 35:2050 年光伏装机量可达 14000GW . 20 图 36:当前激光在光伏电池/组件制造环节中的主要运用领域 . 23 图 37:MWT 电池结构示意 . 23 图 38:IBC 电池结构示意 . 23 图 39:激光转印基本原理 . 24 图
14、 40:2021 年新能源车销量进入爆发期 . 25 图 41:2021 年中国动力电池装机量显著高增 . 25 图 42: 2021 年国内主流动力电池厂商装机量占比 . 26 图 43:海目星激光高速制片机 . 27 图 44: 高速激光制片机为公司核心产品 . 27 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 5 图 45:2017-2019 年公司动力电池单机装配线产量下降 . 28 图 46:海目星全自动方形铝壳电池装配线 . 28 图 47:大圆柱电池具有低成本优势 . 29 图 48:电池设计是特斯拉降本增效的重要手段之一 . 29 表 1:公司自有技术 . 8 表 2:动力电池
15、及通用设备 . 8 表 3:N 型 TOPCon 及 HJT 电池技术与主流 P 型 PERC 电池对比 . 13 表 4:TOPCon 激光微损设备单 GW 订单价值测算结果 . 21 表 5:主要电池企业 TOPCon 电池产业化进展及产能规划情况 . 21 表 6:TOPCon 激光微损设备业务空间测算结果 . 22 表 7:激光转印技术相关研究结论 . 24 表 8:动力电池及通用设备 . 26 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 6 1、 激光自动化后起之秀,应用领域不断突破激光自动化后起之秀,应用领域不断突破 1.1、 激光技术全套方案供应商激光技术全套方案供应商 专注激光
16、与自动化技术专注激光与自动化技术,应用领域自,应用领域自 3C 向锂电和光伏拓展。向锂电和光伏拓展。公司于 2008 年成立,初期致力于中小功率激光器的研发,最早涉足 3C 行业,随后于 2010 年进入钣金加工业。2011 年公司结合激光与自动化技术,开始为 3C 领域龙头提供自动化加工设备。2015 年,公司开始进入锂电行业,从中前段激光加工设备逐渐向下游设备延伸,为客户提供全套解决方案。2019 年,公司进入特斯拉产业链,为其提供 4680 电池加工所需设备,获得其高度认可。2020 年,公司在科创板上市。2021 年,公司成立光伏事业部,并在 TOPCon 等技术路线取得重要突破。未来
17、,公司将继续布局光伏、氢能、半导体等新兴产业,基于先进激光技术提供全套加工方案。 图图 1:激光技术为激光技术为绳绳,应用领域自,应用领域自 3C 向锂电向锂电和光伏设备延伸和光伏设备延伸 资料来源:公司官网,国海证券研究所 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 7 公司股权结构公司股权结构稳定稳定,子公司并行有序子公司并行有序。公司实际控制人为赵盛宇先生,目前任海目星董事长、总经理,偕同多位高管具有丰富的光学或激光行业从业经历。公司投资设立多家子公司负责不同业务,其中广州海目星主要负责切割、焊接设备,鞍山海目星主要为激光器、 钣金设备等, 江苏海目星负责动力电池相关设备的生产与销售,江
18、门海目星负责生产电芯装配、干燥等设备。公司还合资成立长荣海目星以提高智能制造技术水准, 入股海目芯以扩展半导体业务, 入股蓝海机器人以扩展光伏业务。 图图 2:公司股权结构稳定,子公司数量多公司股权结构稳定,子公司数量多 资料来源:公司公告,企查查,国海证券研究所 1.2、 激光技术厚积薄发激光技术厚积薄发,动力电池及通用设备领域,动力电池及通用设备领域持续深耕持续深耕 激光自动化结合及激光器设计生产能力兼备。激光自动化结合及激光器设计生产能力兼备。 公司专注于激光器光学、 控制技术及与激光系统相配套的自动化技术。 发展过程中, 公司作为激光及自动化设备提供商, 不仅掌握了激光同自动化相结合的
