光伏银浆专题报告:HIT技术变革,百亿光伏银浆市场蓄势待发

未来智库

发布时间: 20-07-2920:09

如需报告请登录【未来智库】。

1、供给端:中低端产能过剩,高端产能(低温银浆)不足

1.1、光伏银浆—光伏电池的核心辅料

银浆是一种以银粉为基材的功能性材料。银浆是由高纯度(99.9%)金属银的微粒、玻璃氧化物、有机树脂、有机溶剂等所组成的一种机械混和物的粘稠状的浆料。一般分为导电银浆、电阻银浆、电熔银浆,由于其 90%用于导电,因此常被称之为导电银浆。导电银浆对其组成物质要求是十分严格的,其品质的高低、含量的多少,以及形状、大小对银浆性能都有着密切关系。

银浆的制备:主要包括三个步骤:①干混+湿混;②研磨与分散;③检测入库。其中以高温银浆为例,干混是将超细银粉、玻璃粉与无机添加剂按照一定配方的比例在玻璃粉软化后(500°C 及以上),搅拌而成。然后通过搅拌机进行湿混、搅拌与预混合。然后通过三辊机进行研磨与分散,再通过检验高温银浆的粘度、可塑性、流动性、干燥性等指标判断产品能否合格入库。

光伏银浆是应用于光伏电池正面电极和背面电极的银浆,占银浆总需求的 87%。以 2019 年的数据为例,光伏电池是银浆的主要需求领域,占比达 87%,其中应用于电池正面电极的,即与电池 N 型区接触的电极,被称之为正银,应用于电池负极的,即与 P 型区接触的电极,被称之为背银,两者合称为光伏银浆。

光伏银奖重要性逐渐提升,是光伏电池的核心辅料。光伏电池的以单晶电池和多晶电池来看,光伏银浆的成本占比在 10%-11%,而新一代 HIT 电池,光伏银浆成本占比达到 24%,光伏银浆的重要性逐步提升,是光伏电池的核心辅料之一。

光伏银浆的生产壁垒主要包括:高分子焊接技术与超细银粉的制备,是国内光伏银浆厂商产品较杜邦、贺利氏等海外巨头存较大差距的核心关键,也导致前期国内光伏银浆主要依靠海外进口的原因之一。

高分子焊接技术,是先利用化学与工艺学在高分子材料助剂与配方的配合下,完成高分子材料类的改性。后将改性后的高分子材料在高温或高压的条件下,使用焊接材料(或助剂)将两块或多块以上的母材连接成一体。国内产商前期在该领域前期积淀较少,随着光伏银浆市场的扩大,逐步切入高温银浆领域,但生产的产品烧结性能、附着力、耐焊接性均存在一定的缺陷,更无法满足国外环保的要求,导致前期多生产低端产品。

超细银粉的制备,目前国内外银粉生产商均采用化学沉积法,但国内银粉的平均粒径≤0.5μm,比表面积为 0.8-3m2/g,分散性较差而国外产商的银粉平均粒径≤0.2μm,比表面积 1.4-2.4 m2/g,分散性较好,尽管看起来技术一致,单产品上仍存较大差距。

1.2、光伏银浆:高温银浆仍是主要产品,低温银浆产能不足

高温银浆是当前市场的主要产品,占光伏银浆供应总量的 98%以上。目前光伏电池市场上主要以 PERC 电池、BSF 电池、Topcorn 电池、IBC 电池、HIT电池为主,其中仅 HIT 电池使用低温银浆,其余均采用高温银浆,而 HIT 电池渗透率不足 1.5%。因此,高温银浆占银浆总供应量的 98%以上,仍是市场主流产品。高温银浆是通过烧结工艺(500°C 及以上)将银粉、玻璃氧化物、其它溶剂按照一定比例混合而成,低温银浆是在 250°C 的条件下采用银粉、树脂和其它溶剂按一定比例进行混合而成。

高温银浆市场竞争激烈,国内四大银浆厂商占比不足 35%。目前国内四大银浆厂商(帝科股份、苏州固锝、匡宇科技、常州聚合)高温银浆市场份额合计不足 35%,市场竞争相对激烈。其中帝科股份占比最大约 13%左右,苏州固锝市场份额超 10%。除此,国际四大银浆企业(贺利氏、杜邦、三星 SDI、硕禾电子)等由于成本和技术升级问题,正逐步被国内龙头所替代。

