光伏行业中的激光刻蚀(光伏激光设备先行者)
光伏行业中的激光刻蚀(光伏激光设备先行者)公司主营光伏电池激光加工设备,营收占比超过90%。2012年公司即推出研发型激光消融设备,因此在2017年PERC电池进入量产阶段、开启技术迭代时已有超过5年的研发积累,增效工艺优势显著。公司在PERC激光消融(开槽)与掺杂技术积累多年,受益于PERC技术迭代与电池增效需求高涨,设备产销呈现爆发式增长。成立初公司将激光创新性应用于光伏电池生产,先后推出激光消融、激光掺杂、激光LIA、MWT打孔、无损划片等技术,激光设备在下游电池组件龙头隆基、通威、天合、晶科、爱旭、韩华等企业中广泛应用,其中PERC激光消融和SE掺杂设备市占率超过80%。公司在不同光伏电池技术路线中积极布局,目前成功将激光加工技术应用于 MWT、TOPCon、IBC、HJT、钙钛矿等新型电池组件技术领域。此外,在消费电子、显示面板、医疗设备等领域,公司亦推进激光技术应用。
(报告出品方/分析师:西南证券 韩晨 敖颖晨)
01 光伏激光设备龙头,技术护城河铸就高盈利1.1 光伏电池激光设备深耕者,多技术路线储备丰富
全球领先的激光设备供应商,将激光技术创新应用于光伏电池组件制造领域。
公司成立于2008年,以自主创新激光技术为核心,主营精密激光加工方案设计及配套设备。
成立初公司将激光创新性应用于光伏电池生产,先后推出激光消融、激光掺杂、激光LIA、MWT打孔、无损划片等技术,激光设备在下游电池组件龙头隆基、通威、天合、晶科、爱旭、韩华等企业中广泛应用,其中PERC激光消融和SE掺杂设备市占率超过80%。
公司在不同光伏电池技术路线中积极布局,目前成功将激光加工技术应用于 MWT、TOPCon、IBC、HJT、钙钛矿等新型电池组件技术领域。
此外,在消费电子、显示面板、医疗设备等领域,公司亦推进激光技术应用。
公司在PERC激光消融(开槽)与掺杂技术积累多年,受益于PERC技术迭代与电池增效需求高涨,设备产销呈现爆发式增长。
公司主营光伏电池激光加工设备,营收占比超过90%。2012年公司即推出研发型激光消融设备,因此在2017年PERC电池进入量产阶段、开启技术迭代时已有超过5年的研发积累,增效工艺优势显著。
随着PERC电池渗透率提高、对BSF电池的快速替代,公司PERC激光设备(主要为消融和开槽)产销快速增长:2017年光伏激光设备销量65台,2021年达到635台,5年CAGR达到92.5%,同期营收CAGR也为74.8%,享受PERC电池迭代中的技术红利。
1.2 盈利大幅领先同行,新技术趋势下毛利率有望再提升
激光设备助力电池增效,为下游客户带来核心竞争力,公司毛利率领先同业。
2017年以来公司毛利率基本领先光伏设备行业平均毛利率10pp以上。
究其原因,我们认为主要在于公司与下游客户共同研发、调试电池产线,设计技术工艺,整线设备具有一定非标性,且能够带来转换效率提升:激光消融可提升电池转换效率1.2%,SE掺杂再提升0.3%-0.5%,为下游电池企业带来显著价值量与核心竞争力。
2017-2020年公司毛利率虽然有所下降,主要原因为PERC激光设备成熟后价格有所下降,并且公司给予规模化采购的客户一定让利,但公司光伏激光设备毛利率仍保持在45%以上。
新设备盈利能力更强,2021年以来公司毛利率企稳回升,盈利有望迎来拐点。
2021年以来公司毛利率逐步提升,至2022年二季度综合毛利率达到47.1%。2022年上半年公司实现归母净利润2.2亿元,同比增长21.4%,高于营收10.8%的增速,主要源于高盈利的新设备逐步贡献收益。
从存货周转角度看,2021-2022年公司存货周转周期约1年,存货中70%以上为发出商品,因此公司收入确认周期约为一年。
2020-2021年下游电池产线迎来大尺寸升级,因此2022年营业收入中包含部分1年前发货、主要用于大尺寸电池产线的升级设备,新设备盈利更优,故公司毛利率有所提升。随着N型技术迭代推进,公司N型电池新技术设备出货增长,盈利能力有望进一步提高。
1.3 董事长兼具学术与实业积累,研发团队实力雄厚
公司实控人为董事长李志刚先生,持股比例约44%。公司实际控制人为公司董事长李志刚先生。截至2022年二季度末,直接持股比例为41.1%。同时,李志刚先生亦通过在员工持股平台武汉速能,合计控制比例为44.1%。子公司帝尔无锡以及位于以色列特拉维夫的DR Utilight均为全资子公司。2021年6月,子公司帝尔无锡投资设立全资子公司帝尔义乌,帝尔义乌成为全资孙公司。