19、工艺技术, 且培养出激光器设计及生产能力。激光器方面,激光器方面,公司基于自主创新的激光谐振腔光学设计、皮秒激光器能量放大等技术,成功开发出的激光器系列产品,其输出功率、激光光斑圆度等性能优于市场上同类产品。 自产激光器全部用于自产设备, 使用自产激光器可结合客户的特定需要,更加灵活地调整激光加工系统。激光控制及工艺应用方面激光控制及工艺应用方面,嵌入式高速激光控制卡技术、激光同轴视觉定位技术、电池极片激光切割技术等,保障了设备在激光加工环节的精密、高效、稳定运行。与激光系统配套的自动化技术方面,通过对材料分析应用、仿真分析、控制系统等领域的深入研究,掌握的核心技术有效保障了激光同自动化有机结
20、合。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 8 表表 1:公司自有技术公司自有技术 类别类别 具体技术具体技术 激光器激光器 20W 紫外纳秒激光器 35W 绿光纳秒激光器 激光控制及工艺应用激光控制及工艺应用 嵌入式高速激光控制卡技术 激光同轴视觉定位技术 电池极片激光切割技术 激光精密清洗技术 激光表面处理技术 激光配套自动化技术激光配套自动化技术 防高温金属熔珠粘附材料工艺 金属箔材加强筋技术 丝线送线挂线技术 除尘仿真技术 结构强度仿真技术 集成式工业自动化控制系统框架 资料来源:公司招股书,国海证券研究所 公司在激光及自动化领域积累了丰富的经验, 主要产品均由此发展而来。公司在
21、激光及自动化领域积累了丰富的经验, 主要产品均由此发展而来。 公司主营业务目前分为三类, 分别为动力电池激光及自动化设备、 通用激光及自动化设备, 以及显示及脆性材料精密激光及自动化设备。 公司具有核心力的产品主要包括高速激光制片机、动力电池装配线产品、OLED 激光钻孔设备等。公司不断积累的技术实力在动力电池相关设备业务得到了充分股体现, 相关设备覆盖了下游方形、圆形及软包电池的各种生产环节。 表表 2:动力电池及通用设备动力电池及通用设备 主营业务主营业务 细分细分 主要主要产品产品 动力电池设备动力电池设备 激光设备 高速激光制片机 自动化设备 卷绕机、叠片机、涂布机、激光切割机、激光焊
22、接机、电池装配线、电芯干燥线 通用设备通用设备 3C 3C 精密防水自动化生产线、激光焊锡机、通用激光打标机、全自动 PCB 激光打标机、VCM(音圈马达)自动组装线、镀层去除机 变压器 变压器自动生产线 钣金 钣金激光切割机 显示及脆性材料显示及脆性材料 PCB 全自动精密线路板激光切割设备 半导体 IC 封装激光切割设备 显示 全自动全面屏激光切割设备、全自动 OLED 激光二维码追溯设备、全自动 OLED 激光钻孔设备、全自动激光玻璃切割生产线、全自动曲面 UV 曝光设备、激光精密清洗设备 资料来源:招股说明书,国海证券研究所 动力电池激光及自动化设备动力电池激光及自动化设备方面,方面,
23、 公司覆盖了方形、 圆柱及软包电池的部分生产环节,产品包括:高速激光制片机、电池装配线、电芯干燥线等,应用于极片制片、电芯装配、烘烤干燥等动力电池生产关键工艺流程。通用激光及自动化设备通用激光及自动化设备主要包括激光打标设备、 激光焊接及自动化生产线和钣金激光切割设备, 面向消费类电子、钣金加工等行业。显示及脆性材料精密激光及自动化设备显示及脆性材料精密激光及自动化设备,主要指采用皮秒、飞秒激光器用于屏幕、玻璃、陶瓷等对加工精度要求较高的零部件的切证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 9 割、标记、曝光等。激光切割具有精度高、切割快速、不受切割图案限制、自动排版节省材料、 切口平滑和加工
