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一、异质结电池工艺概览
1.1 异质结电池简介
将 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起时，在其交界面形成的空间电荷区称为 PN 结， PN 结具有单向导电性和反向击穿效应，是半导体器件和光伏电池的主要结构单元。根 据 PN 结内部结构的不同，分为同质结和异质结。HIT 电池是由晶硅衬底和非晶硅薄膜 构成，因此称为异质结电池。
异质结电池最早由日本三洋于 1990 年研发成功，HIT 这个称谓由三洋提出，并被注册 为商标，后来进入异质结领域的企业为了避免专利纠纷而采用了不同称谓，比如 HJT、 SHJ、HDT 等，其含义是一样的，并不意味着技术分支。
➢ HIT:：Heterojunction with Intrinsic Thin-layer
➢ HJT：Heterojunction solar cell
➢ SHJ：Silicon Heterojunction solar cell
➢ HDT：High efficiency Hetero-junction Double-side Technology Solar Cells
1.2 异质结电池结构
异质结电池一般是以 N 型硅片为衬底，在正面依次本征富氢非晶硅薄膜和 N 型非晶硅 薄膜，然后在背面依次沉积本征非晶硅薄膜和 P 型非晶硅薄膜。在非晶硅薄膜两侧再沉 积 80-100nm 的透明导电氧化物薄膜 TCO，最后通过丝网印刷在两侧制备金属电极， 再烧结退火，这样就制成了异质结电池。
传统异质结电池以 P 层为入光面，近年来业内普遍改为 N 型作入光面，在电池结构上 形成 TCO-N-i-N-i-P-TCO 对称结构。
异质结电池能否以 P 型硅片作衬底？理论上可以，但实际生产中普遍使用 N 型硅片：
➢ P 型硅片少子寿命低，输出性能弱于 N 型。
➢ P 型硅片能带匹配度不如 N 型。
➢ N 型硅片更容易钝化，钝化以提高开路电压是 HIT 电池的精髓。
根据隆基官网的 N 型和 P 型产品说明书，P 型硅片少子寿命大于 50 微秒，而 N 型硅片 少子寿命大于 1000 微秒，相差 20 倍。
在 P 型半导体中，空穴是主要载流子，简称多子，电子是少数载流子，简称少子。在 N 型半导体中，电子是主要载流子，简称多子，空穴是少数载流子，简称少子。硅片中 Cu、Au 以及硼氧对等杂质对电子的俘获能力远远大于对空穴的俘获能力。 N 型硅片中， 少子是空穴，更难被俘获，因此少子寿命更高。
1.3 异质结电池生产工艺
异质结电池生产只有四大环节，依次是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO 沉积、丝印烧结， 相较于 PERC 和 TOPCON 工序大幅缩短。
1) 清洗制绒：清洗制绒是电池制造的第一步，N 型电池使用碱制绒，实现 3 个目的：清除表面油污和金属杂质、去除机械损伤层、制成金字塔绒面，减少阳光反射。和 PERC 相比，HIT 需要制作大绒面，以获得更好的钝化效果。
2) 制备非晶硅薄膜：硅片在 PECVD 设备中制做钝化膜和 PN 结。HIT 的高效率根源 于本征非晶硅薄膜优良的钝化效果。晶硅表面存在大量的悬挂键，光照激发的少数 载流子到达表面后容易被悬挂键俘获而复合，降低电池效率。通过在硅片两侧沉积 富氢的本征非晶硅薄膜，可以将悬挂键氢化，有效降低界面态缺陷，显著提高少子 寿命，增加开路电压，进而提高电池效率。
每一层膜的厚度只有4-10nm，但每1-2nm实现的功能不一样，制备工艺也不一样， 因此本征和掺杂非晶硅薄膜需要在多个腔体中完成，PECVD 中要导入多腔室沉积 系统。
3) 沉积金属氧化物导电层：硅片沉积完非晶硅薄膜之后就进入 PVD 或 RPD 设备， 沉积透明金属氧化物导电膜 TCO。TCO 纵向收集载流子并向电极传输。非晶硅层 晶体呈长程无序结构，电子与空穴迁移率较低，横向导电性较差，不利于光生载流 子的收集，因此需要在正面掺杂层上方沉积一层 75-80nm 厚的 TCO，用于纵向收 集载流子并向电极传输。TCO 可以减少阳光反射。
