一、激光&自动化装备龙头,打造平台型公司
1.1 公司发展历史回顾:深耕激光、引进人才、拓展领域
公司的发展历史主要由以下几段构成(发展历程部分主要系在 2019 年海目星高层管理会议内容的基础上完 善)
① 初创阶段(2007~2010):公司刚起步,主营光纤打标机,定位于当时的中小品牌市场,也是探索激光 市场的过程。
② 调整阶段(2010~2014):2010 年,公司战略调整,成立广州海目星,开辟高功率切割领域。2011 年, 在激光与自动化结合方向发展。引入张松岭博士、田亮、钟辉等优秀人才团队,参与国际知名品牌充电器全自 动化标记及 3C 行业知名厂商第一条全自动化生产线的研发设计,进入苹果和富士康产业链。为公司在激光与自 动化行业发展奠定了深厚的基础。2012 年,引进周宇超等优秀人才,投入到核心器件激光器的开发,提升定制 化能力、积累核心竞争力。
③ 重塑阶段(2014~2017):2014 年,由于市场形势恶化,公司在逆境中拼搏,引进以刘明清总经理、李 营、李谦等为代表的具备外资企业背景的优秀管理、技术及销售精英团队。2015 年,长城光宝等优质客户的大 门打开,订单份量逐渐增加,项目相继落地,公司又迎来前进的希望。与此同时,日本留学归来的刘博士带领 公司拓展锂电新兴市场,与宁德时代等行业龙头建立良好合作。
④ 高速发展阶段(2017~至今):公司几大事业部共同发展,稳步前进。随着资本投资的引入,为海目星 的生命注入了资金血液。锂电事业步入正轨,新设备、新项目相继落地,高速激光制片机已成为行业标杆;3C产业的高速发展,公司产品得到众多客户的认同。广州海目星纳入集团的整体化管理,在钣金装备行业的表现 可圈可点;光伏领域,不断推出新设备,增长前景良好。同时,优秀人才团队不断的增加,人才结构不断完善, 技术水平升级迭代,造就了公司的高速发展。
经过十余年发展,公司已成为业界数一数二的激光&自动化装备综合解决方案提供商。
1.2 股权结构稳定,核心团队持股
公司的实际控制人及最终受益人为董事长赵盛宇,其通过鞍山市海康企业管理服务中心、深圳市海目星投 资管理中心、深圳市深海创投投资合伙企业对公司实现控股。公司其余高管和核心技术人员基本上都有不同程 度的持股。另外,公司于 2021 年 7 月 17 日发布限制性股票激励计划,包含公司高管和员工在内共 319 人,股 权激励总额约占公告日股本总额 3.50%,整体来看,公司股权激励到位,管理层和核心技术人员与公司高度绑 定。
截止 2021 年 6 月,公司参控股公司有 13 家,其中全资控股子公司有 4 家,业务主要覆盖动力电池激光及 自动化设备、钣金激光切割设备、3C 消费电子应用设备等;合作联营企业有 3 家,主要从事智能机器人及物流 方向业务。
1.3 激光与自动化结合,形成四大业务板块
公司专注于激光光学及控制技术、与激光系统相配套的自动化技术,并持续强化这两大核心能力。公司激 光及自动化设备根据市场和客户的应用需求,将光学、机械、电气自动化、软件等学科技术相结合,针对市场 和客户需求开发标准化和定制化的包含激光表面处理、切割、焊接等一项或多项功能的自动化成套解决方案, 使得激光加工工作完全整合至自动化设备或流水线中,实现设备或生产线的自动化、智能化作业,从而达到精 准、高效、可控的工艺目标。
公司拥有众多技术人才支撑。公司董事长赵盛宇是中国科学技术部“创新人才推进计划”科技创新创业人 才、国家高层次人才特殊支持计划领军人才。其带领的核心技术团队成员来自于国内外知名企业,皆属于细分 赛道的行业领军人物。
1.3.1 激光领域:具备自主设计和制造能力
在激光器设计方面,公司通过自主创新的激光谐振腔光学设计技术、皮秒激光器能量放大技术等设计和控 制技术的应用,成功开发出 20W 紫外纳秒激光器、35W 绿光纳秒激光器等系列产品,其输出功率高于国内同行 业大部分同类产品,激光光斑圆度也优于市场上同类产品。公司自产激光器全部用于自产设备,使用自产激光 器可结合客户的特定需要,更加灵活地调整激光加工系统,从而达到更好的加工效果。