董事长为物理电子学博士,学术与实业积累深厚。
公司董事长李志刚先生为华中科技大学物理电子学博士,师承武汉光电国家实验室副主任、中国光谷创始人创始人之一黄德修教授(2015-2018年曾任公司董事),在光电研究方面有悠久的传承与扎实的研究功底。博士在读期间李志刚先生曾入选Singapore Institute of Manufacturing Technology与华中科技大学的联合培养计划,与新加坡制造技术研究所展开深入合作与交流,为公司在新加坡设立子公司作为境外总部、引进新型激光技术奠定基础。
在多年激光学术研究的基础上,李志刚先生于2004至2008年期间在珠海市粤茂激光设备工程有限公司担任总经理,积累了丰富的激光设备企业管理经验。
综合研发与管理实力两方面,李志刚先生作为公司董事长与研发团队核心成员,直接推动公司研发实力提升与战略发展。
除董事长外,公司核心技术人员亦在相关领域拥有丰富的研发从业经验,如艾辉博士曾任台达武汉分公司产品研发主任,朱凡先生曾任尚德电力控股研发经理、吉福斯新能源总经理,在电池组件设备和制造领域工作经验丰富。
走出国门强强联合,打造全球化的研发中心。
2020年公司在以色列特拉维夫设立研发中心,与以色列Utilight进行合作。Utilight 2012年起对激光应用,特别是光伏电池激光转印进行研究,迄今亦拥有十年的技术积累。2021年公司拟在新加坡设立研发中心作为公司境外总部,将利用新加坡的高科技技术成熟、劳动力素质高等优势,吸引高科技人才,继续壮大研发队伍,进而将技术导入国内总部。公司也将通过立足新加坡,辐射全球市场,加强公司的国际市场竞争地位,进一步开拓国际市场。
研发人员比例高达30%以上,研发费用率大幅增长,保障新技术的持续研发与领先。
作为技术创新型企业,公司高度重视研发人员的培养与研发团队建设,近年来研发人员绝对数不断增长:2021年研发人员总数211人,占总员工比例32.8%,远高于其他光伏设备和产业链其他环节公司。公司研发投入亦不断提高,以保持在N型等电池新技术和新应用领域的技术领先。2022H1公司研发费用率继续提升至8.8%,较2021年提升约0.6pp。
可转债募项目聚焦新技术、新应用领域研发,资金层面保障新技术研发顺利。2021年公司发行可转债募资8.4亿元,主要用于光伏激光转印技术和显示面板行业激光设备研发,从资金层面保障公司在新技术和新领域的研发进展,进一步夯实技术实力。
02 PERC激光设备已为产线标配,公司市占率80%以上2.1 PERC激光应用主要为开槽和SE掺杂
PERC生产流程中增加激光消融(开槽)和SE掺杂工序,可提升电池转换效率,实现工艺优化升级。
初代PERC电池相较常规铝背场(AL-BSF)电池增加背钝化和背膜开孔两个步骤,对应增加背钝化和开孔两道设备。PERC电池在AL-BSF电池结构上衍生,在BSF电池背面添加电介质钝化层以增强光纤内背反射,降低背面电子复合,最终提高光电转换效率。但由于钝化层和表面氮化硅保护层为绝缘层,因此在生产工序上,PERC在BSF工艺上除增加背钝化层沉积(多用PECVD法)外,还需增加背膜开孔步骤,使背电极与硅基体形成良好的欧姆接触。产线中相应增加背钝化与开孔设备。
激光开槽利用激光在硅片背面进行打孔或开槽,将部分 Al2O3与SiNx薄膜层打穿露出硅基体,背电场通过薄膜上的孔或槽与硅基体实现接触。通过镀膜钝化和激光开槽,电池转换效率可提升1.2%;根据CPIA数据,激光开槽将单晶PERC转换效率由20.3%提升至21.5%左右。
基于对高转换效率的追求,初代PERC工艺不断优化,再叠加选择性发射极SE(Selective Emitter)。SE PERC需要在电极与硅片接触附近进行高掺杂和深扩散,在电极以外的地方进行低掺杂和浅扩散,解决了残渣浓度对电池效率的限制,降低串联电阻,减少载流子复合提高表面钝化效果,提高短路电流和开路电压,从而全面提高电池性能,将转换效率提高0.3%-0.5%。增加SE后,PERC量产效率开始突破22%。
在工序方面,SE PERC在PERC的基础上增加激光掺杂环节。激光掺杂利用激光的热效应,熔融硅片表层,因此覆盖在发射极顶端的磷硅玻璃中的P原子进入硅片表层。磷原子在液态硅中的扩散系数比在固态硅中的高,所以在固化后掺杂磷原子取代硅原子的位置,形成重掺杂层。当前每GW PERC产线中激光开槽与掺杂设备价值量约1000万元。
