技术简报奥特维如何赢未来关键ldquo

Z链研究员|刘名时

编辑|LZ

奥特维创立年,主业包括应用于光伏硅片、电池片和组件的光伏设备,应用于锂电模组、PACK、圆柱电芯外观高速检测设备,应用于半导体封测的铝线键合机。

这家公司核心产品是“串焊机”,全球占有率70%以上,客户覆盖隆基股份、天合光能、晶科能源、晶澳科技、通威股份光伏行业主流公司。年至年1-9月,光伏组件营业收入占58.05%、81.68%、78.02%、85.18%。

最新奥特维布局N型电池TOPCon技术,这被业内称为“革命性技术”。这源于P型单晶硅PERC电池理论转换效率接近极限24.5%,N型理论转换率28.70%、TOPCon兼容PERC产线设备而因此被认为下一代电池技术主流。

一、多栅串焊机、大尺寸串焊机:

串焊机是奥特维创始以来的核心业务,在它诸多的硅片分选机、激光划片机、光注入退火炉、直拉单晶炉、锂动力电池“模组PACK线”及圆柱电芯外观检测设备、半导体封测设备铝线键合机业务中,串焊机独秀于林。

串焊机是用互联条将多个单焊后电池片串联以获得高电压设备,包括上料、划片、焊带处理、焊接、贴膜、下料工序,是光伏组件制造环节核心设备。

年前串焊机长期被德国TT(teamtechnik)、西班牙格罗斯贝尔(gorosabel)、日本Toyama、日本NPC和韩国HANWHA垄断,年后奥特维与先导智能获得技术突破,售价只有欧洲与日本企业1/4。

光伏组件制备工艺流程分为焊接、叠层、层压、EL测试、装框、装接线盒、清晰、IV测试、成品检验、包装,其中技术和价值量最高的环节是焊接和层压。组件设备与组件制备工艺流程对应,主要设备包括激光划片机、串焊机、自动叠层设备、层压机及自动流水线,串焊机设备价值量占组件设备价值量约1/3。

伴随光伏组件上游新技术加速升级换代,年奥特维推出全新一代MS系列多主栅串焊机,产能达到片/小时。随后又推出AME-高速大尺寸串焊机,产能片/小时。目前奥特维串焊机已实现-全尺寸兼容、片/时产能、串返率低于1%的先进技术指标。

奥特维核心产品“多主栅串焊机”采用的SMBB技术可在电池板上形成9栅至15栅、甚至20栅以上电极制备及组件封装技术。此外,还深度布局HJT、TOPConSMBB多主栅组件串焊机,年12月中标晶科能源TOPCon多主栅串焊机1.45亿元订单;与安徽华晟战略合作,其2GWHJT组件全部使用奥特维串焊机。

年,奥特维常规型与多主栅型销售了台、台,天合光能、晶科能源和隆基股份所用的串焊机55%-81%来自于奥特维。年营收9.70亿元,同比增长45%,毛利率35.7%同比提升4.4pct,首因是多主栅串焊机销量同比增长了%。

二、代表未来的N型电池技术:

奥特维年初正在实施向实际控制人葛志勇定向增发股份,募资其中一个目的是投向研发应用于N型晶体硅光伏电池TOPCon电池设备的硼扩散设备和LPCVD设备。

晶硅电池技术根据硅片差异区分为P型电池和N型电池。两种电池发电原理无本质差异,都依据于PN结进行光生载流子分离。在P型半导体材料上扩散磷元素,形成n+/p型结构的太阳电池即为P型电池片;在N型半导体材料上注入硼元素,形成p+/n型结构的太阳电池即为N型电池片。

P型电池主要是BSF电池和PERC电池。年前,BSF电池占据90%市场;年之后,PERC电池接棒起跑,到年PERC电池在全球市场中的占比已经超过85%。

年规模化生产的单/多晶电池平均转换效率分别达到22.7%和19.4%。P型单晶电池均已采用PERC技术,平均转换效率同比提升0.5个百分点。

由于P型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为24.5%,导致P型PERC单晶电池效率很难再大幅度提升。更重要的是,它未能彻底解决以P型硅片为基底的电池所产生的光衰现象,这些因素使P型硅电池很难进一步发展。

三、N型电池TOPCon技术的硼扩散和LPCVD设备:

N型电池技术包括TOPCon与HJT。HJT电池理论效率高于TOPCon电池,但TOPCon电池优势在于产线与当前主流PERC电池产线部分兼容,新增投资远远低于HJT电池生产线。

TOPCon是N型电池工艺基础上的隧穿氧化层钝化接触(TunnelOxidePassivatedContact)技术,这个技术可大幅度提升N型电池VOC和转换效率。理论计算,钝化接触太阳能电池的潜在效率28.7%最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率29.43%,远高于PERC的24.5%。

目前TOPCon主流电池量产效率约23.7-23.8%,部分电池厂商已实现24.0%+,中来股份已在实验室效率做到25%以上。

奥特维在TOPCon与HJT技术方向上选择TOPCon一个重要因素是,PERC升级为TOPCon技术,只需要2-3道额外工艺和设备,PERC产线建设时大多已预留TOPCon改造空间,仍以PERC产线现有设备为主,新增非晶硅沉积LPCVD/PECVD设备及镀膜设备即可。目前PERC电池产线单GW投资在1.5-2.0亿元,只需0.5-0.8亿元。HJT设备投资额4.5亿元。

TOPCon与HJT技术两种技术路线主要特点相比,TOPCon光致衰减首年1.5%、以后1.5%高于HJT零PID、零LID,光电转换率23.5-24%与24%相近,但TOPCon在理论光电转换效率28.7%及烧结温度高皆优于HJT的27.5%和烧结温度低、需使用成本更高的低温银浆。

早在年4月收购“松瓷机电”时,奥特维就开始为TOPCon技术做准备,它所生产的直式单晶炉可拉直12英寸、N型晶棒并可以做到mm硅片。年奥特维改造项目收入.9万元,在为TOPCon技术的升级下同比上期改造项目增长.57%。

奥特维在TOPCon技术路线上的落点是硼扩散和LPCVD设备,这两项设备主要用于电池片生产的掺杂、扩散工艺和镀膜工艺。

TOPCon电池需在背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,共同形成钝化接触结构。这个结构为硅片背面提供了良好的表面钝化,超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合,进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集,从而极大地降低了金属接触复合电流,提升了电池的开路电压和短路电流。

TOPCon电池有四种工艺流程可实现钝化接触结构,分别是LPCVD制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺、LPCVD制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺、PECVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺及PVD制备多晶硅膜并原位掺杂工艺。

LPCVD相关沉积工艺较为成熟,但存在绕镀(沉积至电池正面,需要清洗)、成膜速度慢等问题;PECVD沉积速度快,但由此衍生的气体爆膜现象会降低整体良率;PVD技术相对较不成熟。

奥特维基于LPCVD成膜质量高、工艺发展较为成熟等原因,最终选择了主流工艺LPCVD技术路线,目前TOPCon主要任务是简化工艺降本提效。

LPCVD技术路线全称“低压化学气相沉积法”,是各技术路线中被最广为接受,也是唯一规模商业化的技术。

方法一:本征+扩磷。LPCVD制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺,工艺成熟且耗时短,min生成-nm的非晶硅层,大概15nm/min,良率较高、生产效率高,已实现规模化量产,不足是绕镀和成膜速度慢。这项技术是目前TOPCon厂商布局的主流路线,主要是晶科能源和天合光能。

方法二:直接掺杂。LPCVD制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺。离子注入技术是单面工艺,掺杂离子无需绕度,但扩硼工艺要比扩磷工艺难度大,成膜时间min左右,是本征的2倍,需要更多的扩散炉和两倍的LPCVD导致投资成本高,沉积完之后进行退火激活,与本征相比良率差一些,转化效率要高一些,主要布局的是隆基股份。

N型电池均需在正面进行硼扩散,形成P-N结,不同技术路线选择对硼扩散设备需求影响都很小。

四、奥特维N型电池TOPCon商业生态:

TOPCon电池设备目标客户主要是光伏电池片生产企业。据CPIA统计,年全球电池片前十企业产量.10GW,占全球总产量66.20%。

在全球电池片主要供应商中,通威股份、隆基绿能、爱旭股份、晶澳科技、晶科能源、天合光能及加拿大阿特斯全球龙头公司,都是奥特维存量客户。

但由于奥特维研发的TOPCon电池设备尚处于前期阶段,尚无在手订单。

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