TOPCON电池介绍

作者d

9月 26, 2022

TOPCON电池介绍

TOPCON的全称是Tunnel Oxide Passivating Contacts,翻译为隧穿氧化层钝化接触,是在2013年提出的一种N型硅片电池技术。从工艺技术上看,TOPCON电池技术与传统的 PERC电池主要区别在电池背面制备一层超薄氧化硅,然后再沉积一层掺杂硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构,有效降低表面复合和金属接触复合。

由于超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲,从而形成场钝化效果,电子隧穿的几率大幅增加,接触电阻下降,最终提升转换效率。

 

由此可见,TOPCON的核心工艺为界面氧化物生长(形成1.2-1.5nm的超薄氧化硅)、本征多晶硅沉积及多晶硅掺杂,现存的技术路线有好几种(分别以LPCVDPECVDAPCVDALDPVD作为核心设备),但相对成熟的是LPCVDPECVD

 

LPCVD全称为为低压化学气相沉积法,是由梅耶博格研发的热处理工艺,在这条技术路线下,又可细分为两种方案:

 

一是本征+扩磷,即LPCVD制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺。此工艺成熟且耗时短,良率较高,生产效率高,已实现规模化量产,但绕镀(工艺气体通过硅片与载板边缘并绕到硅片非镀膜面进而产生绕镀问题)和成膜速度慢是目前最大的问题。该技术为目前TOPCON厂商布局的主流路线,主要是晶科能源天合光能

二是直接掺杂,即LPCVD制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺。离子注入技术是单面工艺,掺杂离子无需绕度,但扩硼工艺要比扩磷工艺难度大,成膜时间240min左右,是本征的2倍,需要更多的扩散炉和两倍的LPCVD导致投资成本高,沉积完之后进行退火激活,与本征相比良率差一些,转化效率要高一些,主要是隆基股份布局。

除了LPCVD之外,PECVD也是有较强竞争力的路线,具体为在射频源激发的电场作用下,反应气体分解成电子、离子和活性基团进行有关的反应。在PECVD路线下,又可细分为微波PECVD、管式PECVD和板式PECVD。微波PECVD沉积速率高达100A/s,但目前沉积的氧化硅膜较厚,且维护成本比较高。管式PECVD和板式PECVD同样可以实现原位掺杂和无绕镀,但也存在含氢、维护成本高等问题。

 

总体而言,PECVD方法沉积速度快,可实现原位掺杂,避免过度绕镀,无石英管耗材,简化很多流程,实现大幅降本。但仍存在气体爆膜现象导致良率偏低,稳定性有待进一步观察,因此产业化进程相对LPCVD较慢。

 

由于和PERC工艺相比,TOPCON额外增加了2-3道工艺和设备,PERC产线可以通过升级成为TOPCON产线(不过产能比不上全新的产线,只能说尽量增加产能)。目前,国内落地的较大规模TOPCON产能主要为晶科和中来:



中来股份泰州2.1GW项目,201652日开工,2016912号第一片单晶双面电池片顺利下线。截至2019年末,中来股份控股子公司泰州中来"年产2.1GW N型单晶双面太阳能电池项目"已全部建成投产,2020年二季度电池产能为2.1GW

中来股份泰州1.5GW项目。根据新闻,2021128日,中来光电J-TOPCon 2.0 1.5GW智能电池工厂投产仪式、中来股份汇报交流会暨国电投合作签约仪式在泰州市姜堰区成功举办。到2021年末,中来股份有NTOPCon电池产能3.6GW

中来股份山西年产16GW高效单晶电池智能工厂项目。2021522日正式签约,项目计划总投资约56亿元人民币,用地面积约600亩,主要建设中来股份年产16GW高效单晶电池智能工厂项目,项目分期建设,其中一期建设8GW,建设周期为24个月。根据中来股份202111月的调研,公司预计到2022年末TOPCON产能达到10GW左右。

中来股份目前使用的技术是独家的popaid设备(可能是LPCVD的直接掺杂方案?),实现单面poly和单面掺杂一步完成,减少去除poly绕镀的刻蚀步骤,使原来TOPCon电池12道制造工序缩短为9道工序,真正意义上解决了原来电池生产的绕镀问题,不仅提升了电池的转换效率和良率,而且降低了生产成本。

202110月末的调研中,公司说TOPCON电池成本已和PERC电池9道工序的成本相近。未来,公司将继续优化流程,下一代3.0技术就是降到7道工序。

根据公司新闻和雪球有关信息,J-TopCon 是中来公司与江苏杰太光电公司合作,利用其独创的线性等离子源技术,共同开发的一套全新的POPAID技术。而其中最核心的popaid技术专利所有者,是江苏杰太光电公司。

江苏杰太有三个股东,分别是泰州中来33%、泰州国资33%、常州比泰34%popaid技术是中来和杰太的设备是双方共同合作研发出来的,比太的上官博士在镀膜方面非常有经验)。

晶科能源安徽16GW项目。一期规划8GW202198号正式开工建设,土建仅用时52天,2021111号交付机电安装。机电安装仅用时40天,20211210号交付设备进场。设备调试仅用时24天,202214号全线贯通首片顺利下线。

整个8GW项目从开工到投产,仅用时118天,项目建成达产后预计年产值约80亿元。根据20221月的调研,晶科2022年新建Topcon产能16GW厂房,综合爬坡等因素,预计全年出货能够达到10GW左右。


