新一代电池片主流技术TOPCon电池的优势及发展

1、TOPCon电池：新一代电池片主流技术，迎产业化新机遇

TOPCon 即隧穿氧化层钝化接触电池（Tunnel Oxide Passivated Contact）：由德国 Frauhofer 太阳能研究所于 2013 年首次提出。主流 TOPCon 电池采用 N 型硅片，首先在 电池背面制备一层 1-2nm 的超薄氧化层，随后在氧化层上沉积一层多晶硅层，之后经过 退火结晶加强钝化效果。原理：TOPCon 电池核心结构由电池背面的超薄氧化硅层和重掺杂多晶硅层组成，二者 共同形成钝化接触结构。超薄氧化层使多子电子隧穿进入多晶硅层的同时，可阻挡少子 的空穴复合，进而使电子在多晶硅层横向传输被金属收集，极大降低了金属接触复合电 流，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升了电池效率。

1.1.核心优势：效率高、投资性价比高、发电性能优异

TOPCon 具有转换效率高、与现有 PERC 产线可兼容、电池参数性能优异等优势，当前 PERC 提效面临瓶颈、HJT 投资回报周期/成本下降仍需时间优化的背景，TOPCon 是当下 最具有发展空间的光伏电池技术之一。优点一：光电转换效率高，提效潜力大 1) PERC 电池转换效率已接近理论极限，提效空间有限。当前 PERC 电池平均量产效率为 23.2%，理论转换效率极限为 24.5%，量产效率已逼近其效率的理论极限，导致 PERC 电 池效率很难再有大幅度提升。

2) TOPCon 电池提效潜力巨大。TOPCon 电池目前量产效率在 24.5%-25%左右，实验室效率 最高达到 26.1%(由晶科能源于 2022 年实现)。据权威测试机构德国哈梅林太阳能研究 所（ISFH）测算，TOPCon 理论极限效率为 28.7%，高于 HJT 的理论极限效率 27.5%，未 来量产效率仍然有很大提升空间。3) TOPCon 电池提效路径清晰。目前 TOPCon 量产效率与 28.7%的理论极限效率相比仍有很 大的优化空间，提效路径更为清晰明确。光伏电池提效方法主要有光学性能提升（如栅 线变细、材料吸光性能优化）和电学性能改善（如钝化提升）两大类方法，以晶科能源 为例，其效率优化路径以金属栅线宽度优化、金属复合提升、背面吸光优化、钝化优化、 金属接触优化、硅片品质提升等几方面为主。

优点二：TOPCon 可基于 PERC 产线进行升级，单 GW 设备投资额低于 HJT TOPCon 与 PERC 产线具有兼容性，可基于 PERC 产线进行改造升级。相比 PERC 增加或替 换的主要设备为硼扩散、用于隧穿氧化层及多晶硅层制备的设备（LPCVD、PECVD），其余环节 基本与 PERC 产线兼容。目前新建 PERC 产线的设备投资额为 1.2-1.5 亿元/GW，新建 TOPCon 产线设备投资额为 1.8-2.3 亿元/GW，新建 HJT 产线设备投资额为 4 亿元/GW。从 PERC 升级 至 TOPCon 则设备投资额为 0.6-0.8 亿元/GW，能有效降低设备投资成本。

优点三：TOPCON 电池参数性能优异，可提升全周期发电量 1) 高双面率：TOPCon 双面率可达 80%+，PERC 为 70%左右。大基地项目由于地域辽阔，地 面反射率较高（通常可达 30%），因此在大基地项目中使用具备高双面率的 N 型组件发 电增益更为明显。根据晶科能源计算，在标准工况及平均地面反射率条件下，传统 PERC 组件因双面率带来的发电增益约为 9.45%，而 N 型组件因双面率带来的发电增益约为 11.48%。

2) 低衰减率：N 型电池硅片基底掺磷，无硼-氧对形成复合中心对电子捕获的损失，几乎无 光致衰减。TOPCon 组件首年衰减率约 1%（PERC 约 2%），首年后年均衰减率约 0.4%（PERC 约 0.45%）。相较于传统 PERC 组件，N 型组件功率质保可达 30 年，并保证 30 年后输出 功率不低于原始输出功率的 87.40%。3) 低温度系数：根据晶科能源发布的产品白皮书，P 型组件的温度系数为-0.35%/℃，N 型 TOPCon 组件优化温度系数至-0.30%/℃，在高温环境下发电量尤为突出。

