2022年帝尔激光研究报告 光伏激光设备龙头,持续完善产品矩阵

  • 来源:国泰君安证券
  • 发布时间:2022/08/22
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帝尔激光(300776)研究报告:光伏激光设备龙头,激光转印有望落地.pdf

帝尔激光(300776)研究报告:光伏激光设备龙头,激光转印有望落地。光伏激光设备:平价时代空间广阔,激光加工高效助力。光伏产业链发展逻辑为技术进步推动的降本增效,预计2021-2025年全球新增装机量CAGR为15.3%。国内激光产业应用场景广泛,2010-2021年行业CAGR为21.6%。激光技术凭借其快速精确、零接触及优良热效应优势在光伏电池生产中站稳脚跟,应用于P型电池的激光消融/SE掺杂/MWT打孔分别提升光电转换效率1.2%/0.3%/0.4%。应用于TOPCon的激光掺杂和激光开模均保持研发且有望收获认可;HJT激光修复助力效率提升,已获量产订单;激光开槽是IBC的必要制备过程...

1.结论及投资分析

公司是国内太阳能电池激光设备的领导企业,针对PERC、TOPCon、HJT、IBC、半片、叠瓦等多种高效太阳能电池及组件技术工艺方面拥有布局,并与隆基股份、通威股份、爱旭科技、晶科能源等多家龙头企业合作。随着光伏发电行业的迅速发展和技术革新,公司的技术优势有望得到落地,进一步带动业绩增长。

2.光伏激光设备龙头,持续完善产品矩阵

2.1.构建光伏激光加工产品矩阵,形成配套综合解决方案

构建光伏激光加工产品矩阵,形成配套综合解决方案。帝尔激光科技股 份有限公司 2008 年 4 月诞生于国内激光产业的发源地——武汉东部的 光谷,是首度将激光工艺导入光伏电池生产线的高新技术企业。而后公 司分别于 2011 年(引入六禾创投募资数千万元)和 2015 年(股份改制 并挂牌新三板)进行资本运作,助力其 PERC 激光消融设备(2012 年研 发、2014 年量产)、SE 激光掺杂设备(2016 年研发)、LID/R 激光修复 设备(2017 年研发)等的产品矩阵构建,应用于光伏电池生产流程中的 不同环节,逐步形成业内稀缺的激光加工配套综合解决方案。

2019 年 5 月公司在深交所创业板上市,净募资 8.66 亿元;2021 年 8 月公司发行 可转债,净募资 8.32 亿元。当前公司已成长为光伏产业在激光设备领域 的细分龙头,拥有超过 80%的设备市占率和多项独特的技术路径。同时 公司还在积极开拓高端消费电子、新型显示、集成电路等市场的新兴技 术激光解决方案,以谋求盈利能力的进阶。

2.2.股权结构相对集中,实控人技术背景雄厚

股权结构相对集中,实控人技术背景雄厚。截至 2021 年末,公司创始 人、董事长、总经理及法定代表人李志刚先生直接持股42.32%,并间接 通过武汉速能控制公司3%的股份,为公司实际控制人。段晓婷女士持股8.69%,为公司的原始出资人,任公司董事、副总经理;彭新波先生持股4.08%,任公司监事会主席。除段晓婷、彭新波外,再无持股超 3%的自 然人股东,股权相对集中。公司的大股东中不乏社保基金、证券投资基 金、资管计划的身影,公司质地获得大型机构认可。实控人李志刚先生 现年 46 岁,获得华中科技大学物理电子学博士学位,曾入选国家“万人 计划”、国家科技部“科技创新创业人才”、湖北省“百人计划”,深耕光 伏和激光领域多年,技术背景雄厚,其领导的公司专家团队在业内颇具 知名度。

董事会及管理层技术背景雄厚,博士占比超 50%。公司董事会由七名成 员组成,其中四位拥有相关专业博士研究生及以上学历,且均兼任名校 博士生导师与教授等职位。公司研发总监朱凡毕业于南京理工大学,为 中级工程师,于 2015 年 7 月上任,此前有 12 年电力与新能源公司任职 经验。

股权激励绑定高管及核心技术人员利益,彰显业绩增长信心。2020年11 月公司授予高管及核心技术人员(89 人)限制性股票 117.6 万股(占总 股本 1.11%)作为限制性股票激励,授予价格为每股 89.82 元。此次激励 的考核年度为 2020-2022 年,考核指标为年度营业收入相对 2019 年的增 长率(2020-2022 年分别为 35%、75%、130%,对应营业收入 9.45 亿、 12.25 亿、16.1 亿)。股权激励绑定高管及核心技术人员利益,彰显业绩 增长信心。公司 2021 年实现营收 12.57 亿,达成激励目标值,我们可以 认为激励目标值是公司营收预测的可靠下限。

