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HJT设备行业竞争格局
  • 2021-10-21 18:55:36
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  • 来自:西部证券

  HJT设备需平衡设备稳定性和成本,PECVD和RPD/PVD设备是核心。HJT电池生产工艺主要包括清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积、电极金属化,四个工艺流程对应的设备价值量分别占比10%/50%/20%/20%,PECVD价值量占比最高。由于HJT电池对设备要求较高,真空度、洁净度、膜厚度、压力、沉积速率等各种因素都会对镀膜质量产生影响,非晶硅薄膜沉积、TCO膜沉积是影响电池效率和稳定性的核心工艺,因此PECVD和RPD/PVD是HJT的关键设备。

  

  HJT设备正进行国产替代,拥有整线交付能力的企业优势明显。早期HJT产线以梅耶博格、YAC、Rena等外资品牌设备为主,2017-2018年HJT设备投资额在9-12亿/GW,设备投资额较高。2019年起通威、爱康、华晟等电池厂商开始在部分设备上选取国产厂商,仅用2年时间,设备投资额快速降至5亿元/GW以下,与此同时外资品牌因经营情况差,Amtech、梅耶博格、REC等相继退出光伏设备市场。

  目前迈为、钧石、捷佳伟创成为国内竞争实力较强的HJT设备供应商,迈为和钧石已具备整线交付能力。由于HJT设备技术门槛高,拥有整线设备交付能力的供应商将有更强的成本控制和议价能力,未来整线设备商市场集中度有望持续提升。

  清洗制绒:国产替代是必然趋势,捷佳伟创和迈为具备潜力

  清洗制绒直接决定HJT电池特性。清洗制绒是HJT电池生产的第一步,清洗制绒是利用KOH腐蚀液对N型硅片进行各项异性腐蚀,即在硅片表面形成绒面,可将硅片表面反射率降低至12.5%以下,从而产生更多的光生载流子。由于HJT是低温工艺,无法通过高温工艺除去杂质,因此清洗制绒制备较为关键。

  臭氧清洗工艺更具备发展潜力。制绒清洗工艺包括RCA清洗法和臭氧清洗法,RCA清洗通硫酸和过氧化氢制成高浓度混合溶液来进行清洗,优点是清洗效果好,但清洗成本较高,成本约0.32元/片。臭氧清洗是通过臭氧超纯水来进行清洗,既可实现硅片表明的高效清洗,同时可节省化学品用量,成本约为0.25元/片,成本更优,臭氧清洗已逐步取代RCA清洗并在量产中推广。

  

  YAC清洗制绒设备性能强,但价格较贵。目前制绒清洗海外设备商主要是日本YAC株式会社、德国Singulus和德国Rena,外资设备中YAC实力较强。YAC设备节拍可达8000~10000wph,碎片率低于0.03%,单晶制绒反射率在11.1%-11.4%。目前已建成的HJT产线中60%以上采用的是YAC的清洗制绒设备,但进口设备价格较贵,一台进口的250MW的清洗制绒设备价格约1000万元,对应1GW产线设备投资额约4000万元。

  捷佳伟创清洗制绒设备具备较高性价比。国产设备商主要是捷佳伟创、北方华创。目前捷佳伟创已形成清洗制绒供货能力,通威、中威、金石能源的HJT生产线均有采用捷佳伟创的清洗制绒设备。捷佳伟创设备节拍达3200~6400wph,碎片率低于0.05%,单晶制绒反射率低于11%。公司研制了最新全自动配液、高精度补液术以及硅片表面预脱水技术,设备性能与外资品牌差距正不断缩小。国产设备价格便宜,一台国产的330MW的清洗制绒设备价格约500万元,对应1GW产线设备投资额约1500万元,约为进口设备价格的37%,具备较强的性价比优势。

  清洗制绒设备国产替代是必然趋势。目前捷佳伟创已顺利实现清洗制绒设备的国产化,其设备性能有望通过研发投入持续提升。迈为股份也通过与参股江苏启威星引进YAC全套技术,并结合了自有的半导体湿法技术,突破了HJT清洗设备,加入整线解决方案中。由于清洗制绒设备技术门槛不高,加上国产设备厂商技术迭代快、成本低,捷佳伟创和迈为股份均具备较强的国产替代实力。

