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HJT设备龙头迈为股份

  • 作者:sharks
  • 2023-07-02 14:07:54
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研发推进HJT进展加速

HJT电池制备有四大核心工艺,包括清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积、电极金属化。

对应的设备价值量分别约为8%-10%、50%+、20%+、15%-20%。引入退火吸杂后,完整工艺流程和各环节主要厂商如下

之前HJT产业化面临两大难题,一是量产转换效率尚未较PERC取得足够的效率差优势,二是量产成本相比PERC仍然较高。

在HJT提效降本的过程中,电池设备企业主导工艺革新,较大程度确定电池转换效率与成本的基准水平。

尤其是价值量占比最高、技术难度相对较大的瓶颈设备PECVD和PVD是核心。一方面,设备硬件结构设计及参数指标的优化,能够提升HJT电池转换效率和量产稳定性;

另一方面,单台设备产能的增加和设备国产化,可降低初始投资成本和HJT电池综合成本,进而提升HJT电池量产经济性。

因此HJT设备产业化的关键在于有效平衡量产稳定性与成本竞争力。

目前迈为通过技术与工艺研发,从设备与材料两端共同降本增效,首先解决了HJT的量产效率问题,成本下降也在如期推进,引领着HJT行业发展。

PECVD设备

非晶硅薄膜沉积设备主要优化方向为保证镀膜质量的同时放大设备产能,硬件成本的增加幅度需尽可能小于产能提升幅度,从而达到降本目标。

目前有等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和热丝化学气相沉积(Cat-CVD/HWCVD)两种技术路线。

HWCVD成膜质量非常好,但镀膜均匀性较PECVD差,且热丝作为耗材,成本较高,而且工艺过程中可能会导致金属污染(热丝导致),目前主流厂商均采用PECVD的路线。

镀膜质量方面薄膜质量直接决定了HJT电池的转换效率和良率,改进核心在于围绕等离子体对腔体、传输结构、射频系统等进行匹配,保证薄膜的均匀性、致密性、厚度、透光率等多个指标达到较高水平。

HJT存在效率分布较宽的问题,批次间稳定性面临一定挑战,对反应腔设计和清洗提出了更高的要求。

设备产能方面做大腔室和做多腔室是目前提升PECVD设备产能的两大主要方向,但做大腔室易带来镀膜不均匀问题,做多腔室路线下设备成本下降空间则较为有限。

在腔室数量/大小一定的情况下,PECVD的工艺设计也会决定设备的产能提升潜力。

诸如传输结构、腔体设计、射频系统、相位调制技术、传动方式、硅片装载数量、清洗方式、预热方式等方面的微小改进都有可能带来工艺节拍的缩短、uptime的提高、良率的提升,进而提高设备的生产效率和产能。

PECVD根据等离子发射源的运作情况,可分为动态和静态PECVD;根据设备结构,可分为链式、团簇式和U型PECVD;根据射频频率的不同,又可分为 RF-PECVD和 VHF-PECVD(甚高频)。

从市场主流PECVD供应商供应的PECVD特点看,迈为股份采用的准动态镀膜+VHF+多腔室的产线设计的设备在平衡设备产能与制造成本之间具备明显优势。

各厂商PECVD设备参数对比如下

由于非晶硅薄膜沉积过程对各种环境因素的变化具有高度敏感性,动态镀膜工艺中硅片处于移动状态,会在腔室内引入气流紊乱,严重影响薄膜质量,因此,大多数公司采用了静态镀膜工艺。

迈为结合动态和静态两种镀膜工艺的优势,开发了准动态镀膜方式,将腔体使用效率从40%提升至70%,并结合I-IN-P分层优化镀膜工艺,通过独立腔体完成独立子层镀膜,减少镀膜时电池背部污染,提升0.2%的电池转换效率。

RF-PECVD的频率一般为13.56MHz,VHF-PECVD的频率一般在30-300MHz之间,射频频率与薄膜沉积速度正相关,同时高频场下薄膜缺陷更少、致密性更佳、电导率更高。

但高频场极易导致更多非均匀源的出现,从而引发驻波、奇点等效应,膜面容易脱落或出现条纹,使得薄膜的均匀性变差。

迈为通过喷淋电极板放电阴极结构进行优化,采用弧面结构设计和气孔疏密排列设计两种方式来提高膜层质量与其均匀性,匹配多腔室的工艺(通过减少腔体长度,增加腔体个数,减少驻波效应)使得VHF工艺得以量产使用。

