由于上游原材料上涨，能源成本上升，光伏在2021各环节均开始出现新的技术变化，背后核心矛盾是现有的产业链降本已到瓶颈期。

硅料新技术：颗粒硅

1、原理与工艺介绍

硅料新技术：颗粒硅 - 改良西门子法：目前全球主流的硅料生产工艺，原理是1050℃左右的硅芯上用氢气还原三氯氢硅，生成多 晶硅沉积在硅芯上。还原工艺采用多晶硅还原炉，其将分解的硅单质沉积在硅芯上慢慢长成硅棒，这种工艺 经过西门子改良后基本实现无排放且安全性大幅提升，从而推广。基于此，改良西门子法是利用多晶硅还原 炉，采用气相沉积的方式生产棒状硅的工艺。

硅烷流化床法（FBR）：原理是将细小的硅颗粒种子铺在有气孔的流化床层上，然后从下面通入硅烷，这 时硅颗粒种子具备流体特征，在加热等反应下，硅单质沉积在硅颗粒种子上，生成体积较大的硅粒，通过出 料管送出流化床设备。基于此，硅烷流化床法是利用流化床设备，采用硅烷裂解的方式生产颗粒硅的工艺。

2、碳足迹是推进亮点 全面拥抱新技术

颗粒硅的优势：一是成本更低，重点关注减碳前景。颗粒硅投资强度、电耗、人工成本更低。2021年6月， 中能硅业拿到国内颗粒硅首张碳足迹证书，每千克颗粒硅碳足迹数值为20.74千克二氧化碳当量（对标瓦克 57.559千克）。二是投料优势。对于多次装料拉晶（ RCz ）工艺，颗粒硅能够减少对炉壁损伤，且流动性更优； 对于连续拉晶（CCz）工艺，颗粒硅可以100%满足投料需求，具备更佳的适配性。

颗粒硅的劣势：一是“碳”，即颗粒硅碳元素含量相对较高最终影响拉晶品质；根据协鑫披露目前生产的 颗粒硅碳含量低于0.4PPMA，达到客户量产标准。二是“氢”，即颗粒硅含氢量高导致出现跳硅问题。根据江 苏中能反馈，通过加热后能够对氢进行释放，目前氢含量已降至10PPM。三是“粉”，即粉尘问题影响拉晶品 质。

3、硅料设备市场空间较小，重点关注CCz应用

颗粒硅产业进展：目前国内颗粒硅技术主要由保利协鑫进行牵头布局，2020年9月8日，公司旗下江苏中能规划产能10万吨， 首期5.4万吨颗粒硅项目开建，在原有6000吨产能基础上进行扩容，2021年2月3日，公司江苏中能徐州基地颗粒硅有效产能由6000 吨提升至10000吨。2021年11月18日，江苏中能与上机数控签订长协，期限为2022年1月1日-2026年12月31日，预计采购合同为 262亿元（含税）。

颗粒硅设备市场空间：颗粒硅生产工艺与棒状硅完全不同，因此设备需要全部更新，主要设备为流化床、换热器等。考虑到协 鑫颗粒硅设备已实现国产化，预计颗粒硅设备投资6亿元/万吨。我们预计2022年国内颗粒硅产能达3万吨，对应市场空间18亿元。p 重点关注CCz设备应用：2020年12月，协鑫与天通股份签订设备采购协议，主要针对颗粒硅产能规模应用；2021年1月，双方 成立合资公司徐州鑫诚，天通持股40%。天通股份为江苏协鑫提供308台直拉单晶炉，用于协鑫新增的颗粒硅材料产能规模化应 用。

硅片新技术：铸锭单晶、N型

1、铸锭单晶：原理及优势介绍

铸锭单晶（cast-mono wafer）介绍：铸锭单晶硅片指采用多晶铸锭炉，在常规多晶铸锭工艺的基础上加入单 晶籽晶，定向凝固后形成方型硅锭，并通过开方、切片等环节，最终制成单晶硅片。铸锭单晶的优势：①对硅 料要求低，硅料成本是常规拉晶的一半以下；②采用多晶技术，电耗更低。

铸锭单晶的问题：①转换效率较拉晶有所降低；②单晶出材率。协鑫是行业先行者，其于2011年发布“鑫 单晶”，此后持续完善，但尚未大规模推广的原因是单晶出材率低，摊薄了硅料及电耗成本。2021年，以海源 复材、金阳新能源为代表的企业在传统基础上进行改进，进一步提高了出材率。

