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深度解讀

光伏行業深度報告:鈣鈦礦東風漸起,或為光伏終極路線

fun88网页下载 來源:未來智庫2023-04-07 我要評論(0 )   

1. 鈣鈦礦:生態鏈快速建設,產(chan) 業(ye) 從(cong) 0 到 1 爆發前夕  1.1. 第三代太陽能電池,或為(wei) 光伏最終路線  第三代太陽能電池,轉換效率大幅提升。第一代光伏電池以單晶矽和...

1. 鈣鈦礦:生態鏈快速建設,產(chan) 業(ye) 從(cong) 0 到 1 爆發前夕


  1.1. 第三代太陽能電池,或為(wei) 光伏最終路線


  第三代太陽能電池,轉換效率大幅提升。第一代光伏電池以單晶矽和多晶矽為(wei) 主, 根據矽片類型可進一步劃分為(wei) P 型和 N 型,P 型代表為(wei) 單晶 PERC,為(wei) 當前主流技 術路線。N 型代表則為(wei) TOPCon 和 HJT,極限效率分別為(wei) 28.7%和 27.5%,目前光伏 產(chan) 業(ye) 鏈正處於(yu) N 型快速擴張時期;第二代則是以砷化镓為(wei) 代表的薄膜型電池,但是 製備成本較高;而鈣鈦礦為(wei) 代表的第三代薄膜電池,具有 PCE 高和成本低廉的雙 重優(you) 勢。單結鈣鈦礦極限效率約為(wei) 33%,疊層可達到 40%以上。

  

  直接隙材料優(you) 勢明顯,光吸收係數較高。鈣鈦礦材料性能優(you) 異主要來自於(yu) 其獨特的 麵心立方體(ti) 結構,具有優(you) 異的光電性質-吸光係數高、帶隙可調、激子結合能低和擴 散距離長等優(you) 勢,其結構式可表示為(wei) AMX3,當前對鈣鈦礦材料的研究多集中在甲 胺鉛鹵化物(MAPbX3)、甲脒鉛鹵化物(FAPbX3)、銫鉛鹵化物(CsPbX3)和銫錫鹵化 物(CsSnX3)等。

  介孔層增強載流子收集能力。鈣鈦礦電池沿用燃料敏化太陽能電池的叫法,把電子 傳(chuan) 輸層在底下的為(wei) 正式結構,反之則為(wei) 反式結構。再根據介孔層- ( Mesoporous Layer) 進一步劃分為(wei) 介孔和平麵。介孔層的作用主要是為(wei) 鈣鈦礦提供沉積支架和傳(chuan) 輸電荷, 通過降低傳(chuan) 輸距離增強載流子收集能力並阻止漏電。但是介孔層會(hui) 限製晶粒生長, 反而降低開路電壓(Voc)和短路電流密度(Jsc)。 PSCs 發展速度遠超晶矽,大尺寸組件開始突破。鈣鈦礦 2009 年首次應用時效率僅(jin) 為(wei) 3.8%,2016 年電池效率就突破 20%。2023 年 3 月,極電光能官方公眾(zhong) 號發布其 809.8cm2 大尺寸鈣鈦礦光伏組件經國際權威機構 JET 檢測認證,其轉換效率達到 19.9%。目前公司在 16.7cm2 鈣鈦礦組件轉換效率也已經突破 22.9%。

  1.2. 鈣鈦礦 VS 晶矽:效率大幅提升,降本潛力遠超晶矽

  1.2.1. 效率端:前沿效率不斷刷新,效率接近轉換極限

  實驗室效率日新月異,疊層進展迅速。根據美國 NREL 統計,自上世紀 70 年代發 明晶矽電池以來,當前晶矽路線 HJT 最高效率為(wei) 26.81%(隆基,2022/11)。而鈣鈦 礦自 14.1%(EPFL,2013/06)僅(jin) 僅(jin) 用 9 年就達到了 25.7%(UNIST,2022/01);鈣 鈦礦/矽疊層更是達到了 32.5%。在極限效率上,單結鈣鈦礦的效率極限為(wei) 33%,而 晶矽電池的理論轉換效率極限為(wei) 29.4%,疊層鈣鈦礦更可以達到 40%以上。

  1.2.2. 成本端:產(chan) 業(ye) 鏈一體(ti) 化提升,效率接近轉換極限

  