TCO 膜在可见光范围内（波长 380-760nm）具有 80%以上的穿透率，且电阻很低， 其成分主要为 In、Sb、Zn、Sn、Cd 及其氧化物的复合体。目前应用最广泛的是 ITO、SCOT、IWO、AZO。
TCO 制备存在 PVD 和 RPD 两种路线，目前业内企业出于成本考虑大多选择 PVD 路线。
4) 丝印烧结：异质结电池生产最后一步是丝印烧结，制备金属电极并烧结固化。HIT 是低温工艺，因此需要使用低温银浆和低温退火工艺。HIT 电池双面都使用低温银 浆，不区分正银和背银，价格较高，且消耗量较高，因此业内有部分企业尝试使用 镀铜工艺来制作电极。镀铜工艺不使用银浆，因此成本低廉，但其工艺复杂，且废 液排放存在严重的环保制约，因此并未成为主流。
二、异质结电池优势显著
2.1 转换效率高
电池效率=开路电压*短路电流*填充因子。HIT 高转化效率源于高开路电压，HIT 开路电 压可以接近 750mv，而 PERC 电池普遍低于 700mv。HIT 的高开路电压源于两点：
➢ 氢化本征非晶硅薄膜优良的钝化效果
➢ 光生载流子可以贯穿氢化非晶硅薄膜，因此不需要激光开膜制作金属电极和硅片之 间的欧姆接触（接触面有大量悬挂键，容易产生复合）。
根据美国国家可再生能源中心公布的技术进展图，目前 HIT 研发效率世界纪录是 26.7%， 由日本钟渊化学创造。国内异质结电池最高纪录是汉能在今年 11 月公布的 25.11%，使 用 M2 硅片和常规设备，这也是全球 8 寸片 HIT 电池最高效率。由于 MBB 技术和光致 再生技术的导入，目前 HIT 的研发效率普遍已经超过 24%。
REC 新加坡 600MW 项目效率已经达到 24.3%，其他企业普遍在 23.5%-24%。随着 HIT 产业不断壮大，研发投入增多，电池效率有望继续提升：
➢ 微晶硅/纳米晶硅导入，非晶硅薄膜钝化效果提升，进一步提高开路电压
➢ MBB 多主栅技术导入并优化，降低电池内阻，并减少遮光面积
➢ 靶材品质提升，效率可以提高 0.x%；
➢ 银浆品质提升，效率可以提升 0.x%；
➢ 光致再生技术的完善，效率可以提升 0.3%+；
明年国内投产的 HIT 产线预计效率都可以突破 24%，潜力可以看到 26%，未来还可以 跟 IBC 结合做 HBC 电池或者跟钙钛矿结合做叠层电池，叠层效率预计 28%起步。
2.2 低衰减
HIT 特殊的电池结构使得衰减显著低于 PERC 电池。
➢ 表面 TCO 具有导电性，电荷不会在表面产生极化现象，无电位诱导衰减 PID。
➢ N 型硅片掺磷，不会产生硼氧复合体和铁硼复合体，光致衰减 LID 很小。
HIT 电池的首年衰减和年均衰减均低于 PERC 电池，并得到电站发电实证。
2.3 低温度系数
组件的温度系数衡量输出功率随组件温度升高而下降的程度。阳光照射下组件表面不断 升温，电池的开路电压不断下降，进而导致输出功率下降。HIT 相较于其他类型电池， 具备非常显著的低温度系数。
组件的初始标称功率是在STC标准条件下测试的，对应温度是25℃，但在实际运营中， 组件的工作温度多数时间在 50℃左右，HIT 低温度系数带来的发电量增益在 3%+，可 溢价 0.126 元/瓦。
2.4 高双面率
HIT 电池双面率较高。HIT 电池正反面三层膜和 TCO 都是透光的，且结构对称，天然 就是双面电池，其双面率可以轻松做到 90%以上，甚至达到 98%的水平。PERC 电池 双面率可以做到 80-85%。HIT 电池对等效功率的增益比 PERC 电池高 10W 左右，正 好两个档位，可以溢价 1.5 分/瓦。
2.5 HIT 应该会有一定溢价
HIT 电池的高效率、低衰减、低温度系数、高双面率最终都会体现到电池价格上。根据 我们的大致测算，HIT 可能具有的溢价包括：
高效率溢价：1.5%的转化效率优势可溢价 0.12 元/瓦。
低衰减溢价：3-4%发电增益可以溢价 0.12-0.14/瓦。
低温度系数溢价：2-3%+发电增益可以溢价 0.11-0.12 元/瓦。
高双面率溢价：可能可溢价 0.015 元/瓦。
以上测算是基于比较中性的发电条件，粗算在目前的技术格局下其溢价有可能保持在 0.39 元/瓦（24%HIT VS 22.5%PERC），在 BOS 成本越高，温度越高，电价越高，利 用小时越高的地区，HIT 的溢价会更高。
