科技改變生活 · 科技引領未來
(報告出品方/作者:民生證券,鄧永康、葉天琳)01.溢價:彈性溢價上限可達0.24元/WTOPCon:隧穿氧化層鈍化接觸技術TOPCon電池是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸(TunnelOxidePassivatedConta
(報告出品方/作者:民生證券,鄧永康、葉天琳)
01.溢價:彈性溢價上限可達0.24元/W
TOPCon:隧穿氧化層鈍化接觸技術
TOPCon電池是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸(Tunnel Oxide Passivated Contact)太陽能電池技術,其 電池結構為N型硅襯底電池,在電池背面結構為:超薄氧化硅+摻雜硅薄層,形成了鈍化接觸結構,有效降低表面復合和金屬接觸復合。電池背表面為H型柵線電極, 可雙面發電。
此外,TONCon選用的N型襯底也有諸多優勢。 N型襯底相較PERC所使用的P型,半導體少子壽命高,基本無硼氧復合,且對金屬污染寬容度更高。 上述技術原理為TOPCon電池片帶來了諸多優勢:高轉換效率、高雙面率、低衰減率、低溫度系數。
TOPCon主要優勢1:電池片轉換效率較PERC高
PERC電池金屬電極與硅片直接接觸,兩種材料功函數不匹配,導致接觸界面能帶彎曲,并產生大量的少子復合,對電池片的轉化效率產生負面影響。目前產線效率約 23.2%、最高可達23.56%,接近其理論極限24.5%(德國哈梅林太陽能研究所測算)。
特殊表面鈍化層為TOPCon帶來效率優勢。TOPCon電池采用極薄的SiO2鈍化層,外側使用100nm的N型Poly-Si背場,增大內建電場,促進載流子分離,提高轉化效 率。但仍使用了SiNx等導電性差的反射層,電極需要高溫燒穿該層與Poly-Si接觸,依舊會有較高的界面復合,對電池效率形成一定限制。目前產線效率約24.6%,預 期提升至25%左右。單面鈍化理論極限效率為24.9%,雙面鈍化理論極限效率為28.7%,但前鈍化層生產工藝復雜,未能得到有效突破。
TOPCon主要優勢2:低衰減率、高雙面率、低溫度系數
TOPCon具備更低衰減率。N型襯底相較P型,半導體少子壽命高,基本無硼氧復合,且對金屬污染寬容度更高,使TOPCon組件衰減率天生相對PERC具有優勢。此外, PERC電池由于背部AL2O3/SiNx均為介質絕緣膜,為實現電學接觸,需對介質膜進行局域激光開孔。而TOPCon由于其技術原理,因其特殊的能帶結構,超薄氧化層可 允許多子隧穿而阻擋少子透過,在其上沉積一層金屬作為電極就實現了無需開孔的鈍化接觸結構。無需激光開孔,故無光致衰減、弱光效應好。
此外,TOPCon電池還具備高雙面率、低溫度系數的特點。根據晶科能源發布的產品白皮書,P型組件的溫度系數為-0.35%/℃,N型TOPCon組件優化溫度系數至0.30%/℃,在高溫環境下發電量尤為突出。TOPCon電池片也普遍比Perc電池雙面率高10%+,有效增加了發電量。
溢價拆解:剛性溢價0.04元/W+非剛性溢價0.13-0.24元/W
TOPCon合理溢價:剛性溢價(對應面積相關BOS攤薄)約0.04元/W+非剛性成本(首年發電3%、1%分別對應溢價0.23元/W、0.13元/W)。
剛性溢價(量化最準、最能接受的):組件效率提升→單位面積對應瓦數提升→單瓦對應面積相關BOS成本(如土地、支架等)得到攤薄。
BOS (Balance of System)成本,是指除了光伏組件以外的系統成本,主要由逆變器、支架、電纜等主要設備成本,以及土建、安裝工程、項目設計、工程驗收和前 期相關費用等部分構成。
BOS單瓦成本=(支架+電纜+升壓站+送出電路+建設+其他費用)/(組件效率*組件總面積)+逆變器及箱變成本。逆變器及箱變本身價格是按元/瓦計價,無需除以組 件功率。提高組件效率是降低BOS單瓦成本的主要途徑。
非剛性溢價:低衰減+高雙面率+低溫度系數。前者帶來全生命周期下的發電增益(假設首年發電量不變);后兩者帶來實際使用過程中TOPCon較PERC的首年發電量 增益,但由于后者部分增益無剛性量化標準+后續運維權責較難明確,該部分溢價較為軟性。
剛性溢價測算:約0.04元/W,源自更高組件效率