微晶工艺因其对电池转换效率的提升,将成为HJT的标配工艺。但微晶工艺与大腔室不匹配,迈为采取的VHF+多腔室设计能更好的匹配微晶工艺。

因此,虽然钧石采用的RF+大腔室设计,在非微晶时代,拥有更大的产能,成本更低,但是考虑微晶工艺后,钧石用RF+大腔室,单面微晶能提升0.3%-0.4%的电池转化效率,迈为用VHF+多腔室,单面微晶提升0.5%-0.7%的电池转化效率。

考虑到今年底各家厂商都将开始采用双面微晶工艺,迈为VHF+多腔室的优势会更明显。

设备结构方面,理想万里晖采用U型堆叠式,这种结构设计镀膜均匀性和电池效率最高,是最适合实验室需求的设计,汉能、隆基都是使用堆叠式创造了电池转换效率的世界纪录。

其缺点是产能特别小,U型排布制造难度较高,单位产能的成本比迈为单位产能的成本高,不能大规模量产应用,通威和华晟使用堆叠式方式的量产进程都非常不顺利。

捷佳伟创在异质结电池制造设备领域起步较晚,其依托管式P-PERC的经验,发展的是管式PECVD技术。

其优点是产能高,捷佳管式PECVD技术的理想产能比迈为VHF、钧石RF、理想堆叠式的产能高。

其缺点也很突出,一方面管式PECVD温度的均匀性差,镀膜均匀性较差;另一方面管式PECVD会产生绕镀现象。

PERC对绕镀要求不严格,但异质结电池对绕镀要求较为严格。去除绕镀需要增加背部刻蚀工艺,增加产线流程和设备支出。

PVD设备

由于非晶硅的导电性较差,所以在HJT电池的制作过程中,在电极和非晶硅层之间加一层TCO膜可以有效地增加载流子的收集。

HJT相较于晶体硅太阳能电池最突出的特点就是需要制备TCO薄膜。导电性好、透过率高是TCO薄膜需要具备的关键特性。

在工艺方面,目前主要采用PVD(磁控溅射)和RPD(反应等离子体沉积法)两种方式。传统的PVD技术是运用SPUTTER磁控溅射,使用ITO(氧化铟锡)靶材;

RPD技术则是利用特定的磁场产生稳定、均匀、高密度的等离子体,使用IWO(氧化铟掺钨)靶材。

PVD技术的优势在于设备成本较低,成膜均匀性更好,镀膜工艺稳定,能够满足大规模产业化需求,但由于等离子体中包含大量高能粒子,会对基板表面产生强烈的轰击刻蚀作用,且沉积速率较慢。

而RPD技术制备的TCO薄膜结构更加致密、结晶度更高、表面更加光滑、导电性更高、光学透过率更好,可以提高0.3%的电池转换效率,适合实验室刷数据。

缺点在于设备成本较高,且RPD采用蒸镀,靶材容易落到腔体,需要定期开腔回收和清洗,连续生产性较差,不适合量产。

另外RPD核心专利技术被日本住友垄断,故现有产线基本采用PVD路线。捷佳伟创获得日本住友授权,可制造RPD设备。

PVD整体工艺较为成熟,难度低于PECVD,各家设备厂商在技术端差异不大,目前主流厂商的设备已经达到较高的设备产能,产能提升并非PVD设备向上优化的瓶颈

努力方向在于在不牺牲TCO薄膜透光性、均匀性、传导性等指标的情况下降低铟耗量,减少稀有金属带来的高成本和未来的用量制约。

迈为PVD设备具备目前最高的设备产能。各厂商PVD设备参数对比如下

HJT的PVD设备需要同时兼顾靶材耗量与膜层均匀性。通常,靶材耗量主要取决于靶材的利用率、靶材的无效镀膜宽度、载板的有效摆放率等。

迈为通过优化载板设计在有效提升硅片摆放率(同样的面积下放下更多硅片)的同时保证载板的强度及平稳的高速运行。

从设备端降低单片硅片的靶材耗量,并引入叠层回收铟工艺提高靶材利用率,实现将ITO靶材使用量从130mg/片降低至90mg片。

迈为还在靶材上通过工艺研发推进降本。迈为在今年Q2采用AZO(铝掺杂的氧化锌(ZnO)透明导电玻璃)+ITO的工艺,将背面的ITO导电膜替换成更便宜、更易得的AZO,靶材变更为45mg/片ITO+45mg/片AZO,靶材成本也将从0.04元/W降低为0.02元/W。