高温银浆市场份额分散的原因主要是由于以下 3 方面:

①设备门槛低,设备端主要是以三辊机、搅拌机等无需预定的设备为主,采购渠道较多;

②高温银浆配方相对透明,高温银浆主要是以银粉、玻璃氧化物、有机溶剂为主,在高温烧结的条件下混合、研磨、分散而成;

③下游认证周期短,获取订单相对容易。认证方面,部分小厂的认证周期仅为 1 个月,长则半年,导致行业进入较为容易

低温银浆产能不足,垄断性较强,京都 ELEX(KE)市占率超 90%。HIT 电池最早是由日本三洋公司申请注册,并以 HIT 品牌为光伏电池商提供 HJT 光伏组件,随后美国、法国、瑞士等国成立课题组对 HIT 展开研究,形成了低温银浆供应格局,即日本京都 ELEX(KE)、日本住友、日本昭荣、日本 Nanotech、美国汉高、杜邦等为主,但银浆厂商由于超细银粉原料供应问题、产品导电率、焊接力等问题,均陆续退出市场。京都 ELEX 凭借其股东分别为有机树脂龙头日本第一工业制药和全球银粉最大制造商日本 DOWA,在原料和产品性能方面优势明显。目前 KE 对于低温浆料的报价为 6500-6800 元/kg,远超正面银浆的 4500-4800 元/kg 的报价。

苏州晶银加码低温银浆市场,已实现量产。国内企业在高温银浆已逐步站稳了脚跟,并开始逐步向低温银浆进军。但整体尚处于起步阶段,目前宣传涉足该领域的国内厂商主要有晶银新材、帝科股份、常州聚和、深圳首驰等 4-5加企业。目前进展相对较快的主要有苏州晶银和常州聚和,截至 6 月,苏州晶银已经实现了 686kg 的低温浆料出货,客户涵盖了以通威为主的国内 HIT电池厂,以及海外 2 家电池厂。另外常州聚和进展也较迅速,其团队拥有超过 30 年银浆开发经验其 HIT 低温银浆产品已经多家国内 HIT 电池客户评估认可。帝科股份也已开始给通威进行公斤级别的供样试产。

供给端:高温银浆产能过剩,形成以国内四大银浆产商为主,但市场份额仍相对分散的供应格局;低温银浆可量产企业有限、产能有限,低温银浆可供给产能较低。尽管京都 ELEX 较早切入低温银浆市场,但为了维持低温银浆30%以上的毛利率,实现较高收益,KE 并未进行扩产。而目前苏州晶银已实现量产,并同时为海内外多家企业提供小规模试样,后续一旦认证通过,开启大量采购,有望打破现有低温银浆供给格局。

2、需求端:政策扶持+国产替代,光伏银浆高增长可期

2.1、内外光伏政策支持,带动光伏银浆市场共成长

光伏银浆行业的成长逻辑主要包括以下三方面:①外生因素:内外政策支持,光伏行业存在成长空间,银浆整体消耗量或将上升;②内生因素:光伏发电渗透率提升,产业链降价,带来装机成本下降、平价区域扩大,光伏行业规模提升,拉动银奖需求:③HIT 电池渗透率提高,单片电池低温银浆消耗量是 Perc 电池高温银浆消耗量的 2.63 倍

从内外政策来看,光伏行业在财政补贴、税收优惠等方面均有一定的扶持政策,有望力挺光伏行业全面扩容。2025 年全球新增装机量或达到287GW,较 2019 年增长 145%,年复合增长率为 6.5%:在产业链降价带来的装机成本下降、平价区域扩大等因素的助推之下,内外光伏需求有望持续稳定增长。叠加 HIT 电池渗透率的逐步提高,全球光伏市场有望迎来黄金期。