剛性溢價:組件效率提升→單位面積對應瓦數提升→單瓦對應面積相關 BOS成本(如土地、支架等)得到攤薄。 對地面電站用戶,組件效率提升最直觀的反饋是【BOS面積相關成本攤 薄】,也為量化最準、最能接受的【TOPCon組件所帶來系統成本降 低】。因此只要TOPCon相對PERC溢價<單瓦面積相關成本下降,在終 端用戶眼里即是合理的。
BOS面積相關成本主要包括土建、支架等設備及安裝費用。參考華東勘 測設計院在青海某地面電站比選結論, 由于TOPCon組件效率(依案例 計算約21.83%)較PERC(21.05%)更高,因此同容量項目所需 TOPCon組件塊數小于PERC。 項目總體來看,使用TOPCon組件可使電 站建設過程中的BOS相關成本下降約0.04元/W。也即從BOS攤薄維度看, TOPCon至少可較PERC組件擁有4分/W的溢價。(報告來源:未來智庫)
半剛性溢價測算:約0.04元/W,下游接受度高
低衰減率:由于該部分可以實驗定量測得,下游對該溢價接受度高。 低衰減原因:N型電池硅片基底摻磷,無硼-氧對形成復合中心對電子捕獲的損失,幾無光致衰減。TOPCon組件首年衰減率約1%(PERC約2%),首年 后年均衰減率約0.4%(PERC約0.45%)。 以25年生命周期+年均發電小時1250h測算,TOPCon的低衰減(假設首年發電量與PERC持平)可使全生命周期發電量提升0.6%,IRR提升0.15%,對應 組件溢價約0.04元/W。
非剛性溢價:首年發電增益帶來0.13-0.24元/W溢價
非剛性溢價:高雙面率+低溫度系數,帶來實際使用過程中,TOPCon較PERC的首年發電量增益;但由于增益無剛性量化標準+權責較難明確,該部分溢價較為軟性。
高雙面率:TOPCon雙面率可達80%+,較PERC提升10 Pcts;
低溫度系數:電站中午后日照強、溫度上行,組件發電量可能受到影響;低溫度系數可保障發電量。TOPCon的溫度系數約-0.3%/℃,較PERC提升0.05%/℃。
目前看來,地面電站端TOPCon組件首年發電量較PERC增益可達3%,后續每年衰減率約0.4%(PERC約0.45%)。以25年全生命周期計算(年均利用小時數 1250h),考慮到低衰減,預計TOPCon組件可較PERC發電量提升4.8%。
理想情況下發電量增益溢價:若以PERC投資額4元/W測算,達到相同IRR(7.4%)對應TOPCon溢價可達0.23-0.24元/W(包含低衰減的0.04元/W溢價) ;但實際評估中,由于PERC標定需對照組+發電量增益與運維等因素相關性大,最終權責難評定,該部分溢價涉及上下游博弈,較為軟性。以終端電站認可TOPCon組件 首年發電1%增益,對應TOPCon較PERC溢價約0.13元/W(包含低衰減帶來的0.04元/W溢價)。
22年初至今,TOPCon在招投標中保有一定溢價
我們統計了22年初至今國內地面電站的Perc和Top-con電池組件招投標價格。根據廣東能源、中核匯能、國家電投、中國華電等項目的公告顯示, TOPCon組件價格相較PERC在Q1體現出顯著的溢價。
從價格端看,除華電1.5GW項目中,晶科為實現TOPCon初期推廣,TOPCon溢價僅為0.04元/W外;廣東能源項目TOPCon溢價為0.08元/W ,中核 匯能、國電投項目中TOPCon與PERC價差均在0.14元/W以上。表明終端電站已認可TOPCon為業主帶來的部分發電量增益(軟性溢價),看好新技 術帶來的產品差異化為企業帶來的超額收益。
02.成本:TOPCon成本增0.04-0.05元/W
新工藝設備與高耗銀,是TOPCon成本提升主要因素
結論:TOPCon組件端全成本(一體化)約為1.556元/W(PERC為1.51元/W),單瓦成本較PERC高4-5分。
與PERC相比,導致TOPCon成本提升的因素:硅料價格提升+硅片端效率&良率下降+電池capex提升+銀漿耗量提升。TOPCon電池工藝復雜,致低電池片良率并需額 外CAPEX。雖然可基于PERC改造,但TOPCon工藝仍較PERC增添2-3步,如:硼擴、非晶硅沉積及鍍氧化層膜等,新增工藝環節需新添置設備(硼擴&CVD設備),并 且提升生產能耗。TOPCon電池也需要使用更多銀漿。TOPCon 電池的高雙面率+特殊隧穿氧化層,使其耗銀漿量上升,非硅成本上升。此外,N型電池對硅片的純度 提出更高的要求,降低硅片端的拉晶效率、切片良率。
