下一代电池技术竞逐，谁将引领万亿光伏产业？
光伏（利用光生伏特效应发电）是当下最火热和内卷的赛道之一。
尽管中国光伏产业已发展20多年，诞生了130多家上市公司，这一领域仍如金矿般备受追捧。据光伏产业媒体黑鹰光伏统计，从2020年至今，光伏产业的投资（含规划）总计已超2万亿元，涵盖硅料、硅片、电池片、组件、系统等产业链不同环节。
这些投资者除了深耕光伏产业多年的老玩家，更有一大波跨界新玩家。其中，既包括万科、万达、碧桂园等房企，也包括新希望物业、皇氏集团、景兴纸业等各行企业。甚至，沐邦高科、正邦科技等做玩具、生猪养殖的企业也来了。
为什么光伏产业如此内卷？一个大的宏观背景是，在“双碳（碳达峰与碳中和）”趋势下，光伏是未来最大的绿电来源。
在庞大的光伏产业链中，作为行业上下游的分水岭，电池片是光伏产业的核心环节，也是光伏产业降本增效的关键。
（光伏产业链环节主要是五个：硅料-硅片-电池片-组件-系统。从硅片到电池片，需要辅材银浆；从电池片到组件需要光伏玻璃、边框、胶膜、背板等辅材；光伏发电系统涉及逆变器和支架；多个产业链环节还涉及制造设备）
降本增效是光伏产业所追求的最终目标，也是发展的核心逻辑。围绕这一逻辑，光伏产业在过去发生过一系列技术迭代：单晶取代多晶、金刚线切割取代砂浆线切割、PERC（发射极钝化和背面接触）电池技术取代BSF（铝背场）电池技术……
正是这一系列主要围绕电池的技术迭代，使得光伏度电的成本下降了90%（从原来3~5元一度电，降至近两年0.3~0.35元一度电），迈入平价时代。
未来，进一步提升发电效率，降低度电成本仍是光伏产业的核心命题，而目前解题的关键依然是电池技术的不断升级。
如今，新一代电池技术路径之战正酣：继PERC电池技术之后，TOPcon（隧穿氧化层钝化接触）、HJT（本征薄膜异质结）、IBC（交叉背接触）等N型电池技术正成为后起之秀；而在晶硅电池技术之外，钙钛矿等薄膜电池技术也在异军突起。
九鼎投资观察到，不同电池片技术的应用，对光伏产业链的影响深远。因为不同电池片技术，所配套的光伏产业链上下游资源可能大相径庭。
例如，PERC、TOPcon和IBC对应的原材料是晶硅，但HJT对应的原材料是晶硅和非晶硅的混合体，而钙钛矿对应的原材料则是非晶硅化合物。除了原材料的成分和用量，不同电池片技术所配套的制造端设备、封装工艺也不尽相同。
未来，究竟哪种电池片技术能引领万亿光伏产业，整个业界尚无定论。那么，各类市场参与者该如何抓住目前这波技术迭代的红利？
（图表：太阳能电池分类；来源：方正证券）
单晶VS多晶之战启示录：技术为王
在过去20年里，光伏产业最有代表性的技术之争，是单晶硅电池VS多晶硅电池。
光伏电池（也称太阳能电池），分为晶硅电池和薄膜电池。其中，晶硅电池约占据光伏电池95%的份额，是目前产业化水平与可靠性最高的光伏电池类型。晶硅电池又分为多晶硅电池和单晶硅电池。
时间回到2008年，这是中国光伏企业的一个重要转折点。
在此之前，中国光伏产业起色不久，还面临着 “三头在外”（原料在外、市场在外、设备在外）的窘境。在供需不平衡的情况下，多晶硅的价格曾急速膨胀。为保证企业利润，许多中国光伏企业不得不提前囤积多晶硅料。
2008年全球金融危机爆发后，中国光伏产品的主要出口市场——欧盟，几乎将对光伏产业的支持力度降至为零。没有补贴，光伏电池的市场需求急速下降，不仅断了中国光伏产品的销路，还引发了多晶硅的成本暴跌。
暴涨暴跌的落差，让不少中国光伏企业的原材料成本要比别家贵很多。这对于以加工组装为主的中国光伏企业来说，几乎毫无利润。甚至，中国光伏企业还因提前与国外硅料供应商提前解约，而赔付了天价违约金。