2、铸锭单晶：不是颠覆，而是资源回收利用

铸锭单晶是对直拉单晶的补充。铸锭单晶所采用的硅料来源为四类：①直拉单晶不能使用的硅料，如头尾 料、碎料等；②切片产生的废料；③单晶硅料不能用的回料，如锅底料；④报废组件回收料。海源复材是目前A股铸锭单晶龙头，其第一大股东赛维目前已取得3万吨回收硅料项目生产线批复，预计 2022年将实现GW级铸锭单晶硅片产能释放。

3 铸锭单晶:配合HJT性价比突出

硅片新技术：铸锭单晶、N型 。铸锭单晶需要验证逻辑为两点：目前铸锭单晶182售价为3.9元/片，较直拉单晶硅片便宜，具备明显性价比。 但有两个环节仍需进一步验证：一是铸锭单晶电池的效率损失是否可接受，根据协鑫及海源复材披露数据， 铸锭单晶相较于直拉单晶做成的电池效率损失在0.3-0.5%；二是铸锭单晶的单晶出材率是否达到盈利水平。

铸锭单晶+HJT有望对PERC进行部分替代。根据测算，铸锭单晶+HJT较PERC具备明显性价比，可以同时 实现效率及成本优势。（报告来源：未来智库）
电池新技术：TOPCon、HJT、 IBC以及钙钛矿

1、TOPCon电池结构及特点

TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触）通常采用N型结构，与PERC相比 的改进是增加了遂穿层，其包括两层结构：一是1-2nm的超薄SiO2作为遂穿层实现钝化，二是100nm的掺杂多 晶硅层形成背面的异质结结构。

优点：转换效率相较于PERC更高，且能够与PERC产线进行兼容，2021年平均转换效率超过24%。

缺点：产线具备持续升级压力；工艺较为复杂，良率相对较低。

2、TOPCon工艺介绍

TOPCon相较于PERC而言主要是两个变化：一是N型电池结构（正面硼扩替代磷扩，背面高低结需要掺 磷）；二是增加了隧穿层（SiO2）和多晶硅（本征poly Si）。TOPCon工艺尚未定型。主要分歧在于隧穿层及 多晶硅镀膜工艺有所区别，目前的主流工艺是LPCVD+磷扩。

3、TOPCon工艺：存在的问题及技术对比

TOPCon早期存在的问题主要有三点：一是硼扩替代磷扩后工艺温度更高；二是氧化隧穿及多晶硅层后容 易出现绕镀，且镀膜均匀性较差；三是离子注入设备相对较贵。随着LPCVD、硼扩散设备成熟、二次磷扩替代 离子注入、通过RCA清洗或单面掩膜等方式控制绕镀后，TOPCon的工艺趋于稳定，且良率从早期的70-80%提 升至95%以上。

PECVD工艺优势明显，目前正处于产业化验证。管式PECVD进行原位掺杂从工艺流程来看有所节省，同 时镀膜速度提升，且较大程度解决绕镀问题，有望成为未来的主流工艺，目前正处于持续验证之中。

组件新技术：串焊工艺匹配

1、设备空间：单GW投资额降至6300万

组件设备：组件设备是指将电池片进行串联和并联形成组件的设备，包括串焊机、汇流条自动焊接机、层 压机、削边机、EL测试仪、全自动装框机、接线盒设备、清洗设备、IV测试仪。

市场空间：截至2020年底组件设备单GW投资额已降至6300万元，其中串焊机设备是核心，一条250MW 的产线需配置4台串焊机，单台价格在135-150万元，即串焊机的单GW投资为2000-2400万元，是最核心的 组件设备。预计2021年组件产能扩产95.1GW（182+210），对应设备市场空间为60亿元，对应串焊机市场 空间为20亿元。

2、串焊机技术迭代：MBB、大尺寸、异质结 组件新技术：串焊工艺匹配

MBB影响：串焊机是将光伏电池片通过焊带进行串联的设备，随着电池尺寸的增大和主栅数量的增加， 串焊机设备将迎来升级换代需求。多主栅电池对于设备的焊接能力、精度、稳定程度要求均有大幅的提 高，5BB升级到9BB串焊机需要更换串焊机，并使用特殊的助焊剂，9BB继续升级通过更换工装实现。
大尺寸影响：串焊机需升级成为182、210型号串焊机，设备需进行更换。182串焊机可以通过改造升级 为210串焊机，但无法在现场改造，且产能优势不明显，因此也以更换新机型为主。210机型不仅可以满 足210电池生产，同时能够向下兼容，生产效率也相对更高。更为重要的是，串焊机在组件环节出现了 182、210两次尺寸迭代。

HJT影响：HJT是全程低温工艺，因此传统的高温串焊方式需要更改，针对HJT有专门串焊机设计，会带动设备更新需求。

原标题：光伏四环节十大技术变革