  降本增效持續推進。根據極電光能測算,百 MW 鈣鈦礦成本已經低於(yu) 晶矽組件。百 MW 階段的成本有望控製在 1-1.5 元/瓦之間;GW 級別生產(chan) 時,成本可降到 0.8 元/ 瓦;10GW 級別降到約 0.6 元/瓦。若鈣鈦礦組件效率在達到 17%同時保持成本在 1.3 元/瓦以內(nei) ,並且壽命穩定 25 年則將擁有較強的市場競爭(zheng) 力。 產(chan) 業(ye) 鏈投資進一步集中,約為(wei) 晶矽線路的 50%。光伏晶矽產(chan) 業(ye) 鏈涉及矽料廠-矽片 廠-電池廠-組件廠合計四個(ge) 環節,合計投資額約 9.6 億(yi) 元,中間考慮運輸環節需要耗 時 3 日以上。而鈣鈦礦從(cong) 原材料到組件出廠僅(jin) 需要一個(ge) 工廠,耗時 45 分鍾左右。預 計未來在 GW 級別投產(chan) 情況下,鈣鈦礦電池投資額可降至晶矽線路的一半 ,GaAs 的十分之一。

  壓縮極限成本,材料成本占比約 56%。長期來看,鈣鈦礦組件成本可降低至 0.5-0.6 元/瓦。同時鈣鈦礦電池原材料均屬於(yu) 基礎化工材料,可通過人工合成,不含有稀有 元素,對比晶矽路線的矽料更加廉價(jia) 易得。從(cong) 外,鈣鈦礦材料對雜質敏感度低,對 原材料的純度要求低於(yu) 晶矽。在工藝上,鈣鈦礦生產(chan) 溫度不超 150 度,相比於(yu) 晶矽 1000 度左右的高溫可以做到降低能耗的作用。目前 FTO 導電玻璃約占材料成本的 65%,但透明導電玻璃屬於(yu) 成熟產(chan) 品,隨著下遊需求的擴張,產(chan) 能可迅速擴張。

  1.2.3. 應用端:電站建設成本進一步降低,下遊 BIPV 應用廣泛

  發電量占優(you) ,光伏電站建設成本降低。根據研究表明,得益於(yu) 超高的吸光係數和禁 帶寬度,轉換效率在17.9%的鈣鈦礦組件發電量約等於(yu) 轉換效率20.4%的晶矽組件。 建設成本方麵,假定鈣鈦礦組件轉換效率為(wei) 15%,晶矽組件轉換效率 20.5%。鈣鈦 礦組件的建設成本約為(wei) 3.12 元/瓦,對比單晶矽組件的 3.33 元/瓦,其中組件上約有 0.7 元/瓦的優(you) 勢,但在支架成本和土建成本上稍高於(yu) 晶矽。綜合考慮,鈣鈦礦較晶 矽在電站建設上約有 0.21 元/瓦的優(you) 勢。

  

  BIPV 打開下遊應用空間。BIPV,即光伏建築一體(ti) 化是指將太陽能發電產(chan) 品集成到 建築上的技術。基於(yu) 鈣鈦礦電池材料的輕薄性、透光性、吸光能力,鈣鈦礦產(chan) 品可 以較好的適配各類使用場景,尤其對於(yu) 有采光要求的辦公樓等牆體(ti) 。

  1.3. 鈣鈦礦製備:穩定性及大麵積製備有望突破

  1.3.1. 大麵積製備:濕法經濟性顯著,幹法效果好但成本較高

  幹法均勻性高,設備為(wei) 主要瓶頸。常見的幹法工藝為(wei) 氣相沉積法,在真空的環境下 通過蒸鍍的方式製備鈣鈦礦薄膜。相比於(yu) 濕法工藝,氣相沉積法可以通過控製蒸發 源精確調控鈣鈦礦中各組分的化學計量比,從(cong) 而保證薄膜的均勻性。但是幹法工藝 對真空環境要求極高,需要較長的抽真空時間,這也使得幹法工藝成本上升,單台 產(chan) 能下降(製備時間長)。

  濕法核心在於(yu) 形核結晶,狹縫塗布或成主流。早期實驗室製備鈣鈦礦多使用一步或 兩(liang) 步溶液旋塗工藝。一步法操作簡單先製備溶液並將混合前驅體(ti) 旋塗於(yu) 襯底上,退 火結晶(溫度 100-150℃),形成純相、無針孔、致密的鈣鈦礦結構層。兩(liang) 步法與(yu) 之 類似,分開旋塗後再在熱台上退火。隨著大麵積製備需求顯現,濕法工藝逐漸發展 出了刮刀塗布、狹縫塗布、絲(si) 網印刷、噴塗法、噴墨打印法。通常濕法步驟包括溶 劑揮發→溶液過飽和+成鍵→溶質析出/形成晶核(同質隨機形核)→晶粒生長→形 成固態多晶薄膜。鈣鈦礦的形核和工藝窗口窄,並且隨著麵積的放大控製難度上升。 旋塗法薄膜組分均勻同時晶粒大小調控簡單但是不適合大規模量產(chan) ,而狹縫塗布法 溶液利用率高,適合大麵積生產(chan) ,但在均勻性控製上仍需改進。