一场更大的危机也悄然来临。2011年，美国展开了对中国光伏企业的“反倾销”和“反补贴”的双反调查，欧盟紧随其后，最终导致大多中国光伏企业被征收了巨额关税。
2012年的统计数据显示：中国有超过90%的光伏企业都在欧美双反危机中倒闭，产业整体损失超过20亿美元。就连被视为“中国初代光伏王者”的尚德电力，也于2013年宣布破产。
但，也有一波企业通过技术突破在低谷中活了下来。其中最具代表性的是协鑫集团（简称“协鑫”）和隆基股份（简称“隆基”）。二者主攻的赛道，分别是多晶硅和单晶硅。
一直以来，光伏行业是高污染的代表，主要原因是生产多晶硅的副产品四氯化硅含有剧毒和腐蚀性。
2006年，中国化学华陆公司（简称“华陆”）攻克了冷氢化技术。这一技术使四氯化硅在低温高压的环境下转化为三氯氢硅，而三氯氢硅又是多晶硅的重要原材料。
协鑫通过与华陆合作，让协鑫的多晶硅成本从2009年的40美元/公斤，下降到2010年的25美元/公斤。正是这一秘密武器，让协鑫抗下了欧美的双反打压。
2013年双反危机过后，中国加大对光伏产业的补贴力度。但随着光伏发电成本的下降，中国又于2017年提出“光伏领跑者计划”，要求多晶硅电池组件和单晶硅电池组件的光电转换效率分别达到18%和18.9%以上，才能获得补贴扶持。
这个计划，掀起了光伏电池行业关于单多晶技术的大反转。
虽然光电转化效率高于多晶硅，但单晶硅并不被行业看好，因为单晶硅的切片成本要远高于多晶硅。
2012年以前，单晶硅一直使用砂浆进行切割。但这种切割技术的原料非常复杂，并且成本下降空间也比较小。
隆基创始人李振国发现，如果用金刚线切割单晶硅柱，不但速度更快，还能让机器的生产效率提升3倍。不过，那时金刚线切割技术还不成熟，并掌握在日本等国家的少数厂商手里。
李振国决定率先在光伏行业采用这一技术。2012年，隆基开始从砂浆切割转向金刚线切割。在2017年报中，隆基自豪地表示，“在硅片切割技术方面，公司在行业内率先实现了金刚线切割技术替代传统砂浆切割技术”。
在隆基的带领下，其他多晶硅企业也开始大量运用金刚线切割技术。这一技术的普及，不但让隆基拿到了反超的主动权，也为光伏行业每年降低了几百亿的成本。
除金刚线切割技术外，隆基在2015年还率先推出了单晶PERC电池，将单多晶电池的效率差距进一步拉大。
凭借这些技术优势，单晶硅太阳能电池板的出货量在2017年首次超过多晶硅。
回望过去，给光伏产业带来巨大变局的因素，主要是政策、经济和技术迭代。当政策红利不再、经济危机来临，能让产业扭转局面的，唯有技术创新。
N型高效时代开启，新技术交叉竞逐
如今，光伏电池的单多晶之战已然结束，“PN”替代之战正当时。
据了解，晶硅电池技术以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。两种电池发电原理无本质差异，都是依据PN结进行光生载流子分离。
1. 在P型半导体材料上扩散磷元素（Phosphorus，元素符号P），形成n+/p型结构的太阳电池，即为P型电池；
2. 在N型半导体材料上注入硼元素（Boron，元素符号B），形成p+/n 型结构的太阳电池，即为N型电池。
另一方面，扩磷工艺简单但转换效率上限较低；扩硼工艺难度大，但少子寿命长，且没有硼氧复合和硼铁复合，避免了形成复合中心的光致衰减损失。因此，相较P型电池，N型电池是未来的技术迭代方向。
（图表：P型电池（左）和N型电池（右）结构示意图）
在制备技术上，P型电池主要制备技术有BSF和PERC，N型电池的主要制备技术则包括TOPcon、HJT、IBC等。
