“提效降本”是光伏产业链的主旋律，实现路径主要依赖于工艺迭代和规模化生产。其中，工艺迭代是影响产业链各环节竞争格局、公司命运的关键。本篇以光伏产业链各工艺环节为节点，总览光伏工艺。
从工艺角度，光伏可分为两大技术路线，多晶路线和单晶路线。多晶路线曾是行业主流，但在“提效降本”的主旋律下，单晶受益于多项工艺迭代，取代多晶成为行业主流。因此，本篇所述工艺主要围绕单晶路线。
图表：单晶取代多晶成为主流的逻辑
资料来源：公开资料整理
硅料
改良西门子法是目前全球主流的硅料生产工艺，但是颗粒硅技术（FRB硅烷流化床）可能成为光伏硅料新一代技术。
改良西门子法：原理是1050℃左右的硅芯上用氢气还原三氯氢硅，生成多 晶硅沉积在硅芯上。还原工艺采用多晶硅还原炉，其将分解的硅单质沉积在硅芯上慢慢长成硅棒，这种工艺经过西门子改良后基本实现无排放且安全性大幅提升，从而推广。基于此，改良西门子法是利用多晶硅还原炉，采用气相沉积的方式生产棒状硅的工艺。
颗粒硅技术（FRB硅烷流化床）：FBR硅烷流化床是将细小的颗粒状籽晶铺在有气孔的反应床层上，然后从下面通入三氯化硅气体和其它反应气体，这时籽晶呈现出流体特征。在加热等反应条件下，硅单质沉积在籽晶上，生成体积较大的颗粒硅，通过出料管送出反应炉。
图表：颗粒硅技术与改良西门子法对比
资料来源：产业调研
颗粒硅技术的优势：一是成本更低，重点关注减碳前景。颗粒硅投资强度、电耗（仅棒状硅的1/3）、人工成本更低。二是投料优势。对于多次装料拉晶（ RCz ）工艺，颗粒硅能够减少对炉壁损伤，且流动性更优； 对于连续拉晶（CCz）工艺，颗粒硅可以100%满足投料需求，具备更佳的适配性。
颗粒硅技术的劣势：一是“碳”，即颗粒硅碳元素含量相对较高最终影响拉晶品质。二是“氢”，即颗粒硅含氢量高导致出现跳硅问题。三是“粉”，即粉尘问题影响拉晶品质。
总体来说，颗粒硅技术比现在主流的改良西门子法成本更低但品质亦更低。硅料端代表企业，通威股份（600438）和保利协鑫能源（3800）。其中，通威股份主要采用改良西门子法，是国内最大的光伏棒状硅供应商；保利协鑫能源是颗粒硅的先行者，将率先量产颗粒硅。值得一提的是，2021年是硅料“大年”，通威股份刷新业绩高点，但股价表现却一般，主要系市场对颗粒硅可能带来的“颠覆性”担忧。
硅棒
单晶硅的拉棒技术主要有RCz（多次投料直拉）、CFz（直拉区熔）、CCz（连续投料直拉）三种工艺。RCz工艺是在传统的一炉拉一根晶棒工艺的基础上，通过增加加料装置，拉完一根后，向坩埚二次投料，进而拉制下一根晶棒。CFz是采用直拉与区熔两种工艺相结合的方式拉制硅单晶，兼顾两者优点，可有效降低氧含量，提高少子寿命。CCz采用特殊直拉单晶炉，一边进行单晶拉制，一边加料熔化，在坩埚所允许的寿命周期内可完成8-10根晶棒拉制。CCz技术拉制的单晶硅棒，氧含量更低且更均匀、金属杂质累积速度更慢，产品轴向电阻率分布均匀，其波动可以控制在10%以内。因此，CCz可以有效降低单晶拉棒的时间、坩埚成本和能耗，并且CCz产出晶棒电阻率更加均匀、分布更窄，品质更高，这使得CCz技术更适用于生产高效单晶硅片。
图表：连续投料直拉成为单晶拉棒主流技术
资料来源：亚化咨询
图表：单晶炉内外部结构
资料来源：晶盛机电、德国CGS公司
图表：单晶单炉装料量不断提升（kg）
资料来源：首创证券整理
硅棒端，RCz、CFz、CCz等一系列技术的采用使得2020年硅棒拉晶成本与2011年相比下降约79%。这点，可以看出，硅棒端后发优势显著，对新入局者既具诱惑又具优势。
硅片
切片环节是硅料损耗较大的环节，金刚线是将金刚石颗粒均匀固结在母线机体上，切割方式比传统的砂浆切割方式切割速度更快（4-5倍）、出片率更高（+15～20%）、环境污染更小。
图表：金刚线切割成本不断下降（元/片）