在激光控制及工艺应用方面,公司自主研发了嵌入式高速激光控制卡技术、激光同轴视觉定位技术、电池 极片激光切割技术、激光精密清洗技术、激光表面处理技术等与HTH登陆入口网页 密切相关的技术与工艺,在诸多应用 技术的支撑下,保障了设备在激光加工(切割、标记、焊接、清洗、钻孔等)环节的精密、高效、稳定运行。
1.3.2 自动化领域:为激光提供支撑
在与激光系统相配套的自动化技术方面,公司通过对材料分析应用、高精度夹治具及结构设计、仿真分析、 控制系统等领域的深入研究,掌握了诸如防高温金属熔珠粘附材料工艺、金属箔材加强筋技术、丝线送线挂线 技术、除尘仿真技术、结构强度仿真技术、集成式工业自动化控制系统框架等核心技术,保障了激光同自动化 有机结合,为激光加工的自动化、智能化提供了充分的技术支持。
1.3.3 公司形成四大业务板块
目前公司形成四大业务板块。2021 年 4 月,公司公告组织架构调整,新增光伏事业群,并且将“激光研发 中心”归入新增的“光伏事业群”,至此,公司形成动力电池制造、光伏制造、3C 行业制造、钣金切割,四大 业务板块。
1.4 下游锂电行业景气度高,公司业绩迎来加速增长
2021 年公司营业收入为 19.70 亿元,同比增长 49.15%。2016-2021 年 CAGR 为 45.89%,公司业务体量不断 做大。2021 年公司归母净利润为 1.08 亿元,同比增长 39.61%,继 2020 年负增长之后重新回到上行通道。公司 2020 年净利润负增长主要系当年行业景气度低,公司低毛利率订单验收,同时计提坏账损失。2021 年随着锂电行业的高速发展以及相关订单的验收,公司净利润开始快速增长。
从分业务来看,锂电业务增长明显。2017-2020 年通用激光及自动化设备是公司最核心的业务,营收占比在 50%左右,营业收入 CARG 为 55.80%。2021H1 公司动力电池激光及自动化设备收入实现较大反超(占比达 41.47%),主要系下游动力电池厂商扩产需求旺盛,行业景气度高,而且公司在产品、客户端皆有所突破。
在盈利能力方面, 公司 2021Q1-3 毛利率为 28.20%。毛利率自 2020 年后开始下跌,主要系 2020 年以前公 司主要收入源于高毛利率的消费电子行业,2020 年以后随着业务重心向动力电池偏移,加上部分行业景气度下 滑,原材料价格上涨,公司整体毛利率逐渐下滑。但展望未来,随着公司动力电池业务高速发展、产品成熟度 逐渐提升、规模效应的体现,公司毛利率将稳中有升。2021 年公司净利率为 5.48%,同比下降 0.38pct,主要系 公司应对未来快速增长的需求,大量招聘人员,由此带来费用前置。预计公司净 2022 年利率将会迎来显著改善。
从合同负债来看,公司 2021Q1-3 年合同负债为 13.3 亿元,同比增加 230.8%,为公司未来业绩增长提供强 支撑。(报告来源:未来智库)
二、动力电池开启扩产潮,公司锂电设备业务快速增长
2.1 动力电池开启扩产潮,锂电设备需求旺盛
随着全球主要经济体碳减排目标的确立,以及电动车产品竞争力的提升,全球电动车销量井喷,动力电池 行业迎来扩产潮,锂电设备需求旺盛。
2.1.1 中国:逐步由政策推动转向市场化驱动
近年来我国新能源汽车市场由政策推动转向市场化,目前已进入快速渗透期。自 2020 年 Q3,随着市场化 需求快速启动、供给端车型更加丰富、产品分层和定位逐渐清晰,2021 年新能源汽车销量达到 350.72 万辆,同 比增长 165.51%。2022 年 1、2 月的新能源汽车销量分别达到 43.14、 33.40 万辆,同比增长分别为 140.79%、204.65%;同期渗透率分别为 17.0%、19.2%。
受益于下游需求高增,动力电池市场进入爆发期。2016-2020 年全国动力电池装机量由 28.29GWh 上升至 62.85GWh,年复合增速 22.08%。2021 年全国动力电池装机量合计 154.50GWh,同比增长 142.77%。2022 年 1 月、2 月全国动力电池装机量分别为 16.18、13.68GWh,同比增长 86.86%、145.13%。
