日初智享 | DAYONE INSIGHTS
我们全新开设「日初智享 | DAYONE INSIGHTS」栏目,与您分享日初资本团队和伙伴们的一同学习探索所得。
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本期栏目,我们聚焦异质结(HJT)领域,这是日初资本在新能源领域关注的重点部位之一。光伏电池技术呈现明显的技术周期,日初资本看好光伏通过技术迭代持续降本增效,在未来的能源结构中占据更重要地位。其中,异质结路线具备电池高效率、组件高功率、发电性能好等优势,且通过华晟等头部企业的努力快速降本,目前行业已达拐点。
在异质结领域,日初资本目前已经投资了华晟新能源。华晟新能源是异质结领域的产业领军者和技术引领者,是唯一一家异质结硅片-电池-组件全产业链布局公司。
本文包括以下主要内容:
异质结领域竞争格局和未来趋势研判
异质结全方位降本增效路径解析
日初资本异质结领域投资的核心逻辑
日初资本投资哲学的核心之一为:趋势的力量,弱者的心态。碳中和是关乎全人类未来生存的刻不容缓的议题,而应对这一挑战的核心则是一场空前的能源革命,我们不应错过这样一场变革。
在新能源领域,日初聚焦产业链上的核心价值部位,延续在消费投资中投资与产业深度结合的打法,采取狙击模式,在核心环节集中优势兵力做深、做长。通过对行业的研究沉淀,在新能源领域,日初资本已经逐步确立了光伏、储能、新能源汽车产业链等几大核心部位:已经投资了电池企业包括恩力动力和欣旺达EVB,新能源车企理想汽车、哪吒汽车,储能领域的海辰新能源、光伏领域的华晟新能源等优秀企业。光伏电池技术呈现明显的技术周期,异质结作为N型技术的代表,四道工序区别于传统光伏电池的生产工艺,具有明显的提效降本优势,通过华晟新能源能头部企业的努力降本增效,行业目前已达拐点。围绕异质结降本增效过程中的核心环节和设备,则是我们在整体电池领域投资的关键环节。
以下是日初资本及产业专家伙伴们对异质结发展的研究学习观点提炼:
中国光伏产业历经20年的发展,凭借技术迭代带来的优势,行业效率不断攀升,成本一降再降,逐渐实现从补贴时代到平价时代的历史性跨越。2020年,中国提出“双碳”目标,作为清洁能源,光伏进入新的历史发展新时期。此后,国家密集出台多项新政,光伏作为主体能源的战略目标被确立。产业在持续追求“降本、增效”,硅片从单晶硅到多晶硅再到单晶硅,电池片从薄膜电池到BSF再到PREC,产业链各环节技术持续迭代,驱动着光伏大产业的进化。当下,光伏产业发展又至分岔路口,未来产业终局尚未有定论,但新技术永远存在机会。
在近日举办的异质结主题日初智享会中,日初资本管理合伙人陈峰指出,围绕可持续能源的投资,将在日初资本的投资策略里占到相当大的权重。随着技术的发展和材料技术的革新,新能源汽车、光伏、储能等各板块都迎来了一个全新的时代。“在过去百年才能有的科技跨越,在今天可能只需要5-10年就可以完成,科技快速推动了时代进化的效率。”与日初资本的核心投资策略——“节点、拐点、重点”策略一致的是,异质结技术当前已走到拐点,成本持续下降,而效率仍在快速提升,因此也是日初资本将要重点捕捉和拥抱的趋势。
光伏行业变革之期
2023年开年,光伏行业迎来了新的变化:俄乌战争的爆发,引起了各国对能源安全、能源独立性问题的高度关注。能源行业是大国政治博弈的战场,在1973年起石油和美元挂钩形成国际结算体系开始,能源逐渐具备了货币和金融属性,而中国“多煤、贫油、少气“的能源格局决定了中国气资源大规模依赖进口,其中原油73%、天然气45%依靠进口,原油进口比例大大超过了50%的能源安全红线。这使得中国对光伏发电的需求刚性日益增强。根据国内权威的光伏产业互联网平台Solarzoom 创始人刘昶在日初智享会的分享:“光伏大赛道有一个底层逻辑,那就是颠覆,光伏的技术属性、金融属性、政治属性三大本质属性具有穿越技术周期、穿越产能周期、穿越贸易壁垒的能力,而这些能力也是一个成功商业模式的基础,相信2023年一定是光储电力颠覆化石能源的起点。”