欧洲的绿色复苏计划与海外的可再生能源政策,有望加速光伏行业壮大,带动银浆市场同步扩张。从目前梳理的海外的光伏行业政策性补贴来看,2025 年全球光伏新增装机量将达到 287GW,海外多国渗透率的目标提升空间均超 4 倍以上,光伏行业的逐步扩大,将拉动银浆需求的兑现。

国内平价周期开启,内生因素助力光伏行业发展,拉动光伏银浆需求。随着光伏发电渗透率的提升,产业链逐步降价,2019 年以来单晶 PERC 组件的价格持续下跌,至今已累积跌幅超 30%,降至 3.5-3.8 元/W,基本实现国内平价。并且随着单片光伏银奖消耗量的下降,平价区域的扩大,装机成本有望逐步下降,光伏行业扩容或进一步提升,内生成长拉动光伏银浆需求释放。

2.2、国产替代加速,龙头企业市场份额逐步加大

国产替代正逐步加速,2021 年或达到 60%以上。银浆对于电池的发电效率产生直接的影响,因此,早期主要以进口为主。国产浆料起步较晚,2011 年之前一直未有突破。受益于国内光伏制造产能的崛起,以及装机占比的提升。市场需求快速增加下,银浆逐步开始国产化。目前国内基本形成了:晶银新材(苏州固锝子公司)、帝科股份、匡宇科技、聚和股份等为代表的四大国内浆料龙头企业。并逐步打破了由杜邦、贺利氏、三星 SDI 和硕禾垄断的浆料企业。国产银浆从 2017 年开始份额加速提升,从 2017 年的 20%,提升至 2018年的 35%-40%,到 2019 年的 50%左右。未来国产浆料的市占率有望持续突破。

中国光伏装机量大,国产替代加速,势必改变银浆行业格局。以 2019 年数据为例,全球新增光伏装机量为 116.9GW,中国新增光伏装机量为 30.11GW,占比达到 26%。叠加 2019 年中国光伏装机量存在担心政策延续问题,部分装机量递延至 2020 年。正常情况下,中国新增光伏装机量全球占比或将更高,在国产替代加速的情况,国内企业或将得到更多的市场空间,从而加速银浆行业的格局重塑。

综合来看,在国产替代加速的助推下,银浆行业格局或将加速调整,国内银浆龙头,有望跻身全球市场。

3、HIT 掀起光伏变革,低温银浆迎来爆发

3.1、HIT 电池或将加速渗透

HIT 电池是以晶硅太阳能电池为衬底,以非晶硅薄膜为钝化层的电池结构。HIT(异质结电池,HeterojunctionwithIntrinsicThinlayer)是一种在 P型氢化非晶硅和 n 型氢化非晶硅与 n 型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜的电池结构。标准晶体硅太阳能电池是一种同质结电池,即PN 结是在同一种半导体材料上形成的,而异质结电池的 PN 结采用不同的半导体材料构成。日本三洋公司在 1990 年发明出 HIT 电池并申请为注册商标,因此异质结电池又被称为 HIT(Hetero junction Technology)或 SHJ(SiliconHetero junction)。

HIT 电池逐步替代 PERC 电池存在 3 点理论优势与 3 点现实可行性。

从理论角度出发主要优势包括:

①高转换效率以及高双面率;

②简化的工艺流程

③LCOE 成本低

从转换效率来看,HIT 电池转换效率可 26.63%,高于 PERC 电池。HIT 电池在实验室(日本 Kanaka、松下)的电池效率最高可攀升至 26.63%,高于目前主流电池 PERC 单晶的转换效率(22.3%),这主要是通过其优越的钝化特性实现的,通过产生高于 700mV 的高开路电压(Voc)。整个电池生产过程采用低温工艺(一般低于 250°C),一定程度的降低了电池生产过程的能耗。此外,HIT 电池的温度系数低,数值在-0.23%/°C 至-0.3%/°C 之间。意味着 HIT光伏组件在事件工作条件下的温度特性优于传统的晶体硅光伏组件。并且HIT 是天然的双面电池,具有最高可达到 90%的双面率。