我们搭建模型对未来五年我国动力锂电池需求进行了测算。假设 2025 年我国新能源乘用车渗透率达 40.8%, 商用车渗透率达 9.2%,届时我国新能源汽车总销量将达到 1070 万辆,对应动力电池需求量 645GWh,相较于 2020 年的 65GWh,年复合增长率达到 58%。
2.1.2 欧洲:政策刺激需求,电池产能建设提速
欧洲尾气减排政策以及新能源汽车购置补贴两端发力,电动化转型进程加速。近年来欧洲不断推出环境保 护相关法律法规,排放要求不断严苛,加速了汽车行业的电动化转型。此外,欧洲各国一并通过税收减免和购 买补贴的方式刺激电动车购置需求。欧洲计划在 2050 年率先实现“碳中和”,目前欧盟已经建立了 130 个以上 低汽车尾气排放区和 70 多个监管区域。欧洲主流市场国家纷纷宣布实现 100%电动汽车销售的时间表,德国、 爱尔兰、斯洛文尼亚、荷兰、以色列和丹麦计划在 2030 年实现,英国、法国和意大利三大市场计划在 2040 年 实现。此外,24 个欧盟国家为电动车提供优惠政策,其中 12 个国家在提供税收减免的同时还提供一次性补贴。
2020 年以来,欧洲新能源汽车市场增长迅猛。2016 年至 2019 年欧洲新能源汽车销量稳步增长,由 21.3 万 辆增长到 54.3 万辆,年复合增速高达 36.6%。2020 年 1 月,伴随着欧洲碳排新政开始执行,以及大众 ID.3、特斯拉 Model 3、雷诺 ZOE 等爆款推出,欧洲新能源汽车市场进入快速发展阶段,2020 年欧洲新能源汽车销量达 到 136.5 万辆,同比增长 154.6%;进入 2021 年,欧洲市场增长势头延续,新能源汽车总销售量高达 230.0 万, 同比增长 68.44%。2022 年 1 月、2 月欧洲新能源汽车销量分别为 15.6 万辆、16.0 万辆,同比增长 38.8%、37.8%, 同期渗透率分别为 19.5%、20.9%。
我们搭建模型对未来五年欧洲动力锂电池需求进行了测算,假设 2025 年欧洲电动车渗透率为 50.5%,动力 电池装机量将达到 591.4GWh。
2.1.3 美国:政策利好,销量高速增长有望开启
拜登政府对新能源汽车持支持态度,美国新能源汽车销量将开启高速增长。拜登就职第一天即带领美国重返《巴黎协定》,并提出 2026 年实现美国汽车市场电动化率达到 25%的目标。2021 年 3 月 31 日,拜登宣布 在新能源车领域拟投资 1740 亿美元,推动电动车产业链国产化,给予电动车销售税收优惠,推动公用领域电动 化,加大充电桩基础设施建设。2021 年 8 月 5 日,美国白宫发布声明称,总统将签署一项行政命令,使 2030 年新车销售量中 50%实现零排放,包括纯电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池汽车,该行政命令还将进 一步制定长期燃油效率和排放的标准;此外,美国政府将投资于充电站网络、销售激励、制造业和技术创新领 域。随着美国市场一系列新政的落地,美国新能源汽车市场开启新一轮景气周期,2021 年美国新能源汽车销量 为 65.2 万辆,同比增长 102.12%。2022 年 1 月、2 月美国新能源汽车销量为 6.2、7.0 万辆,同比增长 75.17%、 77.77%,同期渗透率分别为 6.3%、6.6%。
根据拜登政府提出的 2030 年美国汽车市场实现 50%电动化率的目标,我们假设 2025 年美国电动车渗透率 为 30%,届时美国动力电池装机量将达到 337GWh。
总结来说,在政策端与供给端共同发力的背景之下,2021 年至 2025 年全球主要市场动力电池装机量将大 幅上升,由 2021 年的 366GWh 升至 2025 年的 1573GWh,年复合增长率达 44.0%。其中,2025 年中国市场装 机量将达到645GWh,占比 41.0%;欧洲市场装机量将达到591GWh,占比37.6%;美国市场装机量将达到337GWh, 占比 21.4%。
考虑到行业仍处于高速发展阶段,若按照 60%的产能利用率来计算,则 2025 年行业的合意产能将达到 2.6TWh,拉动锂电设备需求显著增长。
2.2公司以“激光+自动化”切入锂电设备,不断拓展产品品类
如何理解公司的锂电业务布局?