  PECVD:设备降本的关键,迈为实力强

  PECVD为主要的非晶硅薄膜沉积技术。HJT电池生产的第二道工序非晶硅薄膜沉积,主要有PECVD和HWCVD两种工艺,HWCVD是日本三洋选择的方案,优点是沉积非晶硅质量较好,缺陷更少;缺点是镀膜均匀性较差,碎片率较高,电耗偏高。因此,PECVD凭借良好的质量和稳定性成为主流薄膜沉积技术。

  PECVD设备技术壁垒高。PECVD通过微波或射频波使腔室内的反应气体分子电离,形成的高化学活性等离子体,在基片表面发生化学反应,沉积成膜。PECVD在传统晶硅电池中沉积的薄膜厚度均大于100nm,而在HJT中PECVD在硅片正反面先后沉积两层非晶硅薄膜用作钝化层,钝化层的厚度需控制在5-10nm,对薄膜的均匀性、致密度、容错率要求非常高,直接影响电池片的转换效率,因此是HJT设备中技术难度最大的设备。

  PECVD有多种技术路线,核心为保证质量、提升效率。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,可分为线列式和团簇式;根据射频频率的不同,可分为RF-PECVD和VHF-PECVD。不同的路线核心都是为了在保证镀膜质量的同时,提升产能、降低成本。

  RF-PECVD技术是目前主流技术。气体分子在射频场下被电离成等离子体,按照射频频率可分为RF-PECVD和VHF-PECVD,其中13.56MHz为RF-PECVD,30-300MHz之间为VHF-PECVD。VHF-PECVD高频下薄膜致密性佳,导电率高,但是薄膜均匀性变差,容易出现脱落或纹路,目前理想能源应用此技术。RF-PECVD虽然沉积速度慢,但薄膜均匀性好,透光率高,目前为主流技术,迈为、钧石、应材、梅耶博格均采用此技术。

  

  线列式VS团簇式,线列式串列是目前主流技术,团簇式具备发展潜力。线列式串列是指单一腔室内仅进行单一类型薄膜的沉积,各沉积腔室呈链状直线排开,此工艺占地面积较大,但传递简单,目前迈为、钧石、理想、日本真空均采用此工艺。线列式并列技术工艺易调整,但是传递过程中容易污染,目前梅耶博格、精矅采用此技术。团簇式设备以中央传输室为中心,各腔室相互独立、互不干扰,可同时处理较多硅片,产能较大,但需要采用机械手进行硅片传送,传输过程易造成碎片,自动化要求极高,目前应用材料、INDEO采用了这种技术。

  静态VS动态,迈为准动态技术具备优势。静态镀膜是指硅片在成膜期间静止不动,等离子体需要不断的开启和关闭进行镀膜,优点是运行稳定、成品率高,缺点是生产效率低、成本高,目前梅耶博格、应材、钧石、理想采用静态镀膜,生产节拍在2400-5000wph之间。动态镀膜是硅片按照特定的速度移动,等离子体在腔室内不间断生产,优点是生产效率高,但生产不稳定,产品质量难以保证,目前迅力光电采用动态镀膜。迈为股份结合动态和静态两种工艺优势,研发出准动态镀膜技术,在稳定生产的情况下,生产节拍达5000-8000wph,大幅提升效率,降低成本。

  与外资品牌相比,内资PECVD设备具备较强性价比优势。PECVD在HJT产线中成本占比50%,是设备降本的关键,外资PECVD设备商主要是梅耶博格、应材、INDEOtec,由于外资PECVD设备是内资价格的近2倍,近年来新投的HJT产线普遍采用内资设备,主要设备商是迈为、理想、钧石,捷佳伟创积极布局PECVD设备。

  

  理想设备抽屉式反应腔可提升产能,频率自适应技术镀膜质量优异。理想万里晖的抽屉式反应腔为独家核心技术,沉积腔室内部被分割成多个子腔室,可实现工艺并行运行,使产能翻倍,公司运用频率自适应技术,提升了镀膜均匀性。目前理想的PECVD设备节拍达4000-5200wph,uptime≥90%,碎片率小于0.1%,产品质量优异。理想设备主要应用在通威、华晟、中威产线上。

  钧石设备镀膜均匀性好,产品稳定性高。钧石能源模块化链式PECVD系统采用独特的RF电极设计,电极间距可调节,稳定性好,载板温度均匀,沉积薄膜厚度均匀性好,可兼容M6、M10、G12硅片,设备uptime超过90%,目前节拍最高达5200wph。钧石PECVD目前主要用在通威、金石能源产线上。