从工艺流程来看,HIT 电池将工艺流程简化为 6 步。具体包括:①制绒、②电池正反面非晶硅薄膜的沉积、③电池正面和背面 TCO 薄膜的沉积、④正反面导电极印刷、⑤烧结/固化、⑥测试及分拣。其中非晶硅薄膜的沉积通常采用 PECVD 方法完成。大量使用本征掺杂非晶硅薄膜来形成发射极和背电场(BSF),不仅可以提高 Voc 和发电效率,而且还可以避免因铝北场导致的薄硅片翘曲等。除此,制备的 TCO 薄膜,用作减反层和以及横向输运载流子至点击的导电层。TCO 薄膜的制备主要通过物理气相沉淀(PVD)技术的溅射方法来完成。

从 LCOE 成本的角度来看,理论上可实现最低水平,具有成本优势。由于 HIT电池大部分使用 N 性硅片,因此其组件可以称为无光致衰减(LID)组件。叠加 HIT 电池可以采用更薄硅片,得到最低水平的度电成本(LCOE)。

从现实角度来看,HIT 电池渗透率逐步提升的 3 点支撑:

①高效率转型的可行性:除去实验室外,光伏生产制造商的 HIT 电池已实现超过 23%的转换效率,未来随着 HIT 电池的量产,设备端以及浆料技术有望形成更好的配套,实现 26%+以上的转换效率;

②低 LCOE 的可行性:政策鼓励+国内设备厂商的技术升级,HIT 整线投资部分大厂已实现压缩至 5 亿/GW 的水平,以 10 年折旧期进行评估,HIT 电池折旧相较于 Perc 电池劣势会降低至 2 分/W 以下的水平。HIT 电池产线投资成本已达到量产临界线,2020 年有望成为 HIT 电池的投资元年,2021 年开始出现GW 级的产线批量化投产,低 LCOE 有望实现。

③技术限制被解除:松下专利保护权已结束,行业在 10 年 HIT 技术沉淀后,有望突破。

综合来看,在 Perc 电池发展成新电池标准后,如何进一步提升电池的光电转换效率成为光伏电池厂的核心问题。而 HIT 电池无论从理论层面,最高可实现高出 PECR 电池 4%以上的光电转换效率、更低的 LCOE 以及更简化的生产工艺,还是从现实层面,已经实现 23%以上的转换效率(超出 PERC0.7%)、HIT 电池已经达到可以量产的投资成本(低于 5 亿/GW)。都在证明在追求高转换效率的当下,HIT 电池有望逐步替代 PERC 电池。横向对比单晶 PERC、N-PERT、TopCorn 以及 HIT 电池,依然是 HIT 电池优势明显。

3.2、低温银浆配方与银粉处理技术铸造护城河

低温银浆和高温银浆的差异主要在工艺和配方两方面:

从配方来看,低温银浆和高温银浆存在较大差异。低温银浆是通常在低于 250°C 的条件下,采用银粉、树脂和其它溶剂按一定比例进行混合而成,而高温银浆是通过烧结工艺(500°C)将银粉、玻璃氧化物、其它溶剂按照一定比例混合而成。各家银浆厂商由于各自配方不同,其银粉、溶剂、助剂的使用比例均不同,部分实验室采用银粉质量比在 65%-75%的混合方法,混合的比例和助剂的选择是配方的关键。

从固定资产投入来看,高、低温银浆设备差异较小。设备端主要包括:三辊机、搅拌机、印刷机等。对于低温银浆和高温银浆的生产不存在设备端的差异,良率相差不多。行业门槛主要集中在技术积累、浆料配方和高端人才等无形资产。

银粉处理技术是 DOWA 占据银粉及低温银浆较大市场的关键。目前 DOWA 是全球最大的太阳能导电浆料银粉供应商,其产品粒径范围小、表面有机包覆较好、分散性良好、质量稳定,是正面银浆厂商首选的银粉供应商,占全球一半以上的银粉市场份额。其旗下合资公司京都 ELEX 更是占领 90%以上低温银浆市场。其核心原因在于银粉处理技术,目前常见的银粉处理技术主要是通过物理法处理(气象蒸馏法、研磨法、雾化法等)以及化学法(酸洗+烘干)。