  1.3.2. 穩定性進展可期,材料及封裝技術持續優(you) 化

  穩定性驗證順利,材料技術優(you) 化穩步推進。目前部分企業(ye) 鈣鈦礦組件已經通過多項 IEC61215 晶矽光伏組件標準。普林斯頓大學通過 2D-PVSK 界麵鈍化以及雙重封裝 技術在 1sun/35-110℃標準下 T80>30 年;萊斯大學利用 3D/PP-2D bilayer,在 1sun/60℃ /75%RH 的老化條件下實現 T99>2000h。

  

  長期穩定性優(you) 化路徑清晰,頭部企業(ye) 進展可期。纖納光電 2019 年底通過全球首次 IEC 標準穩定性測試;2020 年 7 月在濕熱實驗測試中,將組件老化時間由 1000 小 時提升至 3000 小時。纖納α組件通過 IEC61215 和 IEC61730 穩定性全體(ti) 係認證。 長期角度來看,鈣鈦礦通過優(you) 化材料體(ti) 係/無機電荷傳(chuan) 輸層/金屬氧化物電荷傳(chuan) 輸層 阻擋/采用複合電極以及優(you) 化組件封裝技術進一步加強鈣鈦礦組件穩定性。

  

2. 鈣鈦礦疊層:提升效率極限,多路徑共同發展


  疊層技術百花齊放,全鈣鈦礦疊層成本占優(you) 。按照電極的連接方式可分為(wei) 兩(liang) 端/三端 /四端疊層,兩(liang) 端結構為(wei) 子電池串聯,機械堆疊的四端疊層子電池獨立運行,不比考 慮二者兼容性,但是寄生吸收大,成本高;按照材料選擇可進一步細分為(wei) 鈣鈦礦-晶 矽疊層/全鈣鈦礦疊層/鈣鈦礦-有機疊層/鈣鈦礦-CIGS 疊層。目前產(chan) 業(ye) 化進度較快的 是全鈣鈦礦疊層和鈣鈦礦-晶矽疊層。從(cong) LCOE 角度晶矽/鈣鈦礦疊層約為(wei) 5.22 元, 略高於(yu) 全鈣鈦礦疊層的 4.22 元。考慮到目前兩(liang) 者極限效率差距不顯著,同時在組件 尺寸以及晶矽產(chan) 業(ye) 鏈成熟度來看,預計初期晶矽/鈣鈦礦的進度更快,中長期切入全 鈣鈦礦疊層。

  2.1. 結構選擇:兩(liang) 端、三端 or 四端?

  

  兩(liang) 端集成一體(ti) VS 四端機械堆疊。疊層電池通過寬帶隙電池與(yu) 窄帶隙電池串聯,利 用全光譜範圍內(nei) 的光子,突破單結極限效率。目前主流的疊層結構為(wei) 2 端和 4 端器 件,兩(liang) 端疊層理論 PCE 為(wei) 45.7%略低於(yu) 四端疊層的 46%。四端機械堆疊電池,工 藝難度上機械堆疊的四端疊層電池最容易製作,兩(liang) 個(ge) 子電池獨立製作,僅(jin) 在光學耦 合/沒有電氣連接。四端口器件需要的電子元器件翻倍(例如逆變器),寄生吸收大、 製造成本高。兩(liang) 端集成一體(ti) 電池,兩(liang) 個(ge) 子電池通過複合層/隧道結將子電池串聯連接, 對比四端機械堆疊僅(jin) 需要一個(ge) 透明電極,可以直接在矽電池上沉積鈣鈦礦電池,減 少電極用料和沉積步驟。但是兩(liang) 端疊層缺陷在於(yu) :子電池串聯工作,因此二者必須 有相似的光電流,電池電流受電流較低的子電池影響。同時晶矽電池表麵的陷光結 構也會(hui) 增加鈣鈦礦薄膜的沉積難度。三端疊層受限於(yu) 低帶隙電池 Voc 過小,性能和 發展速度慢於(yu) 其它路線。

  2.2. 材料選擇:全鈣鈦礦疊層 or 鈣鈦礦/晶矽疊層

  2.2.1. 全鈣鈦礦疊層:窄帶隙材料或為(wei) 關(guan) 鍵瓶頸

  鈣鈦礦材料帶隙可調,為(wei) 理想疊層材料。鹵素鈣鈦礦帶隙從(cong) 1.2eV 到 3eV 連續可調, 使用窄帶隙和寬帶隙的鈣鈦礦作為(wei) 疊層電池可以獲得更高的轉換效率。2019 年前窄 帶隙鈣鈦礦性能差,是限製疊層電池性能的主要原因。因此提升窄帶隙鈣鈦礦薄膜 載流子擴散長度,提升光電流密度成為(wei) 研究的主要方向。通過使用缺陷調控-抑製前 驅體(ti) 溶液中 Sn2+的氧化/增強晶粒表麵缺陷鈍化,提升窄帶隙鈣鈦礦電池性能。