中国碳中和底层逻辑
另一方面:HJT作为光伏电池片潜在的第三代主流技术,我们预判2023年整体异质结量产转化效率将突破25%,并且随着各类降本增效技术的规模导入,HJT的单瓦成本将于2023年底2024年初和TOPCon打平,从而快速克服其经济性不足的缺陷。
未来十年:电池片之争
回顾2010-2020年发展历史,光伏制造四个环节里面,竞争最剧烈的路线是在硅片环节:单晶硅片和多晶硅片之争。最开始的光伏起源于半导体技术,在08年前用的是单晶硅片,而后协鑫因为多晶铸锭铸锭炉对多晶硅锭制备极大的效率提升,多晶产品因为更低的生产成本、更低的度电成本(LOCE)获得性价比优势,开启了多晶硅时代。到了15-16年,隆基率先采用金刚线切割技术,大幅降低了单晶硅片的成本,再伴随着perc电池片对单晶硅片光电转换效率的提升远高于多晶硅片。单晶硅片在2016年实现了度电成本的全面反超。直到2021年单晶硅片出货量占到了94.5%的市场份额。
光伏历史发展
资料来源:日初资本研究
日初资本合伙人杨凝指,光伏产业的第一性原理是不断的“降低度电成本”,整体光伏产业的发展就是围绕着降本增效来进行的,从最开始的硅片之争到现在的电池片之争,每一种材料都在努力降低度电成本。
历史不会重演,但总会重复其规律,光伏产业追求极致度电成本的事实,导致新技术永远都存在机会,未来十年将会是电池片之争。尽管TOPCon近两年大规模的上量,但我们认为TOPCon始终是作为延续PERC电池的2.5代过渡性技术路线,并不颠覆原有工艺,而异质结作为新的未来发展的核心技术,对原有电池路线形成的是完全的改变设备加工艺颠覆式挑战。另外我们也看到:过去两年由于HJT电池生产成本较高,加之缺乏实证数据,导致无论是主流电池厂商、还是电站业主方的接受程度偏低,但我们预判,异质结的拐点就在2023年底左右出现。
财通证券研究员吴锐鹏在日初智享会分享中表示:“未来异质结和TOPCon一定还会持续在平台上竞争,但这对于行业来说其实是很好的势态,因为光伏行业的本质就是不断通过降低成本,提升效率来发展的,我们需要整个行业一起合作努力,未来才能让光伏逐步代替传统能源。”
2023年是重要拐点
可以对2022年末异质结的成本结构做如下拆分,由于硅料硅片价格波动较大,所以核心在于比较非硅成本。目前HJT的非硅成本已降至0.25元/W,对比TOPCon目前非硅成本在0.18-0.2元/W,HJT比TOPCon高出0.05-0.07元/W的成本差距。HJT的非硅成本拆分如下:
数据来源:Solarzoom新能源智库
日初资本投资人曾思成表示,从2021年至今,异质结非硅成本已经实现了大幅下降,2023年随着银包铜、0BB无主栅、双面微晶等技术的导入,异质结非硅成本将实现和TOPCon的拉平甚至超越。再加上异质结极致薄片化带来的硅成本方面的优势,将成为“压死骆驼的最后一根稻草”。
硅片+电池+组件成本预测
数据来源:华晟新能源