2.2 “领跑者”与“531”加快激光普及,公司客户资源广泛优质
“光伏领跑者”项目加快单晶、PERC的量产进度,电池新技术迎来发展窗口期。
2015~2017年国家能源局共发布三批“光伏领跑者”计划,通过使用技术绝对领先的电池组件,建设光伏发电示范基地和新技术应用示范工程,促进先进光伏技术产品应用和产业升级。
每批次“领跑者”项目对组件的转换效率提出明确要求,并逐步提高准入标准:2015年技术领跑基地的多/单晶组件转换效率要求在16.5%/17%以上;2016年将上网电价水平作为投资主体评分标准的最大权重(占比30%),同时对高转换效率的电池组件给予评分溢价;2017年技术领跑者基地的多/单晶转换效率指标提升至18%/18.9%。
组件转换效率要求的提高,推动了电池组件企业加大电池转换效率的研发投入和先进电池技术、设备的应用,单晶PERC先进电池技术的量产进度随之加快,激光消融和掺杂设备需求相应快速增长。
2018年“531”后光伏电站进入竞价时代,产业链对转换效率提升的诉求更为强烈,SE PERC迅速普及,成为主流的提效方式,电池环节进入“PERC ”时代。
根据集邦数据统计,2018年超过60%的PERC产能配置了SE工艺,此点从公司2018年设备净发货数同比增长191%亦可印证。至2020年激光掺杂已成为PERC电池产线标配,因此旧产能升级和新产能建设共同带动激光掺杂设备需求快速增长。
基于在PERC激光设备的深厚积累,公司激光掺杂与开槽设备销量快速增长,市占率达到80%以上。光伏电池激光设备技术难度高,且需与下游客户共同合作,因此行业内具备光伏激光设备量产能力的企业有限。
公司率先卡位PERC激光设备研发,与下游合作积累超过5年,在行业技术迭代与升级的机遇下,2018年以来激光设备销量快速增长,至2021年在PERC激光设备中市占率超过80%。
从光伏激光设备营业收入来看,公司市场主导地位稳固,行业内营收占比约90%。其他上市公司中仅大族激光在2021年拥有部分光伏激光加工设备业务(2020-2021年大族激光光伏激光设备营收1.19/1.34亿元,同比增长88.59%、12.38%,增速虽较快但份额仍较为有限),2021年海目星的光伏设备业务尚未取得营业收入。
在高市占率与绝对市场地位下,公司客户广泛且优质。得益于PERC激光设备在下游电池组件企业的广泛应用,公司下游客户广泛,与隆基、通威、爱旭、晶科、天合、晶澳、阿特斯、韩华、东方日升等海内外企业均开展深入合作,建立了良好的客户关系。广泛的客户资源基础,为公司在新技术领域的探索提供试验、反馈和优化的空间。
03 N型产线中激光设备价值量更高,渗透率或加速提升3.1 N型技术迭代开启,电池设备成长空间广阔
PERC量产已逾5年,转换效率和非硅成本接近极限,后续优化空间有限,因此降本增效主要依靠下一代电池技术的量产突破。
当前PERC量产转换效率23.5%,接近24.5%的理论极限,提升幅度放缓且后期提升至24%难度较大。相比之下,N型电池技术如TOPCon、IBC、HJT等实验室转换效率大于25%,量产转换效率可实现高于24%,且后续提升空间大,因此新技术迭代已具备必要性。
非硅成本方面,当前头部电池企业和一体化企业通过大尺寸新产能降本,PERC非硅成本全面低于0.2元/W,领先产能可做到约0.16元/W,已经降至较为极限水平,继续下降空间较小。下一代N型电池技术尚处于起步阶段,在效率、设备、耗材等方面存在进一步提升优化空间,因此在非硅成本下降上仍有较大潜力。
N型电池技术方法呈现多样性,主流技术制备方法尚未确定,后续有望通过设备国产化、浆料优化等方式全方位降本增效。在多种N型电池技术路线中,目前多聚焦于TOPCon、IBC和HJT三种技术类型,每种技术方向下各家也有不同的工艺路线。由于N型各技术方向均处于起步阶段,故当前主流工艺与技术路线尚未确定。整体上目前三类技术路线成本仍高于PERC,未来通过金属化工艺升级、浆料降本优化等方式降本增效,同时也将为新设备带来成长空间。
TOPCon与IBC量产进度更快,HJT有望于2023年实现规模化量产。