24、成本低等优点, 将逐渐取代传统的金属切割工艺设备。 1.3、 营收高速增长,盈利能力保持高位营收高速增长,盈利能力保持高位 高收入基数上实现高增速, 动力电池设备占比有所抬升高收入基数上实现高增速, 动力电池设备占比有所抬升。 新能源汽车产业链高景气,动力电池设备带动公司收入高增。2016-2021 年复合增速为 46.11%。2021年公司营业收入为 19.84 亿元,同比增长 50.26%。收入基数抬升后高增速的实现主要系下游动力电池厂商扩产需求旺盛, 带动动力电池生产设备需求高增, 公司动力电池激光及自动化装备业务规模进一步扩大。 公司营业收入以动力电池和通用激光设备为主,锂电业务占比显
25、著提升。公司营业收入以动力电池和通用激光设备为主,锂电业务占比显著提升。2017-2020年动力电池激光设备和通用激光设备两大业务占营业收入比重维持在80%以上。2020 年,通用激光及自动化设备为收入主要来源,占比 56.97%;其次,是动力电池设备,占比 36.83%。2021 下游动力电池厂商扩产需求旺盛,行业景气度高, 公司在动力电池激光及自动化设备收入实现较大反超。 公司动力电池激光设备在手订单充足,收入有望维持较高增速,成为公司重要业绩增长点。 图图 3:海目星海目星主营业务收入及增速主营业务收入及增速 图图 4:海目星海目星分产品营收占比分产品营收占比 资料来源:公司年报,国海证
26、券研究所 资料来源:公司年报,同花顺,国海证券研究所 毛利率和净利率保持较高水平。毛利率和净利率保持较高水平。2016-2021 年归母净利润年均复合增速达65.28%。 2016-2019 年, 公司毛利率、 净利率水平呈现稳健增长态势; 2020 年,毛利率和净利率出现下降趋势,分别降低至 29.24%与 5.86%。2021 年,公司归母净利润 1.09 亿元,同比增长 41.14%,2021 年毛利率为 24.92%,全年公司净利率为 5.49%,较 2020 年仍有所下降。2021 年随着锂电行业的高速发展以及相关订单的验收, 公司净利润开始快速增长, 未来随着动力电池业务持续放量,
27、公司毛利率有望稳中有升。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 10 图图 5:归母净利润高增,归母净利润高增,2021 年公司扭亏为盈年公司扭亏为盈 图图 6:海目星海目星毛利率与净利率毛利率与净利率保持较高水平保持较高水平 资料来源:公司年报,国海证券研究所 资料来源:公司年报,国海证券研究所 1.4、 注重技术研发,与一线龙头客户紧密合作注重技术研发,与一线龙头客户紧密合作 研发费用高速增长, 技术驱动创新研发费用高速增长, 技术驱动创新。 公司研发费用自 2017 年持续增长, 2021 年加大研发力度,投入达到 1.57 亿元,同比增长 47.54%,主要系公司加大研发投入,
28、研发人员薪酬和研发材料增加所致。 公司研发投入占营业收入比重维持在7%以上,2021 年持续进行研发投入,营收占比为 7.96%,较 2020 年有所下降,主要系公司处于高速发展期,营业收入增长迅速。2021 年度完成 16 个项目研究,公司多项研发工作达到预期目标,获得丰硕的研发成果。 图图 7:研发费用高速增长,技术驱动创新研发费用高速增长,技术驱动创新 图图 8:公司研发费用率保持较高水平公司研发费用率保持较高水平 资料来源:公司年报,wind,国海证券研究所 资料来源:公司年报,wind,国海证券研究所 研发创新实力雄厚, 与下游龙头客户保持紧密研发创新实力雄厚, 与下游龙头客户保持紧