1.2.市场端：TOPCon溢价初显，下游厂商加速扩产

溢价端：主要由 BOS 成本摊薄+低衰减带来的发电量的提升形成。据 PVInfolink 报价 （截至 2022 年 10 月），目前 TOPCon（M10/G12）电池当前价格约在 1.41-1.45 元/W， 较传统 PERC（M10/G12）电池（1.33-1.34 元/W）高出 7 分~1 毛 2/W 的溢价，较成本端 的上升已初具性价比。1) BOS 成本摊薄带来的溢价约 0.03 元/W：BOS 成本指除了光伏组件以外的系统成本，主要 由逆变器、支架、电缆等机电设备与安装成本、建筑工程、项目建设等部分构成。TOPCon 效率提升使得单位面积对应的瓦数提升，从而单瓦对应面积的 BOS 得到摊薄,支架、安 装、直流电缆、发电场建筑工程、项目建设用地费等均有不同程度节约，BOS 成本比 PERC 减少约 0.03 元/W。

2) 低衰减率带来的发电量的提升形成的溢价：与 PERC 相比，TOPCon 具有低衰减率的优势， TOPCon 组件首年衰减率约 1%（PERC 约 2%），首年后年均衰减率约 0.4%（PERC 约 0.45%）。我们测算在假设 TOPCon 和 PERC 组件具有相同功率的背景下，按照全生命周期 25 年发 电，TOPCon 组件全生命周期发电量较 PERC 提升 6%以上。

成本端：主要包括硅成本和非硅成本。目前 TOPCon 成本比 PERC 高约 0.06 元/W：主要来自银浆耗量及设备折旧。1) 银耗：PERC 电池单片银浆耗量 70mg，而 TOPCon 电池单片银浆耗量约 120mg，目前市场 上银浆约 5500 元/kg，TOPCon 银浆成本高 0.04 元/W; 2) 设备投资带来的折旧：相较于 PERC，TOPCon 单 GW 投资额增加约 5000-7000 万元，按照 6 年折旧周期，对应成本增加 0.01 元/W。

3) 硅片成本已基本打平：以中环 9 月公布的 182 硅片报价（P 型 150um 182 硅片 7.62 元/ 片，N 型 130um 182 硅片 7.97 元/片）测算，在 PERC 23%效率对比 TOPCon 24.5%效率 的基准下，N 型较 P 型硅成本已基本打平。硅片、银浆、折旧分别占 TOPCon 成本约 80%、7%、3%，三者合计构成了 TOPCon 成本的 90%。要使 TOPCon 的经济性进一步凸显，需要改进技术方法，促使成本不断下降。

促使 TOPCon 进一步降本，将主要围绕硅片减薄、银浆耗量、设备折旧、提升效率 4 方 面进行：1) 硅片：向大尺寸和薄片化方向发展。通过增大硅片尺寸，可摊薄各个环节的固定成本；通过降低硅片厚度，可减少硅料损耗。目前 PERC 和 TOPCon 电池所用硅片厚度在 150- 155μm左右，硅片成本可通过进一步薄片化来降低。2) 银浆：和PERC 类似，TOPCon采用高温银浆，但单片耗量在120mg 左右，高于PERC、低 于HJT，未来随着多主栅技术的成熟、背面用银铝浆等材料替代使用、及电镀铜等方式， 将推动银浆成本进一步下滑。

3) 设备折旧：目前 TOPCon 单 GW 设备投资额在 1.8-2.3 亿元左右，未来随着设备效率提 升以及核心零部件国产化，设备价格有望下降，从而设备投资带来的折旧额仍有下降空 间。4) 提升转换效率：目前主流 TOPCon 电池效率在 24.5~25%之间，未来仍有较大提升空间。提效路径包括：金属栅线宽度优化、金属复合提升、背面吸光优化、钝化优化、金属接 触优化、硅片品质等。

