据国家能源局数据统计，2013 年以来，我国光伏发电累计装机量增长迅速，从 2013 年的 19.42GW 增长至 2021 年的 306GW，全国光伏发电累计装机量已超过 15 倍增长。据《中国光伏产业发展路线》显示，预计在“十四五”期间，全球每年新增光伏装机规模将超过 220GW，我国每年新增光伏装机规模将超 75GW。我国光伏发电累计装机量将进一步扩大，乐观情况下 2025 年有望达到 700GW。光伏产业景气度的增加肯定会扩大配套设备的需求。

　　光伏设备行业具有什么特点？现在光伏技术的发展对设备有什么影响？未来技术发展的趋势该如何把握？产业链上都有哪些关键设备？相关公司都有哪些？哪个阶段的公司盈利情况更好？

　　1、技术迭代快：光伏行业进入无补贴、纯市场化阶段，技术降本将成为市场前进的大方向。回顾历史，光伏平均技术迭代周期在3年左右，也就代表3年存量产能将经历一轮淘汰。这对光伏设备行业整体来说是一种利好，会周期性的刺激设备更新换代，从而有望带来周期性的繁荣。

　　2、平台化布局：光伏属于泛半导体行业，技术与半导体具有相同性。使得绝大多龙头光伏设备企业未来的终局都将是光伏+半导体平台化布局，利用自身在光伏领域研发经验、向半导体行业延伸，打开新的成长空间。

　　3、市场空间大：光伏需求在未来可预见的10年内都将快速发展，预计2030年新增装机量有望超1000GW，光伏设备市场规模有望超千亿。

　　技术变革带来成本下降和电池光电转换效率的提升。过去十年间光伏效率提升显著，这与光伏全产业链各环节技术的共同进步是分不开的，其中包括硅料环节改良西门子法，单晶拉棒环节的 RCZ 法，硅片环节的金刚线切割法，电池环节的 PERC 电池技术以及组件环节的多主栅技术等，而当前技术进步的脚步仍未停歇，颗粒硅、CCZ、新型电池等技术有望进一步推动行业降本增效。

　　大尺寸已成为行业未来重要的发展趋势，随着相关技术研究越来越深入、制程越来越精益、差异化越来越明显，未来市场会对设备制造商提出更多、更高的要求。后续的技术进步主要围绕拉晶、加工设备的优化升级，对于企业而言被不同技术路线替代的可能性目前来看较低。

　　硅片大尺寸与薄片化已经成为行业的共识，目前硅片大尺寸有“182”与“210”两条技术路线，大尺寸会产生新的硅片设备和存量设备更新需求。

　　硅片生产主要包括长晶、截断切方、测试分选几个环节，长晶和切片是核心制造环节，目前主流的单晶炉热屏内径在 270mm，然而 M12 硅片的外径却达到 295mm，现有的长晶设备无法满足新的大尺寸需求，因此会产生大尺寸长晶设备需求。

　　大尺寸硅片薄片化过程中导致碎片率更高，相应的切片机也需要更新。在电池片生产设备方面，扩散、沉积在密封的管道中操作，对应的设备尺寸需扩大，另一方面，制绒、镀膜等工艺环节均匀度会更高，因此设备需要更新迭代。在组件生产设备方面，相应的层压机和串焊机也需要变长变宽，同样组件设备也需要更新迭代。

　　太阳能电池设备的市场需求主要取决于下游光伏电池片的技术迭代，光伏电池片目前的发展阶段：常规铝背板 BSF 电池（1 代）→PERC 电池（2 代）→PERC+电池（TOPCon）（2.5 代）→HJT 电池（3 代）→IBC 电池（4 代）等。每一次新技术迭代，光伏电池行业都会迎来 2-3 年新一轮的扩产周期，进而带动代表新技术的电池设备需求。

　　TOPCon 简单来说即利用氧化硅、掺杂多晶硅实现钝化接触，是一种利用超薄氧化层作为钝化层结构的高效太阳能晶硅电池。1983 年，“太阳能之父”澳大利亚太阳能科学家马丁·格林开发了使用隧穿氧化层与多晶硅层的电池结构。2014 年，德国 Fraunhofer ISE 研究所宣布实现基于隧穿层钝化技术的小面积电池，效率为 23%，并将该电池结构命名为 TOPCon。