整合国内外资源,提升产品质量及供应链快速响应能力。国内方面,2019 年 1 月与 2021 年 6 月,公司分别设立全资子公司帝尔激光科技(无锡) 有限公司与全资孙公司帝尔激光科技(义乌)有限公司,提升公司测试 验证、定制研发等核心环节的业务能力;海外方面,2020 年 4 月与 2022 年 1 月,公司分别在以色列特拉维夫与新加坡莱佛士坊设立研发中心(新 加坡为公司海外总部),驱动公司产品与技术在全球范围内的推广。

2.3.业绩持续高增毛利企稳,顺应产业趋势研发为王

公司产品覆盖光伏电池生产多个环节。目前激光设备已可叠加使用于中 的不同太阳能电池的多个生产环节,操作包括打孔、掺杂、消融、扩硼、 修复、切割等,实现产出电池的高发电效率。

业绩持续高增,应用于 PERC 的激光设备市占率高达 80%。2021 年公 司营收为 12.6 亿元/+17.2%,2015-2021 年 CAGR 为 78.5%;归母净利润 为 3.8 亿元/+2.1%,2015-2021 年 CAGR 为 88.1%。公司凭借其在激光设 备领域的先发优势和自主研发的专利技术确保了近年收入的稳定高增 长。尽管 2021 年收入受到疫情影响增长放缓,公司太阳能电池激光设备 销售额 2015-2021 年 CAGR 仍达到 80.9%,是公司收入来源的主力。公 司于 2014 年和 2016 年分别成功研发的 PERC 消融和 SE 掺杂设备市场 占有率均保持在 80%以上,在市场一骑绝尘,形成绝对优势。

产品广受认可,绑定优质客户。业绩持续高增长与光伏产业的持续景气、 下游厂商的持续扩产密不可分。公司定位差异化服务,以客户需求为导 向,提供可定制的产品并持续向增质增效方向进行研发。其产品深受下 游认可,客户包括隆基股份、通威股份、协鑫集成、晶澳科技、东方日 升、晶科能源、阿特斯太阳能、韩华新能源等国内外 TOP20 光伏企业。 长期维持技术壁垒和市场份额。 应收票据及账款与经营现金流稳定增长。公司应收票据及应收账款近两 年实现翻倍,在 2021 年达到 4.68 亿元。根据公司可转债募集说明书显 示,在收获订单后将先收到部分预付款项,剩余收入在订单发货与验收 后确认。因此,近年应收高增长预示着未来的收入增长,确保了公司的 稳定发展。同时,公司的经营现金流保持持续上升状态,2016-2021CAGR 达到 55.6%,主要得益于商品销售的现金收入。

毛利率小幅下降,仍维持在行业高位。公司 2021 年毛利率 45.3%,归母 净利润 3.81 亿元,归母净利率 30.3%,近年利率均呈现小幅下滑逐渐稳 定的趋势。新产品推出时往毛利率较高,随着产品生命周期的发展,价 格将随着技术的成熟而下降,毛利率会有所下滑。公司光伏激光加工设 备的销售单价自 2016 年的 307.3 万元/台下降至 2021 年的 183.5 万元/ 台,其变动幅度与毛利率高度吻合,但以量补价,公司销售收入仍大幅 提升,保证了稳定的毛利率。对标公司毛利率主要分布在 25%-35%之间, 相比于行业平均 29.15%,公司盈利能力处于领先水平。

期间费用率下降规模效应突显,顺应产业趋势研发为王。与设备销量加 速抬升相伴相生的是固定成本的摊薄,2013 年以来公司期间费用率趋势 下降,规模效应突显(产品的定制化属性决定了以直销为主导的销售模 式。公司的销售费用中有约 30%的成分是设备维修费,公司在质保期内 负责对销售设备进行定期巡检,并向客户提供免费保修服务,零配件更 换按成本价收取费用,而质保期外公司对所销售的设备提供终身维修服 务。由于设备维修费与过往销量呈正相关关系,本质上应隶属变动成本), 抵消了部分因主动降价引致的毛利率损失,使净利率更具韧性。

3.激光产品质优量足,导入光伏领域如虎添翼

3.1.光伏装机量持续提升,N型电池多技术并存

全球:近十年高速发展,新增装机量快速增长。光伏发电是利用半导体 界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术,2015 年末巴 黎协定在全球第 21 次气候大会中通过,195 个国家及地区的代表联合约 定加快可再生能源发展进程,在光伏技术研发和产业化方面加大支持力 度,2016 年起全球光伏发电进入规模化发展阶段。据欧洲光伏产业协会 统计,全球光伏行业近十年保持高速发展态势,度电成本下降约 80%, 2021 年全球新增装机量为 170GW/+30.8%,预计 2025 年新增装机量为 300GW,2021-2025 年 CAGR 为 15.3%。据国际能源署 IEA 预测,2030 年全球光伏累计装机量将达 1721GW,2050 将进一步增加至 4670GW, 潜力巨大。