29、密合作合作。 公司凭借深厚的研发实力、持续的创新能力, 在消费电子、 新能源电池等应用领域, 积累了如 Apple、 华为、富士康、伟创力、立讯精密、京东方、蓝思科技、特斯拉、CATL、长城汽车、蜂巢能源、中航锂电、亿纬锂能等行业龙头或知名企业客户,实施了多个标杆项目和批量化的交付,并打造出多个应用样板工程。自 2017 年以来,前五大客户收入占比常年维持 40%左右。伴随公司产品与龙头客户合作更加密切,公司前五大客户占比由 2020 年的 41.2%升至 2021 年的 64.32%。目前,公司合作客户已覆盖动力电池、消费电子等各个行业合计 29 家头部及国内外知名企业,客证券研究报告 请务
30、必阅读正文后免责条款部分 11 户结构逐渐趋向多元化。 图图 9:海目星海目星 2020 年前五大客户收入占比年前五大客户收入占比 41.2% 图图 10:海目星海目星 2021 年前五大客户收入占比年前五大客户收入占比 64.32% 资料来源:公司年报,国海证券研究所 资料来源:公司年报,国海证券研究所 1.5、 处于高速发展阶段,资产负债率较高处于高速发展阶段,资产负债率较高 公司资产负债率较高,2018 年以来基本都在 60%以上,2020 年资产负债率61.79%,较 2019 年有所下降。2021 年海目星总负债为 40.5 亿元,同比增长126.01%。资产负债率达到 72.5%,
31、可能主要与公司预售款、合同负债增长较多有关。总体来看,公司处于扩张阶段,运营资本、资产投入可能还会比较大,资金需求会加大。公司的业务规模进一步扩大,订单较多,对应的库存商品及发出商品大幅增加,为公司未来业绩增长提供强支撑。 图图 11:海目星资产负债率相对较高海目星资产负债率相对较高 资料来源:公司年报,wind,国海证券研究所 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 12 2、 斩获晶科斩获晶科 TOPCon 设备大单显身手,打开光伏设备大单显身手,打开光伏领域广阔成长空间领域广阔成长空间 首次切入光伏领域,即斩获产业龙头大单。首次切入光伏领域,即斩获产业龙头大单。公司 4 月 16 号
32、发布公告称,其全资子公司中标晶科能源 TOPCon 激光微损设备项目,总金额 10.67 亿元,考虑到光伏新设备一般具有一定的定制化特点, 预计双方已开展深度合作较长一段时间。 公司此前产品主要应用于消费类电子、动力电池、钣金加工等行业等领域,光伏领域进展外界所知甚少,突然大规模介入出乎市场意料,其实也有迹可循: (1)公司本就是在激光装备行业内深耕十余年的资深企业,有着过硬的技术积淀,在纳秒、皮秒系列高端激光器方面做到国内领先,具体产品覆盖各类材料和高端制造环节的精密切割加工应用, 而激光器技术具有一定共性。 硅材料本身也属于硬脆材料的一种, 在电池环节加工中通常也需要使用高端激光, 公司实
33、际也拥有对应相关产品。 (2)公司凭借产品力此前已与特斯拉、宁德时代、苹果等下游领域知名龙头建立了良好合作。 可以说, 此次中标验证了公司作为激光器领域专家的创新突破能力, 同时具备极强满足重要大客户个性化需求的服务能力和开拓新业务的能力。 图图 12:公司公司脆性材料皮秒激光切割机脆性材料皮秒激光切割机 图图 13:公司公司 IC 封装激光切割设备封装激光切割设备 资料来源:公司官网 资料来源:公司招股说明书 2.1、 TOPCon 基于基于 PERC 技术升级,率先开启技术升级,率先开启 N型硅片电池大规模产业化型硅片电池大规模产业化 2.1.1、 主流电池接近效率极限,龙头企业引领主流电
34、池接近效率极限,龙头企业引领 TOPCon 技术换代技术换代 PERC 自 2019 年成为主要的光伏电池技术路线,目前量产效率已达到 23%以上, 越来越接近其理论最高效率 24.5%, 提效潜力有限, 而 TOPCon、 HJT、 IBC等更高效的技术路线愈发受到重视, 未来与主流技术之间的转化效率差将不断拉证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 13 开, 单瓦成本也将不断拉平以至更具经济性, 其产业化进程成为业界关注的焦点。 图图 14:不同技术路线光伏电池市占率趋势不同技术路线光伏电池市占率趋势 图图 15:光伏电池技术转换效率提升趋势光伏电池技术转换效率提升趋势 资料来源:CP