资料来源：CSPV
硅片端，金刚线等技术的采用使得2019年单晶切片成本与2011年相比下降了约79%。和硅棒端类似，硅片端后发优势一样显著。
综合硅棒、硅片端，单晶降本增效数据如下（选取隆基股份的数据为例）：
图表：单晶降本增效数据图谱
资料来源：首创证券整理
硅棒、硅片端，代表企业为隆基股份，隆基股份作为单晶先行者，目前正处于“高光时刻”。但是硅棒、硅片端的工艺迭代已大幅放缓，新进入该领域的企业众多，预计未来竞争将激烈化。值得一提的是，这也是“高光时刻”的隆基股份股价走势弱于光伏板块走势的主要原因。
电池片
PERC技术是当下电池片的主流技术，TOPcon和HJT可能成为下一代的主流技术。
PERC技术：PERC技术是在原来的背电场技术上添加一层氮化硅/氧化铝薄膜作为钝化层，通过增加少数载流子寿命来提高效率。
TOPcon技术：TOPcon是隧穿氧化层钝化接触的简称，其电池结构为N型硅衬底电池，在PERC电池制备工艺的基础上，在电池背面制备一层超薄二氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，在钝化界面的同时起到吸收载流子的作用，可以极大地提升太阳能电池的效率，量产效率较PERC高1%左右，最高理论效率为28.7%，为电池转换效率进一步提供了更大的空间。
HJT技术：异质结（HJT）电池由两种不同的半导体材料晶体硅和非晶硅组成的P-n结，因此成为异质结电池。异质结一般以n型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的 N 型单晶硅正面依次沉积厚度为5-10 nm 的的本征 a-Si:H 薄膜、p 型a-Si:H 薄膜，在背面依次沉积厚度为 5-10 nm 的i-a-Si:H 薄膜、n 型 a-Si:H 薄膜形成背表面场，在掺杂 a-Si:H 薄膜的两侧，再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO)，最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极，构成具有对称结构的 HJT 电池。HJT 技术通过在p-n 结之间插入本征非晶硅作为缓冲层，对晶体硅表面起到良好的钝化作用，很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题，实现较高的少子寿命和开路电压。HJT 独特结构使其具备工艺结构简单、工艺温度低、效率高、无电致诱导衰减等优点，电池理论效率可达到 27.5%，是N 型电池的代表性技术之一。
图表：各种电池的工艺步骤
资料来源：首创证券整理
图表：TOPcon电池结构
资料来源：CPIA
图表：HJT电池结构
资料来源：CPIA
图表：不同电池结构优缺点
资料来源：首创证券整理
电池片端，终局还“扑朔迷离”，到底是PERC、TOPcon、HJT技术共荣还是替代关系，亦或是有新的“黑马”技术出现？
现在能肯定的是，TOPcon技术下，因TOPcon是对PERC厂线的升级改造，那仍将是PERC技术玩家的天下；HJT技术崛起，那电池片厂商阵容可能会是一场“大洗”。值得一提的是，仅从事电池片环节的企业，未来受技术迭代影响，风险可能比较高。
组件
组件环节的工艺门槛较低，工艺的迭代主要取决于电池片工艺。如电池片大尺寸化，组件环节需要更迭串焊机；若采用HJT电池片，HJT是全程低温工艺，传统的高温串焊方式需要更改。
组件环节的出货量、价格是光伏市场下游景气度最敏感的领域，值得关注。
本文不构成投资建议，股市有风险，入市需谨慎。
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