根据PVInfoLink最新调研数据， 23%效率的HIT电池售价1.7元/瓦， 21.9%效率的PERC 电池售价 0.94 元/瓦，溢价 0.64 元/瓦。当前 HIT 产销量还比较小，不足 2GW，主要应 用于欧美日等户用等高端市场，其 BOS 成本和电价都较高，因此在有限安装面积下追 求发电量的最大化，对 HIT 的溢价承受能力更强。
三、异质结电池降本路径逐渐清晰
3.1 设备国产化推动单位产能投资下降
HIT 设备价格已经下降到 7-8 亿/GW。HIT 电池每个生产步骤对应一种专用设备，依次 是清洗制绒机、PECVD、PVD 或 RPD、丝印烧结，其中壁垒最高的是 PECVD，其价 值量占到全部设备的 60%。当前投产的 HIT 产线 PECVD 以进口为主，GW 设备投资 在 7-8 亿元，国产化突破之后将大幅下降。
设备国产化不断取得突破，PECVD 仍是难点。清洗制绒、PVD、丝网印刷国内都已经 突破，当前难点主要在 PECVD。国内钧石、理想已经有 PECVD 供货能力，但节拍还 需提升。迈为研发进展较快，和通威建有中试线，设备在不断调试和改进，明年可能会 有比较大的突破。捷佳伟创正在积极研发，预计明年 Q1 会完成样机交付，金辰股份也 在积极布局，预计明年下半年会有样机交付。
大通量 PECVD 海外已经研制成功。目前梅耶博格 MB 和美国应材 AM 对外出售的 PECVD节拍都只有2400片/小时，对应100MW产能， 1GW产线需要配置10台PECVD， 仅 PECVD 投资就达到 4.5 亿元。值得注意的是，梅耶博格和应材均已研制成功 6000 片大通量设备，至少证明大通量设备在工艺上是可行的。当前 MB 和 AM 均在和国内部 分电池厂洽谈出售大通量 PECVD，但预计价格依旧较贵。
降低 PECVD 成本仍需国产取得突破。国内迈为、捷佳、金辰等 PECVD 研制厂商均以 6000 片为基础目标，若能突破，每 GW 产线的 PECVD 价格将下降到 2.5 亿元以下， 放量之后有望下降到 1.5 亿元以下。PECVD 的制造成本中 90%是原材料，主要是不锈 钢和铝型材制品以及各种仪表，制造费用本身并不高，当前 1GW 设备投资约 7 亿元， 明年国产设备若能突破，预计单 GW 投资将下降到 5 亿元，放量之后预计将下降到 3.5 亿元以下，带动设备相关成本可以从 0.09 元/瓦下降到 0.04 元/瓦。
3.2 低温工艺允许硅片更薄
硅片的厚度取决于硅片生产工艺和电池加工温度。当前使用金刚线切割工艺的硅片最薄 可以做到 120 微米，再薄成本不降反升。异质结技术产业化后，国内硅片厂完全有能力 供应 120+微米厚度的 N 型硅片。但当前组件工艺还比较粗糙，将来硅片变薄需要组件 端的制造工艺更加精细化。
当前 PERC 电池的生产工艺中最高温度可达 900℃，硅片厚度普遍在 180-190 微米， 使用更薄的硅片在高温下容易出现翘曲。异质结电池整个生产过程中温度控制在 250℃ 以内，可以使用更薄的硅片。
当前 180 微米的 M2 型硅片单片耗硅量在 15 克左右，如果厚度能够降到 120 微米，耗 硅量可以降到 11.5 克，按照 75 元/千克的硅料价格计算，M2 硅片硅料成本可以从当前 1 元/片降低到 0.76 元/片，按照 24%的电池转换效率计算，降低电池环节成本 4 分/瓦。
N 型硅片在同等厚度下比 P 型硅片成本高大约 5%，主要是 N 型硅片对硅料品质要求高 一些，每千克 N 型硅料比 P 型贵 3-5 元。但 N 型硅片变薄后，出片率可以显著提升， 单片成本可以做到比 P 型更低。
3.3 低温银浆和靶材国产化
低温银浆国产化基本成功。 HIT电池是低温工艺，低温银浆的固化温度要求不超过200℃， 技术难度高于高温银浆。海外供应商主要是杜邦、贺利氏、京都电子，国内常州聚和、 苏州晶银已经突破。
➢ 银浆价格：6000-7000 元/千克，PERC 正银 4500 元/千克，随白银价格波动。
➢ 银浆成本：约 4000 元/千克，高温银浆和低温银浆成本差别很小， 90%成本是银粉。
➢ 银浆单耗：HIT 多主栅 150 毫克/片，无主栅 90 毫克/片，PERC 约 70 毫克/片。