在三种技术类型量产线建设进度方面,目前TOPCon最大量产产能来自于晶科已投产的24GW;IBC较为确定的量产产能主要来自隆基19GW(泰州4GW 西咸新区15GW)和爱旭8.5GW,共27.5GW产能预计于2022年投产;HJT方面,目前华晟在500MW产线的基础上,新增2GW产能;金刚玻璃也建成1.2GW产线,二者为较早的量产项目。
从2022年以来各量产线进度和规模来看,TOPCon和IBC量产进度更快,2023年主要企业TOPCon量产规划超过170GW,行业内实际量产产能或超过200GWz。HJT则有望于2023年进入规模化量产阶段。
3.2 激光设备在N型各技术路线中均可应用
3.2.1 TOPCon激光SE走向成熟,未来有望成为产线标配
TOPCon有多种SE工艺,均需用到激光设备。
TOPCon可制备与PERC类似的选择性发射极(SE)结构:在硼扩散面金属栅线与硅片的接触区域(电极接触部分)进行重掺杂(P ),而金属电极之间非金属接触区域实现轻掺杂(P )。
此结构可有效降低金属区的接触电阻及金属复合,提高开路电压,转换效率可提升0.2%~0.3%。但是采用硼硅玻璃(BSG)作为掺杂源进行激光掺杂,激光难以将BSG的硼掺杂进入P 层,会导致P 层的表面掺杂浓度降低,结深加深。
为此,晶科、天合、环晟、正泰等厂商研发出了不同的改进工艺,均需用到激光设备进行掺杂或开槽。
上述工艺的区别在于制备选择性发射极使用的硼源不同。
例如,晶科能源工艺中的第二步沉积可为后续激光掺杂提供足够的硼扩散源,天合光能利用推进工艺形成的高表面浓度的P 层作为激光掺杂硼源,浙江正泰通过印刷硼浆的方式,环晟光伏则采用对开槽处进行二次扩散的工艺。环晟光伏的二次硼扩工艺较为成熟,但是需要增加扩散炉、SiNx沉积、清洗设备,成本较高。天合光能、晶科能源、浙江正泰均采用激光掺杂技术实现硼扩散SE结构,容易引入额外损伤,对激光的要求较高。
TOPCon激光SE技术逐渐成熟,未来有望成为量产标配。
目前以晶科能源为代表的TOPCon电池厂商,量产测试效率已达24.7%。激光SE可进一步提高TOPCon转换效率,降低生产成本。根据我们测算,在24.7%基准转换效率,激光SE效率提升0.2%、0.3%的假设下,电池生产成本分别可下降0.0086元/W、0.0129元/W。进一步假设1GW TOPCon电池产线激光设备投资额1000万元,则1年左右时间即可收回投资。
3.2.2 XBC电池有多道激光应用,单GW价值量显著提升
IBC电池可与其他晶硅技术路线结合,衍生出p-IBC、TBC、HBC等结构。IBC电池的栅线都在背面,正表面没有金属栅线的遮挡,电流密度较大,在背面的接触和栅线上的外部串联电阻损失也较大。
金属接触区的复合通常都较大,所以在一定范围内(接触电阻损失足够小)接触区的比例越小,复合就越少,从而导致Voc越高。IBC电池除了拥有最高转换效率潜力的结构外,还能不断吸收其他晶硅技术路线的工艺优点和钝化技术,来不断提升转换效率。
IBC吸收了PERC技术发展阶段的优点,转换效率提升到24%-25%;吸收TOPCon钝化接触技术,演变成TBC电池,转换效率能到25%-26%;吸收HJT的非晶硅钝化技术,演变成HBC电池,转换效率能到26%-27%。
激光可用于IBC、p-IBC、TBC、HBC电池掩膜开槽,IBC电池局部接触开孔,p-IBC电池背面PERC区激光开槽,TBC、HBC电池P-N区隔离等工序,具体来看:
1)IBC、p-IBC、TBC、HBC电池掩膜开槽:IBC、p-IBC、TBC、HBC电池工艺的关键问题,是如何在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的P区和N区。早期天合光能在其IBC电池工艺流程中,通过丝网印刷刻蚀浆料来刻蚀掩膜,从而形成需要的图形。
丝网印刷方法本身的局限性,如对准的精度问题,印刷重复性问题等,给电池结构设计提出了一定的要求,在一定的参数条件下,较小的PN间距和金属接触面积能带来电池效率的提升,因此,丝网印刷的方法,需在工艺重复可靠性和电池效率之间找到平衡点。
激光是解决丝网印刷局限性的一条途径。目前的p-IBC、TBC、HBC电池更多采用激光开槽的方法在掩膜上形成所需要的图形,再在背面制备出呈叉指状间隔排列的P区和N区。