国内:“双碳”背景下光伏平价上网“,十四五”期间国内光伏年均新增 装机量将超 75GW。国内光伏行业自 2012 年起发展动能强劲,2017 年 达到阶段性高峰,2018 年“531”新政明确控规模、降补贴后国内光伏 行业陷入两年低谷期,2018-2019 年新增装机量有所下滑。2020 年 10 月十九届五中全会通过十四五规划及 2035 年远景目标建议,指出推进能 源革命,完善能源产供储销体系,提升新能源消纳与存储能力,加快绿 色低碳发展及能源清洁低碳安全高效利用。

2021 年 5 月国家能源局发布《关于 2021 年风电、光伏发电开发建设有关事项的通知》,提出 2021 年全国光伏、 风电的发电量在全社会用电量的比重达 11%,后续逐年提升,确保碳达 峰任务的完成。2021 年国内光伏新增装机量 54.88GW/+13.9%,其中分 布式光伏装机量 29.28GW,占比 53.4%,历史上首次突破 50%,户用装 机量 21.6GW,亦创历史新高。2021 年光伏的发电侧全面进入平价上网 阶段,政策依赖度降低,技术演进加快步伐,同时发电侧平价上网后配 套设施日趋完善,有利于用电侧平价上网。

光电转换效率持续提升,N型电池多技术并存。近年来光伏行业的发展 逻辑从未改变,即“技术进步推动降本提效”。随着 2017 年 P 型单晶 PERC 取代传统铝背场电池成为技术主流,进一步提升 PERC 的光电转 换效率成为光伏领域的主要工作。据中国光伏行业协会统计,光伏电池 的光电转换效率每提升 1%,度电成本可下降 5%-7%。2021 年国内新增 量产产线仍以 PERC 电池为主,市占率提升至 91.2%/+4.8pct,国内户用 项目需求也开始转向高效产品。在 PERC 电池发展的同时,由于电池结 构的限制,当前其转换效率已逐步逼近理论极限,以 N 型电池为代表的 TOPCon、HJT、IBC 等结构通过不断升级逐步自实验室走向产业化:

TOPCon:采用 N 型硅材料作为衬底,硼扩散形成发射极,背面以 一层超薄氧化层和掺杂多晶硅层钝化层,可以实现优异的表面钝化 和载流子的选择性收集,双面丝网形成金属电极。2021 年国内平均 光电转换效率为 24%,晶硅内部的杂质和缺陷以及电池前表面的金 属-半导体接触复合损失已经是制约电池效率继续提升的主要因素。 预计 2025/2030 年可达 24.9%/25.6%,典型企业包括晶科能源、天合 光能、中来股份等;

HJT:采用在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,综合晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、 双面发电等显著优点。HJT 最早由日本三洋公司于 1990 年研发, 2010 年专利到期后业内开始专注其产业化。2021 年国内平均光电 转换效率为 24.2%,预计 2025/2030 年可达 25.3%/26%,典型企业 包括通威股份、钧石能源等;

IBC:最早出现于 20 世纪 70 年代,电池正面无电极,正负两极金 属栅线呈指状较差排列于电池背面,其最大特点为 PN 结与金属接 触均处于电池背面,正面没有金属电极遮挡的影响,因此具备更高 的短路电流密度,同时背面可以容许较宽的金属栅线降低串联电阻, 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(Voc)增益。2021 年国内平均光电转换效率为 24.1%,预计 2025/2030 年可达 25.3%/26.2%。

TOPCon 与 PERC 更为兼容,HJT 工艺相对简单。据 PV Infolink 预测, 各大企业对 N 型电池的研发投入逐渐加大,未来几年内以 N 型为主的 TOPCon、HJT 和 IBC 增长趋势明显。1)生产工艺上:IBC 电池工艺最 难最复杂,TOPCon 次之,HJT 电池工艺最简单、步骤最少;2)生产设 备上:TOPCon 与 PERC 兼容性最高,可从 PERC 产线升级,IBC 次之, HJT 完全不兼容现有设备,需要新建产线,且设备投资额最大。因此当 下 TOPCon 的进入企业多为原 PERC 企业,国内现有产能约 32GW,规 划总产能约 68GW,其中 2022 年规划产能约 37GW,而 HJT 的进入企业大多没有 PERC 的产能包袱,国内现有产能约 8GW,规划总产能约 142GW,其中 2022 年规划产能约 20GW。

3.2.激光器行业蓬勃发展,保证高质量供应

国内激光器市场规模增速明显,上游供应稳定。据《2022年中国激光产 业发展报告》,2021 年全球激光设备市场规模约 210 亿美元,其中国内 激光产业应用场景广泛,行业增速约为全球 2 倍,且全球份额长年维持 在 60%以上。行业发展推动技术精进,不断催生更高质量、高稳定性的 产品,激光器精准度显著提升。此外,不断扩张的市场规模也保证了激 光设备上游的充足供应,避免因重要原材料稀缺导致成本增加。2022 年 以来上海、深圳、武汉、苏州等激光产业重点城市受疫情反复影响较深, 预计 2022 年国内增速有所放缓,但依旧保持在 6.7%-9.6%的高位。国内 激光器的高速发展为质量赶超国际奠定基础,若国内厂商能够提供精准 度比进口更高的激光器,激光设备的生产成本将进一步下降。