钢板印刷

HJT的丝网印刷设备与PERC较为类似,唯一差别是HJT为低温工艺,印刷温度需要控制在200-220℃左右。

目前主流的PERC丝网印刷设备商均可以提供HJT所用的丝网印刷设备,技术增量较小。迈为股份在PERC丝网印刷的市占率超过70%,有望继续在HJT领域保持丝网印刷的龙头地位。

迈为储备2年的全开口钢板印刷技术在今年底导入量产,预计银耗量可以降低20%到120-130mg/片。这也是纯银路线的最低基准数值。

全开口钢板印刷从以下两方面降低银浆成本

从栅线高度上来看,传统丝网印刷技术的常规网版有网节,导致栅线高度不均匀(带来木桶效应,导电性能看最低的栅线高度,丝印的栅线高度不匀(10-16μm),导致浆料浪费);全开口钢板技术印刷高度均匀,为13-14μm。

从栅线宽度上来看,传统丝网印刷的宽度为45-50μm,全开口钢板技术印刷宽度仅26μm(未来可以控制到20μm),节约浆料用量,且栅线高宽比达50%以上,导电性能优化。

激光转印技术同样可以通过降低栅线宽度、增加栅线高宽比,来节约银浆耗量。但该技术在两年半前因为量产成本较高、HJT低温工艺与激光技术的不匹配等原因被迈为放弃,技术团队核心成员目前在帝尔激光。

全开口钢板印刷技术是对成熟丝印技术的优化,良率高,改造成本较低,仅需在现有印刷设备上进行小规模改造即可实现,且该技术原材料是钢片,成本低。一旦导入验证之后,相比成本高得多、性能相似的激光转印技术,优势很大。

当然,钢板印刷技术可以定性为电镀铜技术未成熟之前的过渡技术,去银化的电镀铜技术才是电极金属化环节的终极解决方案。

降低银耗

除了从钢板印刷技术出发,在设备端降低银耗,迈为还通过2种手段在材料端降低银耗,推进HJT生产成本的下降。

银包铜

迈为目前联合下游厂商在积极地推动银包铜技术的进步和验证。现在导入的是含银量45%的银包铜浆料,未来极限比例为含银量30%(对应银36mg)。

因为银包铜工艺是材料体系的改变,不是设备技术的变更,因此只需要其可靠性通过验证,厂商可以直接使用银包铜。

目前含银量45%的银包铜已经通过了电池端和组件端的验证,只需通过电站端验证后厂商就可以规模化应用,关注今年Q3、Q4银包铜的验证进展。

电镀铜

因为纯铜浆固化之后会氧化,其电阻率会很高,所以目前的印刷技术无法使用纯铜浆,采用银包铜进行过渡。

电镀铜技术可以用铜浆完全替代银浆,极大降低HJT的生产成本,并将格栅的线路做的更细,线宽线距做到10μm以内,提高0.3%-0.5%的电池转换效率,被视为HJT电极金属化环节的终极解决方案。

目前电镀铜技术量产的限制主要是

设备主要进口,成本高,需要国产设备替代;

水平电镀效率低,单台设备产能低,这进一步加大了单GW投资额。目前电镀铜设备约1.8亿元/GW,是丝印设备的5-6倍;

耗材成本高,铜电镀中图形化处理环节处理需要使用干膜等耗材,目前应用铜电镀的成本比银浆高,需要廉价材料替代目前昂贵的干膜;

环保问题,废弃干膜等有机污染物、电镀环节中的氰化物/氨氮废物需要两道水处理,带来环评问题和成本增加。

目前,隆基、通威、迈为、钧石等电池和设备厂商都在布局电镀铜技术。

设备招标与竞争格局

下游厂商对HJT的布局自2020年以来加速,2019年以来主要厂商招标详情如下表

可以看到,早期,为了验证各个环节各家设备的实际性能,产线以混合线为主,以通威为例,4条产线组合,交叉验证。

随着数据的积累、性能的验证,以及整线设备能更好的满足客户工艺调试和优化需求,21年至今,厂商逐渐倾向于整线采购,迈为凭借先发优势+整线卡位,逐渐占据市场大部分份额。

国外厂商设备自2020年下半年便基本退出国内市场竞争,梅耶博格目前设备已不外供。迈为自2019年以来的市场份额如下

截止2020/9,根据公开数据,全市场已招标32.2GW,迈为拿到83%的订单,行业招标量和迈为市占率都超出了年初的市场预期(20-30GW、70%份额)。

目前主要厂商HJT产能及后续待建规模如下(不考虑仅处于规划阶段的厂商)