　　从工艺兼容性上看TOPCon 与PERC兼容性较好，仅需在 PERC 产线上增加硼扩散、LPCVD（或 PECVD）以及湿法刻蚀机台。同时根据ISFH 的测算，TOPCon 电池理论极限效率为 28.7%，十分接近单结电池的效率极限 29.43%。

　　TOPCon 电池效率相较于 PERC 高近 1%，同 HJT 目前相当，组件功率比 PERC 高 15-20W。由于采用 N 型硅片和双面银浆，成本高于 PERC，随着电池良率提高及高效率带来的组件成本降低，成本有望低于 0.1 元/W。性能上，TOPCon 技术的组件双面率、温度系数等优于 PERC。同时 N 型 TOPCon 电池组件能与多主栅、半片、叠片技术相配合，可以实现更高的组件效率。

　　异质结电池（HJT）即本征薄膜异质结电池，其 PN 结由非晶硅（a-Si）与晶体硅（c-Si）形成，由日本三洋公司于 1990 年研发成功并推向市场。HJT 电池诞生至今已经超过 20 年，技术本身是成熟的，此前在商业化上没有取得太多突破主要受制于两方面原因，一是专利保护期，二是其在经济性上在当时没有优势。2015 年，三洋异质结专利保护到期，行业迎来发展机遇。

　　HJT 产线 道工艺，即清洗制绒→非晶硅镀膜→TCO 镀膜→丝网印刷、退火、测试，相较于 PERC 和 TOPCon 工艺流程大幅减少。HJT 电池由于在制备过程中对清洁度的要求高于 PERC 电池，对设备和车间的洁净度提出了更高的要求，所以原有的 PERC 产线无法和 HJT 产线进行兼容，这是当下制约 HJT 的地方。

　　HJT 电池主要的优势包括：1）低温工艺：加工温度低于 200℃~250℃，一方面可以降低能耗，更为重要的是低温工艺可以大幅降低硅片的热损伤，有利于硅片薄片化，从而降低成本。2）无 PID 效应与无 LID 效应：HJT 为 N 型衬底硅片，掺杂磷，没有 P 型硅片面临的硼氧复合、硼铁复合问题。3）低温度系数：HJT 高温与低温环境都表现出较好的温度特性。4）双面对称结构：高双面率，提高电池发电收益。5）高开路电压：本征薄膜能够有效钝化晶体硅与掺杂非晶硅的界面缺陷，开路电压高于常规电池。

　　IBC（Interdigitated back contact 指交叉背接触）电池出现于 20 世纪 70 年代，是指电池正面无电极，正负两极金属栅线呈指状交叉排列于电池背面。IBC 电池最大的特点是 PN 结和金属接触都处于电池的背面，正面没有金属电极遮挡的影响，因此具有更高的短路电流密度，同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻，从而提高填充因子，加上电池前表面场以及良好钝化作用带来的开路电压增益，因此 IBC 电池不仅转换效率高，而且看上去更美观。IBC 电池最高转换效率已经突破 26.6%。在国内，随着光伏产业规模的持续扩大，越来越多的光伏企业对 IBC电池技术进行研发投入，如国家电投等。

　　通过对传统 IBC 电池的背表面进行优化设计，增加钝化接触结构。即用 p+和 n+的 POLY-Si 作为 Emitter 和 BSF，并在 POLY-Si 与掺杂层之间沉积一层隧穿氧化层 SiO2。这样的背表面钝化可以有效降低复合，实现更好的接触，进而提高电池转化效率。

　　2014 年，松下在 HJT 电池基础上，结合 IBC 电池结构，开发了 HBC 电池，转换效率 25.6%。2017 年，Kaneka 刷新 HBC 电池转换效率世界纪录至 26.63%。HBC 电池背面的 Emitter 和 BSF 区域为 p+非晶硅和 n+非晶硅层，在异质结接触区域插入一层本征非晶硅钝化层。HBC 电池具有高质量的钝化效果和低的温度系数，并同时具备大短路电流和高开路电压的双重优势。