PERC 激光消融、SE 激光掺杂、MWT 激光打孔、LID/R 激光修复等先 进激光技术可持续促进光伏电池降本增效。激光技术具备快速、精确、 零接触及优良热效应等优势,在光伏电池生产工艺中,激光加工目前主 要应用于消融、切割、刻边、掺杂、打孔、激光修复、激光划片等环节。激光技术在不同类型电池生产均有应用。PERC电池的生产可分为8个 主要步骤,其中掺杂、开槽和转印使用激光设备;TOPCon 电池的生产约需 10 个步骤,掺杂、开槽和印刷需要激光设备;HJT 电池则仅需 4 个 步骤,除必备步骤印刷外,激光修复可用于增益作用;IBC 电池的生产 则较为复杂,需要 12 个流程 20 余个小步骤,激光可应用于开槽和印刷。

3.3.激光转印:降本增效双丰收,有望在各种技术路径上取代丝网印刷

电池金属化是制备过程中的重要步骤。光伏电池的生产过程中,电池表 面金属化电极的制备是最为关键的步骤之一,此流程使电池与电极能够 形成紧密的欧姆接触,进而导出电池内部电流。金属化工艺对电池的效 率、成本和性能有着较大的影响,在光伏电池的降本提效中有着至关重 要的作用。金属化工艺分为接触式与非接触式,接触式为不同类型的丝 网印刷,非接触式包括正在探索的激光转印、电镀、喷墨打印技术等。

丝网印刷印刷效率与精度受限。目前丝网印刷是较为普遍且成熟的工艺, 此技术使用刮刀挤压浆料,借助网板的阻拦使浆料向前滚动并在行至未 被阻挡的电极区脱离网板,附着于硅片上。丝网印刷存在印刷不均匀,难以实现低线宽而导致遮光率较高和接触损耗的问题。迈为股份是丝网 印刷设备的头部生产企业,根据其公告披露,丝网印刷技术已经几乎达 到可实现的最高标准,接触损耗仍然存在,印刷精度约为 5 微米,路径 内提升空间有限。

激光技术适用范围覆盖全类型电池。激光图形转印技术是一种非接触印 刷技术,步骤包括在柔性透光材料的凹槽内进行浆料的涂抹,再使用激 光的热效应进行图形扫描将浆料转移到硅片表面进而形成栅线。激光转 印对于浆料的限制较低,可以基于不同路径的特性进行选择,因此有能 力适配 PERC、TOPCon 和 HJT 等类型的电池印刷。比如 HJT 的制备过 程要求在低温下进行,所以浆料也是低温状态的块状银,研磨相对于 PERC 颗粒状浆料来说更粗。所以在块状银通过网板的时候,需保证块 状的银浆可以准确填充凹槽,对于栅线的线宽会有所不同。目前基于不 同技术路径的转印设备均收获初步成果,进入验证阶段。

激光转印提效显著。激光的应用对于传统问题的解决已见成效:1)印刷 栅线的高度均匀一致:可由 5 微米降低到误差不高于 2 微米;2)大幅降 低栅线遮光:传统丝网印刷 TOPCon 和 BC 线宽约为 20 微米,激光转印 可达到 16 微米以下,HJT 的线宽成功从 40 微米降低至 22 微米,目标16 微米以下。3)可以根据电池结构改变槽形来适应不同电池结构(事 实上激光转印在各类技术路线中均有应用前景,HJT 因其特殊的环境要 求而集中体现);4)非接触的模式降低破片率和其他潜在损耗。

激光转印大幅降低浆料支出。除了最主要的硅片支出外,浆料成本是 P 型以及 N 型电池的第二大组成部分,在 PERC 电池占比 18%。而以 TOPCon 和 HJT 为主的 N 型电池是双面结构,因此银浆消耗量更大占比 也更高,结合对温度要求,价格也相对更高。使用激光路径替代传统印 刷方式可实现银浆消耗量的大幅度节省,为生产企业带来经济性。经测 试,激光转印在 PERC 电池路径的应用可节省超过 20%的浆料;N 型电 池的节省则更为明显,TOPCon 和 HJT 路径可分别达到 30%和 40%,达 到大幅减少生产成本的目的。

降本与增效相结合,激光转印价值空间广阔。与传统的丝网印刷进行比 较,激光转印在能够提高 0.1%-0.15%的电池效率之外,每 GW 还可以降 低 2000 万到 5000 万的浆料成本,因此价值量会高于传统印刷方式。丝 网印刷在不同路径下的价值量为 2250 万元-6000 万元不等,激光转印设 备将拥有比此更高的价值量。目前激光转印所使用的膜属于耗材,成本 会高于传统印刷,但浆料的节省和效率的提升远高于此,在转印技术稳 定后可以考虑对透明膜的优化与重复使用进行探索。