整体HJT降本增效路径贯通了从硅片-电池片-组件整体产业链,在硅片领域主要是通过薄片化减少硅料的用量从而减少硅的成本。在电池片领域有如下方式:一、在丝网印刷环节,通过银包铜技术减少银浆消耗量,甚至未来通过电镀铜方案直接不使用银浆;二、在TCO薄膜沉积环节采用少铟靶材甚至无铟靶材,使得HJT不再被稀有金属铟所限制;三、在整体电池设备环节,持续降低投入成本,同时从非晶技术到双面微晶技术层面提升电池片效率。在组件领域,主要是通过转光膜和丁基胶的使用,来降低HJT电池片的功率衰减问题,提升异质结的发电效率。华晟新能源CEO周丹表示,“掌握异质结的时间周期很难,不是每家企业都能轻易做到的,” 华晟是异质结领域的产业领军者和技术引领者,是唯一一家异质结硅片-电池-组件全产业链布局公司,也是日初资本在异质结领域的关键布局。
接下来,我们将一一拆解异质结路线每个降本增效的方案,并对未来发展做出预判。
——硅片薄片化路径(硅片环节)
硅成本为 HJT 电池成本第一大项。截至 2022 年末,HJT 电池成本中硅片成本约 0.62 元/W(硅料26.5万元/吨),占比 71%,为成本第一大项。降低硅成本或通过提效摊薄电池每瓦硅 成本为 HJT 降本增效重要路径。
2022年末硅片成本为HJT成本最大项(元/W)
数据来源:Solarzoom光储亿家公众号、开源证券研究所
HJT相比PERC和TOPCon,制备过程温度最低,PERC与TOPCon电池所使用的光伏银浆为高温浆料,其烧结温度一般为 850-900°C。TOPCon 工艺具有硼扩环节, 由于硼在硅中的固溶度较低,导致硼扩相较常规的磷扩较难,实际硼扩散的温度需要达到 900-1100°C。对于 HJT 而言,由于具有非晶硅薄层,若采用高温银浆,烧结 过程中会导致非晶薄层材料从非晶向晶体转变从而电池失效,因为通常采用低温银浆,烧结温度通常不超过 200°C。
PERC 电池与 TOPCon 电池金属化环节均通过丝网印刷及高温烧结过程,由于均为非对称电池结构, 且采用高温烧结工艺,所以烧结过程由于内部应力不一致容易导致硅片翘曲,增加电池及组件失效风险,因此薄片化潜力相对较小,当前PERC电池主流厚度为 150μm ,未来TOPCon的薄片化极限约在130μm左右。
两面温度不一致会引起硅片翘曲
资料来源:开源证券研究所
由于HJT 电池具有对称电池结构,同时具有非晶硅层,制造过程中温度不能高于 250°C,不容易引起硅片翘曲,因此更适合薄片化降本。在2022年末导入的主流HJT厚度为 130μm,部分企业正在逐步导入 120μm 及以下厚度硅片。中国异质结龙头企业华晟新能源CEO周丹也在日初智享会中介绍:“130μm和120μm厚度工艺已成熟,最新数据130μm数据可稳定在95%+”。同时因为100μm以下薄片化对电池的效率有较大影响,所以未来异质结硅片极限厚度为100μm,华晟初步实验数据,制备100μm厚度硅片良率已达到90%,后续提升潜力巨大。
经华晟测算:210 硅片在多晶硅料价格约300元/kg,异质结使用100μm的硅片会比PERC电池155μm厚度硅片节约0.2524元/W。若硅料价格回落到100元/kg, 根据华晟下图测算可知,异质结使用100μm的硅片也会比PERC电池155μm厚度硅片节约0.1142元/W。
硅片薄片化:预期成本测算
数据来源:华晟新能源
经日初资本内部测算:在硅料价格80元/kg极限条件下,100μm的异质结电池片(效率25.5%)单瓦成本也将比极限厚度130μm的TOPCon电池片(效率24.3%)低0.03元/w。
数据来源:Solarzoom新能源智库
——银包铜及电镀铜路径(电池片环节)
对于HJT电池,银浆成本高的问题尤其突出,是解决非硅成本高的关键。由于HJT电池生产采用低温工艺,较普通的高温银浆存在溢价;此外,HJT正、反面银浆用量接近,进一步拉高了银浆用量。目前HJT电池非硅成本中,银浆成本占比约59%,是核心降本方向。
由于铜价远低于银价,且二者电阻率水平相近,因此由铜替代银的银包铜、电镀铜方案被提出。