導致TOPCon成本降低的因素:N型硅片厚度降低硅成本+瓦數提升攤薄輔材成本。未來隨良率提升+薄片化+效率提升,預計后續TOPCon一體化組件成本有望和 PERC打平。
硅片端測算:薄片化+成本攤薄,N型硅片端成本基本打平
OPCon所用的N型硅片較PERC的P型在參數上有諸多優勢。包括:摻雜元素更均勻、更高少子壽命、碳氧含量更低、硅片薄片化。但N型硅片需更高的硅片端工藝, 體現到現在的結果是:硅片端的良率下降與非硅成本提升。
N型硅片工藝成本劣勢:a. 更難控制元素分布均勻性。P型摻硼、N型摻磷,硼在硅中的分散系數(約0.8)大于磷(約0.35),因此N型較P型更難控制元素分布均勻性, 帶來非硅成本攤薄;b. 增加單爐總投料量。單爐投量上升會增加爐內液面高度、介質內自然對流強度上升從而引發硅料缺陷、少子壽命降低,拉晶效率降低。c. 需要更 高純度的硅料(電子II級以上)、石英坩堝、熱場、更細金剛線。除了純度,為防止加熱過久導致涂層脫落使得硅料雜質上升,石英坩堝的耗量也更大;熱場由于N型硅 片開爐次數更多、對熱場氧化加深,單耗增加。此外,由于N型硅片普遍更薄,需要使用更細的金剛線。
N型硅片工藝潛在成本優勢:薄片化。N型硅片由于其延展性+組件端變化使N型硅片厚度較P型有較大下降空間,從而降本。但根據現有文獻,電池片轉換效率會隨著硅 片厚度的下降而降低,也會影響碎片率。因此,平衡成本與效率將是N型硅片降本的核心議題之一。
硅片端:N型薄片化+瓦數提升攤薄成本,預計N型硅片端成本基本打平
a. 成本增加的要素:
高硅料價格:N型硅料純度高、供給較低,價格較P型高約4%。 良率下降:N型硅片對純度質量要求更高,實際生產中邊皮頭尾廢料比例提升。
非硅提升:N型純度提升,拉晶端效率下降;P的擴散性能較Ga更差,切片環節良率下行;預計單瓦非硅提升至0.13元(較PERC提升30%)。
b. 成本攤薄的要素:
薄片化:N型硅片延展性更佳+TOPCon正背面均用銀漿,對稱性好,硅片厚度可下降至150um(PERC約160um)。
瓦數提升:得益于效率自23.2%提升至24.6%,182電池片的TOPCon功率約8.15W(較PERC高6%),可實現硅成本攤薄。
整體而言,在硅片環節,考慮硅片端費用(各0.04元/W)TOPCon的硅片成本約為0.64元/W(PERC為0.63元/W),略高0.01元/W,大致持平。 中性條件下,182mm,假設TOPCon電池片效率為24.60%(PERC為23.20%)、硅片厚度為150um(PERC為160um)、良率為93%(PERC為97%),則TOPCon 單瓦硅耗約為2.15g(PERC為2.29),較PERC降6.11%。N型硅料價格高4%前提下,預計TOPCon硅成本約0.47元/W,較PERC單瓦成本降低2分。考量到非硅N型 較P型高約3分/W,預計N型硅片成本較P型高1分/W,二者基本打平。
電池端測算:非硅成本TOPCon整體高0.046元/W
電池端:非硅成本TOPCon整體高0.046元/W,主要 由新設備CAPEX、能耗和高銀漿耗量推升
a. 工藝變動-新設備CAPEX與能耗:預計增加0.011 元/W
TOPCon由于相對PERC新增硼擴+SiO2/Poly-Si沉積 工藝,需要增添硼擴&CVD設備,投資額每GW需增 加約6000萬元,對應單瓦折舊提升0.005-0.006元 /W。同時能耗預計較PERC高提升10%,對應成本增 加0.005元/瓦;折舊+能耗成本提升總計約0.011元 /W。
b. 高銀漿耗量:預計增加0.034元/W,是主因
PERC電池僅正面需要用銀網電極,單片耗量約為 70mg;而TOPCon正面電極采用摻鋁銀漿,背面由 于需要與多晶硅接觸并最大程度地降低金屬誘導復合 速率,采用純銀漿料,單片銀漿耗量約為120mg,以 銀漿價格6000元/kg測算,對應銀漿成本增加0.034 元/瓦。
電池環節中,考慮TOPCon電池端費用約0.06元/W,預計一體化電池成本總計約0.91元/W,較PERC高約0.06元/W;其中電池端非硅提升0.045-0.05元/W,硅片 端成本提升約0.01元/W。
組件端測算:瓦數提升攤薄面積相關非硅成本