3.4.PERC:激光开槽与激光掺杂已成标配

激光设备的使用已成为 PERC电池生产中必不可少的部分。激光工艺是 通过激光高能量的特性对硅片进行加工,当材料表面吸收激光能量而熔 化,可以实现表层的部分去除。相比 BSF 电池,PERC 电池的生产工艺 多出了磷元素的掺杂和背面沉积以形成钝化层以及开槽。工序主要包括 清洗制绒、扩散制结、激光掺杂、边缘刻蚀及去磷硅玻璃、PECVD 设备 形成表面、激光开槽形成背部接触、丝网印刷或激光转印后烧结形成背 板和栅线,最后对制成的 PERC 电池进行测试。激光因其精准稳定的特 性可实现光电损失的减少,在掺杂和开槽步骤中的使用已逐渐成为 PERC 电池的标准化生产流程。

激光器的选择对开槽技术至关重要。激光开槽是利用激光的热能对电池 背部的目标位置进行照射,实现熔化或升华,将局部 SiNx 的覆盖层移 除露出硅片基体,使基体可以与背电场接触。经实验分析,激光器的选 择和电池片的线宽线型对电池性能均有一定影响:1)激光器的功率控制 在 14-17W 时电池效率无明显差异;2)以 2.5MHz 为分界线,低频率区 域电池效率随激光器频率增长而升高,且观察低频开槽深度受限,疑似 有材料残留,当功率在范围内升高时深度也随之提升,同时周围区域更 为平整,但当频率超过 2.5MHz 时,能量有残余,会对硅表面形成损伤, 则性能与频率呈现相反趋势;3)保持其他条件不变,电池性能提升与线 宽呈现正相关;4)间断开槽比连续开槽工艺生产的电池片效率高出 0.1%。

激光开槽光电转换效率提升约 1.2%,回报期仅一年。PERC电池通过在 电池背面增加钝化层,阻止载流子在高复合区域的复合行为减少电耗, 同时可以增强电池下表面光反射,减少光耗,提升光电转换效率。激光 消融技术利用激光高能量的特性在硅片背面进行打孔或开槽,将部分 AlOx 与 SiNx 薄膜层打穿露出硅基体,使背电场通过薄膜上的孔或槽与 硅基体实现接触。目前激光开槽是量产较为集中的工艺,投资回报期约 为一年。

SE+PERC 进一步提升电池效率,激光掺杂起到重要作用。在 PERC 电 池的基础上,SE(选择性发射极)的激光掺杂技术也实现了规模化应用 并成为主流。SE 技术是指对电池进行分区的掺杂,在电极栅线与硅片接 触区域进行高浓度磷掺杂,在光吸收区域进行低浓度磷掺杂,在交界处 形成一个 n++/n+结,在电池栅线下形成 n+/p 结。高浓度掺杂可达到降 低发射极和硅片间的接触电阻和电流的目的,低浓度掺杂的浅扩散区域 可以有效提高载流电子的复合和钝化效果,除此之外,n++/n+高低结的 存在还可以提高开路电压(Voc)。

SE 激光 PSG(磷硅玻璃)掺杂法因具 有高兼容性而被大范围应用,其原理是采用扩散时在硅片表面产生的磷 硅玻璃层作为掺杂源进行激光扫描,使 PSG 层的磷原子进入硅片取代硅 原子,形成重掺杂区。经实验发现,激光的功率在达到阈值前,电池电 阻随功率升高而下降,但当超过阈值时,掺杂浓度将会有所下降。此外 低功率对于降低绒面结构损伤也有较为明显的效果。

激光掺杂光电转换效率提升约 0.3%,投资回报期小于半年。SE电池通 过降低电极和硅片之间的接触电阻的方式实现了对电池效率的进一步 提升。利用激光掺杂技术完成上述工艺,具备操作简便、投入成本低、 设备紧凑等优势,且相比传统太阳能电池,转换效率提升 0.3%。掺杂设 备单 GW 价值量 500-600 万元,年度单 GW 创收接近 2000 万元,投资 回报期不足半年。

MWT激光打孔技术:光电转换效率提升约 0.4%,但问题明显,普及率 较低。MWT 通过激光打孔、背面布线的方式消除正面电极的主栅线, 将正面电极细栅线收集的电流通过孔洞中的银浆引到背面,使电池的正 负电极点均分布在电池片背面,有效减少正面栅线的遮光,提升光电转 换效率,同时降低银浆耗量和载流子复合损失。MWT 的孔洞需要绝缘, 目前漏电是比较受重视的问题,可以通过增加掩膜工艺对孔洞内部的 pn 结进行保护的方式,减少漏电可能性,但成本会有一定提升。为保证精 准和低损,在激光器的选择上,稳定性、波长、功率频率和光束质量都 是需要考虑的因素。MWT 技术目前行业认可度受限,普及率难以达到 一定高度。