　　光伏产业可以分为硅料、硅片、电池、组件和光伏系统等环节，其中硅料与硅片环节为产业上游，电池片与光伏组件为行业中游，下游为发电系统。

　　在硅料环节，工业硅被提纯成为光伏级多晶硅料；在硅片环节，多晶硅料被加工成为单晶硅棒或多晶硅锭，再经过截断、开方、切片等工艺，得到单晶硅片或多晶硅片；在电池片环节，硅片经过制绒清洗、扩散制结、刻蚀、化学气相沉积和丝网印刷、烧结等步骤，得到硅基光伏电池片；在组件环节，光伏电池片将与光伏胶膜、光伏玻璃背板等组装在一起，得到可以应用于下游光伏电站的光伏组件。

　　根据光伏产业流程可以大体把光伏设备划分为四大阶段：硅料环节、硅片环节、电池环节、组件环节。

　　还原炉是改良西门子法多晶硅核心生产设备，价值量与数量占比最高。多晶硅还原炉作为压力容器的一种，为改良西门子法工艺的核心生产设备。以亚洲硅业截止到 2020 年上半年的主要工序生产设备为例，其用于还原工序的还原炉数量为 58 台，远远高于制氢、合成、氢化、提纯等工序对于压力容器的需求量。价值量构成来看，以大全能源截止到 2020 年生产设备构成来看，还原炉及配套设施价值占比约 42.5%。

　　硅烷流化床法与改良西门子法工艺主要差别在于多晶硅结晶工艺的不同，前段工艺基本相同。

　　多晶硅生产设备主要为压力容器，供应商包括兰石重装、海陆重工、双良节能、东方电热、科新机电、江苏中圣等。其中，以双良节能（60-70%市占率）、东方电热（30%市占率）双寡头垄断西门子法多晶硅还原炉市场。

　　目前光伏用料以单晶硅为主，单晶炉为硅片环节主要设备。国内光伏领域单晶炉已实现进口替代，主要供应商包括晶盛机电、连城数控、北方华创、京运通等，新进入者包括无锡松瓷等。

　　从竞争格局上看，目前为晶盛机电（约70%市占率）、连城数控（约20%市占率）双寡头垄断格局。

　　连城数控在业务上深度绑定隆基股份。2020 年连城数控来自隆基股份的营业收入为 17.19 亿元，占全部营业收入的 92.67%。同时连城数控在股权方面与隆基股份有较深的关联，公司控股股东沈阳汇智的董事长钟宝申为隆基股份公司董事长。

　　在隆基股份之外，晶盛机电占据最大市场份额。晶盛机电主要客户包括中环股份、通威股份、晶科能源、上机数控、晶澳科技、合晶科技、有研新材等国内主要硅片生产企业。在硅片核心设备单晶炉方面公司形成了技术和市场规模的双重护城河，公司产品全自动单晶硅生长炉被工信部评为第三批制造业单项冠军。

　　切片机性能的提升方向主要在于生产成本的降低、效率的提高、硅片质量的保障。具体来看，生产成本的降低主要体现在细线化切割、切薄工艺对硅片进行薄片化切割等方面；生产效率的进步主要体现在切割线速度的提升，从而缩短切割工艺时间方面；硅片质量方面，主要体现在提高切割设备运行的稳定性与一致性，提升切片良率，硅片总厚度变化（TTV）均值与线痕均值的降低方面。

　　2016 年之前，光伏行业切割设备仍然以外资厂商为主，包括梅耶博格、小松 NTC 等。近年来随着国内厂商技术的不断积累，目前多线切割设备已完成进口替代，代表厂商包括连城数控、高测股份、上机数控等。

　　高测股份 GC700X 金刚线晶硅切片机通过轴距变化可满足多规格光伏硅片尺寸切割需求，兼容 16X/18X/21X/22X/23X 硅片尺寸切割要求。

　　上机数控在高硬脆材料专用加工设备基础上，于 2019 年将业务进一步延伸至光伏单晶硅的生产与销售。2021 年 10 月，弘元新材三期 10GW 单晶配套切片项目实现首根 210MM 单晶方棒的切片加工，标志着项目正式进入运行阶段。

　　电池技术发展方向很多，这里仅就目前主流的技术方向及相关设备、公司予以说明。

　　TOPCon 产线与现有主流电池技术 PERC 具备较好的设备兼容性，增加的设备主要围绕 TOPCon 核心工艺。目前 PERC 的设备在 1.5 亿元/GW 左右，对于产线的升级，增加的设备额在 5,000 万元~7,000 万元。