  

  全鈣鈦礦疊層效率提升路徑清晰。核心為(wei) 三大路徑-(1)互聯層/隧穿結,過原子層 沉積(ALD)製備互聯層和金屬複合層的新型隧穿結結構(SnO2),金團簇層增強載 流子複合,簡化製作過程實現全溶液法製備鈣鈦礦薄膜;(2)窄帶隙電池通過缺陷 調控,增加窄帶隙鈣鈦礦薄膜載流子擴散長度,增大光電流密度和開路電壓;(3) 寬帶隙頂電池,可通過對 Cs 含量調控,加速形核與(yu) 結晶,提升均勻致密性。

  2.2.2. 矽/鈣鈦礦疊層:HJT 結構占優(you) ,與(yu) 現有產(chan) 業(ye) 快速融合

  矽屬於(yu) 間接帶隙材料,為(wei) 絕佳的底電池。矽的帶隙為(wei) 1.12eV,而鹵素鈣鈦礦帶隙從(cong) 1.2eV 到 3eV 連續可調,兩(liang) 者可相互搭配,同時晶矽產(chan) 業(ye) 已經具備成熟的產(chan) 業(ye) 鏈, 目前晶矽路線進入 N 型元年但也在逐步達到效率極限,選擇與(yu) 鈣鈦礦疊層可以百尺 竿頭更進一步,後期或將通過改造方式來提升效率。 兩(liang) 端疊層:成本低、易量產(chan) 、 工藝較複雜、底電池工藝匹配挑戰較大;四端疊層:製造簡單、組合靈活、與(yu) 底電 池技術相互獨立,係統端設計複雜。早期疊層電池選擇 PERC 作為(wei) 底電池,隨著 HJTR 和 TOPCon 技術逐漸成熟,尤其異質結本身結構和低溫工藝,對鈣鈦礦疊層的適配 度更高。矽/鈣鈦礦疊層電池較原有晶矽路線和單結鈣鈦礦具有更高的轉換效率,目 前鈣鈦礦產(chan) 業(ye) 鏈仍處於(yu) 產(chan) 業(ye) 化初期,因此矽/鈣鈦礦疊層或將成為(wei) 前中期主流,隨著 對鈣鈦礦材料體(ti) 係認知逐步深入,再轉入全鈣鈦礦疊層。

  HJT+鈣鈦礦疊層:鈣鈦礦電池能有效利用高能量的紫外和藍綠可見光。而異質結電 池可以有效的吸收鈣鈦礦材料無法吸收的紅外光。結構上,HJT 具備透明導電層 (TCO),可與(yu) 鈣鈦礦疊層完美適配,改造難度小,同時 HJT 本身為(wei) 對稱結構可以 兼容正式和反式鈣鈦礦電池。 優(you) 勢:自帶 TCO;開壓高;對稱結構兼容性強; 劣勢:異質結絨麵金字塔與(yu) 鈣鈦礦塗層仍有匹配問題需要解決(jue) ; 代表廠:寶鑫、杭蕭鋼構、牛津光伏等。

  TOPCon+鈣鈦礦疊層:TOPCon 正麵的氮化矽與(yu) 氧化鋁不導電,需要進行結構改造 優(you) 勢:產(chan) 線投資額低,經濟性高; 劣勢:本身不帶 TCO 需要改造;增加 TCO 後失去高電流優(you) 勢; 代表廠:中來、黑晶-皇氏集團。

  

  異質結鈣鈦礦疊層為(wei) 研發主流。由於(yu) HJT 具備雙麵對稱結構+低溫工藝+自帶 TCO, 可與(yu) 鈣鈦礦疊層完美適配,改造難度小,工藝流程簡單。目前進度較快的是合特光 電(杭蕭鋼構)和寶馨科技。合特光電目前建立中試線目標轉換效率 28%以上,目 前產(chan) 線設計能兼容生產(chan) 166mm 和 182mm 尺寸規模的晶矽組件;寶馨科技疊層發展 路徑-(1)2023 年在 2023 年上半年完成新實驗線建設;(2)2024 年啟動百兆瓦級 別的鈣鈦礦疊層線建設,目標實驗室效率大於(yu) 32%,加速老化等效外推達到 25 年; (3)2026 年鈣鈦礦/異質結疊層 GW 級產(chan) 線升級,實現量產(chan) 210 半片鈣鈦礦/異質 結疊層電池,電池效率在基底異質結的基礎上提升率大於(yu) 15%,首年衰減不超過3%, 以後每年衰減不超過 0.5%,量產(chan) 壽命大於(yu) 25 年。