3.5.TOPCon:掺杂开槽双线成长,激光技术大有用武之地

TOPCon电池制备过程相对复杂,但仍可从 PERC基础上升级。TOPCon 的制备流程在 PERC 的基础上增加了硼元素的掺杂和对于其新增的超薄 隧穿氧化层的制备操作,其中氧化及沉积多晶硅的方式可通过 LPCVD 或 PECVD 设备。使用 LPCVD 的方法包括形成本征多晶后再进行扩散 或离子注入掺杂,形成重掺杂的多晶硅;另一种使用 PECVD 的方法沉 积掺杂非晶硅或微晶硅层,再经过退火得到掺杂的多晶硅。

激光掺杂有望应用于不同掺杂路径。与 PERC 使用的磷元素不同, TOPCon 目前的生产瓶颈是硼材料在硅固体硅中的溶解度有限、掺杂困 难,而功率较高的激光设备可实现低损伤高掺杂,用于选择性局部扩散。 目前技术路径分为一次扩散和二次扩散,一次掺杂更多应用于 PERC 标 配的 SE 激光工艺,但对于增加了硼扩散的 N 型电池来说,硼的扩散速 度有限且对环境要求较高,一次掺杂虽然更具有经济性但也难度较高。 相对成熟的二次扩散利用激光在两次扩散中间将表面的BSG(硼硅玻璃) 膜层推入至掺杂层,再进行第二次扩散形成重掺区域,其中包括三种不 同温度的转换。TOPCon 的掺杂同样对于激光器的功率有一定的要求, 过高的功率容易导致绒面损伤,而功率过低则会导致能量不足而影响掺 杂浓度。

激光掺杂设备向提高经济性方向发展。因具有操作难度较高的掺杂步骤, 相对应的价值量也会较高,预期单 GW 价值量在 1500 万以下的同时达 到 0.2%的效率提升才会对 TOPCon 电池的生产带来经济性。2022 年海 目星中标晶科 TOPCon 激光微损订单向市场发射了掺杂工艺有望进入量 产期的信号。

激光开槽具有多样化应用潜力。激光设备可以优化TOPCon电池原有开 槽过程中因使用金属设备而导致的钝化层损伤,提高开路电压(Voc)最 终达到电池效率的提升,目前仍在进行验证,发展前景广阔。除此之外, 激光开模与开槽在 TOPCon 的 SE 路径也有应用。根据协鑫集成专利 CN110444631A 显示,可在一次扩硼后对轻掺区域进行激光开膜,将区 域分割成长条结构,再对开膜区进行重掺杂。根据普乐新能源科技专利 CN113948374A 描述,可采用高温扩散制作轻掺杂区,搭配激光开槽与 硼浆印刷制作重掺杂区的方法,对 TOPCon 电池 SE 结构进行制备。

3.6.HJT:激光修复进一步降低光衰减

HJT 电池操作简化,但设备兼容性低。相比 PERC 和 TOPCon,HJT 电 池的生产步骤大幅减少,分别是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO 导电薄膜 沉积和印刷。但因其产线并不与 PERC 兼容,需大量投资以建设新产线。 目前非晶硅薄膜沉积是最为重要的步骤,非晶硅层的厚度对开路电压 (Voc)有所影响,更薄的非晶硅层可以抑制晶硅的表面负荷,从而获得 较低的开路电压。这一流程也是设备价值量占比最高的步骤,可达到50% 以上,主要生产方法是 PECVD,该步骤对工艺的清洁程度有很高的要 求,因此量产具有一定的难度。

激光修复将对 HJT电池的生产带来双重增益。HJT 电池内部存在a-Si:H (氢化非晶硅)和 c-Si(单晶硅)结构,可在烧结后对 HJT 电池进行光照加热退火,改变氢的价态,将硼氧结构快速由高活性的复合体转为低 活性,以此降低光衰减。目前路径包括 LED 光注入和激光 LIA 设备, 激光具有高光强、方向性好、高能量转换的特点,在修复方面效果良好, 对降低光衰减更为有效。此外,激光还具有提升开路电压(Voc)和填充 因子(FF)的能力,进而对光电转换效率进行优化,具有双重功能的激 光设备已成为 HJT 制备修复过程中的首选。考虑 2022 年 HJT 规划产能 约 20GW、激光修复设备渗透率提升至约 15%、单 GW 价值量约 0.28 亿 (参考帝尔激光 2021 年 4 月的欧洲发货定价),经过推广可达到 0.2 亿 元左右,用于 HJT 的激光修复设备的市场规模约 0.8 亿。

3.7.BC电池:激光开槽简化必要生产流程

IBC 电池效率可达到 25%,制作工艺相对复杂。IBC(交叉式背接触) 电池是较早提出的晶硅电池技术,其正负极、表面场及金属电极都以叉 指的排列方式分布在电池背面,以此保证电磁正面的吸光面积不受遮挡, 降低光学损失提高电池效率,目前转换效率可达到 25%。但因其制造成 本较高和工艺复杂的问题,发展始终受限。