2) IBC电池局部接触开孔:由于IBC电池的正表面没有金属栅线的遮挡,电流密度较大,在背面的接触和栅线上的外部串联电阻损失也较大。金属接触区的复合通常都较大,所以在一定范围内(接触电阻损失足够小)接触区的比例越小,复合就越少,从而导致Voc越高。因此,IBC电池的金属化之前一般要涉及到打开接触孔/线的步骤。
与掩膜开槽类似,通常可采用光刻、激光开孔、丝网印刷腐蚀浆料的方法进行。光刻法的成本高,不适合大规模生产。腐蚀浆料开孔受到印刷能力的限制,开孔的区域往往比较大,而且边缘不清晰。激光可以得到比丝网印刷更加细小的电池单位结构,更小的金属接触开孔和更灵活的设计。
3)p-IBC激光开槽:p-IBC电池背面P型掺杂的PERC结构与N区掺杂的TOPCon结构呈叉指状排列。P型掺杂的PERC区域需用激光开槽印刷铝浆,N型掺杂的TOPCon区域直接丝网印刷银浆即可。
4)TBC、HBC电池P-N区隔离:对于TBC、HBC电池,为防止电池短路,还需要用激光对晶硅衬底背表面P 区、N 区中间区域用激光开槽进行隔离。
XBC电池要求精准对位、缩短加工时间、降低激光损伤,激光设备价值量大幅提升。
为提升电池效率,BC类电池采用较小的PN间距和金属接触面积,精准对位是激光设备的必要条件。如果不采用Scanner方式的激光头,其加工时间往往较长,平均每片电池片的激光加工需耗时几分钟到十几分钟,生产效率低。此外,还需要注意激光加工带来的硅片损伤,以及对接触电阻的影响。
BC类电池对激光的要求更高,单GW设备价值量更大。预计p-IBC电池单GW激光设备价值量在2000~3000万;TBC电池由于采用N型硅片,单GW激光设备价值量可达4000~5000万元。
XBC电池量产在即,激光持续受益新产能投放。
根据隆基股份规划,其泰州4GW HPBC电池项目将于2022年8月投产,西咸新区15GW项目将于2022年9月投产。爱旭股份义乌6.5GW及珠海2GW ABC电池项目也预计于2022年三季度投产。XBC电池产品目前主要针对中高端分布式市场,根据前期试销情况,具备一定溢价优势。爱旭股份中长期ABC电池规划产能达52GW,激光设备也将持续受益。
3.2.3 LIA可提升HJT转换效率,提供降本提效新选项
LIA可降低界面复合,提高HJT电池转化效率。HJT电池结构中,存在α-Si:H/c-Si的界面。
α-Si:H/c-Si的界面存在大量的界面态(Si悬挂键),在光照的情况下,对此结构进行加热退火,可以有效减少界面态(Si悬挂键)密度,降低界面复合,从而提高非晶硅的钝化效果。这个现象称之为光诱导退火,简称LIA。
因此,在光照的情况下,对HJT电池进行加热退火,可以有效减少界面态(Si悬挂键)密度,降低界面复合,从而提高电池转化效率。
LIA可提效0.6%左右,单GW设备价值量预计在2000~3000万元。
HJT电池常规制备流程是:清洗制绒、非晶硅镀膜、TCO镀膜、丝网印刷。新南威尔士大学Matthew Wright等人的研究表明,在丝网印刷工序后,增加LIA激光修复设备,即在高于200℃的温度下使用高强度激光(100倍太阳光)照射电池,经过30s后,电池转换效率可增加0.6%左右。
在HJT电池24.95%基准转换效率,叠加激光LIA效率分别提升0.5%、0.6%、0.7%的假设下,电池生产成本分别可下降0.0217元/W、0.0259元/W、0.0301元/W。按照新设备1年左右投资回收期计算,预计单GW激光LIA设备价值量在2000~3000万元。
3.3 N型电池激光设备领先布局,量产线设备出货在即
TOPCon激光技术储备丰富,多种SE工艺均有布局。在TOPCon电池工艺上,帝尔激光拥有激光硼掺杂、激光开膜、特殊浆料开槽等相关技术储备。激光硼掺杂有望率先在TOPCon产线推广。
公司也一直寻求更好的激光硼掺杂解决方案,除了目前相对成熟的二次扩散技术外,积极布局一次扩散,只增加一道激光,不用新增其他高温、氧化、清洁等设备,减少投资成本,同时也有约0.2%~0.3%效率提升,预计下半年会推出新中试样机。
XBC技术方面,2021-2022年公司斩获隆基6.7亿元激光设备订单,N型电池激光设备即将量产。公司较早对激光在N型电池应用进行研发布局,根据招股说明书信息,2017年公司已对IBC电池激光设备进行研究,并推出试验性产品,XBC电池领域积累逾五年。