  2.3. 多條中試線建立,產(chan) 業(ye) 政策紛至遝來

  頭部企業(ye) 多以百兆瓦線為(wei) 主,GW 級招標可期。目前頭部的協鑫光電、纖納光電和 極電光能都基本完成百兆瓦中試線建設,當前首要目標是打通工藝,為(wei) 後續 GW 級 擴產(chan) 打下基礎。根據對各鈣鈦礦企業(ye) 產(chan) 線建設規劃,更多企業(ye) 開始布局百兆瓦線, 頭部企業(ye) 在為(wei) GW 級擴產(chan) 做準備,預計 2024 年將出現 GW 級別招標,同時鈣鈦礦 組件相關(guan) 標準也在積極製定,隨著後續長期穩定性的解決(jue) 和大麵積製備線路確立, 鈣鈦礦產(chan) 業(ye) 將快速完成從(cong) 0 到 1 的突破快速放量。

  產(chan) 業(ye) 支持政策持續落地。目前各部門正在積極出台相關(guan) 產(chan) 業(ye) 政策支持鈣鈦礦產(chan) 業(ye) 鏈 發展。國家能源局分別在《“十四五”可再生能源發展規劃》以及《工業(ye) 和信息化部 等六部門關(guan) 於(yu) 推動能源電子產(chan) 業(ye) 發展的指導意見》提出推動鈣鈦礦及疊層電池製備 的技術研究。工信部也於(yu) 2023 年 1 月發布了《推動能源電子產(chan) 業(ye) 發展的指導意見》 推動鈣鈦礦及疊層電池等先進技術的研發應用,提升規模化量產(chan) 能力。 產(chan) 業(ye) 融資盛況空前,資本合作如火如荼。頭部的協鑫光電、纖納光電和極電光能均 已完成數輪融資,為(wei) 後續鈣鈦礦中長期發展打下堅實基礎,同時具有一定技術積累 與(yu) 相關(guan) 性的企業(ye) 也正在融資轉型,加速產(chan) 業(ye) 化建設。

  

3. 鈣鈦礦設備:鍍膜設備為核心,技術路線百花齊放


  3.1. 鈣鈦礦生產(chan) 流程及對應設備

  鈣鈦礦生產(chan) 技術線路百家爭(zheng) 鳴。通常情況下,鈣鈦礦組件生產(chan) 需要經曆玻璃清洗→ 沉積導電層(PVD)→沉積電子傳(chuan) 輸層(RPD/ALD+PVD/狹縫塗布)→沉積鈣鈦礦 層(刮刀/狹縫塗布)→沉積空穴傳(chuan) 輸層(PVD/狹縫塗布)→組件封裝(層壓機), 若采用塗布工藝則還需配置 VCD 進行鈣鈦礦幹燥。根據協鑫 100MW 中試線推測, 目前鈣鈦礦核心裝備為(wei) 真空鍍膜設備(PVD/RPD),然後依次為(wei) 塗布設備、激光設 備(四道工序)以及封裝設備。

  

  核心為(wei) 真空鍍膜設備,工藝選擇仍需探索。鈣鈦礦工藝類似 OLED 麵板製造,TCO 層製備通常選擇 PVD 設備;HTL-電子傳(chuan) 輸層可使用 PVD 或狹縫塗 布;電子傳(chuan) 輸層則以 RPD 效果較好。各環節膜層均有不同適配設備,鈣鈦礦材料選 擇也會(hui) 影響設備選型。

  3.1.1. 鍍膜設備:價(jia) 值占比較高,為(wei) 鈣鈦礦核心設備

  物理氣相沉積(PVD)-物理氣相沉積是指使用機械、機電或熱力學過程將材料從(cong) 源 釋放並沉積在基材上的應用技術。其中固體(ti) 材料在真空環境中蒸發並作為(wei) 純材料或 合金成分塗層沉積在基材上。物理氣相沉積(PVD)最常見的兩(liang) 種技術是蒸發和濺 射。該工藝將塗層材料作為(wei) 單個(ge) 原子或在分子水平上轉移,它可以提供極其純淨和 高性能的塗層,熱蒸鍍-加熱一種固體(ti) 材料,該材料在高真空室內(nei) 沉積到基材表麵; 磁控濺射-使用磁鐵將電子捕獲在帶負電的靶材上,具有更快的薄膜沉積速率。