目前相对成熟的是银包铜路线,有望降低30%-50%的银浆成本。银包铜技术是通过将银覆盖在铜粉表面来减少银的用量,在保证转化效率的同时降低银浆成本。银包铜粉中含铜量越高,能够节约的成本越多,但铜含量过高会有氧化的风险。目前技术已可实现银:铜=1:1的银包铜且效率不下降。若能将0BB技术与银包铜技术结合,则银浆用量会很少,可以确定少于双面镀银的TOPCon电池。
不同铜银比例(体积比例)银包铜粉的比较
资料来源:《低成本银包覆铜导电浆料的可控制备及其在太阳能电池中的应用》(刘徐迟),中信证券研究部
注:计算节约成本比例时假设铜与银的价格比例为1:70
根据华晟实验结果与测算,在M6电池12BB,背面副栅引入1:1银包铜浆料,转换效率仅降低0.03%,将单片总耗银量从128mg降低到102mg,最终单瓦成本约降低1分钱,若进一步将银包铜国产化,则银浆成本降幅有望达到50%。
目前正在中试阶段的是电镀铜路线,能够同时做到降本提效。在提效方面,电镀铜由于栅线宽度、高度、线形更可控,电池、电极接触性好,纯铜电阻率低于银浆等因素,能够将电池片的转换效率进一步提升0.3%~0.5%。电镀铜在材料层面可以完全摆脱对银的依赖,且纯铜栅线可做得比银浆栅线更细,因此在材料端可以实现降本。
但电镀铜技术仍处于从中试到量产的阶段:技术路线上看,图形化步骤有掩膜光刻、LDI直写等路线,这一步需要综合精度和成本;金属化步骤有垂直式、水平式、花篮式等,目前正在突破大产能的问题。此外,电镀铜工艺复杂,需要更多设备,且现有产能低于丝印设备,这两点因素使得电镀铜的设备折旧价格高于其他技术路线。根据测算,当下电镀铜的每瓦成本约为0.13元,当达到约10GW以上的大规模量产时,单瓦成本有望降低至0.07元。日初资本投资人卢一波表示,综合来看,电镀铜在降本上可能与银包铜+0bb持平或略高,但其提效作用对HJT的发展也有关键作用,有望实现较大范围应用。
——少铟无铟靶材路径(电池片环节)
在TCO薄膜沉积环节,重要的技术路线就是在材料端采用少铟或者无铟靶材,例如氧化锌铝靶材(AZO)。从整体上看,ITO 在光电综合性能上高于 AZO 靶材,使用这类靶材会会因其透光性、导电性差异导致HJT电池转换效率的降低,但 AZO 靶材的价格优势将为靶材带来降本空间。
无铟或少铟靶材的核心意义在于确保异质结整体的供应链安全,当异质结规模超过500GW,若完全使用ITO靶材将导致铟价暴涨,通过引入无铟或少铟靶材,可以使电池片企业基于成本和效率的综合考量来选用不同的方案。所以即使在2023-2024年无铟或少铟靶材无法成为主流路线,但其相关的材料研发和小批量导入,本质也在为未来异质结降本贡献力量。
——设备降本增效路径(电池片环节)
在HJT制备流程中,最核心的是PECVD环节,整体设备投资中PECVD设备占到总设备投资的40%以上。PECVD 按结构来分主要有两大类,分别是单腔管式、多腔板式,目前板式 PECVD 表现出更强的综合优势。其中板式又可分为线列式、团簇式两种设备布局方式。
以迈为股份为首的主流异质结设备产商主要采用链式结构(in-line):各沉积腔室呈链状直线排开,硅片出口和入口位于设备两端,属于顺序、串行式的结构。此外团簇式(cluster)方案的设备以中央传输室为中心,各沉积腔与相应的进出通道围绕在其周围,属于并列、并行式的结构,各腔室相互独立、互不干扰,不同腔室同时进行作业。
Meyer Burger链式PECVD (HELiAPECVD)
资料来源:华创证券
INDEOTec的团簇式PECVD设备
资料来源:长城国瑞证券