① 基于激光的应用切入极耳切和焊接
激光模切的领导者。圆柱和方形极耳切割较早前主要利用刀具模切,刀具属于消耗件、成本高,而且在切 口处容易出现毛刺,造成电池安全隐患。激光模切可以完美解决上述问题。公司 2015 年开始和宁德时代共同研 发激光模切设备,并且在 2016 年实现全球首次量产设备,同年获得了宁德时代和中航锂电的订单。公司 2019 年 获得特斯拉 4680 大圆柱中试线激光模切设备订单,该设备参数领先同行。公司凭借先发优势以及持续的技术迭 代升级,激光模切设备市占率领先。
切入激光焊接。在装配线的焊接环节,包括超声波预焊、密封焊、顶盖焊、铆钉焊等,本质是激光和材料 的作用控制,核心技术壁垒包括激光参数控制、自动化夹具的配套等。公司基于对激光器的理解和 3C 领域的经 验积累,成功研发出动力电池用激光焊设备,并且实现批量化销售。
② 基于自动化技术,拓展产品品类
凭借自动化技术积淀,装配线开始放量。公司生产的装配线主要功能是实现电芯入壳以及检测的自动化操 作,主要设备包括:全自动热压成型机、全自动电芯配对机、全自动超声波焊接机、全自动转接片焊接机、全 自动包 Mylar 机、全自动电芯入壳机、全自动顶盖焊接机、全自动氦检机等。整体来看,装配线涉及自动化设 备多,价值量约在 1800 万/GWh 左右。2021 年开始,公司装配线订单逐步放量,支撑锂电板块增长。
③ 与行业一流客户合作紧密,订单量明显攀升。
受益于下游行业的扩产需求,特别是动力电池厂商扩产需求旺盛,截至 2021H1 公司签署销售订单 21.78 亿 元(含税),较上年同期增长 115.43%;同时,公司在手订单充足,截至 2021 年 6 月 30 日,公司在手订单 32.60 亿元(含税),同比增长 130.95%。公司与宁德时代、中航锂电、亿纬锂能、长城汽车、蜂巢能源等行业龙头 形成稳定合作关系。公司金额较大的锂电设备订单包括与中航锂电签订的 19.68 亿元采购意向框架协议、蜂巢 能源 3.38 亿元订单、宁德时代 6.73 亿元的订单等。(报告来源:未来智库)
三、布局光伏激光设备,有望实现突破
3.1 激光技术在光伏领域应用总述
激光在材料加工的需求不断增加,主要由于激光具有非接触加工、具备区域选择性、加工精度高、可调节 性强、提高材料利用率等优势。
从激光和材料作用的普适性原理来看,激光材料作用可以分为涉及相变(固体到气体、固体到液体)以及 不涉及相变(固体到固体)。
根据激光在光伏的应用来看,激光消融、开槽、打孔、切割、清洗等,都属于激光诱导材料实现固体到气 体的转变。另外,激光修复、激光掺杂属于激光诱导材料实现固态内部的变化,对于材料状态的调控更加精细, 整体难度更高。最后,激光转印涉及活性剂的气化以及银浆的液化,整体难度也较高。
激光加工技术具有快速、精确、零接触以及良好的热效应等明显优势,在光伏领域各类激光技术得到应用。 在电池片前道环节,激光打孔、激光掺杂、激光消融等技术可得到应用;在电池片后道环节,激光转印、激光 修复等技术可得到应用;在组件环节,激光玻璃打孔、激光无损划片等技术可得到应用。
3.2 激光技术在 PERC 电池中的应用
3.2.1 PERC 电池激光加工工艺应用概述
PERC(Passivated Emitter and Rear Contact,发射极钝化和背面接触)电池利用特殊材料在电池片背面形成钝 化层作为背反射器,增加长波长的吸收,同时增大 P-N 极间的电势差,降低电子复合,提高效率。
目前 PERC 电池产线中应用最为广泛的是激光消融和激光掺杂技术,PERC 激光消融设备和 SE 激光掺杂 设备已成为新增 PERC 产线的标准配置。
3.2.2 可应用于 PERC 电池生产的激光技术
3.2.2.1 MWT 激光打孔技术
MWT 即金属穿孔卷绕技术,采用激光打孔、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,使得电池的正负电极点都分布在电池片背面,有效减少正面栅线的遮 光,提高了光电转换效率,同时降低银浆耗量和金属电极-发射极界面载流子复合损失。MWT 技术可以叠加 PERC 技术,将 PERC 电池正面电极引到电池背面,减小正面栅线的遮光,进一步提高 MWT-PERC 电池的光电转换效 率。MWT 激光打孔可使得光电转换效率绝对值提升 0.4%左右。但由于该技术本身需要背板、玻璃厂商等配合 变化,所以整体渗透率不高。
3.2.2.2 SE 激光掺杂技术