  RPD 具備較低的離子轟擊。RPD 即等離子體(ti) 鍍膜-通過等離子槍產(chan) 生的等離子體(ti) 進 入到工藝腔體(ti) 內(nei) ,然後在磁場作用下打到靶材上,靶材升華沉積至襯底上。相比於(yu) 傳(chuan) 統的 PVD 磁控濺射,RPD 具有低離子損傷(shang) 、低溫沉積溫、可大麵積製備和生長 速高率等優(you) 點,但是 RPD 設備成本較高同時核心專(zhuan) 利、靶材及零部件仍然受到專(zhuan) 利 限製,並且 RPD 產(chan) 能較低。目前國內(nei) 靶材公司正在積極開發相應產(chan) 品,但設備及零 部件降本仍需要不斷推進。

  專(zhuan) 利為(wei) 核心壁壘,HJT 領域已有應用。RPD 專(zhuan) 利由日本住友掌握,早期在大陸地區 將專(zhuan) 利授權給捷佳偉(wei) 創。除離子轟擊小外,RPD 還具有穿透率高、載子遷移高等良 好的光電綜合效應。在 HJT 領域已有成熟應用,較常規異質結裝備有約 0.6%的效 率增益,成功開發出量產(chan) 設備,未來有望在鈣鈦礦領域持續迭代優(you) 化、

  

  3.1.2. 塗布設備:高精密狹縫塗布,幹燥結晶為(wei) 重點

  狹縫塗布有望成為(wei) 主流,德滬塗膜約市占率 70%。狹縫擠壓式塗布技術是一種先進 的預計量塗布技術,能獲得較高精度的塗層,在鋰電池、液晶顯示以及半導體(ti) 先進 封裝已經有應用。相比於(yu) 刮刀塗布,狹縫塗布具備更大的液膜厚度範圍以及溶液粘 度要求,在原料利用以及可重複性上也優(you) 於(yu) 刮刀塗布。狹縫擠壓式塗布技術在產(chan) 業(ye) 化應用的核心瓶頸是需要解決(jue) 能適應不同流量、溫度、壓力、粘度情況下設計與(yu) 漿 料匹配的塗布頭。

  3.1.3. 激光設備:P1-P4 四道激光工藝,設備廠商競爭(zheng) 激烈

  四道激光工序,設備占比約 10%。P1 工藝:通過激光設備分割底部的 TCO 襯底。 在導電玻璃電極 TCO 層製備完成後,在製備空穴傳(chuan) 輸層、鈣鈦礦層和電子傳(chuan) 輸層 之前通過激光設備進行劃線,形成相互獨立的 TCO 襯底→P2 工藝:露出 TCO 襯 底,為(wei) 連接相鄰兩(liang) 節子電池的正負電極提供通道。→P3 工藝:去除部分功能層以分 割相鄰子電池的正極,為(wei) 了保證不損傷(shang) P2 層,對激光設備加工精度要求較高。→ 激光清邊 P4 工藝:封裝前的清理工藝,利用激光技術清除掉電池邊緣的沉積膜。

  

  激光劃線優(you) 勢: 1-適應先進工藝:可選配光斑整形鏡和皮秒/飛秒激光器,劃線熱效應小,最小劃線 線寬可小於(yu) 20μm,線間距小於(yu) 40μm,可實現死區寬度<150 μm,GFF>95% 。 2-0 機械精度高:采用伺服/直線電機光柵和大理石平台,機械精度可達 1-5 μm。 3-工藝兼容好:1)可實現正反向劃線,2)配備吸風裝置防止劃線汙染,3) 可劃 線各類薄膜光電中的薄膜,如鈣鈦礦, aSi,aSi/μSi, CIGS/CdS, 金屬和 TCO 等。

  3.1.4. 封裝設備:完全覆蓋封裝 VS 邊緣封裝

  薄膜封裝有望成為(wei) 主流,POE 優(you) 勢明顯。封裝工藝大致如下,完全覆蓋封裝-在模 塊頂部製備封裝層(可通過聚合物或 ALD 製備薄膜);邊緣封裝-在模塊周圍放置密 封劑。完全覆蓋有更好的保護效果但是會(hui) 直接接觸鈣鈦礦功能層。薄膜封裝就是利 用位於(yu) 玻璃基板與(yu) 頂蓋之間的薄膜防止組分分解,可以通過玻璃-聚合物薄膜封裝 /ALD 薄膜沉積/複合薄膜封裝,其中 ALD 沉積薄膜致密性、可精確控製、大麵積製 備、水阻隔能力強等優(you) 點,但是仍需解決(jue) 設備成本高、固有熱損傷(shang) 以及耗時長等問 題,後續研究集中在降低工藝溫度以減少熱損傷(shang) 。