1.3.产业化进程：行业扩产规划超300GW，TOPCon最高效率突破26%

扩产端：行业 TOPCon 扩产规划超 300GW，预计 2022 年投产超 80GW。截至 2022 年 Q3， 行业已有近 40GW N 型 TOPCon 电池实现投产，目前晶科、天合、中来、晶澳、通威、钧 达、一道、润阳、上机等厂商均有不同规模的投入计划，我们预计 2022 年 TOPCon 电池 扩产有望超过 80GW，2023-2025 年迎来高峰期、年均扩产规模有望超 200GW。效率端：2022 年 10 月 14 日，晶科发布公告，其自主研发的 182N 型高效单晶硅电池 （TOPCon）转化效率经中国计量科学院第三方测试认证，全面积电池转化效率达到26.1%， 再次创造了 182 及以上尺寸大面积 N 型单晶钝化接触（TOPCon）电池转化效率新的纪 录。证明了 TOPCon 电池的发展潜力，打开产业化的天花板。

2、TOPCon设备：多技术并存，预计2023年市场空间359亿元

2.1.技术路径：LPCVD占据主流，PECVD有望成为新方向

TOPCon 电池的制备工序包括清洗制绒、正面硼扩散、BSG 去除和背面刻蚀、氧化层钝化 接触制备、正面氧化铝沉积、正背面氮化硅沉积、丝网印刷、烧结和测试分选，约 12 步左 右。从技术路径角度：LPCVD 方式为目前量产的主流工艺，预计 PECVD 路线有望成为未来新 方向。

其中，氧化层钝接结构制备为 TOPCon 在 PERC 的基础上增加的主要工序，也是 TOPCon 的核心工序，工艺路线大致分为三种：1) 路线一：LPCVD 本征+磷扩，全称为低压力化学气相沉积法，利用 LPCVD 设备通过热氧 化方式生长氧化硅层并沉积多晶硅，然后在多晶硅中掺入磷制成 PN 结，形成钝化接触 结构。这一技术路线出现时间最早，工艺成熟度高，具有成膜质量高、产能高等优势， 但存在绕镀问题，且沉积时使用的石英管需进行清洗维护和定期更换，耗材成本较高。LPCVD 法是目前 TOPCon 厂商选择的主流路线，拉普拉斯等国内主流设备厂商已实现该 设备的产业化，晶科能源已实现满产的 16GW TOPCon 电池均为 LP-POLY 路线。

2) 路线二：PECVD 原位掺杂，全称为等离子体增强化学气相沉积法，原理为借助微波或射 频等含有薄膜组成原子的气体在局部形成等离子体，利用等离子体的强化学活性在基片 表面沉积出薄膜。按实现方式不同，可分为管式 PECVD、板式（线式流程）PECVD 和集 群式 PECVD。相较于 LPCVD，PECVD 可实现成本的大幅下降，具有绕镀轻微，成品率高；成膜速度快，掺杂效率高；采用低温工艺，附产物少；无石英管，耗材成本低等优势， 但存在成膜厚度均匀性差、膜层致密度不高、易爆膜等问题。PECVD 路线出现时间较晚 但发展迅速，目前捷佳伟创、红太阳、金辰股份、理想万里晖等国内设备厂商已布局该 路线。

3) 路线三：PVD 原位掺杂，即物理气相沉积法，其原理为利用 PVD 设备，在真空条件下用 物理方法（采用溅射镀膜），使材料沉积在衬底表面。PVD 可实现原位掺杂，不存在绕镀 问题，且不同尺寸兼容性好，有利于薄片化，但设备投资较高，工艺出现时间较短，有 待进一步成熟，目前布局 PVD 路线的设备厂商主要有江苏杰太等。

总体来看，LPCVD 工艺路线成熟度最高，为目前 TOPCon 电池制备的主流工艺，未来随 着 PECVD 技术不断完善，工艺稳定性不断提升，PECVD 有望因其更低成本而逐渐成为主 流。LPCVD 出现时间最早，发展最为成熟，成膜质量高、产能高，但存在较为严重的绕 镀问题，且石英管等耗材成本较高。PECVD 绕镀问题轻微，无需使用石英管因而耗材成 本低，但目前成膜均匀性不稳定、成膜致密度不高，后续有望受益于技术迭代成为主流 技术。PVD 不存在绕镀问题，但设备投资额高，成膜质量不稳定，工艺路线有待进一步 成熟。