2021年至今公司与隆基签订激光设备销售合同6.7亿元,其中2022年1~5月合同金额6亿元。隆基交易方包括位于泰州、宁夏、西安、西咸新区、古晋的子公司,我们预计2022-2023年隆基泰州等相关N型HPBC产能将逐步导入激光设备。
另一方面,与隆基不同子公司签署的6亿元合同也表明公司N型激光设备已获下游龙头认可,降本增效可靠性高。
异质结LIA相较于LED光注入方式优势明显,帝尔激光已取得欧洲客户订单。激光LIA修复技术的另一个优点是长时间不衰减,相对于LED光注入方式是一个很大的改进。
2020年,帝尔激光应用于HJT电池的激光LIA设备获得欧洲客户认可,并获得量产设备订单,可有效提升HJT电池效率。
2021年SNEC展后,在国内重点客户进行了新推广,实验室上也取得了比较好的数据。激光LIA修复技术有望作为降本提效的新技术手段在HJT电池上推广应用。
3.4 市场空间:至2025年N型电池激光设备空间或至65亿元 N型电池激光设备领先布局,量产线设备出货在即
根据CPIA数据和各企业扩产计划,2022年电池新增产能约150GW,其中建设TOPCon产能约60GW,新增XBC产能约25GW。
根据全球光伏装机增速预期,考虑到装机容配比、产能利用率等因素,我们预计至2025年电池总产能将超过1300GW。随着N型电池投产,各N型技术路线在总产能中渗透率将不断提高,我们预计至2025年TOPCon渗透率有望达到37%左右,HJT渗透率或达15%,XBC占比约13%。
分类别看,2023-2025年TOPCon新增产能有望达到185/143/106GW。若考虑到后续转换效率提升的增长空间,每GW TOPCon激光SE设备价值量为2000万元,则2023-2025年TOPCon激光SE设备市场空间分别为37.1、28.5、21.3亿元。
HJT规划产能宏大,预计2023-2025年新增产能分别为44/68/82GW,每GW HJT LIA设备价值量在3000万元,则2023-2025年HJT LIA市场空间分别为13.2、20.5、24.4亿元。
XBC路线中,预计 2023-2025年XBC新增产能为31/54/63GW,若每GW激光设备价值量在3000万元,则2023-2025年XBC激光设备市场空间分别为9.2、16.2、19.0亿元。
综合TOPCon、HJT、XBC三种技术路线中激光设备的价值量,我们计算至2025年N型电池激光设备市场空间将达到65亿元左右。
04 激光转印:兼容多种电池技术,银耗量降低30%以上4.1 兼容多种技术路线,降本增效优势显著
激光转印(Pattern Transfer Printing,PTP)是区别于传统丝网印刷、实现电池金属化的方式(即制备电极)之一。其工序是在特定柔性透光材料沟槽中通过两次刮刀工序填充浆料(如银浆)至齐平,然后倒置透光基底,采用高功率激光束高速图形化扫描。
银浆和沟槽之间界面区域的温度提高使银浆溶剂蒸发,从而产生蒸汽压力。当压力超过银浆与沟槽之间的粘合强度时,浆料从沟槽中分离下降至电池表面从而形成栅线。
激光转印技术兼容多种浆料,适用于P型、N型多种技术路线。激光转印技术兼容性强,对银浆、银包铜、低温银浆等不同类型浆料均可适用。因此激光转印能应用于PERC,以及TOPCon、IBC、HJT等N型电池技术。
相较于传统丝印,转印在栅线细化、降低银耗、提升转换效率等方面优势更为显著,或成为下一代N型电池技术的降本利器,甚至替代传统丝印,带来生产工艺的革命。我们具体分析转印优势如下:
1)栅线更细直接带来银耗量下降。在电极金属化中,栅线越细,所消耗的浆料越少,因此近年来降低栅线宽度为电池金属化工艺升级的优化方式之一。2021年丝印制备电极方式占比99.9%,行业平均细栅宽度一般在32.5μm左右(较2020年的35.8μm下降) 当前PERC丝印细栅宽度多为28-30μm。激光转印可突破传统丝印细栅的线宽极限,根据2020年Adrian等人的研究,激光转印细栅可以做到20μm,目前公司可做到18μm以下。栅线宽度下降30%,带来横截面面积下降,由此节约30%的浆料耗量。
通过激光转印技术,N型电池银耗成本下降更为显著。
栅线更细带来PERC电池银耗量下降已在下游量产线证实。N型TOPCon、HJT等银耗量较PERC更大,根据CPIA数据,2021年PERC正银耗量行业平均水平为71.7mg/片,TOPCon正面细栅银铝浆(95%银)平均耗量为75.1mg/片,HJT双面低温银浆耗量约190mg/片。因此通过激光转印优化的银耗量带来的成本下降将更为显著,如若推广有望加速N型量产进度。