新型 BC 电池前景广阔。IBC 电池技术已向新一代进行延伸,目前形成 了三大技术路线:1)由 SunPower 公司所带领的传统 IBC 技术路径,目 前转换效率与已被 PERC 电池追赶,竞争力下降;2)ISFH 代表的 POLOIBC 与其同源技术 TBC,TBC 电池吸收 TOPCon 工艺技术,量产效率最 高可到 25.5%;3)Kaneka 代表的 HBC 电池技术,该路线吸收了非晶硅 的钝化技术,转换效率可达 26.63%,发展潜力巨大。

BC电池产线对激光设备需求明显。BC电池工艺流程中的关键步骤是对 P+窗口的操作,即在电池背面制备穿插排列的 P+区域和 N+区域,以及 在上面形成金属化接触和栅线,这一操作也是降低成本的关键。制备过 程共包含两次开槽步骤,其中之一是对背部钝化层开槽形成 PN 隔离, 需要达到很高的精准性以防止电池漏电。激光无损消融技术可实现背面 P\N 钝化膜层的精准消融,替代传统的光刻路线,简化流程。开槽是 BC 电池的必要制备过程,激光开槽设备目前已实现量产,价值量约为 2000 万元/GW。

4.帝尔激光:技术路线全面,激光转印、新型显示打造新增长极

4.1.深耕光伏激光领域,积极布局TOPCon、HJT、IBC等N型片技术

深耕光伏激光领域,积极布局 TOPCon、HJT、IBC 等 N 型片技术。公 司在光伏激光领域深耕多年,传统的 PERC 方面,PERC 激光消融及 SE 激光掺杂设备,图形控制灵活,可实现点、线等多种图形需求,提升光 电转换效率超 1%,满足 182/210mm,甚至是 230mm 尺寸的硅片生产, 产能可达每小时 7000-9000 片;TOPCon 方面,SE 激光硼掺杂等相关技 术储备丰厚,目前产品已实现低损伤、掺杂能力强等显著优势,取得了 客户的小批量验证;

HJT 方面,公司针对该工艺的 LIA 修复设备可获得 高光强辐照,提升非晶硅的钝化效果,同时改善银浆与衬底的接触。目 前产品获得欧洲客户认可,2020 年 11 月与 2021 年 4 月分别取得大额批 量订单且订单有望延续;IBC 方面,2022 年来公司已合计斩获隆基系约 6 亿订单,开槽设备较受青睐。此外,公司对于太阳能电池产线上的基 础化步骤转印也实现了激光设备的初步应用,目前已与相关客户取得合 作,进入 3-6 个月的验证期,预估在 PERC、TOPCon、HJT 电池的生产 环节中的均可实现 20%-40%不等的浆料成本节约。公司的激光设备在太 阳能电池的生产过程中达到了精准控制、兼容传统、提效明显的效果, 深受隆基等众多头部下游厂商认可。

拥有多项专利技术,长期注重通过研发搭建壁垒。公司顺应光伏产业 PERC→PERC+SE→MWT→TOPCon→HJT→IBC/HBC 的工艺变革趋势 积极投入,储备高学历的技术研发人员,2021 年公司的人员构成中技术 研发人员比例与研究生比例分别为 32.8%与 10.1%,均创历史新高。公 司还拥有六个在研项目,其中包括“TOPCon 高效电池激光硼掺杂技术” 等三个研发阶段项目与“超大尺寸硅片激光应用技术”等三个小批量试 生产项目。因此可以观察到近年来公司研发支出占营收比重有所回升。

募投资金主要应用于基地建设和设备研发项目。公司2019年通过首次 公开发行募集 8.66 亿元,截至 2021 年末已使用 3.7 亿元。2021 年向不 特定对象发行可转债共 8.33 亿元,已使用 5.86 亿元,将主要应用于“高 效光伏电池激光印刷技术(PTP)”与“新型显示行业激光技术”的业内 前端研发。

4.2.PERC+SE全球市占率约八成,新型工艺下龙头地位大概率延续

PERC 时代光伏激光设备寡头垄断,公司全球市占率约八成。据公司 招股说明书,截至 2018 年末,主要光伏电池厂商的 PERC 工艺产能中 约 77%采用公司设备、SE 工艺产能中约 86%采用公司设备,且 2019- 2021 年该市占率得以维持,公司对于 2022 年 PERC 相关设备抢占市 场、持续提升市占率极具信心。除公司外,光伏激光设备领域国内还 有友晁能源、迈为股份、大族激光、海目星等玩家、海外还有德国 3DMicromac 等极少量供应,且竞争对手大多对消融、掺杂等前道环节较 为关注,而在修复、转印等后道环节涉猎有限。相比之下,公司尽早 地对于激光设备进行全品类布局,拥有绝对的先发优势、收获大量头 部客户信任,已经在多种设备上可以获得稳定的定期订单与难以撼动 的市场地位。