  POE 優(you) 勢明顯。從(cong) 封裝材料看,影響 PSC 穩定性的封裝主要有三個(ge) 核心指標(1) 加工溫度,一般為(wei) 140℃,可配合熱穩定性較高的有機-無極雜化鈣鈦礦;(2)水蒸 氣透過率,PIB 的水蒸氣透過率數量級可達 10 -2 -10-3,同時密封方式和各材料層之間 的附著力也會(hui) 造成影響;(3)彈性模量,彈性模量(過高會(hui) 出現開裂或熱膨脹分層)。 綜合考慮,POE 水氣阻隔強,彈性模量與(yu) EVA 接近,並且具備更高的抗電勢誘導衰 減。

  3.1.5. 鈣鈦礦疊層設備:緩衝(chong) 層沉積為(wei) 核心,ALD/RPD 為(wei) 關(guan) 鍵設備

  疊層結構增加緩衝(chong) 層,原子層沉積效果顯著。在全鈣鈦礦疊層以及矽/鈣鈦礦疊層中, 通常需要製備緩衝(chong) 層(SnO2)。ALD 設備沉積的 SnO2 可以作為(wei) 正置結構的電子傳(chuan) 輸層還可用於(yu) 晶矽鈣鈦礦疊層電池中充當電子阻擋層/緩衝(chong) 層,厚度 15nm 至 20nm 之間。當前鈣鈦礦產(chan) 業(ye) 處於(yu) 實驗中試階段,ALD 設備成膜質量好,適合產(chan) 品開發, 可以較好的保持溫度均勻性。

  

  

4. 鈣鈦礦設備和市場空間測算


  核心假設:

  (1)產(chan) 能:假使公告全部投產(chan) ,2022 年鈣鈦礦產(chan) 能約為(wei) 0.96GW,根據各家建設規 劃情況測算,我們(men) 預計 2023-2026 年鈣鈦礦累積產(chan) 能分別為(wei) 1.11GW、5.65GW、 12.40GW 以及 27GW,對應每年新增 0.15GW、4.54GW、6.75GW 和 14.60GW。

  (2)鍍膜及塗布設備:目前 100MW 鈣鈦礦整線價(jia) 值量在 1.2 億(yi) 元左右,根據技術 路徑不同價(jia) 值量會(hui) 有所變化,因此我們(men) 假設使用真空鍍膜和狹縫塗布結合方式,隨 著規模效應,單 GW 設備投資額降逐步降低,2024 年-2026 年分別為(wei) 9.6 億(yi) 元/GW、 9 億(yi) 元/GW 和 8 億(yi) 元/GW。作為(wei) 核心工藝設備,真空鍍膜設備與(yu) 塗布設備占比將維 持在 50%和 30%左右。

  (3)激光設備:由於(yu) 激光設備存在眾(zhong) 多廠商,競爭(zheng) 激烈。預計 2024-2026 年激光設 備價(jia) 值量占比會(hui) 下降到 8%左右。對應單 GW 價(jia) 值量分別約為(wei) 7680 萬(wan) 、7200 萬(wan) 和 6400 萬(wan) 元。

  (4)封裝設備:封裝技術對鈣鈦礦組件穩定性起到關(guan) 鍵影響,因此我們(men) 假設組件設 備價(jia) 值占比將上升到 12%左右。2024 年-2026 年單 GW 價(jia) 值量分別約為(wei) 1.15 億(yi) 元、 1.08 億(yi) 元和 0.96 億(yi) 元。

  根據測算,2026 年新增鈣鈦礦設備市場空間約為(wei) 117 億(yi) 元,對應存量設備市場空間 約為(wei) 234 億(yi) 元,其中真空鍍膜設備市場規模約 117.27 億(yi) 元、塗布設備約 70.34 億(yi) 元、 激光設備約 18.76 億(yi) 元和組件設備 28.13 億(yi) 元。

  

5.重點公司分析


  5.1. 捷佳偉(wei) 創:持續出貨核心蒸鍍設備,積極打造鈣鈦礦整線出貨能力

  

  光伏設備龍頭,核心布局清洗製絨和電池工藝設備。公司作為(wei) 光伏設備龍頭,在清 洗和沉積摻雜工藝優(you) 勢明顯。TOPCon 領域公司重點布局 PE-Poly 三合一設備以及 MAD 二合一設備。PE-Poly 核心設備產(chan) 線年產(chan) 能累計達 100GW,PE-Poly 方案市占 率超過 50%,充分受益此次 TOPCon 擴產(chan) 潮。同時 MAD 設備替代原有氧化鋁沉積 設備,目前累計訂單超 20GW。 鈣鈦礦在手訂單超 2 億(yi) ,完善鈣鈦礦整線設備供應能力。自 2022 年下半年以來, 公司鈣鈦礦設備及服務訂單超過 2 億(yi) 元,多次中標某領先企業(ye) 的 RPD 鍍膜設備。除 此之外,公司在 HJT/TOPCon 疊層鈣鈦礦領域設備銷售持續放量,布局了 RPD、 PVD、PAR、CVD、蒸法鍍膜及精密狹縫塗布等多環節設備。