2.2.市场空间：预计2023年达359亿元，行业市值空间达1078亿元

设备端：相较传统 PERC 设备，核心设备的改变/增量包括：磷扩改为硼扩（扩散炉+激 光 SE 设备）、增加隧穿层+Poly 层制备（LPCVD/PECVD/PEALD 等），同时去除了激光开槽 工艺的需要。单 GW 设备投资额较传统 PERC 电池（1.2~1.5 亿/GW）增加 6000~8000 万 左右。

市场空间：我们对 TOPCon 设备市场空间进行测算，假设：1) 全球电池片产量：从 2021 年的 198GW 增长至 2025 年的 679GW，CAGR=36%，产能利用率 为 60%，电池片产能从 330GW 增长至 1132GW。（注：2021 年电池片产量为 198GW，yoy+21%， 产能利用率为 60%）；2) TOPCon 电池在行业渗透率：从 2021 年的 3%提升至 2025 年的 65%；3) 设备投资额：从 2021 年的 2.2 亿，以 5-10%左右年降幅下降至 2025 年的 1.6 亿元。测算得出：预计 2022-2025 年设备市场空间合计超 1253 亿元，2023-2025 年为 TOPCon 扩产高峰期。

我们基于 TOPCon 设备市场空间，进行合理市值空间测算：1) 假设 TOPCon 设备净利率 15%（参考捷佳、迈为 PERC 设备在 2017-2019 年左右的盈利 表现，给与保守净利率假设）；2) 给与设备行业 20 倍 PE 估值（参考：迈为、捷佳上市以来 PE TTM 基本在 35 倍 PE 以 上，给与保守估值。如未来行业趋势向 TOPCon 叠钙钛矿则估值预计有提升空间）。预计 2023-2025 年 TOPCon 设备行业合理市值空间每年达 1100 亿元左右。

2.3.竞争格局：行业“百花齐放”、多技术路线设备共存

竞争格局：相较传统 PERC 工艺，TOPCon 核心增加了硼扩散、及隧穿层+p-Poly 层的制备， 其余基本延续了 PERC 产线的基本配置。核心增量设备包括扩散炉、激光SE设备、LPCVD/PECVD设备。TOPCon 设备技术壁垒相比PERC更高、成本优化空间较大，只有将设 备做到极致的企业能最终胜出，行业可能成为几家寡头垄断的竞争格局。1) 与PERC共同的传统设备：包括湿法设备、大部分干法设备、后道金属化设备、及自动 化设备。主要以捷佳伟创、迈为股份、罗博特科、北方华创、拉普拉斯、科隆威等为主, 金辰股份正在储备中。

2) 制备隧穿层+p-Poly 层的 CVD 设备：目前市场已落地产能以 LPCVD 设备为主、拉普拉斯 在 LPCVD 领域拥有绝对领先的市占率。2022 年下半年开始，TOPCon 市场扩产开始逐步 涌现管式三合一 PECVD 路径订单，以捷佳伟创、金辰股份为首的管 P 技术有望在未来得 到进一步推广。其他技术路径包括：PEALD 技术路径已微导为主、PVD 技术路径以杰太 为主、板式 PECVD 以京山轻机为主。3) 激光 SE 设备：利用激光的高温将 BSG 层中的硼源向硅片扩散，形成重掺杂区。目前海 目星、捷佳伟创已取得批量订单，帝尔激光、英诺激光、大族激光等企业加速布局。

3、重点企业分析

3.1.金辰股份：光伏HJT和TOPCon设备均迈向头部

光伏行业需求 10 年 10 倍大赛道，“降本增效”是催生需求爆发的核心。光伏电池片是 未来 3-5 年光伏产业链技术迭代、降本增效最重要环节之一，核心技术聚焦于光伏电池 片设备和配套工艺。金辰股份为光伏电池 HJT 设备+TOPCon 设备稀缺标的，预计将在这 两块业务均迈向头部，业绩和估值将获得双提升。