SE 电池在晶硅太阳能电池电极栅线与硅片接触部位区域进行高浓度磷掺杂,电极以外区域进行低浓度浅掺 杂,这种结构可以减少发射极表面少子的复合,而金属电极和发射极之间又能形成良好的欧姆接触,从而获得 更高的短路电流、开路电压和填充因子,提高电池转化效率。激光掺杂法以扩散产生的磷硅玻璃层为掺杂源, 利用激光可选择性加热特性,在太阳电池正表面电极区域形成选择性重掺杂的 n++重掺杂区域,提高电极接触 区域的掺杂浓度,降低接触电阻,从而有效提高转换效率。
SE 激光掺杂设备已成为新增 PERC 产能的标准配置。SE 激光掺杂具有提效简单、工艺流程简单、投入成 本低、设备紧凑等特点,已逐渐成为行业主流的选择性发射极制备方式。在原有 PERC 电池结构上实现选择性 掺杂,电池转换效率可以提升 0.3%-0.5%。
3.2.2.3 激光消融技术
激光消融设备用于 PERC 电池背钝化量产线,利用激光消融电池背面的钝化膜,是 PERC 产线中不可或 缺的关键装备。激光消融技术指利用激光在硅片背面打孔或开槽,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。PERC 电池背面采用全表面介质膜钝化和局域金属接触方式 取代全铝背场电极,背面电极透过钝化层实现微纳级高精度的局部接触是其技术难点之一,要求对钝化膜精密刻蚀的同时不能损伤硅衬底材料,激光消融可以较好地实现该步骤的工艺目标,但这对激光设备厂商的能力要 求相对较高,只有特制的激光器和光路控制,配合长期积累的工艺经验,才能得到最佳的电池性能。
3.2.2.4 LID/R 激光再生修复技术
激光在 LID/R 技术工艺中有较好的应用效果。激光再生修复技术通过超高功率光照射电池片,产生大量光 生载流子来改变体内氢的价态,快速实现硼氧结构由高活性的复合体转变为低活性的再生态,以达到降低光致 衰减目的。激光因高光强、方向性好、能量转换效率高等特性,在 LID/R 技术工艺中有较好的应用效果。PERC 电池整体设备投资额相对较低,LED 灯光注入的方式在修复环节具有价格优势,因此 LID/R 激光设备在 PERC 电池的生产中整体应用程度不高。
3.3 激光技术在高效光伏电池中的应用
3.3.1 新型高效太阳能电池时代加速到来
激光技术的应用需要匹配下游电池工艺的需求,各类高效光伏电池结构、工艺均存在显著差异,可以导入 激光的工艺环节各有不同,本章我们将重点讨论激光技术在 TOPCon、HJT、xBC 电池以及组件环节的应用前景。
高效太阳能电池技术渗透率快速提升。随着相关工艺技术的发展以及产业链的逐渐完善,2022 年各大厂商 逐渐由观望到入局,纷纷宣布新型光伏电池扩产计划,TOPCon、HJT、IBC 等高效电池渗透率有望加快。根据 我们对于今年电池技术路线的判断,预计 2022 年 PERC 电池扩产约 30GW,TOPCon 电池扩产约 60GW,HJT 电池扩产约 20GW,xBC 电池扩产约 50GW(其中 P 型约 30-40GW)。
TOPCon 兼容性最高,HJT 工艺流程最简单,IBC 可叠加各种技术路线。(1)TOPCon 电池与 PERC 产线 兼容性最高,可实现产线改造升级,其工序步骤相对较多;(2)HJT 不兼容现有设备,需要新建产线,但其工 艺最简单、步骤最少;(3)IBC 电池工艺相对复杂,可以叠加 PERC、TOPCon、HJT 等工艺,分别对应 PBC、 TBC、HBC,进一步提升电池转换效率。我们预计 2022 年 N 型单晶电池中 TOPCon、HJT、IBC 电池的平均转 换效率分别为 24.5%、25%、25%。
3.3.2 激光硼掺杂有望提升 TOPCon 电池转换效率
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact,隧穿氧化层钝化接触)电池利用硼扩散形成发射极,电池背面 制备一层 1-2nm 的隧穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅,二者共同形成了钝化接触结构,提供了良好的界 面钝化,有效降低表面复合和金属接触复合,有助于提升电池转换效率。
TOPCon 电池与 PERC 产线兼容性好,短期更具经济性。部分 TOPCon 项目可以最大程度保留现有主流的 PERC 电池产线设备,只需增加硼扩和薄膜沉积设备,无须背面开孔和对准,设备改造难度相对较低,产线升 级增加的设备投资额大约为 5000-7000 万元。国内晶科能源、钧达股份、中来股份、天合光能等纷纷布局 TOPCon 电池领域,产业发展有望加速。