  迈为设备生产效率高,规模化量产具备高性价比优势。迈为PECVD设备核心优势是准动态镀膜工艺,目前节拍最高达8000wph,在华晟量产线上各项指标突出,量产转换效率达24.7%,uptime≥98%,碎片率小于0.25%,各项指标优异,且产能较高,具备量产的性价比优势。通威、华晟、阿特斯已采用迈为PECVD设备。5月28日,经德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测试认证,迈为股份研制的异质结太阳能电池片,其全面积(大尺寸M6,274.3cm2)光电转换效率达到了25.05%,刷新了异质结量产技术领域的最高纪录。

  

  PVD与RPD:国产化率高,提升靶材利用率是设备竞争关键

  在硅片表面沉积非晶硅薄膜后,下一个步骤是在硅片正反面沉积透明导电氧化物(TCO)薄膜,该薄膜作用是实现导电、减少反射、并保护非晶硅薄膜。导电性好、透过率高是TCO薄膜需要具备的关键特性。

  PVD镀膜稳定,RPD效率高但存在专利限制。TCO膜的生产主要采用PVD和RPD两种方式,PVD利用加速的高能粒子轰击靶材形成薄膜,是目前的主流技术,镀膜均匀易于控制,工艺稳定,缺点是销量较PERC未拉开差距。RPD是利用等离子体枪产生氩等离子体轰击靶材形成薄膜,较PVD技术有0.3-1%的效率优势,但是设备价格高,且关键部件和靶材、专利受日本住友限制,目前规模化应用较少。捷佳伟创获得日本住友授权,可制造RPD设备。

  PVD国产化率高,降本空间有限。PVD在HJT设备成本占比约10%,外资厂商主要有冯阿登纳、Singulus、梅耶博格,国产厂商主要有捷佳伟创、迈为、钧石、捷佳光电。PVD设备产能目前已达较高水平,冯阿登纳、Singulus、迈为产能分别达到8000/6000/8000片/小时,通过提升产能来降本的空间不大。PVD设备技术门槛低,目前迈为、捷佳伟创、钧石设备性能优异,已成为主流设备商,冯阿登纳等外资厂商也通过在国内设厂来降低成本,PVD国产化进展顺利,降本空间相对有限。

  提升靶材利用率是未来PVD设备竞争的核心。靶材的选择决定了薄膜的光电特性,进而影响电池转换效率。目前大部分企业的PVD设备靶材利用率达80%,PVD主要采用ITO和SCOT靶材,RPD主要采用IWO和ICO靶材,未来靶材利用率的提升可进一步提高转换效率,靶材利用率是PVD设备商竞争的关键。

  捷佳伟创RPD设备转换效率高,RPD+PVD一体机具备潜力。捷佳伟创获得日本住友RPD专利授权后,自主研发RPD5500A设备,uptime>90%,膜厚均匀度可控制在5%以内,碎片率≤0.05%,产能可达到5500片/小时,结合新一代的靶材技术和工艺,带来更高的效率和导电性。19年6月为通威HJT产线提供了RPD设备。20年公司推出了PAR5500设备,正面用RPD,背面采用PVD,成本较低,镀膜质量更好,具备量产潜力。

  丝网印刷:国产设备商优势明显

  HJT电池在完成TCO薄膜沉积后,需要进行电极的生产,电极生产是通过与硅形成良好导电性能和高电流收集效率的欧姆接触,收集光生载流子并导出到电池,目前主要使用丝网印刷工艺。

  HJT丝网印刷设备较PERC增量技术少。异质结电池的丝网印刷与PERC的丝网印刷工艺接近,唯一的差别是HJT是低温工艺,丝网印刷需要将温度控制在200-220℃,目前主流的PERC丝网印刷设备商均可提供HJT丝网印刷设备,HJT丝网印刷设备增量技术较少。

  丝网印刷国产化率高。丝网印刷设备在HJT设备成本占比10%,目前丝网印刷进口品牌以应材为主,国产品牌以迈为为主,其余厂商包括mcrotec、捷佳伟创、金辰股份。目前国产厂商的丝网印刷设备成本低于1亿元/GW,国产厂商具备明显优势。迈为在PERC丝网印刷市占率超过70%,有望成为HJT丝网印刷龙头。

【责任编辑:sunnyz】
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