　　TOPCon工艺制备中，最核心的环节为多晶硅的沉积。不同方案的选择涉及到的不同核心设备包括 LPCVD、PECVD、PVD、ALD 等。工艺比较及设备需求如下：

　　除多晶硅沉积之外，TOPCon 工艺制备中，隧穿氧化层也是相较于 PERC 的增量工艺步骤，目前主要的工艺方法包括热氧化法、PECVD、原子层沉积、湿化学法、准分子源干氧等，分别对应设备热氧化管式炉、板式PECVD/管式 PECVD、ALD、槽式湿法设备、槽式湿法设备。隧穿氧化层的制备，厚度是关键特性之一，通常在 1.5nm~2nm 之间。

　　拉普拉斯（连城数控参股公司）：成立于 2016 年 5 月，2017 年推出首款 LPCVD 中试产品，致力于成为光伏高端装备与解决方案提供商及引领者。目前公司核心产品以热制程（扩散、氧化、退火等）、镀膜（PECVD、LPCVD、ALD 等）、以及配套自动化设备为主。

　　江苏微导：光伏事业部以关键真空镀膜与刻蚀设备为主，核心技术为 ALD、PEALD、PECVD，Diffusion/LP，RIE 等产品。PEALD 结合了 ALD 与等离子体辅助沉积方法，江苏微导是首家引入该技术的设备供应商，主要应用于 TOPCon 制备。

　　金辰股份：2019 年进军 TOPCon 高效电池 PECVD 设备的研制，技术路线为管式 PECVD。公司在 TOPCon电池方面与中科院宁波材料所展开战略合作，以管式 PECVD 实现 TOPCon“超薄氧化硅”+“原位掺杂非晶硅”制备，与晶澳的合作进入中试提效阶段；与东方日升的合作平均效率超过 24%；与晶科合作，引入公司PECVD 技术用于 TOPCon 电池的研发。

　　HJT 工艺步骤简单，主要为四步，分别是清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备，其中，最核心的工艺环节为非晶硅薄膜沉积。为了进一步提高转换效率，预计 2022 年 HJT 量产线将进一步普及硅片吸杂工艺，导入背面抛光工艺；在 PECVD 环节引入微晶硅工艺。

　　HJT 四道主要工艺流程中，非晶硅薄膜沉积技术难度最大，设备价值占比约 50%，即现阶段 1GW 产线对应的 PECVD 设备价值量约 2 亿元。

　　作为 HJT 电池制备核心环节，不断追求 PECVD 设备更优的性能与经济性是各家设备供应商主要目标。竞争格局方面，目前异质结的 PECVD 已完成进口替代，新增产线基本由国产品牌中标，代表性企业包括迈为股份、理想万里晖、钧石、捷佳伟创、金辰股份等。

　　迈为股份：自 2019 年以来，迈为团队先后成功研制第一代产能 250MW、第二代产能 400MW、第三代产能 600MW 的高效率、大产能、低成本异质结设备，在客户端实现了领先同行的电池转换效率与良率数据。迈为采用Inline多腔体准动态PECVD镀膜技术，设备特点为一层薄膜在多个腔室内完成，从而提高了生产节拍。应对大尺寸电池需求，采用 210 半片技术单台设备设计产能提升至 11200 半片/时。

　　理想万里晖：上海理想万里晖前身为理想能源 PECVD 事业部，2012 年拆分重组，2013 年完成注册。理想万里晖真空装备（泰兴）成立于 2017 年，可以实现异质结 PECVD 设备年产能 10GW，累计获得 HJT 客户 12家，通过客户验收 9 家。理想采用“双真空”反应腔设计，多个子腔室共用一个大腔室，产能升级成本较低。

　　钧石能源：钧石能源拥有 HJT 电池 GW 级生产设备，主要设备 PECVD、PVD、印刷机等兼容 166mm、18xmm、210mm 尺寸硅片。钧石采用大产能设计，特点为单个大腔室，单板片数可以达到 13×13，即 169 片。

　　捷佳伟创：除板式 PECVD 之外，公司全资子公司常州捷佳创首批管式 PECVD 工艺电池于 2021 年 8 月下线。目前，管式 PECVD 正在中试线上进行量产定型的工艺调试。

　　金辰股份：自主研发的首台 HJT PECVD 设备于 2021 年 6 月进驻晋能，于 8 月初完成安装调试。2021 年12 月末，公司发布消息，PECVD 通过设备工艺验证，电池片平均效率 24.38%（Voc745mv，FF84.5%），效率分布的收敛性较高，最优批次平均效率达 24.55%。