TOPCon 电池可以通过 SE(掺硼)实现效率的提升。由于硼的扩散速率慢,在硅中固溶度低,掺杂困难, 限制了选择性发射极的应用。激光硼掺杂可帮助 TOPCon 电池实现选择性发射极结构,降低电极区域的接触电 阻,提升电池的转换效率。我们认为,激光技术是实现 TOPCon 硼掺杂工艺的重要发展方向,激光设备价值量有望显著提升,我们预计 TOPCon 硼掺杂设备单 GW 价值量有望达到 2000 万元以上。
3.3.3 激光消融技术可用于 IBC 电池开槽
IBC(Interdigitated back contact)电池,即交叉背接触电池的最大特点是 PN 结和金属接触都处于电池背面, 正面没有金属电极遮挡,具有更高的短路电流密度,相较于常规电池可以获得更高的电流。电池背面可以容许 较宽的金属栅线来降低串联电阻,可以提高填充因子,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,IBC 电池不仅转换效率高,而且看上去更加美观,非常适用于光伏建筑一体化等场景,具有较好的商业化 前景。
激光消融技术可应用于 IBC 背面钝化层开膜上。在 IBC 电池的HTH登陆入口网页 方面,激光无损消融技术可应用于 IBC 背面钝化层开膜上,实现背面 P\N 钝化膜层的精准消融,替代传统 IBC 电池采用光刻的技术路线,可以简 化工艺流程,大幅度降低生产成本。
激光消融技术在 P 型 IBC、TBC、HBC 等技术路线均可得到应用。IBC 吸收 TOPCon 钝化接触技术后,可 开发出 TBC 电池;吸收 HJT 的非晶硅钝化技术,可开发出 HBC 电池。在 P 型 IBC、TBC、HBC 这三类电池生 产工艺中,掩膜后均需要进行开槽,激光消融技术可以得到应用。我们预计用于 P 型 IBC 电池的激光消融设备单 GW 价值量有望达到 2000 万元以上。
3.3.4 激光转印技术可应用于各类光伏电池
激光图形转印技术(Pattern Transfer Printing,简称 PTP)是一种新型非接触式的印刷技术。激光转印技 术在特定柔性透光材料上涂覆所需浆料,采用高功率激光束高速图形化扫描,将浆料从柔性透光材料上转移至 电池表面,形成栅线。
丝网印刷过程中,为保证整个电池幅面印刷质量,需要全程对电池表面施加比较大的压力。PTP 技术加工 过程中则无需接触电池表面。随着 182mm、210mm 电池尺寸时代的到来,印刷面积更大,硅片进一步减薄,加 工过程中的压力降低可以显著降低电池的破损率,提高生产的良率,进而降低生产成本。
激光转印技术可以提升电池转换效率,降低银浆耗量,提升生产良率。激光转印技术应用于光伏电池金属 化环节,可实现 25μm 以下的线宽,实现更优的高宽比,在提升太阳能电池效率的同时,大幅降低浆料耗量 20% 以上,显著降低电池生产成本。由于激光转印采用无接触式方式,相比传统的丝网印刷可以有效降低加工过程 的压力,以降低电池破损率,提升良率。
激光转印技术可应用于 PERC、TOPCon、HJT、IBC 等各类电池路线。激光转印技术是目前新型光伏电 池金属化工艺中降本提效的有效技术路径之一,该技术不局限电池种类,应用相对广泛,特别是针对于银浆耗 量较大的 TOPCon 和 HJT 电池,利用转印技术实现的银耗降低是其金属化环节降本的重要途径之一。我们认为 激光转印设备价值量可以参考现有丝网印刷设备价值量,判断应用于 PERC、TOPCon、HJT、xBC 电池的激光 转印设备单 GW 价值量分别为 2500 万元、3000 万元、5500 万元、3500 万元。
3.3.5 LIA 激光修复技术在 HJT 电池上具有应用前景
HJT(Heterojunction with Intrinsic Thin-layer)电池工艺流程简化、技术延展性佳、降本提效路径清晰, 被认为是最具长期发展空间的 N 型电池技术路线。HJT 为天然的双面发电电池,双面率>95%;采用低温工艺, 适宜做薄片化,降本潜力大;温度系数较小,高温环境下衰减较小,发电量相对较高;本征非晶硅钝化,开路 电压较大。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。
HJT 亟待解决的方面主要在于成本的持续优化。从 2021 年的行业发展来看,设备国产化、薄片化进展顺 利;2022 年行业将持续探索金属化环节对于银浆耗量的节省,材料角度包括银包铜、铜电镀等;印刷技术角度 包括激光转印、钢板印刷等。