最早期的异质结设备均采用国外设备产线(应用材料等),价格极其昂贵,2012年国电光伏采购韩国周星(jusung)设备,100MW高达3200万美金(1GW约22亿元人民币)。此外由于早期异质结PECVD设备主要源自面板行业,所以采用团簇式PECVD方案的较多。在2018-2019年左右,迈为等国产设备厂商切入市场,选择了以链式为主要结构的产线方案,同时开启了设备的国产化降价道路。据我们统计,2021年初,迈为对非晶产线报价约6亿元/GW,到2022年中,单面微晶产线报价已降到4亿元/GW,而到2023年初,迈为的双面微晶报价已降至3.5亿元/GW。量产电池片也从非晶24.5%的转换效率提升到正面单面微晶25%的效率,再到现在双面微晶25.2%的效率。
设备大幅降价的核心驱动因素是在于零部件的国产化和产线产能效率的提升,这也是最早国产设备厂商选择链式方案的主要原因:由于团簇式方案各腔室相互独立不干扰,确实在成膜均匀性方面好于链式方案,但是由于团簇式主要依靠单一机械手的进行传输,如果想要提升效率将会对配套的自动化设备提出极高要求,在面板行业仅能实现3000片/小时以下的效率。而以迈为为代表的国产设备产商,则是基于量产效率和均匀性两者平衡的角度考虑选择了链式设备,现在能够实现14400片半片/小时的效率,在增加腔体提升电池片效率的同时不影响整体产线效率。
目前,国内还有一些初创企业在尝试团簇式方案和热丝CVD方案(链式),都遇到了在高效率要求下产业自动化的挑战。热丝CVD方案虽在设备成本上有极大优势,但面临成膜均匀性和耗材成本高的问题,而团簇式方案如果能够在自动化效率上取得突破,在未来异质结叠层钙钛矿电池片技术上也许会有所应用(产线可定制化程度高)。
越南光伏创始人赵学文在日初智享会中也表示:热丝CVD因为是垂直工艺,在薄片化的条件下如何做到快速高效的生产,同时保证良率,这是热丝CVD面临的巨大挑战。
——转光膜的运用(组件环节)
光转膜主要通过HJT电池增效摊薄成本来降本。其主要壁垒在转光物质。赛伍技术基于公司的分子合成技术,采用超声振荡的分析技术,可以很好地分散于 EVA、POE、EPE、TPO 等材质中做成光转胶膜,既可以给组件厂带来高初始组件功率,又有很好的可靠性。
根据测算,采用光转膜技术,单块组件功率可增加1.5%,对于一座100MW的电站,运行30年可累计多发电5700万度,投资回报率增加10%;运行50年累计多发电8500万度,投资回报率增加17%。根据华晟数据,将光转膜与反光膜结合,目前技术就可以在166版型的HJT电池组件上做到480W以上的功率。
光转膜原理示意图
资料来源:PV-Tech公众号,天风证券研究所
——丁基胶的应用(组件环节)
而丁基胶主要用于组件的封装,是一种具备电气绝缘特性与低水汽渗透率的粘合剂。由于HJT乃至钙钛矿对于水汽等的要求严格,因此丁基胶可以通过大幅延长电池片寿命与降低电池效率衰减的方式降低成本。
在采用银包铜、电镀铜等新的浆料路线后,如用丁基胶封边排出水汽,则可大幅降低栅线被氧化的程度。对于HJT来说,采用EVA+丁基胶封边的措施,即可基本隔绝外部水、氧环境对于电池的影响。
丁基胶的水汽透过率比天然橡胶少了超过一个数量级,使用丁基胶进行边缘封装将进一步减少水汽入侵。据赛伍技术实验,传统硅胶的水汽透过率为84g*m2/day,而使用丁基胶后水汽透过率仅为0.25g*m2/day。
传统硅胶与丁基胶水汽透过率对比
资料来源:赛伍技术,华泰研究
异质结降本增效汇总
基于以上所有降本增效路径的导入,预计到2023年底/2024年初,异质结非硅成本能够和TOPCon电池片基本打平。其中降本措施如下:
最核心的降本途径是银包铜的全方位导入,正面采用45%银含量银包铜浆料,浆料按含税3500元/kg计算,同时结合0BB技术消耗量持续下降,带来0.06元/W降本;