HJT 设备：迈向量产阶段、行业千亿潜在市值空间。（1）非晶 PECVD：已获晋能验证， 处行业领先。平均效率 24.4%、最优批次效率 24.55%。（2）微晶 PECVD：首台微晶工艺 腔体已运抵晋能科技，目标转换效率 25%+。其次，首台量产微晶设备已于 2022 年 8 月 交付客户、进行中试/量产级别验证。我们预计 2025 年 HJT 设备行业市值将达 3000 亿 元（120 亿利润、25 倍 PE；TOPCon 设备：头部客户验证顺利、百亿潜在市值空间。公司管式 PECVD 样机已在晶澳、 东方日升、晶科等客户试用。量产 n 型 TOPCon 电池平均效率＞24%（最高效率 24.5%）。将充分受益 TOPCon 行业未来发展大空间。

3.2.捷佳伟创：光伏电池片设备龙头，受益新型高效电池产能扩张

光伏电池片设备龙头，受益新型高效电池产能扩张：公司主营光伏制绒设备、扩散炉、 抛光设备、淀积炉、自动化设备、丝印设备等六大系列，在 PERC 电池设备产品市占率超 50%。向 TOPCon 设备、HJT 设备领域拓展，打开成长空间。

订单端：据公司微信公众号，捷佳伟创 N 型 TOPCon SE 激光及专用高温设备的批量订 单、已进入交货环节；同时在海外各地陆续签订了近 10GW 的 PE-poly 路线的 TOPCon 整 线 Turnkey 合同。此前，公司已中标某光伏头部客户 PE-Poly 路线 TOPCon 电池设备订 单。中标设备包括湿法、PE-Poly、硼扩散、PECVD 正背膜等。标志着公司设备性能获 光伏头部客户认可，将充分受益 TOPCon 电池行业产能扩张。量产端：公司 TOPCon 用 PE-Poly 整线设备已在江苏润阳客户现场爬坡量产运行，该技 术方案核心实现了隧穿层+Poly 层+原位掺杂层的“三合一”制备，可解决传统 TOPCon 电池生产过程中绕镀、能耗高、石英件高损耗的固有难点，而且原位掺杂时间仅为传统 LP 路线的五分之一。

3.3.海目星：光伏高效电池关键激光设备正式交付，光伏设备业务扬帆起航

公司成立于 2008 年，于 2020 年 9 月在科创板挂牌上市。公司一直以来深耕激光和自动 化领域，现已成为业界数一数二的激光&自动化装备综合解决方案提供商，是国家级高 新技术企业。主要从事消费电子、动力电池、钣金加工等行业激光及自动化设备的 研发、设计、生产及销售，在激光、自动化和智能化综合运用领域已形成较强的优 势。

自 2020 年起，公司凭借在激光核心光学及控制技术研发与制造、精密激光创新工艺制 程（切割、焊接、表面处理等）领域深厚的研发经验，开始布局光伏行业，顺应行业趋 势，研发出一系列领先行业的创新技术。2022 年 4 月 15 日，全资子公司海目星激光智能装备（江苏）有限公司收到晶科能源股 份有限公司的中标通知书，中标金额 10.67 亿元，代表着公司正式切入光伏激光设备领 域。根据公司官方公众号，公司光伏高效电池关键激光设备订单批量出货，正式交付客 户，意味着公司已在光伏领域实现了重大的技术突破。本次出货的设备是以激光为核心 打造的光伏激光加工系统，有效提升了光伏高效电池的光电转换效率，赋能于行业发展。

3.4.帝尔激光：光伏激光设备龙头，从辅设备迈向核心主设备

公司为 PERC 电池激光设备龙头（市占率 80%）。全面布局 TOPCon、HJT、xBC、激光转印 等技术路线，受益光伏需求增长（量）+单 GW 价值量提升（价），业绩有望接力 PERC 业 务放量。1) PERC 电池：公司开发的 PERC 激光消融以及 SE 激光掺杂（磷掺杂）设备，具有灵活图 形控制方式，轻松实现点、线、虚实线等多种图形需求，可显著提高转换效率 1%以上， 满足 166-230mm 不同硅片生产的尺寸，产能可达 6000-9000pcs/h；公司的 PERC 激光消 融及 SE 激光掺杂市占率常年保持在全球 80%左右水平，呈现垄断格局。2) TOPCon 电池：公司拥有 SE 激光硼掺杂等相关技术储备（一次掺杂），该技术主要用于 TOPCon 电池选择性发射极的形成，降低金属电极与衬底的接触电阻，可提升电池转换效率 0.2-0.3%；公司的 SE 激光硼掺杂设备目前已实现低损伤、掺杂能力强等技术优点， 设备已在客户小批量验证。