LIA(Light-Induced Annealing)激光修复技术可提升 HJT 电池转换效率。异质结电池结构中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。通过超高功率激光照射 HJT 电池片,产生大量光生载流子改变α-Si:H 中氢的价态,使得α-Si:H/c-Si 界面复合降低,能提升 HJT 电池的 Voc;并且能够改善 TCO 层导电性能,降低 Ag/TCO 的接触电阻,从而提高 HJT 电池的 FF。
HJT 激光 LIA 修复效果更具有稳定性。LIA 激光修复技术,除了能够提升转换效率外,还可以降低暗衰减。 修复工艺的核心是能否将效率提升稳定保持到组件上,目前从与其他钝化技术的测试对比结果来看,其他技术 的效率提升效果随着时间会回落,而激光修复可稳定保持,从这一角度来讲激光修复具有优势。根据帝尔激光 投资者关系活动记录表,其激光 LIA 设备曾获量产订单,单台设备价格不低于 300 万元,对应产能 300MW, 据此测算激光 LIA 设备单 GW 价值量约 3000 万元。
3.3.6 组件端激光无损划片技术实现突破
半片组件是指将电池对切后串联起来的技术,因电池片面积减小一半,电流降为原来 1/2,串联电阻引起的 内部损耗降低为整片电池的 1/4,进而组件功率得以提升。高效太阳能电池的输出电流更高,组件封装损耗大于 常规电池,因此半片技术对于高效太阳能电池的增益效果更加明显。
叠瓦组件是指将太阳能电池在优化栅线设计后切成多个小片,然后将每小片以类似导电胶的方式叠加串联, 通过串并联的方式做成组件,令电池间的缝隙降到最低,因此在同样的单位面积中可以铺设更多电池,增加组 件输出功率。
组件从全片、半片到叠瓦的升级仍在持续。2021 年半片组件市场占比达到 86.5%,同比增加 15.5pct。由于 半片或更小片电池片的组件封装方式可提升组件功率,未来其所占市场份额会持续增大,相关设备需求有望持 续释放。
无损切割,又称激光热应力切割(Thermal Laser Separation),其原理是利用激光局部照射产生不均匀 的热效应,在受热区产生一个不均匀的温度场,材料表面产生的温度梯度,诱发热应力产生。其中,激光 光斑处温度高,为压应力状态,激光光斑前后处于拉应力状态。由于脆性材料抗压刚度远大于抗拉强度, 当拉应力达到材料的断裂强度时,就会使材料发生断裂,裂纹会随着激光的移动轨迹稳定扩展。
在组件端,激光无损划片技术相对于传统激光划片实现突破。常规激光划片工艺难以满足超高加工品 质要求,激光无损划片采用应力切割原理,利用激光对材料进行局部快速加热,诱发其内应力的产生,当 内应力足够大的时候让硅片自动裂开。该技术可实现对电池片非常完整的切割,横截面更好,在机械载荷 上有更好的表现,我们判断激光无损划片设备价值量约 500 万元/GW。
3.4 光伏激光加工设备市场空间探讨
3.4.1 激光设备在电池片环节空间测算
激光设备在电池片前道环节市场空间测算
核心假设 1:我们判断 2022 年 PERC、TOPCon、xBC 电池新增产能分别为 30GW、60GW、50GW。
核心假设 2:目前新增 PERC 电池产线中激光消融设备+SE 激光掺杂设备已成为标配,假设其渗透率为 100%; 考虑到 TOPCon 激光硼掺杂工艺和 xBC 激光开槽工艺的应用效果,假设 2022 年设备渗透率分别为 80%、100%。
核心假设 3:假设 PERC 激光消融+SE 激光掺杂设备、TOPCon 激光硼掺杂设备、xBC 激光开槽设备的价值 量分别为 0.11、0.23、0.23 亿元/GW。
我们预计 2022 年 PERC 激光消融+SE 激光掺杂设备市场空间为 3.30 亿元,TOPCon 激光硼掺杂设备市场空 间为 11.04 亿元,xBC 激光消融设备市场空间为 11.50 亿元。综上,2022 年应用于电池片前道环节的激光设备 市场空间约为 25.84 亿元。
激光设备在电池片后道环节市场空间测算
核心假设 1:我们判断 2022 年 PERC、TOPCon、HJT、xBC 电池新增产能分别为 30GW、60GW、20GW、 50GW。
核心假设2:考虑到不同电池技术路线对于转印设备的需求程度存在差异,我们预计 2022 年PERC、TOPCon、 HJT、xBC 电池激光转印设备的渗透率分别为 0%、20%、10%、50%;假设 2022 年 HJT 激光 LIA 设备渗透率 为 5%。
核心假设 3:参考丝网印刷设备在各类技术路线的价值量,我们假设 2022 年 PERC、TOPCon、HJT、xBC 激光转印设备(整线)单 GW 价值量分别为 0.25、0.30、0.55、0.35 亿元;假设 HJT 激光 LIA 设备单 GW 价值 量为 0.30 亿元。