新型工艺均有应用,光伏激光设备高度定制化增强客户粘性。公司积极 布局 TOPCon、HJT、IBC 等电池技术,先发制人,考虑光伏激光设备的 高度定制化属性,“强者恒强”大概率延续。客户在选择供应商时要求较 高,不仅要考虑资金技术,更要结合市场实力进行挑选,一旦选定不轻 易更换。公司在产品上注重与客户的协同,深入了解客户的个性化需求并形成研发上的互动。核心业务流程涵盖测试验证、定制研发、再次测 试与验收等环节。公司还会针对重点客户及时跟踪下游客户新建产线、 生产设备升级换代带来的设备需求,提出技术方案响应。同时公司积极 参与国内外光电技术展会,借以提升公司品牌知名度,吸引潜在客户。 2022 年来公司取得的订单合同额激增,营收增速有所保障。

4.3.产能持续扩张,市场海外拓展

公司扩产积极,产能持续扩张。公司自主创新的 PERC 激光消融技术持 续向超大产能、精度高、幅面大、图形灵活调节与更加智能的方向发展, 武汉基地项目主体结构已完工,无锡基地部分竣工验收、部分封顶,预 计 2022H2 正式投产。武汉技术人才高度集中,且拥有高密度的技术企 业,因此生产成本较低,建成后将以生产和研发使用为主。无锡除了测 试作用外,还将负责对接华东区客户,承担部分成产。2022 年 3 月公司 启动基地建设二期,签约湖北东湖,投资共计 20 亿,规划用地面积约 54.3 亩。新基地主要负责两项内容:(1)对原有的光伏设备业务进行拓 展,主要进行激光消融设备、激光掺杂设备等现有设备研发及生产,并 新布局激光印刷设备研制业务;(2)将激光技术应用到新型显示领域, 主要进行激光显示修复设备研制等。

向国际进军,高度关注市场海外拓展。在市场开拓上,公司国内业务占 比较高,但毛利率低于海外。公司高度重视海外拓展,公司看好印度与 东南亚地区未来市场发展,并进行相应投资,致力于吸引海外 TOP20 的 企业作为客户。设立新加坡和以色列研发团队,吸引当地高端人才为公 司技术提供海外视野,同时在世界范围内对专利进行布局,未来营收贡 献比重将逐步抬升。

4.4.激光加工向精密化靠拢,激光转印、新型显示打造第二增长极

激光转印具备宽阔护城河,公司专利技术储备丰富。激光转印技术研发 难度较高,且对于不同技术路线在于线宽和浆料颗粒大小有不同要求, 且 HJT 电池的生产需在低温下进行,造成转印设备对不同类型电池差异 化较大,需分别进行研发。

公司已有多年基础,目前在 PERC 上得到论 证。2021 年 6 月公司募集的可转债中有 3.3 亿用于激光印刷技术开发, 高速 PTP 激光印刷技术、激光印刷产线的研发预计 2023 年末达预定可 使用状态,2021 年末公司用于新型电池的激光转印工艺已有样机推出, 作为较早对激光印刷进行探索的公司,已成功构建护城河。对于 PERC 电池,激光转印可以节约 20%-30%的浆料成本,TOPCon 的节约在 30% 左右,HJT 的节约可以达到 40%,此外还可以提升一定的电池效率,相 对传统丝网印刷价值显著。目前公司对于转印的研发方向专注在保证技 术的稳定性上,在技术的确定性获得验证后将着手对附加成本进行进一 步优化。

新型显示为激光加工重要应用,Mini/Micro LED大规模商用在即驱动 投资额高增。据中商产业研究院预测,2022 年国内第三代显示器面板 OLED 规模可达 430 亿美元,2016-2022 年 CAGR 达 11%,即将迎来大 规模商用,但设备研制技术主要由韩国公司主导。全球主流显示市场中, LCD 占据约65%的份额、OLED 占据约30%,激光加工设备可用于LCD、 OLED 显示屏的刻蚀、剥离、切割、微加工等环节。公司看准产业空缺, 凭借地理位置与其现有光伏电池激光设备在技术上和显示面板有一定 协同的优势,按照先对 LCD 与 LED 进行研究,取得一定进展后再对 OLED面板及最新的第四代Micro LED进行布局的思路,紧跟行业步伐, 等待时机到来。

2021 年 6 月公司募集的可转债中有 2.6 亿用于新型显示 行业激光技术及设备应用的研发项目。截至 2021 年末,公司新型显示的 在研项目有:(1)Mini-LED、OLED 激光修复技术:开发定制激光、温 控系统、测距聚焦,结合算法优化实现缺陷芯片的快速去除、固晶、固 焊,适配 PCB、FPC、玻璃基板等的芯片修复,填补 LED 背光与 OLED 间的市场空白;(2)OLED/Mini&Micro LED 激光剥离技术研发:利用高 能脉冲激光束穿透蓝宝石/玻璃基板,实现蓝宝石衬底与晶元或 PI 膜的 整片剥离。相关技术的研发将为公司新型显示的市场开拓奠定基础。


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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