银粉粒度要求:银粉颗粒的粒径越小,导电银浆的电阻率越小,其固化所需的温度越低,若银粉颗粒的粒径过大,银粉粒子间的接触率越低,粒子之间的空隙有可能会被树脂粘结相所填充,无法形成稳定连续的导电通路,造成固化后的导电银浆导电性变差,电阻上升,并且由于粒径过大不能正常通过丝网,严重影响银浆的印刷性及涂覆性。一般粒度能控制在 3~5μm 较好,这样的粒度仅相当于 250 目普通丝网网径的1/10~1/5,能使导电微粒顺利通过网孔,密集地沉积在承印物上,构成饱满的导电图形。

银粉含量要求:通常银的含量高,对提高它的导电性是有益的,但当它的含量超过临界体积浓度时,其导电性并不能提高。一般含银量在 80~90%(重量比)时,导电量已达最高值,当含量继续增加,电性不再提高,电阻值呈上升趋势;当含量低于 60%时,电阻的变化不稳定。在具体应用中,银浆中银微粒含量既要考虑到稳定的阻值,还要受固化特性、粘接强度、经济性等因素制约,如银微粒含量过高,被连结树脂所裹覆的几率低,固化成膜后银导体的粘接力下降,有银粒脱落的危险。故此,银浆中的银的含量一般在 60~70%是适宜的

低温银浆崛起,或将加速落后产能淘汰。由于 HIT 电池只能采用低温银浆,低温银浆市场需求随着 HIT 电池渗透率的提升逐步释放,导致部分银浆企业试图拓宽该业务,就目前行业龙头企业的表现来看,主要通过两种方式:①高温银浆产线技改升级;②淘汰中低端产能,新建低温银浆产线。由于 HIT电池渗透率的提升势必挤压 PERC 电池的市场空间,将导致现有高温银浆产线进一步过剩。因此,技改升级也可属于优化落后产能结构。

3.3、低温银浆或借力 HIT 变革高速成长,打开银浆市场空间

低温银浆受益于 HIT 变革。HIT 变革将给产业链的设备端以及辅材带来更多机遇。从辅材来看,根据《中国光伏产业发展路线图(2019 版)》的数据,2019 年国内 P 型电池浆料的耗用量为 114.7mg/片(M2 规格电池),其正银约83mg/片,背面银浆的耗用量约为正面银浆的 38%,约 32mg/片(M2 硅片)。基于正面银浆 4150 元/kg,背面银浆 2750 元/kg 进行测算,每片电池需要需要银浆的价值量为 0.43 元/片。假设电池每片功率为 5.4W/片,对应每 W 成本 0.08 元。而目前国内电池的非硅中枢成本普遍介于 0.25-0.3 元/W 左右,因此成本占非硅材料比重达到 30%左右,属于电池生产环节中相对重要的辅材。而与 Perc 电池不同,HIT 电池采用的是低温工艺(低于 250°C),其银浆的选取同样采用低温银浆。

HIT 双面电池,单片耗银量达 300mg,是 PERC 电池耗银量的 2.62 倍。HIT 是天然的双面电池,由于目前 HIT 未得到量产,其正银和背银均采用 150mg 的低温银浆制成,双面低温银浆的消耗量将达到 300mg/片,是单晶 PERC 电池的 2.62 倍。

除 HIT 采用低温银浆使银浆市场扩容外,HIT 电池产能投资规模逐渐加大,投资成本降低后,渗透率或快速提升。制约 HIT 渗透率提升的一个核心因素就是 HIT 整线投资成本问题,2019 年光伏厂商平均的投资成本在 9 亿/GW,而今年部分光伏厂商已压缩至 5 亿/GW-7 亿/GW 的水平,以 10 年折旧期进行评估,HIT 电池折旧相较于 Perc 电池劣势会降低至 2 分/W 以下的水平。HIT电池产线投资成本已达到量产临界线,在降本提效的优势带动下,预计未来五年 HIT 电池的市场渗透率将逐步攀升,从而带动低温银浆市场规模的扩张。

布局光伏企业布局 HIT 电池,HIT 渗透率或超预期提升。2019-2020 年,多家光伏企业纷纷加快了 HIT 电池的扩产步伐,加大资金投资力度,加深行业合作伙伴关系,HIT 电池规划产能不断增加。根据 OFweeK 太阳能光伏产业研究院的统计,2020 年将有 4-7GW 以上的 HIT 电池新增产能投放,部分标杆企业与项目可能今年投运,异质结电池的产业化进程不断加快,渗透率有望超预期提升。