  5.2. 京山輕機:組件自動化設備優(you) 勢明顯,並向電池及工藝等設備延伸

  組件層壓機設備龍頭,後續訂單值得期待。公司 2022 年層壓機出貨量及市占率均 處於(yu) 第一位。2023 年 1 月 8 日,晟成光伏北方基地新廠區竣工,進一步提升公司層 壓機設備供應能力。在 HJT 領域,公司與(yu) 福建金石達成戰略合作,供應異質結的清 洗製絨及自動化設備。 鈣鈦礦多技術路線布局,目標打造鈣鈦礦整線設備廠。公司 2021 年 5 月就與(yu) 協鑫 光電達成鈣鈦礦疊層電池技術合作開發協議。公司在鈣鈦礦鍍膜設備布局了三個(ge) 技 術方向,主要是濺射式設備、蒸鍍設備、ALD 設備,其中 ALD 設備是和華中科技 大學一起合作研發。

  頭部客戶持續滲透,設備出海值得期待。公司業(ye) 務擴張至 25+國家和地區,目前客 戶主要有晶科、晶澳、天合光能、隆基、通威等等。目前國內(nei) 頭部光伏企業(ye) 有海外 建廠意願,如隆基計劃今年 4 月開工在美國俄亥俄州建設 5GW 的光伏組件廠,為(wei) 公司打造全新增長極、

  

  5.3. 大族激光:鈣鈦礦激光刻劃設備研發完成,後續訂單值得期待

  加大新能源產(chan) 業(ye) 投入,激光設備實現交付。公司 2007 年進入薄膜電池行業(ye) 並進行 了相關(guan) 的研發生產(chan) ,公司自主研發了鈣鈦礦激光刻劃設備,在該領域市占率處於(yu) 市 場前列,在前沿研究機構及部分鈣鈦礦龍頭企業(ye) 均取得激光設備銷售交付,並實現 了大尺寸激光加工設備的整線交付。

  5.4. 帝爾激光:光伏激光設備龍頭,多領域布局強者恒強

  光伏激光設備龍頭,鈣鈦礦量產(chan) 訂單交付。公司作為(wei) 光伏激光設備龍頭,2022 年 BC 電池線路的激光設備訂單接近 40GW;PERC 電池近 100GW 訂單;TOPCon 的激光 SE 設備訂單持續落地,在頭部客戶獲得 0.25%以上穩定效率提升,部分可提效至 0.3% 以上。鈣鈦礦領域;2022 年公司已有鈣鈦礦工藝設備訂單的交付,並對鈣鈦礦激光 技術進行儲(chu) 備。

  5.5. 傑普特:領先布局鈣鈦礦膜切設備,激光產(chan) 品快速迭代


  首台鈣鈦礦激光模切機,激光光源優(you) 勢顯現。2021 年 8 月公司為(wei) 大正微納定製的首 套柔性鈣鈦礦膜切設備,通過驗收並正式投入生產(chan) 使用。經客戶測試驗證,石油優(you) 化的超短激光脈衝(chong) 工藝可以有選擇性的除掉吸收層,劃掉背電極層且不會(hui) 損壞基地, 可以實現高效高精度刻蝕,極大地降低了鈣鈦礦薄膜電池死區寬度。 產(chan) 品持續迭代優(you) 化,增強競爭(zheng) 力。目前公司針對鈣鈦礦激光膜切設備推出了第二代 產(chan) 品,覆蓋 P1-P3 薄膜劃切工藝段及 P4 清邊工藝四台設備及前後小型自動化設備, 更新後的方案在線寬可調區間以及加工效率方麵相比之前都有較大的提升。

  激光工藝需求明顯,設備廠商競爭(zheng) 激烈。目前頭部激光廠商均實現鈣鈦礦激光設備 交付。傑普特布局時間較早,產(chan) 品已迭至第二代;德龍激光從(cong) P0 激光打標至 P4 激 光清邊均已實現交付,目前客戶為(wei) 百兆瓦級別;大族和帝爾為(wei) 老牌光伏激光設備廠, 在鈣鈦礦領域均有技術儲(chu) 備和前瞻布局。眾(zhong) 能光電具備較強的裝備和生產(chan) 線設計製 造能力客戶覆蓋中國華能、國家電投和寧德時代等大型企業(ye) 。

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