35、IA,国海证券研究所 资料来源:CPIA,国海证券研究所 新兴电池技术新兴电池技术光电转化光电转化效率高,提效潜力大。效率高,提效潜力大。在产业界新兴的电池技术中,TOPCon 和 HJT 电池是最受关注的两种,二者的理论效率上限都超过 28%,与晶硅电池能达到的最高理论效率 29.43%接近,而当前无论是实验室最高效率还是领先企业量产线效率都远高于 PERC 电池。 TOPCon 和和 HJT 具备诸多性能优势。具备诸多性能优势。 (1)此两种新兴电池一般都是基于 N 型硅片材料(即硅材料中掺杂有少量最外层电子数多于硅原子的元素,一般为磷)进行开发,而主流的 PERC 技术则是基于 P 型硅
36、片(掺杂元素原子最外层电子数少于硅,一般为硼) ,N 硅片的少数载流子寿命更长,是转化效率高的一个重要原因,此外由于不会形成硼氧复合对,因此避免了光致衰减,此外,N 型硅片对Fe 等金属杂质有更好的容忍度。 (2) 此外, TOPCon 和 HJT 电池在弱光响应、温度系数方面表现更为优异,实际发电效果更好。 (3)两种电池结构特点决定背面发电能力高于 PERC 电池,同时硅片厚度也可以做得更薄。 表表 3:N 型型 TOPCon 及及 HJT 电池技术与主流电池技术与主流 P 型型 PERC 电池对比电池对比 电池技术 n-TOPCon n-HJT p-PERC 理论效率 28.2-28.7
37、% 28.50% 24.50% 实验室最高效率 26.0% 26.3% 24.06% 当前量产效率 24.5+% 24.5+% 23.3+% 光致衰减(LID) 无 无 有 温度系数 -0.32%/K -0.24%/K -0.34-0.35%/K 弱光响应 好 好 略差 双面率 80%+ 90%+ 70%+ 硅片厚度 较薄 薄 较厚 PERC 产线兼容性 可由现有产线升级 不兼容 设备投资 较低 高 低 电池生产成本 较低 高 低 资料来源:拉普拉斯、正泰新能源、英利能源,国海证券研究所 成本成本是是决定产业化应用决定产业化应用的根本的根本。实际上,包括 TOPCon 和 HJT 在内的新兴电
38、池都不是近几年才出现的新技术, 在实验室里早已存在, 未实现大规模产业化应用的主要原因一般都是工艺成本过高。 目前来看, HJT 电池的生产成本短期依然居高不下,主要在于设备投资和银浆耗量等方面,相比之下 TOPCon 电池随工艺的成熟,成本已逐渐向 PERC 电池靠拢,在部分领先企业的引领下,今年已率0%20%40%60%80%100%200202021 2022E 2023E 2025E市占率:BSFPERCTOPConHJTIBCMWT21%22%23%24%25%26%200212022E 2023E 2025E量产转换效率:PERC P 型
39、单晶电池TOPCon 电池HJT异质结电池IBC背接触电池证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 14 先进入大规模量产阶段。 公司公司牵手牵手 TOPCon 重要引领者。重要引领者。公司此次的合作方晶科能源为光伏产业一体化组件龙头企业,此前曾连续数年蝉联全球出货量榜首,也是在 TOPCon 技术路线方面相对坚定的开发者,共 19 次打破 N 型单结晶硅电池效率世界纪录,在今年 4 月将 TOPCon 电池转换效率记录刷新至 25.7%。 晶科能源于 2019 年率先建立了 900MW 的 TOPCon 中试线,去年开始在尖山和合肥分别建设 8GW 大规模生产基地,均已于今年 Q1 投产,