　　光伏组件的生产工艺可分为串焊/叠瓦、叠层及 EL 测试、层压、装框、安装接线盒、固化、清洗、测试包装等步骤。其中，核心装备包括亚美体育 亚美官网串焊机、激光划片机、层压机等。目前，组件设备行业基本形成了以奥特维、金辰股份、先导智能、宁夏小牛（未上市）以及康跃科技等厂商的格局。

　　奥特维：光伏组件设备龙头。公司以常规串焊机、多主栅串焊机以及激光划片机等光伏组件设备为核心业务，同时还向单晶炉、硅片分选机、光注入退火炉等硅片和电池设备纵向延伸。此外，公司还有半导体封装设备（键合机）以及锂电设备（模组 PACK 线）等新兴业务。

　　金辰股份：组件自动化设备龙头。以串焊机、层压机以及光伏组件自动化设备为核心业务，具备光伏组件设备整线供应能力。同时，公司还开发销售了电注入抗光衰设备、电池上下料机、PL 测试仪等电池自动化设备。此外，值得关注的是，公司目前正在重点研发应用在N 型电池领域的PECVD 设备，且已有设备送至客户进行测试。

　　先导智能：锂电设备龙头，光伏设备、3C 设备多事业部共同发展。公司通过深度绑定全球动力电池龙头宁德时代后，迅速成为锂电池设备龙头。与此同时，公司在串焊机、层压机等光伏组件设备领域也具备较强竞争力。并且，公司也在加大对制绒清洗、PECVD、氧化退火等光伏电池设备的研发投入，未来有望纵向拓展至光伏电池设备领域。

　　产能周期波动过程中各环节扩张周期不同，利润存在各环节之间流动的现象。过去两年硅料、硅片环节高盈利，产能扩张速度快于电池及组件，预计待上游产能充分释放后，硅片或进入相对过剩环节盈利承压；下游的电池组件已经持续近两年的低盈利，后续盈利水平预计向上，扩产有望加快。

　　硅片变薄优势很多，一方面可以增加出片率，减少硅料的损耗，在硅料涨价的背景下很有意义；另一方面薄硅片柔韧性好，给柔性电池及组件增大了可能性。

　　切割线母线直径越细，切割缝隙越小，导致切割时产生的硅料损失也越少，从而降低硅料损耗，有助于硅片的薄片化发展。切割线母线的细化，在单位硅料内可以增加硅片的产出，同时可以降低非硅成本，然而随着切割线母线直径越来越细，对母线的抗拉强度等力学性能提出了非常大的要求，后续细线化技术的突破有赖于切割线母线材料方面的创新。

　　随着 PERC 转换效率理论极限的不断逼近，TOPCON 和 HJT未来几年预计是电池片主流技术路线，从今年目前来看，TOPCON 的进展比 HJT 好，HJT的成本下降速度较慢，目前低温银浆国产化及银包铜的技术突破还有待观察。

　　随着硅片尺寸变大成为降本的趋势，下游的电池片及组件尺寸相应变大也是一个大的趋势。

　　现在电池银浆主要是低温银浆和高温银浆两种，PERC 电池技术路线和 TOPCON 技术路线主要是用的高温银浆，而 HJT 电池技术路线是用的低温银浆，随着未来几年主栅技术和减少细栅宽度的技术进展，正银消耗量有望不断减少。

　　双面组件并不是最近提出的，然而直到 2019 年双面组件才出现大幅增长，随着光伏组件安装的增多，人们发现当双面组件与一起使用，双面组件功率更大、衰减更低、发电量更平稳、增益更多。

　　半片组件与叠片组件相比全片组件可以提升组件的功率，同时可以提高发电量，在抗热斑性方面，半片组件相比全片组件有更好的抗热斑性，这可以提高高分子材料的可靠性，在热损耗效应方面，由于半片组件更能够节省热损耗，在辐照好的地区，半片组件比双面组件的发电量要多。

　　大尺寸组件具有非常好的可靠性及效率优势，可以提升光伏系统的安全性，同时可以降低度电成本，大尺寸组件装机量逐年递增，成为行业发展的趋势。参考研报

　　华安证券-迈为股份-300751-能源革命之光伏设备研究系列（一）：迈步向前沿，为首新时代