我们预计 2022 年 PERC、TOPCon、HJT、xBC 激光转印设备(整线)市场空间分别为 0、3.60、1.10、8.75 亿元,合计为 13.45 亿元;HJT 激光 LIA 设备市场空间为 0.30 亿元。综上,2022 年应用于电池片后道环节的激 光设备市场空间约为 13.75 亿元。
激光设备在电池片环节市场空间总结
在 PERC 时代,激光工艺主要应用在电池生产的前道环节,单位 GW 价值量在 1000 多万,而在高效电池时 代,激光工艺不仅在电池生产前道环节价值量升至 2000 万/GW 以上,并且在电池生产的后道金属化环节也会 有一定比例的渗透率。
根据我们的测算,2022 年激光设备在电池片前道环节的市场空间为 25.84 亿元,激光设备在电池片后道环 节的市场空间为 13.75 亿元。综上,2022 年应用于电池片环节的激光加工设备市场空间为 39.59 亿元,其中应 用于 PERC 电池、TOPCon 电池、HJT 电池、xBC 电池的激光加工设备市场空间分别为 3.30、14.64、1.40、20.25 亿元。
3.4.2 激光设备在组件环节空间测算
核心假设 1:我们判断 2022 年组件新增产能为 150GW。
核心假设 2:假设 2022 年激光无损划片设备在组件环节的渗透率为 20%。
核心假设 3:假设激光无损划片设备单 GW 价值量为 500 万元。
我们预计 2022 年应用于组件环节的激光无损划片设备市场规模为 1.50 亿元。
3.4.3 光伏激光加工设备市场空间展望
在 PERC 电池时代,PERC 激光消融设备+SE 激光掺杂设备是新增 PERC 产线标配,激光设备价值量超过 1000 万元/GW。
在高效电池时代,电池片前道环节,TOPCon 激光硼掺杂设备、IBC 激光开槽设备价值量均有望超过 2000 万元/GW;电池片后道环节,激光转印技术应用于金属化环节,价值量可参考对应技术路线的丝网印刷设备, HJT 激光 LIA 设备价值量约 3000 万元/GW。因此激光加工设备在每种高效电池路线的应用价值量有望提升至 5000 万元/GW 以上。我们判断 2022 年高效电池 TOPCon、HJT、xBC 电池分别扩产 60GW、20GW、50GW, 下游加速扩产不断释放设备需求,激光设备市场应用前景相对广阔。
此外,激光无损划片等技术在组件环节亦可得到应用,预计 2022 年市场空间约为 1.50 亿元。
综上,单位 GW 用到的光伏激光加工设备价值量提升,叠加高效电池扩产规模加大,激光设备在光伏领域 市场空间有望持续扩大,预计 2022 年激光设备在光伏电池片、组件环节的市场空间合计为 41.09 亿元,并且未 来随着光伏产业的进一步发展,前景更加广阔。
3.5 公司发力光伏激光设备,打开新成长空间
光伏激光设备技术横跨多个学科,具有较高壁垒。光伏激光设备厂商需要深入理解光伏电池原理,结合工 艺段的需求,开发出光伏激光设备,这个过程横跨半导体物理、材料、激光器设计、自动化设备配套等多个领 域,因此,光伏激光设备目前行业内参与者较少,也可以在市场端获得较高的定价以及利润水平。
公司于 2021 年初左右开始进军晶硅太阳能电池领域,产品包括全自动激光开槽设备、全自动激光掺杂设备、 全自动无损激光划裂设备。根据 2021 年中报,公司在光伏行业的在研项目有太阳能电池激光加工技术开发、超 快激光技术研发等。整体来看,公司在激光器和HTH登陆入口网页 领域拥有众多优质人才,凭借对激光以及激光和材料 相互作用机理方面的深刻理解,公司快速完成了光伏激光设备的研发制造,未来有望获得市场端的突破。
未来光伏激光设备的突破有望带动公司整体盈利能力上行。一方面,光伏激光设备可以为客户降低生产成 本或者提高电池片转化效率,从而创造明显的价值;另一方面,目前具备光伏激光设备研发生产能力的企业较 少,行业格局较好,因此光伏激光设备整体盈利能力较强。以光伏激光设备的龙头企业帝尔激光来参照分析, 其 2019、2020、2021Q1-3 的毛利率分别是 55.86%、46.54%、44.62%,净利率分别是 43.60%、34.80%、30.12%。 而公司 2019、2020、2021Q1-3 的毛利率分别是 36.25%、29.94%、28.20%,净利率分别是 14.10%、5.86%、3.53%。 可以看出光伏激光设备的盈利能力明显强于公司的锂电设备以及其他业务。因此,我们认为,公司未来在光伏 激光设备的突破和放量将带动整体盈利能力向上。
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