40、皆有望提前实现满产,成为业内首个拥有 10GW 以上级别产能的核心企业,标志 TOPCon 技术大规模产业化正式开启。 图图 16:晶科能源多次打破晶科能源多次打破 N 型电池效率世界纪录型电池效率世界纪录 图图 17:晶科海宁尖山晶科海宁尖山 8GW TOPCon 基地年初投产基地年初投产 资料来源:晶科能源 资料来源:晶科能源 2.1.2、 TOPCon VS. PERC,技术具延续性,产线具兼容性,技术具延续性,产线具兼容性 晶硅太阳能电池本质是一种 PN 结结构的半导体器件, 其发电原理在于光生载流子对(导带电子和价带空穴)被内建电场分离,当这些多余的非平衡载流子分别在 P 区和 N
41、区两边积累,就会形成光电场,接入外部电路形成回路后即可对外发电。 不过光伏电池并不能像锂电池等其他电池一样在两端储电, 因此必须在光照下才能工作。 钝化和降阻是光伏钝化和降阻是光伏电池提效电池提效的的关键关键点。点。在一定强度的光照、温度等条件下,基体硅材料可产生的载流子数量一定, 而在电池内部随时可能被复合掉 (即被光照激发的电子与空穴重新结合) , 特别是在电池表面区域, 因此要提高电池发电能力,钝化处理以减少复合就成为关键手段。 另一方面,与其他所有电池一样,内阻也会导致光伏电池对外输出功率的降低,而电极与基体材料的接触部分是带来光伏电池内阻的主要环节。 证券研究报告 请务必阅读正文后免
42、责条款部分 15 图图 18:半导体材料半导体材料 PN 节及内电场形成节及内电场形成 图图 19:晶硅晶硅太阳能电池发电原理示意太阳能电池发电原理示意 资料来源:高效晶体硅太阳能电池的理论模拟及其机理研究 资料来源:高效晶体硅太阳能电池的理论模拟及其机理研究 当前主流的 PERC 电池由 AL-BSF 铝背场电池升级而来,二者在硅片表面都制作了钝化层,区别主要在于 PERC 电池背面增加了 AL2O3钝化层,同时需要在金属化前进行激光开槽,以让电极能接触基体硅材料。 TOPCon 电池则可以看作是基于电池则可以看作是基于 PERC 电池的又一次电池的又一次技术技术升级升级。 除使用 N 型硅
43、片外, TOPCon 技术的核心在于在背面增加了一种由极薄的 SiO2隧穿层和 n+掺杂多晶硅层组成的钝化结构, 这样可以借助电子隧穿效应达到选择性钝化接触的效果,同时也移除了铝背场。而由于衬底硅片掺杂类型的改变,AL2O3层也移至前表面。 图图 20:主流主流 PERC 电池和电池和 TOPCon 电池结构以及电池结构以及 TOPCon 电池背面钝化接触原理电池背面钝化接触原理 资料来源:正泰新能源、晶科能源、中科院物理所,国海证券研究所 TOPCon 与与 PERC 产线具有较大兼容性,产线具有较大兼容性, 主要差异在于钝化接触层的设备增加。主要差异在于钝化接触层的设备增加。产线设备的兼容
44、性是不少原业内电池厂选择 TOPCon 技术的一个重要原因。 总体来看,在当前主流的 TOPCon 产线相较 PERC 的区别主要是增加制作隧穿层和多晶硅层的设备,具体选择又与细分技术路线有关,一般会增加 LPCVD 或PECVD 设备,也有使用 PEALD、PVD 等设备的路线,相应还会配套增加扩散证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 16 或退火炉。另一方面,由于衬底硅片材料由 P 型变为 N 型后,前表面由磷扩散变为硼扩散,工艺会有所调整但设备不变。 而在扩散后的 SE 环节,PERC 中主要使用激光扫描方式,在 TOPCon 技术里前期尚不成熟,不少厂家选择了预留,此外由于背面也
45、不再需要进行开槽,因此激光在 TOPCon 中可以运用的空间一度被认为有所减少。 图图 21:PERC 技术与量产技术与量产 TOPCon 工艺对比工艺对比 资料来源:中科院宁波所、拉普拉斯、理想晶延、北方华创、国家专利局,国海证券研究所 注:由于产业化的 TOPCon 技术还在成熟过程中,目前仍存在多种技术工艺路线,此处仅展示了相对主流路线中的两种,而各个路线差异点主要在于工序增加的部分,其中利用 LPCVD 设备的细分技术路线存在至少 3 种。 2.1.3、 硼掺杂为硼掺杂为 TOPCon 重要环节,激光或再成提效关键重要环节,激光或再成提效关键 高温扩散掺杂是的光伏领域制作电池发射极高温