迈为优势总结——技术领先、整线卡位

HJT设备产业化的关键在于有效平衡量产稳定性与成本竞争力。总体来说,迈为在HJT设备方面工艺开发领先,布局全面,一开始就沿着最优的道路前进,实现了量产产能、量产稳定性与成本的良好平衡,并推动行业降本增效,竞争力较强。

在清洗制绒环节,迈为通过参股江苏启威星(2020.8)引进YAC全套设备,YAC的设备性能好,产能可达8000-10000wph,碎片率低,制绒反射率保持在良好范围内。目前建成的HJT产线中60%采用YAC的清洗制绒设备。后续将通过国产化降低成本。

在核心非晶硅薄膜沉积环节,迈为的PECVD设备多次迭代,采用准动态镀膜+VHF+多腔室工艺,腔体利用率从40%提升至70%,产能达到11000片/h以上(还可提升)。

叠加微晶工艺,量产转换效率达到25.6%,均为行业最高,其他各项指标也领先。在TCO膜沉积环节,迈为的PVD设备产能达到11000片/h以上,为行业最高。

同时迈为通过设备优化+叠层回收,在设备端降低靶材耗量,又通过材料体系改进,进一步降低靶材耗量,推动HJT降本。

在电极金属化环节,迈为在巩固其原有丝网印刷设备的竞争地位基础上,推出改良的钢板印刷,降低银耗,提升电池转换效率,继续占据该环节优势地位。

迈为通过推进银包铜技术加快银浆成本下降,研发最终解决方案电镀铜技术。在设备与材料端都推动着HJT行业的量产进度。

HJT诞生历史较早,但因为投资成本和工艺成本较高,一直未能大规模商用量产,HJT设备最早同样由国外设备商垄断。

但随着中国光伏产业链的成熟,全球光伏制造环节重心不断往中国转移,2021年中国各环节产量在全球的占比进一步提升,硅料/硅片/电池/组件分别提升至78.8%/97.3%/88.4%/82.3%。光伏行业技术发展话语权逐渐由中国企业掌握。

以迈为为首的国内设备厂商利用PERC时代红利积累下的技术、品牌口碑和资金,HJT设备进展迅速,并在国内HJT玩家布局之初被大量引入使用。

不同于PERC时代的国产替代进程中,中国厂商追赶国外厂商所体现出的后发优势,目前国内电池设备厂商在生产节拍、可靠性、性价比方面领先国外竞争对手,主导HJT工艺革新,体现先发优势。

从上一节2019年以来下游厂商设备招标数据可以看出,国外设备从一开始便仅有少量订单,而随着国内设备厂商在中试线中的比拼,迈为凭借整线能力、设备性能优势和性价比,逐渐占据主导地位。

这形成一个正向循环,更多的设备订单,让迈为有更大量的产线数据积累经验,不断正反馈加速技术改进,拉开和竞争对手的差距;

已有客户的数据验证和口碑也会在新客户拓展时助力;而光伏行业追求极致降本增效的特征,让下游客户更倾向于向拥有最先进设备的厂商下单,如此循环,巩固迈为的先发优势。

行业空间测算

根据几个核心假设,我们可以测算出2025年HJT新增产能将达到190GW,对应当年新增设备市场空间570亿元,累计产能渗透率达到58%,

首先,最大的前提是HJT电池降本增效符合预期,凭借生产成本优势和发电效率,在23-25年迎来需求爆发。

其次是全球光伏装机规模与电池片产能利用率预测。因为电池片产能利用率的存在,HJT设备高峰需求规模大于实际产业生产需要的产能(和光伏过去一样,产业链产能过剩是主旋律)。

渗透率方面, HJT将凭借其优势在新增产能中占据绝大部分市场,但不同于PERC替代BSF时达到的90%以上的渗透率,未来不同应用场景下电池技术将更加多元化,预计HJT在新增产能中渗透率将达到70%的水平。

而在存量非HJT的产能中,随着HJT与存量电池性价比优势的扩大、配套产业链的成熟、以及存量设备投资回报的收回,HJT会陆续替代存量设备,预计2025年比例达到30%。