设备单机产能增大,单GW成本从3.5亿元降到3亿元,按10年折旧,带来0.01元/W降本;
同时双面微晶和0BB导入,效率从25%提升至25.5%,210半片瓦数从5.51W提升至5.62W。
2023年末预测非硅成本结构
数据来源:solarzoom新能源智库
我们预测,在2023年末2024年初,优秀异质结企业的非硅成本将降到0.18元/W,同优秀的TOPCon企业持平(0.18元/W),优于普通的TOPCon企业(0.2元/W)。同时伴随着100微米厚度的硅片导入,在80元/KG极限硅料成本下还能再节省0.03元/W,异质结单瓦成本将达到0.15元/W实现对TOPCon的全面反超,未来还有电镀铜等降本路径的导入。基于此未来路径的推演,我们坚定的看好异质结路线。
“因为现在异质结整体产业发展尚在比较早期,所以更薄硅片的优势还没有显现出来。“博普资产资深投资人章腾飞围绕HJT降本主题做了分享。他认为,假如未来2-3年内硅片减薄、银浆降本、设备降本、靶材降本四种HJT的主要降本工艺发展成熟,那么计算下来HJT最终成本将比TOPCon略高1-2分,但是由于HJT具备更优的生命周期发电增益、更高的组件效率、更高的转换效率极限以及更低碳排放(从500g/w到400g/w),其未来发展潜力将非常巨大。
异质结有望诞生新的一体化龙头企业
Solarzoom创始人刘昶也在分享中提出,传统的电池片龙头企业在技术转型过程中将面临不可能的三角:“若回答TOPCon好,则无法转型HJT,若回答HJT好,则现有TOPCon产能出货困难,其HJT产能亦无法满足客户需求。如不扩产TOPCon,则丢失2023年市场份额,引发资本市场、银行、供应链的现金流收缩,如扩产TOPCon,则TOPCon将迅速成为落后产能。此外传统龙头已经全部上市,人才激励措施有限,无法逆转“传统龙头企业→HJT新势力”的人才流动趋势。”
电池技术的颠覆式革命成就新的产业龙头
来源:Soloarzoom
日初资本认为,异质结作为未来发展的核心技术,有望成为下一代主流技术方向。在异质结领域,也有望诞生新的异质结电池+组件一体化龙头企业。我们将持续对光伏领域保持研究和关注,期待携手更多的优秀企业和创业者,共同推动光伏行业的产业革新,为清洁能源普惠全球共同努力。
日初资本 DAYONE CAPITAL
日初资本(Dayone Capital)致力于成为全球消费和新能源领域最卓越的产业价值投资运营公司。由连续创业者及资深投资人陈峰先生(Allen)创立。公司于2020年成立,2021年8月完成总规模6.3亿美金的一期美元基金募资,主要LP包括全球顶尖的主权基金、头部中国互联网企业、家族办公室等。
日初资本坚持“专、少、深、长”的全周期投资策略,以深入研究、产业打法,聚焦消费及新能源产业的价链条的少数核心部位,做长期深度价值投资。当前日初资本的两大投资主线为消费及新能源。在消费领域,我们重点关注大赛道好行业里面的挑战者,也关注细分行业里面的隐形冠军,以及新品类的开创者。在早期捕捉了好特卖、好奇心科技、和生创新、异想科技、Qrem等项目,同时参与了喜茶、WonderLab、COMMUNE公社、国台酒业、福斯曼、奈尔宝、泡泡玛特、巨子生物、Castlery等众多优秀消费品牌公司的投资,也孵化推出真工酱酒品牌。在新能源领域,日初重点关注光伏、储能、新能源汽车产业链,已经投资了动力电池企业恩力动力、欣旺达EVB,新能源车企理想汽车、哪吒汽车,储能领域的海辰储能,光伏领域的华晟新能源等优秀企业。
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