46、扩散掺杂是的光伏领域制作电池发射极 (Emitter) 的主要方式。的主要方式。 根据前述,制作 PN 结是生产晶硅光伏电池最基本的环节。一般而言,在某种掺杂类型的半导体上形成另一种掺杂类型半导体的方式包括高温热扩散、 离子注入和外延生长三种,后两者因为成本较高、工艺较复杂等原因,一般用于电子工业领域。 目前光伏业内基本都是采用高温扩散方式,目前光伏业内基本都是采用高温扩散方式,包括 PERC 和 TOPCon 电池,使所需杂质原子进入硅片表层一定距离,在前表面形成 PN 结,该表层掺杂区即为发射极,而掺杂均匀度、厚度、有效掺杂比例等都会对电池效率有重要影响。 对于 PERC 电池, 需要通过
47、扩散在硅片表层掺杂磷元素, 一般用三氯氧磷 POCl3为磷源,先在硅片表面沉积五氧化二磷 P2O5,形成磷硅玻璃 PSG(P2O5、SiO2和 P 的混合物) ,然后 P2O5与硅在反应生成磷 P,并在高温下进入硅片,前一步被称为预沉积,后一步被称为推结,就掺杂而言两步实际没有严格区分,只是大部分 P 原子都是在后一步进入硅基体中。 证券研究报告 请务必阅读正文后免责条款部分 17 硼扩散硼扩散工艺要求更高。工艺要求更高。对于 N 型硅片,掺杂元素换为硼,过程与磷扩散类似,但在第二步推结时需要的温度更高,一般在 900以上,时间更长,还可能形成富硼层(BRL)难以刻蚀的问题,控制难度更大。此外
48、,过去作为硼源的主要原料为三溴化硼 BBr3,其沸点较高在反应温度下仍为液态,容易发生掺杂不均匀及一致性差的问题,目前一些厂家开始改用三氯化硼 BCl3 ,价格也更便宜,但还是会存在电池发灰影响效率、设备腐蚀等问题,成为部分厂家的难题。 图图 22:几种几种 PN 结制作方法示意(结制作方法示意(N 型硅片为例)型硅片为例) 图图 23:磷扩散磷扩散 VS 硼扩散硼扩散反应原理反应原理 资料来源: N 型高效晶体硅太阳电池关键技术研究 鲁贵林,国海证券研究所 资料来源: N 型高效晶体硅太阳电池关键技术研究 鲁贵林,国海证券研究所 制作制作选择性发射极选择性发射极 (Selective Emi
49、tter, SE) 能有效提高) 能有效提高 PERC 电池转化效率,电池转化效率,但目前在但目前在 TOPCon 技术方面运用成熟度还不高。技术方面运用成熟度还不高。在当前成熟 PERC 工艺中,一般都会在电池正面表层与金属栅线电极直接接触的区域进行重掺杂, 提高局部杂质浓度,形成重掺和轻掺区域相结合的结构,称为选择性发射极;其中重掺杂可以较好的减小电极与表面的接触电阻以及载流子接触区复合速率, 而其他区域轻掺则可防止由于整体掺杂缺陷过多而导致的 SRH 复合加剧,最终达到提升转化效率的目的。 目前业内制作 PERC 电池的选择性发射都是通过激光来完成,即在磷扩散完成后, 利用激光对后期要印
50、制栅线的区域进行扫描, 使硅片表面残留的磷硅玻璃中的磷原子更多的进入到硅片中, 然后再将磷硅玻璃去除, 仅增加一步而提效明显。 直接直接将将PERC技术中的激光技术中的激光SE方式运用于方式运用于N型硅片方面存在瓶颈型硅片方面存在瓶颈, 主要系 (1)硼在硅材料中有效推进需要更高的激光能量, 会增加对硅基底的烧灼损伤, 甚至破坏绒面陷光结构,反而可能导致效率降低而得不偿失, (2)硼在二氧化硅中的扩散速度大于晶硅材料, 在硼硅玻璃中的浓度也与磷硅玻璃不同, 激光扫描后有时重掺区域与轻掺区差异不明显或浓度不可控。 为了解决 N 型硅片 SE 问题,不少业内企业进行了相关的技术研发和探索。 (1)