2)在栅线更细的同时,二次转印可实现更高的高宽比,改善遮光率,提升转换效率。
激光转印下栅线更细,电池遮光面积更小,受光面积相对增加。同时,在一次转印的基础上还可以叠加二次转印,栅线实现更高的高宽比,带来电流损耗下降。由此可以减少栅线数量,进一步增加电池受光面积,提升转换效率。
3)硅片薄片化趋势下,非接触式印刷可提升良率。
丝印全程对电池表面施加较大压力,印刷过程中电池片存在的隐裂、破片、污染、划伤等问题,影响电池生产良率,当前N型硅片薄片化趋势下隐裂问题将放大。相比之下激光转印为非接触式印刷,可有效避免隐裂、划伤等问题,从而提高电池环节生产良率。
此外,激光转印亦具有印刷高度一致、均匀性优良、误差小(误差在2μm)等优势;也能改变柔性膜的槽型,根据不同的电池结构,来实现即定的栅线形状,改变电性能。
4.2 转印价值量高于丝印,N型整线每GW或超过3500万元
激光转印的优势主要在于减少银耗和转换效率提升带来的单位成本下降。根据CPIA数据,2021年166尺寸PERC单瓦银耗约15.2mg/W,以当前含税银浆价格4600元/kg计算,每GW银浆成本约6170万元(不含税)。若激光转印减少细栅30%的银浆耗量,细栅银耗在总银耗中约占70%,则每GW银浆成本可节省约1300万元。
激光转印在N型电池中降本更显著,每GW TOPCon银浆成本可节约1900万元,每GW HJT银浆成本可节约3300万元。
根据CPIA数据,2021年TOPCon银浆耗量约21.6mg/W,TOPCon银浆价格高于PERC,含税价格约在4800元/kg。因此细栅银耗下降30%后,每GW银浆成本可降低约1900万元。HJT银耗量更大,单片银耗达190mg,且低温银浆价格更高,含税价格在6000-7000元/kg之间。以6500元/kg低温银浆、30%细栅银耗节省计算,每GW HJT银浆节约可达到3349万元。相较于PERC,N型转换效率提升空间更大,因此每GW银浆成本仍有下降空间。
考虑到转换效率提升0.1%对成本的摊薄,我们分别计算对硅成本、银浆成本(在细栅银耗下降30%基础上)和其他非硅成本的节约;叠加细栅银耗下降带来的降本,预计激光转印整线在每GW PERC/TOPCon/HJT中可带来约1700万元、2300万元、3700万元的降本。
N型电池每GW激光转印整线价值量或在3500万元以上。
当前激光转印整线尚处于下游验证阶段,量产线价值量有待持续验证。由于转印在TOPCon、HJT中降本增效更显著,降本空间在2000~4000万元,因此相应价值量也将更高。
参考当前每GW丝印设备价值量占电池整线价值量15%左右,假设转印设备投资回收期为1.5年,则每GW TOPCon转印整线价值量或在3500万元左右,每GW HJT转印整线价值量有望达到5500万元。
4.3 市场空间有望快速释放,技术红利重现
至2025年激光转印市场空间有望近40亿元。对于激光转印在N型电池中的市场空间,我们主要依据电池新增产能、各技术路线占比、以及转印渗透率进行计算。
若至2025年转印在N型技术路线中渗透率达到30%~40%,每GW XBC转印设备价值量在5000万元,则2023-2025年激光转印市场空间可达到5.2、19.0、38.6亿元。
从市场空间增速来看,激光转印为平台型技术,可应用于各种电池技术,为其最大优势;应用于TOPCon等N型将更大程度发挥转印的价值量。因此若转印的降本增效成果持续验证,公司在PERC领域的成功亦有望在转印中复刻,再度享受行业技术变革带来的红利。
05 显示面板:激光应用领域再开拓5.1 激光可应用于显示面板修复、剥离等领域
激光修复应用于显示面板修复领域,可提高面板产品良率。显示面板生产工艺复杂,在生产过程中易产生亮点、暗点、闪点、碎亮点、金属线短路、断路、光刻胶残留等缺陷,使部分区域显示不良,面板等级偏低。
显示面板实际生产过程中,约有5%左右的点缺陷产生。而利用激光产生的高温,通过激光切割、焊接、暗化等方法将TFT内部不良缺陷予以气化或熔融,使之减轻或消除,为面板激光修复技术,可提升面板产品良率,从而降低企业生产成本。
显示面板行业常见的激光修复技术手段主要包括:
1)切割:利用激光切割,解决线路短路和隔离电路的作用;