3) HJT 电池：公司应用于 HJT 电池的 LIA 激光修复设备能够满足 230mm 以下尺寸电池片高 光强辐照，提高非晶硅的钝化效果，提升电池开路电压，同时改善银浆与衬底的接触， 大幅提高填充因子，可提升转换效率约 0.4%。目前公司已获得欧洲客户的认可，并于 2020 年 11 月取得设备量产订单，订单金额达 1000 多万元，单台设备价格不低于 300 万元。4) IBC 电池：公司的激光消融技术可应用于 IBC 背面钝化层开膜上，替代传统 IBC 电池采 用光刻的技术路线，简化工艺流程，大幅度降低生产成本，进一步提高 IBC 电池的竞争 力；据公司公告，公司 2022 年合计获隆基系订单 6.02 亿元，我们预计以 HPBC 激光开 槽设备订单为主。

5) 激光转印：公司研发的激光转印技术不局限于电池结构，可实现在太阳能电池全技术路 线（PERC、TOPCon、HJT 和 IBC 电池）的应用。可以实现超细线宽（18 微米以下）的银 浆印刷，改善印刷质量，进一步提升高效电池的转换效率，同时降低银浆耗量 20-30%， 降本效果显著。公司整线布局、已向 2 家头部客户交付了工艺样机，同时已有 2 家头 部客户有交付量产整线样机的计划，覆盖了 HJT、TOPCon、IBC 等工艺路线。

3.5.上机数控：“工业硅+硅料+硅片/硅片设备+N型电池”一体化稀缺标的

全球切片机龙头，“工业硅+硅料+硅片/硅片设备+N 型电池”一体化布局、成长可期：公司为光伏金刚线切片机龙头。2019 年以来，公司拓展下游单晶硅业务，业绩快速上 升。2021 年公司与协鑫合资建“颗粒硅+纳米硅”项目，2022 年开始投建改良西门子硅 料，向上游一体化布局。2022 年 8 月公司公告向下游 N 型电池延伸，进一步打开成长 空间。

1）工业硅+硅料（自建）：拟建 15 万吨高纯工业硅+10 万吨高纯晶硅项目，项目建设已进入 高峰期，其中一期 5 万吨多晶硅将于 2023 年 4 月投产。同时政府将予公司配备 3.8GW 光伏 +1.7GW 风电电站指标，预计将保障公司低电价优势。2）工业硅+颗粒硅（参股 27%）：公司已增资 10.2 亿元共同投资年产 10 万吨颗粒硅+15 万吨 高纯纳米硅项目，参股 27%。投产后上机将获得不低于 70%比例的颗粒硅（对应 7 万吨），满 足 25GW 硅片的硅料需求，强化硅料保障、硅片竞争力。项目预计 2022 年 3 季度投产。3）硅片拉晶+切片：目前投产产能已达 35GW 拉晶+25GW 切片。计划在包头投建 40GW 硅片产 能+徐州 25GW 切片产能，产能迈向 75GW 拉晶+50GW 切片。2020Q3 到 2022Q3 其中 8 个季度单 瓦净利均超 0.09 元。公司成本、盈利能力已跟龙头差异不大。

4）N 型电池：拟投建 24GW N 型高效电池。其中二期建设 14GW 高效电池，三期建设 10GW 高 效电池。项目建设期 2-3 年。电池技术选择包括 TOPCon、HJT 等 N 型电池。5）新能源电站：公司规划 5.5GW 新能源电站，目前项目正在规划建设中。公司“工业硅（15 万吨自建+15 万合资）+硅料（10 万吨自建+10 万合资）+硅片（75GW）+ 电池（24GW）”一体化规划布局，进一步巩固核心竞争力、与下游组件客户形成较好协同。

审核编辑：郭婷