2019年光伏电池行业分析报告(32y)

【2019年光伏电池行业】

---分析报告

2019年2月

目录

一、光伏电池迎来“技术革命”，产能结构迈向高端化 (2)

1、光伏电池是典型的“技术驱动型”行业 (2)

2、光伏发电的基本原理 (3)

3、传统光伏电池的制备流程 (5)

4、光伏电池技术的改进都是围绕着转换效率的提升进行的 (7)

二、PERC 在众多技术路线中脱颖而出 (10)

1、单晶VS 多晶：金刚线切片技术带来单晶硅革命 (10)

2、P 型技术VS N 型技术：目前P 型占主导，未来N 型有望

引领新一轮技术热潮 (11)

3、为什么PERC 技术能够脱颖而出？ (13)

三、技术迭代引领新一轮设备投资 (19)

1、一代技术，一代设备 (19)

2、详解PERC 电池生产设备 (20)

3、PERC 设备市场空间达百亿，2019 年将高速增长 (21)

4、大部分关键设备已经实现了国产化 (24)

5、PERC+和N 型电池的设备介绍 (26)

四、关注技术实力领先的设备企业 (29)

五、风险 (31)

一、光伏电池迎来“技术革命”，产能结构迈向高端化

1、光伏电池是典型的“技术驱动型”行业

技术的升级迭代是光伏电池发展的主要推动力。光伏产业链按顺序来说包括硅料制造，硅片生产、电池片生产、光伏组件制造和最终的光伏发电系统。每个产业链环节都有数十家企业参与竞争，因此提升效率和降低成本是企业永恒的追求，而背后最核心的推动力就是技术的升级迭代。

图表1: 晶体硅光伏电池产业链环节示意图

2、光伏发电的基本原理

产生电流通常需要两个条件，首先要产生自有电子，其次自有电子要定向移动。

?自由电子的生成：通过掺杂微量元素增加载流子浓度。纯净的、不含其它杂质的半导体称为本征半导体，在室温下，本征半导

体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键成为自由电子，在原位留下一个空穴，这种产生电子-空穴对的现象称为本征激发。本征半导体中因而也存在两种载流子，分别是带负电的自由电子和带正电的空穴。由于本征材料是电中性的，所以自由电子数量等于空穴的数量。虽然本征半导体中有两种载流子，但是本征载子浓度很低，导电能力差，为了增加载流子的浓度，往往在本征半导体中掺入微量元素。1）N 型半导体是指掺入五价元素的半导体，如磷和砷。掺入五价元素后，五价原子中只有 4 个价电子能与周围 4 个硅原

子中的价电子形成共价键，而多余的 1 个价电子因无共价键束缚而成为自由电子。在N 型半导体中，自由电子是多数载流子（多子），主要由掺杂元素提供，而空穴是少数载流子，一般由热激发而成。2）P 型半导体是指掺入三价元素的半导体，如硼和镓。因为三价原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中形成一个空穴。在P 型半导体中，空穴是多数载流子，主要由掺杂元素提供，而自由电子是少数载流子，由热激发提供。

图表2: P 型半导体和N 型半导体示意图

?自由电子的定向移动：P-N 结形成内电场，在光照激发下自

由电子在电场力作用下定向移动。1）内建电场的形成。如果将N 型和P 型半导体紧密接触，则在接触面就会形成特殊的薄层，称之为P-N 结。由于P 型半导体空穴浓度较高，而N 型半导体自由电子浓度较高，于是在交界处会产生扩散运动，N 型区的自由电子向P 型扩散，与P 型区的空穴进行复合，N 型区中失去电子的磷元素就带上了正电，P 型区的硼元素得到电子则带上负电，因此在交界处形成了内建电场。在电场作用下，电子又会从P 区向N 区进行漂移，当扩散运动和漂移运动达到平衡时，交界处形成的一定厚度的空间电荷区称之为P-N 结。2）光照的激发和内建电场的综合作用下，自由电子发生定向移动，产生电流。当光照射在P-N 结上时，P-N 结甚至其他地方的电子受到激发成为自由电子，这些自由电子在内建电场的作用下开始定向移动，从而产生电流。

图表3: 光伏发电原理示意图

3、传统光伏电池的制备流程

我们以传统Al-BSF（铝背场）电池的生产流程为例，介绍光伏电池生产的一般流程，主要包括7 道环节：制绒清洗、扩散制结、

刻蚀和去磷硅玻璃、制备减反射膜、丝网印刷、烧结和分选。

?清洗：切割后的硅片表面通常存在一层10~20 微米厚的切割损伤层，需要通过碱性溶液或酸性溶液进行去除。经过清洗后的硅片，进入制绒环节。制绒方法包括机械刻槽法、反应离子刻蚀法和化学腐蚀法，生产中大多采用化学腐蚀法，即通过加入特定化学溶液腐蚀硅片表面，形成不规则的绒面。单晶硅通常用碱性溶液进行处理，形成倒金字塔的绒面；多晶硅通常用酸性溶液处理，在表面形成孔状绒面。

?扩散制结：在扩散制结环节，硅片被放在扩散炉的石英容器内，在高温下使用氮气将三氯氧磷溶液（POCl3）带入容器内进行反应，掺杂物质通过硅原子之间的空隙向硅片内部渗透扩散，形成P-N 结。

?刻蚀：由于在扩散制结环节中，硅片的表面和边缘也会被扩散上磷，导致P-N 结的正面收集到的电子会沿着边缘有磷的区域流到P-N 结的背面，导致短路。因而，扩散制结后的硅片须经过刻蚀，借此除去硅片边缘的P-N 结和磷硅玻璃层，防止出现短路的情况。

?减反射膜沉积：经以上处理后的硅片，往往会经过PECVD 设备（等离子体增强化学气相沉积）的处理，在硅片表面形成一层减反射膜来减少太阳光的反射。

一般光伏电池完成以上非金属工艺环节后，将直接进入金属工艺环节，也就是印刷电极和烧结。

?电极印刷：电极印刷的工艺包括丝网印刷、激光刻槽埋栅、蒸镀工艺等，其中丝网印刷工艺是成本最低也是应用最为普遍的一种。

?烧结：完成电极印刷后须进行烧结，以促使金属电极与半导体衬底接触时形成欧姆接触。为形成良好的欧姆接触，在电极印刷环节，需要注意硅片、浆料、掺杂浓度等工艺的优化，烧结环节则需要对烧结温度、烧结时间和升降温速率加强把控。

?分选：完成烧结后的电池片需经分选机的检测，达到分档的目的。

图表4: AL-BSF 电池流程示意图

图表5: AL-BSF 电池分层结构