常规BSF电池由于背表面的金属铝膜层中的复合速度无法降至200cm/s以下，致使到达铝背层的红外辐射光只有60-70%能被反射，产生较多光电损失，因此在光电转换效率方面具有先天的局限性。
PERC电池，从常规BSF电池结构衍生而来。PERC技术通过在电池背面附上介质钝化层，可以较大程度减少这种光电损失。
2015年之前，BSF电池占了总市场的90％，是绝对的主流。但2020年，PERC电池在全球市场中的占比已经超过85％，BSF电池淘汰出局。在此期间，P型电池转换效率从不足20％提升到超过23％。
而N 型电池的钝化接触技术，大幅减少了金属电极和电池的接触复合，实现了比 PERC 电池更高的转换效率。
根据德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）的数据，PERC、HJT、TOPcon电池的理论极限效率分别为24.5％、27.5％、28.7％。到2030年，N型电池的转换效率将超过25.5％，比P型电池高出1个百分点以上。
《中国光伏产业发展路线图（2021 版）》则预测，到 2030年，N 型单晶硅片的市场占比将接近 50％。这意味着，N型电池的时代渐行渐近了。
同为N型电池，HJT、TOPcon和IBC的优劣势不尽相同。
TOPcon，工艺与PERC技术一脉相承，70%的PERC生产线可以复用，只需要进行几步工艺的迭代升级，传统巨头很多选择了这条路线，但缺点在于降本空间低，以及良品率还有所欠缺。
HJT，拥有更简洁的工艺流程（相比PERC需9-10步,TOPCon需12-13步,HJT只需4步：清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、透明导电膜制备、丝网印刷）、高转换效率等优势，但它是全新的工艺体系，需要重建生产线，并且HJT的低温工艺导致银浆消耗量增加，如何把高昂的成本降下来是首要目标，新玩家多数以此破局。
N型电池中TOPcon和HJT可以双面发电，更多用在光伏地面电站之中。
IBC技术更多应用在分布式光伏中。其特点在于，单面的转换效率比较高，在如BIPV（光伏建筑一体化）等只需要单面发电的分布式光伏中更具优势。
受益于单面结构，IBC还可以与TOPCon、HJT、钙钛矿等电池技术叠加，形成转换效率更高的TBC、HBC以及PSC IBC，因此也被誉为一项“平台技术”。
钙钛矿，指的是一类与钙钛矿（CaTiO3）晶体结构类似的ABX3化合物，其最大的特点是超导电性。根据2022年7月洛桑联邦理工学院（EPFL）和瑞士电子与微技术中心（CSEM）共同创造的钙钛矿-硅叠层光伏电池新的世界纪录，直接将转化效率推到了31.3％。
作为下一代光伏新势力，钙钛矿也出现了技术分野：单层和叠层，单层为单结钙钛矿，叠层包括钙钛矿叠晶硅和钙钛矿叠钙钛矿。
从产业化落地情况来看，现阶段，PERC电池产业化配套成熟，仍然是最具经济性的电池技术。
在N型电池技术中，TOPcon是最先落地、规划最多、在建和投产产能最多的。开源证券预计，2023年全球光伏新增装机或达350GW，Topcon电池/组件出货量有望达到100-150GW。
而作为目前转化效率提升最快的光伏电池技术，钙钛矿电池还主要处于实验室阶段，GW级的产线短时间内很难出现。天风证券统计，2022年钙钛矿组件产能约为0.87GW，2023年产能有望超过1GW。
（图表：晶硅光伏电池技术发展；来源：浙商证券）
技术迭代背后，如何寻找下一个Big Thing？
对于未来哪种技术将胜出，业界尚无共识。
因此，企业在技术路线的选择上，表现各有不同。一些企业押注多技术路线，另一些企业则专注于单一路线。