組件封裝過程中,膠膜、玻璃、邊框等均屬于面積相關成本,相同面積組件的瓦數提升,可實現輔材成本攤薄。以膠膜不含稅均價12元/平米,2mm玻璃含 稅價格19.2元/平米,PERC組件邊框、接線盒、焊帶等面積相關輔材成本共0.22元/W測算,預計TOPCon的膠膜、玻璃、其他面積相關輔材成本較PERC可 下降約2分/W。 綜合來看,TOPCon的組件生產成本約為0.55元/W (PERC為0.57元/W)。考慮組件端費用,TOPCon組件端全一體化成本約為1.556元/W,較PERC的 1.51元/W提升約0.046元/W,即單瓦成本提升約4-5分。
如何看后續TOPCon成本下行
敏感性分析:組件效率平均每提升約0.5%,成本可下降約1.6分/W。硅片端良率平均每提升2%,成本可下降約2.5分/W。當TOPCon硅片良率與PERC 持平時,一體化成本略低于PERC(0.4分/W)。硅片厚度平均每降低5um,成本可下降約1.1分/W。
03.看好布局TOPCon先發企業的技術阿爾法
先發企業有望把握技術紅利
TOPCon存在多種技術路線,容易拉大企業差異。TOPCon主流技術路線有三種:LPCVD、PECVD和PVD。其中,LPCVD工藝成熟,厚度均勻性好,致密度高,但 存在成膜速率慢、繞鍍等問題;PECVD成膜速率快,但厚度均勻性、純度、致密度較弱,且存在氣泡問題;PVD則無法解決隧穿氧化層制備問題,還需用到PECVD 設備。不同的方案選擇,也會使得成膜速率、產品良率等參數出現明顯差異。復雜的技術路徑會讓先發企業具備 Know-How 優勢,加大技術領先護城河。
經驗曲線助力TOPCon先手降本增效。根據光伏行業過去40年的經驗曲線,隨著出貨量的提升、光伏組件的價格也隨之下降。目前市場上TOPCon出貨量還較小、量 產效率與理論極值還有較大差距,率先進行TOPCon大規模量產先手的企業將獲得更大的成本和效率優勢。
看好布局TOPCon企業的技術阿爾法
技術迭代一直以來是推動光伏行業發展的關鍵。過去數年是PERC電池應用快速擴張階段,進入2022年,光伏電池片的技術迭代正式迎來了新的時代,TOPCon 等轉換效率更高的電池技術將從實驗室邁向產業鏈,在形成投產-規模化效應降本-持續擴產的良性循環過程中,享受技術紅利的企業有望迎來市占率提升+享受 技術溢價的雙重優勢。(報告來源:未來智庫)
晶科能源:一體化組件領先企業,N型引領行業技術變革
N型TOPCon電池片加速投產,具備先發優勢。公司是國內最早對N型組件進行量產發布的一線組件制造商。2018年公司投資建立了N型電池的中試線,2019年 投資GW級別N型電池試驗產線,2021年公司的實驗室N型單晶電池效率達到25.4%,且目前已實現穩定量產效率24.5%,良率達99%。22年1月晶科安徽 TOPCon工廠開始投產,2月海寧工廠開始投產。預計22Q2可以完成產能爬坡,至年底TOPCon產能將達16GW,全年有效產能約10GW。
單瓦凈利有望達0.05元,后續隨成本下降有望提升至0.1元。目前公司TOPCon組件效率已達24.5%+,較PERC具備一定超額利潤(以0.1元/W溢價及0.04-0.05 元/W成本提升測算,超額利潤約0.05元/W);往后看,隨技術推進,公司成本有望與PERC打平(組件效率提升 + 硅片端良率提升 + 薄片化),單瓦凈利可較 PERC提升0.1元。
鈞達股份:重組進軍光伏電池片業務
并購捷泰將獲得8.2GW + 8GW光伏電池產能。2021 年年底,公司并購的捷泰科技光傣族電池產能約 8.2GW,預計在2022 年一季度完成改造后, 全部產能 都升級 182-210mm 大尺寸 PERC 產線。2021 年 12 月公告了在安徽的滁州建設 16GW TOPCon 的生產線,預計第一期8GW產能將在今年6月投產。
剝離汽車業務輕裝上陣,TOPCon有望帶來額外溢價。公司擬出售蘇州鈞達等汽車業務相關資產,剝離虧損業務(2021年1-10月交易前歸母凈利潤-1.79億元, 交易后備考歸母凈利潤為0.74億元),全力聚焦光伏業務,將為公司帶來更多利潤。公司TOPCon產品預計較PERC享有一定溢價,將在重組基礎上進一步增 厚歸母凈利潤。
報告節選:
(本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)
精選報告來源:【未來智庫】。未來智庫 - 官方網站
陳楠遠