未来 HIT 电池银浆降本主要通过两个途径实现：
➢ 降低银浆消耗量。如导入梅耶博格的智能串焊技术，银浆耗量可以做到 100mg 以 下。此外，当前低温银浆为了保导电性，栅线比 PERC 电池宽 30%-50%，未来可 以通过添加剂的改进，进一步做细栅线，将银浆消耗量降低 30%以上。
➢ 降低银浆价格。银浆的主要成本是银粉，加工费用仅数百元/千克，当前需求量较 小，因此报价显著高于高温银浆，如求放量，低温银浆价格继续降低。
靶材国产化也已完成，静待需求放量。HIT 第二大耗材是靶材，国内先导、映日等企业 ITO 产品已经非常成熟，SCOT 正在积极研发， IWO 壹纳已经实现国产。三种靶材的核 心成分都是氧化铟，质量占比在 90%以上。金属铟价格在 1100 元/千克左右波动，金属铟经过煅烧制成粉末，再和氧化锡或者氧化钨粉末按照一定比例混合，压块高温烧结 制成靶材，生产工艺的难点在于高温烧结，加工成本仅 400-1000 元/千克。
需求放量将带动靶材价格下行，靶材成本预计将下降到 3-4 分/瓦。目前靶材成本约 0.32 元/片，对应 5 分/瓦，未来靶材价格下降和靶材利用率提高，成本有 1-2 分/瓦的下降空 间。此外靶材品质提升对电池效率的增益也在不断进步。
3.4 降本路径逐渐清晰
设备端：海外大通量 PECVD 已经研制成功，国产大通量 PECVD 有望突破。
硅片端：切片工艺成熟，N 型硅片可以做到 120 微米，P 型 170 微米很难再薄。
靶材端：ITO 和 IWO 国产化已经完成。
银浆端：国产化已经完成。
效率端：单瓦成本=成本总额/功率，前面 4 项是做低分子，效率提升做高分母。明年量 产 HIT 效率大概率突破 24%，往后每年预计提升 0.5%。
PERC 电池降本也在推进。硅片让利、大硅片导入、效率提升继续推动电池成本下降。
HIT 降本路径如果能实现，综合成本有望大幅下降。2019 年 HIT 电池不含税完全成本 为 1 元/瓦，这是理论测算值，由于工艺不稳定，现有中试线产能负荷较低，实际成本 更高。
同时，2019 年 PERC 龙头厂商通威、爱旭完全成本已经下降到 0.83 元/瓦。我们估算， 如果 HIT 的核心装备如 PECVD 国产化成功，后续降本空间会逐步打开，等装备、辅材 产业也成熟后，其绝对成本有潜力也是比较低的。
三、商业化在加速
当前全球 HIT 实际产能合计 3250MW，在建 500MW，规划 28.2GW。投运产能以中试 线为主，规模多在 100-200MW。量产效率已经提升到 23.6%左右，新加坡 REC 的 600MW 产线效率已经达到 24.3%。
中国早期布局 HIT 的企业主要有钧石、汉能、晋能、中智以及上澎等，2019 年以来 HIT 产线的投资节奏明显加快，投资规模越来越大，主流电池厂陆续加入 HIT 电池研发，外 部资本也在不断涌入，HIT 产业化进程在提速。
➢ 2019 年 7 月，山煤国际公告和钧石集团合作建设 10GW 异质结生产线。
➢ 2019 年 8 月，东方日升宁海 2.5GW 异质结电池一期开工，预计明年 3-4 月投产。
➢ 2019 年 10 月，新加坡 REC 的 600MW 产线投产，量产效率 24.3%左右。
➢ 2019 年 11 月，通威和迈为合作的 250MW 中试线在合肥建成，正在试运转。
➢ 2019年12月，爱康科技一期200MW中试线开始采购设备，预计明年5-6月投产。
➢ 2019 年 12 月，紫光参股的普兰特 100MW 中试线设备到货，预计明年投产。
➢ 2019 年 12 月，晋能新建 100MW 中试线完成设备招标，预计明年投产。
➢ 隆基、爱旭、阿特斯、唐正、东方希望等企业准备布局。
➢ 设备端迈为股份、捷佳伟创、金辰股份全部转向 HIT 设备研发，聚焦 PECVD。
四、投资建议
继续推荐：隆基股份、通威股份；推荐：东方日升、山煤国际（煤炭）；
设备环节推荐或关注：金辰股份、捷佳伟创（机械联合）、迈为股份（机械联合） ；
辅材关注苏州固锝（子公司苏州晶银生产低温银浆） 。
（报告来源：招商证券）
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