受平价上网影响,银浆和设备端成光伏电池降成本的关键。从必要性的角度来看,每片的低温银浆使用量有望在 HIT 量产后逐渐减少。由于平价上网的限制,导致光伏电站传输电网时,其价格需与水电、火电持平,这就导致光伏电站会通过提升光电转换效率和降低设备、耗材成本来降低综合成本,实现平价内盈利。对于 HIT 电池而言,设备端在量产后是可以得到降低的,辅材端也可以通过降低低温银浆使用量来降低成本,尽管目前实验室和光伏厂商多采用正银、背银均 150mg 的低温银浆,但部分厂商已经开始验证 140mg单面的使用效果。从 PERC 电池的经验来看,每年每片正银的消耗量呈现 8.2%的下滑,而光电转换效率依然保持上升态势。HIT 电池同样具有单片单面低温银浆使用量下滑的可能。

从可行性角度来看,技术降低 HIT 单片低温银浆消耗主要有三点支撑:

①通过主栅的优化和细栅的细线化,可降低银浆单片消耗。具体来说,主栅主要是为了收集载流子,目前不同类型光伏电池中主栅主要以 5 主栅为主,占比约 80.8%,其次是多主栅技术(MBB),目前占比约 15.8%,,少量电池仍采用 4 主栅技术。随着光伏电池对有效载流子收集诉求的提升,正逐步追求多主栅技术,而随着主栅根数的增加,其整体耗银量呈现下降趋势,目前 4主栅耗银量为 96mg/片,5 主栅为 91mg/片,多主栅为 72mg/片。随着主栅的优化,单位耗银量有望逐步减少;

②通过丝网主副栅分步印刷技术,可降低银浆使用量。具体来说,就分布印刷技术来看,在印刷主栅时,不需要穿透减反膜,这样可以避免造成多余复合印刷,从而提升电池的开路电压。同时由于和副栅是分开印刷,就不需要考虑副栅高度,在网版可做更多简化,减少浆料的使用量。

③利用铜电极技术和电镀技术,实现铜替代银浆,可大幅降低低温银浆的消耗。但该工艺繁琐使用率相对较低,未来随着 HIT 电池发展以及正面电极金属技术(电镀技术)的简化与升级,有望实现铜替代。

在 HIT 渗透率逐步提升,单片低温银浆销量减少的情况下,低温银浆市场将达到百亿级别。结合现有 HIT 投产进度,我们认为 HIT 电池 2025 年渗透率有望达到 35%,叠加国家推行新能源发电,光伏受到政策端扶持,行业整体规模逐步放大,2025 有望较 2019 年增长 145%,单片银浆消耗量从 300mg 降至145mg。因此,2025 年低温银浆需求量有望达到 2151 吨,考虑量产后价格低温银浆价格,有望同高温银浆价格走势一样,在行业技术暂不出现较大改变的情况下,回归相对平衡价格 463 万元/吨,2025 年低温银浆市场规模或达到 99.6 亿元。

4、空间测算:预计 2025 年乐观估计光伏银浆市场将超 210亿,低温银浆市场达百亿级别

综合内外产业扶持政策+HIT 变革,我们认为预计 2025 年光伏银浆市场将达到 210 亿元的市场空间,较 2019 年增长 113%,低温银浆市场将达到 99.6 亿的市场空间,较 2019 年增长 15 倍,有望成为未来 5 年行业的新焦点。而目前低温银浆仍是供给端相对薄弱,先进入者有望效仿 KEM对前期客户进行订单捆绑和签署长协等方式抢占市场空间,存在较大的成长预期。

5、相关 A 股上市公司分析(详见报告原文)

5.1、苏州固锝:国内低温银浆市场的开拓者

5.2、帝科股份:国产替代+政策红利,强者恒强

……

(报告观点属于原作者,仅供参考。报告来源:兴业证券)

如需报告原文档请登录【未来智库】。

举报/反馈