2022年,市场对于TOPCON的落地比较乐观,捷佳伟创202112月中的调研中估计2022TOPCON市场保守估计有50GW,乐观估计有80-90GW,目前已下单的客户是以行业内的主流客户为主,行业外的也有一些在交流。

捷佳伟创认为,目前来看有改造基础、具备经济性的产线并不多,50GW大部分还是新的产线。

市场规模方面,根据中信电新在20211216日的报告《龙头推进,TOPCon 电池产业化或加速》(梳理得挺不错的,本文摘录了不少,大家可以去看看原文),目前PERC电池产线单GW投资在1.5-2.0亿元,如果要升级至TOPCON,单GW仅需0.5-0.8亿元。

根据捷佳伟在202112月中和12月末的调研,捷佳伟创PECVD路线的TOPCON产线单GW投资额1.8-2亿元,如果通过PERC改造升级,单GW投资在5000-6000万元左右(PECVD+硼扩设备占比TOPCON产线投资30%左右)。

根据中来股份202112月末的调研,公司基于TOPCon2.0技术的单GW设备投资在2亿元左右,设备初始投资比PERC高约20%左右。上面的数字基本相互匹配,如果按照2亿元/GW来算,50GW的落地对应市场规模100亿元。

在设备商方面,国内可供交易的标的主要为捷佳伟创金辰股份和拉普拉斯,先看捷佳伟创。捷佳伟创对LPCVDPECVD两个路线均有涉猎,且都有产品提供,目前主推管式PECVD的三合一产品。

公司认为,传统LPCVD路线的石英器件的消耗损耗量很大和绕镀问题一直无法解决,而管式PECVD的三合一产品有占地面积小(一台设备完成三道工序)、无绕镀问题、投资成本低(20218月末调研数据,PECVD三合一1.8-1.9亿/GWLPCVD路线2.1-2.2亿/GW),同时良率还更高(PECVD三合一比LPCVD减少了工序)。

20211214日,根据捷佳伟创公众号,捷佳伟创与润阳光伏签订了PERC+升级TOPCon的整线改造订单,向客户提供5GWPE-poly核心装备,包括PECVD-Poly设备及新款硼扩散设备等,预计20223月份完成出货。捷佳伟创TOPCon电池设备中标的订单总量已近30GW。根据捷佳伟创202112月中的调研,捷佳伟创的目标是在TOPCON中取得50%的市占率。

再看金辰股份。之前我们聊过这个公司,公司是通过变更募投项目来切入的。2019126日,公司披露《关于变更部分募集资金用途的公告》,宣布将IPO募投项目中的"搬运机器人和智能物料传输仓储系统项目""光伏电池片生产自动化系统项目"合计1.5亿元左右的募集资金改投"年产40台(套)隧穿氧化硅钝化接触高效太阳电池用平板式PECVD设备项目",即TopCon太阳能电池用的PECVD装备制造。

根据《关于回复上海证券交易所对公司变更募集资金用途事项的问询函的公告》,该项目总投资2.12亿元,目计划建设期为2年,在第3年开始生产,产量为设计生产能力的50%,并逐年增加,直到第6年达到设计生产能力的100%,即年产40台(套)TOPCon太阳能电池用PECVD设备。

预计项目正常达产后可形成年均销售收入约40,000万元、年均税后利润约7,616万元,相当于每台设备销售收入1000万元,利润190万元,净利率19%左右。

金辰的TOPCON团队是做管式PECVD1GW2.5台(每台400MW)。公司认为这种路线占地小,投资少,设备产能大,以及延伸的绕镀,传统的工艺问题比较小。根据2020年年报和2021年中报,年产40台(套)隧穿氧化硅钝化接触高效太阳能电池用平板式PECVD设备项目的工程累计投入占预算比例分别为12.58%14.07%,工程进度分别为3.52%12%

20219月初的调研来看,与晶澳合作一年半(TOPCon研发线)现进入中试线提效阶段;东方日升400MW中试线良率做到95%-96%PERC一般良率到98%);晶科刚刚订购了一台公司的PECVD,已完成签约。根据202111月初的调研,金辰股份计划在TOPCon技术上做到40%市场份额。

最后看拉普拉斯。公司没有直接上市,但连城数控对其持股25%左右。拉普拉斯走的是传统LPCVD路线,工艺相对成熟。根据201212迈为股份的调研,迈为说晶科安徽的16GW项目(一期8GW)由迈为提供丝网印刷,拉普拉斯供应硼扩和LPCVD核心设备,清洗用了捷佳伟创的设备。天合的500MW TOPCON试验线的设备也是拉普拉斯提供。

总体而言,晶科和中来在2022年都会有比较大的产能落地,其中中来2021年末产能3.6GW2022年末产能10GW左右,主要产品以组件形式外销,预计2022年组件产能10GW,出货6GW;晶科安徽一期8GW已经投产,加上原有的产能,2022年预计出货有10GW。在这两家有大量出货之后,我们则可观察市场对于TOPCON技术的认可以及量产成本情况,这对于其他厂商是否跟进投资相当关键。

在设备和技术方面,中来有自己独家的popaid,不依赖于设备厂;捷佳伟创刚拿下润阳光伏5GW升级订单,在手TOPCON订单有30GW;拉普拉斯是刚刚投产的晶科安徽一期8GW核心设备供应商;金辰股份的设备已经分别在晶澳、东方日升和晶科的产线上实验,目前还在推进研发。技术进步和时代前进总是令人心潮澎湃的,让我们期待TOPCON2022年的表现吧。

作者:周期之期
链接:https://xueqiu.com/4649450597/214882710
来源:雪球

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