2)焊接:主要目的为亮点 暗点化和解决导通不良;
3)碳化:使用高频激光使CF光阻碳化以达到亮点暗点化目的;
4)覆盖:利用激光颗粒化BM并推动使之覆盖其他发光区域,达到亮点暗化目的;
5)沉积:利用激光化学气相沉积(LCVD)方式修补断线,解决线路开路问题。
激光BM和DM修复可解决亮点缺陷的常见问题。
在面板制造过程中,灰尘、有机物、金属等异物会被吸附到液晶面板中,当吸附到靠近彩色滤光片的区域时,彩色滤光片的像素会发射出比其余正常像素更亮的光,从而产生像素亮点。BM修复(Black Matrix Diffusion)主要是利用激光在需要修复的像素的彩膜与玻璃基板间形成间隙,然后用激光将该像素周围的黑色矩阵进行颗粒化处理,并将生成的黑色颗粒推入上述的间隙中,不断重复这一过程直至黑色颗粒全部覆盖在该像素上面。DM修复(Direct Method)则是通过利用高能量超快激光直接作用在像素亮点的CF(彩色滤光片)或ITO透明电极上,使CF或ITO碳化,从而达到使亮点暗化的目的。
激光剥离技术也可应用于显示面板领域。
相较于化学剥离、机械剥离和离子束等其他高能束剥离,激光剥离技术具有能量输入效率高、器件损伤小、设备开放性好、应用灵活、在不损坏基板的情况下有效分离基板和有机材料层等优势,因此在OLED、柔性显示、薄晶圆片剥离等领域有广泛应用。
激光剥离工艺应用于Micro LED,可实现外延衬底剥离。
Micro LED剥离蓝宝石外延衬底技术仍有待突破。基于GaN发光材料的Micro LED芯片,由于GaN与蓝宝石晶格失配度较低且价格低廉,故蓝宝石衬底成为外延生长GaN材料的主流衬底。但蓝宝石衬底的不导电性、差导热性影响着Micro LED器件的发光效率;同时脆性材料蓝宝石不利于Micro LED在柔性显示方向的运用。
基于以上原因及Micro LED 显示本身分辨率高、亮度高、对比度高等优势特点,激光剥离蓝宝石是必要且关键的环节。
激光剥离利用高能脉冲激光束穿透蓝宝石基板,光子能量介于蓝宝石带隙和GaN带隙之间,对蓝宝石衬底与外延生长的GaN材料的交界面进行均匀扫描;GaN层大量吸收光子能量,并分解形成液态Ga和氮气,则可以实现Al2O3 衬底和GaN薄膜或GaN-LED 芯片的分离。
由于激光剥离本质上是单脉冲扫描的过程,因此对激光束的均匀度和稳定性有极高的要求,更加考验厂商的制造能力。
5.2 锚定激光修复和剥离技术,初步样机工艺验证中
可转债募资获得资金支持,显示面板领域研发持续推进。2021年公司可转债募资8.4亿元,其中2.6亿元投入新型显示行业激光技术及设备应用(项目预计总投入约3亿元)。公司持续在显示面板的激光应用进行深入研究,主要针对LCD/OLED、Mini LED的激光修复和剥离,开展研发和样机试制工作。
当前公司与全球消费电子制造企业、显示面板企业已建立长期合作伙伴关系,OLED和Mini LED激光修复取得初步进展,初步样机已在实验室进行工艺验证,Mini LED激光修复有望较快取得技术进展。
06 盈利预测与估值6.1 盈利预测
关键假设:
假设1:2022-2024年,公司光伏电池激光加工设备销量分别为750台、900台、1200台,毛利率分别为45%、50%、48%。
假设2:随着激光设备销量增长,相关配件、维修、技术服务业务随之快速增长,2022~2024年收入分别为1亿元、1.5亿元、2.5亿元,毛利率稳定在75%。
假设3:消费电子激光加工设备逐步获得订单并实现收入,2022~2024年收入分别为500万元、1000万元、2000万元,毛利率为50%~55%。
基于以上假设,我们预测公司2022-2024年分业务收入成本如下表:
6.2 相对估值
我们选取光伏设备环节的四家公司作为可比公司,四家公司2023年平均PE为46倍。公司作为光伏激光设备龙头,在N型技术迭代背景下竞争优势凸显。
公司光伏激光技术业内独有,2022年起运用在N型电池的激光设备有望放量,同时激光转印或取代丝印带来电池金属化环节变革。
我们预计未来三年归母净利润复合增长率为41.19%,给予2023年55倍PE,目标价250.25元。
07 风险提示1)下游新技术发展不及预期的风险;
2)原材料成本上涨,公司盈利能力下降的风险;
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