隆基是押注多技术路线的企业典型。2021年6月，隆基曾宣布，其单晶双面 N 型 TOPcon电池、单晶双面P型TOPcon电池、单晶HJT电池的转换效率分别突破三项世界纪录。
除了隆基，晶澳科技、通威股份、东方日升等企业也押注了多技术路线。
九鼎投资观察到，要想押注多条技术路线，对企业的综合要求极高。因此，这类企业大多是成熟大企业。在一级市场，更多公司是基于自身的技术优势积累，在某一主流技术路线上进行发力。
综合而言，要想参与这一轮光伏电池技术迭代的竞争，企业需具备几个竞争要素：
第一，较高的技术实力。比如，其技术带头人和核心成员来自于业内知名研究院，或者在光伏产业拥有10年以上的产业化落地经验。
第二，管理层具备超前的战略眼光。能否押注正确的技术路线，直接决定企业的生死。而且技术迭代有一定的窗口期，企业需要把握好技术路线的扩产进度。例如，未来两三年内，企业若在TOPcon技术路线上扩产过快，则留给HJT的扩产空间就很小了。
第三，雄厚的资金实力，或较高的融资能力。隆基董事长钟宝申曾表示，任何一个技术路线，要形成一个基本的判断、跑出结果，背后是高达6亿元的投资（含其他陪跑型技术路线的投入）。这其中，包括新技术路线的全套硬件设施及3-4年的运行、人员费用等。
第四，较强的品牌力和客户资源。光伏产品是相对标准化的工业品，但市占率和品牌知名度更高的企业显然更占优势。尤其是，户用光伏的品牌效应更明显。类似的，客户资源较强的企业亦拥有更好的发展潜力。
从光伏电池产业链的各环节来看，我们认为，电池设备端具有较强的“先发优势”特征，在技术未成熟的初期，设备公司需要与下游客户进行不断的工艺磨合、验证，一旦验证通过，将拿下绝大多数份额，且不容易被其他竞争对手所替代。
以HJT为例，对比PERC工艺，由于HJT单工艺步骤难度较大、前期研发投入成本更高，当行业进入成熟期，可能会类似半导体设备行业，由2-3家设备效率+成本做到极致的厂商占据大部分市场份额。
经九鼎投资测算：到2025年，HJT设备市场空间有望超过200亿元，2020-2025年的复合年均增长率（CAGR）有望达79%。可见，在设备端，新一轮技术迭代也将带来非常可期的市场空间和增速。
整体来说，中国光伏产业已经今非昔比。
10多年前，中国光伏产业“三头在外”，整个行业基本处在“国际大循环”状态中。因此，遭遇欧美双反后，中国光伏产业饿殍遍野。
如今，中国的光伏产业“内循环”成效显著，实现了中国光伏制造业世界第一、中国光伏发电装机量世界第一、中国光伏发电量世界第一等多项纪录。
尽管不再受制于人，亦不能盲目自信。我们认为，希望借新一轮电池技术迭代而崛起的企业，仍需吸取当年尚德电力等企业的教训，切不能扩张过快。
每次光伏电池技术迭代均会带来竞争格局洗牌。以电池片为例，过去十年的行业龙头位置经历四次更迭，早期领先企业仅有晶澳、阿特斯、天合仍保持行业前十的地位，而目前排名靠前的通威、爱旭在2016年之前榜上无名。
（图表：光伏电池片排名变化（2011-2020）；来源：本翼资本）
未来，随着各个电池技术路径的产业化进程，光伏产业必然迎来新一轮洗牌，投资机会也主要出现在技术迭代带来的竞争格局变更之中。
光伏产业技术迭代速度快，也带来了企业竞争格局变动大、周期性强的特征。对于投资机构而言，要尽可能抓住行业周期低点的投资机会，选择行业技术路线更成熟的头部企业。
在大量资本涌入光伏行业之时，我们更要始终坚持自己的投资逻辑和投资价值判断，不冒进，守住自己的能力圈是穿越周期的核心。
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