对于单GW设备投资额,一方面随着零部件国产化和设备产能的增加,单GW设备投资额将下降,另一方面在降本增效方面工艺的改进、设备的升级会带来单GW设备投资额的上升。

以今年为例,虽然去年底设备投资已经下降到4亿元/GW,但今年的整线设备增加了退火吸杂和双面微晶设备,整体价值量仍然维持在了4亿元/GW。

因此中性假设2025年单GW设备投资额将下降至3亿元。

迈为的估值

新技术设备环节投资方法论

迈为作为专用设备厂商,其下游客户主要是大B类型的光伏电池厂商和一体化组件厂商,下游客户对于新技术的应用会带来新设备订单的激增。

从来带来设备厂商业绩的爆发式增长——这也是大家在新技术处于渗透率提升前期,热衷于挖掘“铲子股“的原因(估值与业绩的戴维斯双击)。

对于这类型股票,新技术渗透率的两个拐点便是最重要的跟踪指标(一个是渗透率从极低开始快速提升的拐点,一个是渗透率减速的拐点)。

针对渗透率快速提升的投资时期,设备公司的投资机会也分为两个阶段。

第一阶段,设备公司新技术开始被验证,订单开始爬坡,股价的最核心前瞻指标是订单。这个时候因为新业务体量仍小,无法贡献足够业绩,公司的当期估值看起来很高;

第二阶段,新技术被进一步验证,下游大规模应用,订单爆发(比如PERC对BFS的替代,三年内就完成从个位数占比到接近100%的渗透率提升)。

这时候新业务带来足够多的业绩增量,设备公司业绩爆发,股价的前瞻指标变为订单+业绩。业绩的爆发程度决定了股价的高度(估值匹配PEG)。

迈为目前便处于从第一阶段逐步向第二阶段过渡的时期。

前文提到,因为光伏行业技术迭代快、行业追求极致的降本增效,龙头设备厂商的成本曲线也随之快速迭代,这导致龙头设备市占率较高,行业竞争格局较好。

同时龙头公司更领先的工艺积累,使得其能为下游客户创造更大的价值,并依据竞争优势拿走其中的大部分。

因此光伏设备和半导体设备类似,在稳定增长期,可以稳定维持较高水平的盈利,业绩爆发的空间更大。

这带来迈为远期业绩更高的可预测性和潜力,我们可以大致测算迈为在HJT渗透率快速提升阶段的业绩峰值和市值高点,并以此作为投资参考。

当然,随着新技术带来的业绩释放和渗透率的提升,这时候的表观估值似乎会非常便宜,但这往往也是订单增速拐头、估值持续回归制造业平均水平的阶段,市值也是顶部区间了。

这时候的研究重点便是下一轮技术周期或者公司自身的第二增长曲线了。

光伏行业最近也是最典型的例子便是晶盛机电了——这一轮硅片环节技术扩散带来的扩产潮接近尾声

公司的净利率达到制造业中惊人的30%,而估值回落到仅有20+倍,后续的看点也变成了碳化硅等半导体业务带来的第二增长曲线。

关键假设

HJT降本增效

成本

预计HJT电池今年底和PERC持平,明年体现生产价格优势。

银耗降低进度钢板印刷年底在客户端的导入情况、银包铜年底在电站端的验证、银包铜比例的实现、国产银浆价格下降进度、电镀铜技术未来的进展;

靶材耗量下降进度设备端降铟成果、材料替代进度;硅片成本下降进度硅片薄片化进度(今年底130μm的实现)、N、P硅片价格收敛进度;

设备投资额下降进度国产产业链配套进度、产能提升进度。

电池转换效率

关注年底金刚玻璃和华晟双面微晶电池片的效率(25.5%的目标)、明年工艺调试及大规模量产的效率目标(26%)。

降本和增效关键总结如下

HJT设备市场空间

影响HJT设备扩产规模最大的变量是上述降本增效的进展。其余关于光伏新增装机规模、电池片产能、HJT渗透率、单GW设备投资额等参数的的假设见上文。

迈为市占率及净利率水平

前文从行业特征已经论证,光伏设备行业体现通胀属性、龙头市占率高。同时2019-2022年至今迈为在HJT招标中的订单份额从50%提升至70%。

考虑目前行业订单以整线为主(行业初期、设备厂商主导技术创新),后续随着HJT的放量,行业know-how从设备厂商逐步转移至下游厂商。

设备采购会从整线逐步变为分环节采购(取决于技术迭代速度和技术扩散速度),因此根据转移速度,假设2025年迈为的市占率为50%—70%的区间。

HJT业务利润率水平预计在20%-25%,则2025年迈为HJT业务净利润预测如下

当然,随着时间推移和跟踪,上述所有假设均需要不断修正以贴合行业最新情况,这是综合当下息所做出的预判。

远期市值空间

根据上述关键假设,迈为2025年HJT业务净利润预测均值为77亿元,给与20倍远期稳态估值,则迈为HJT业务2025年市值为1540亿。

预计半导体业务2025年收入50亿元+,给与10倍PS,半导体业务500亿+,则迈为2025年远期市值空间为2000亿+。


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