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       隨著平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，國(guó)內(nèi)外光伏裝機(jī)有望進(jìn)入上行空間。2020 年，全 球和我國(guó)光伏新增裝機(jī)量達(dá) 130 和 48.2GW，同增 13.1%和 60.1%，其 中我國(guó)集中式和分布式光伏電站新增裝機(jī)量分別為 32.68 和 15.52GW。2020 年，全球光伏新增裝機(jī)中，美國(guó)依舊保持全球第二大裝機(jī)市場(chǎng)，越 南則從第五名躍居成為全球第三大裝機(jī)市場(chǎng)，印度市場(chǎng)受影響下降明 顯。在樂(lè)觀情況下，預(yù)計(jì) 2021 年我國(guó)和全球光伏新增裝機(jī)需求將達(dá)到 65 和 170GW。

      大尺寸和薄片化為硅片帶來(lái)了新的技術(shù)方向，我們預(yù)計(jì) 2021 年全球單 晶硅片設(shè)備總空間為 203.98 億元。隨著金剛線切割技術(shù)的運(yùn)用，單晶硅 片市場(chǎng)占比逐年提升，預(yù)計(jì)到 2022 年將達(dá) 80%。作為單晶硅片，2020 年以來(lái)隆基股份和中環(huán)股份均有擴(kuò)產(chǎn)規(guī)劃，其中隆基股份宣布 了 5 項(xiàng)單晶硅棒和硅片的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目，總擴(kuò)產(chǎn)規(guī)模達(dá) 70GW，而中環(huán)股份則 預(yù)計(jì)在今年 3 月中下旬開(kāi)始 50GW 的 G12 單晶硅材料智能工廠的建設(shè)， 年底前開(kāi)始投產(chǎn)。未來(lái)硅片的發(fā)展方向?yàn)?ldquo;提效降本”，其中 N 型硅助力 提效，大尺寸和薄片化利于降本。根據(jù) CPIA 分析，預(yù)計(jì) 2021 年 M10 和 G12 合計(jì)市占率將占據(jù)半壁江山，此后成為市場(chǎng)主流。我們預(yù)計(jì) 2021- 2023 年全球硅片設(shè)備空間為 203.98、232.21 和 310.61 億元。

      隨著異質(zhì)結(jié)降本增效的逐漸推進(jìn)，電池片設(shè)備空間有望迎來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)大， 我們預(yù)計(jì) 2021 年全球電池片設(shè)備空間為 194.67 億元。電池片技術(shù)經(jīng) 歷了開(kāi)始的鋁背場(chǎng)，到當(dāng)下主流的 PERC，未來(lái)的發(fā)展方向在于轉(zhuǎn)換效率 更高的 TOPCon 和異質(zhì)結(jié)。目前 TOPCon 平均量產(chǎn)效率在 22.5%-23%， 較高量產(chǎn)效率和轉(zhuǎn)換效率達(dá) 24.5%和 24.9%。已有隆基股份、晶澳科技、 中來(lái)股份等公司入局。HJT 中試線平均量產(chǎn)效率普遍在 24%左右， 效率為鈞石的 25.2%。2020 年異質(zhì)結(jié)設(shè)備各環(huán)節(jié)均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，當(dāng)前 單 GW 設(shè)備成本已降至 4.5 億元。隨著多主柵及銀包銅技術(shù)的推進(jìn)，異 質(zhì)結(jié)銀漿耗量將得以進(jìn)一步降低，綜合成本有望在 2 年內(nèi)達(dá)到 PERC 電池 片的水平。我們預(yù)計(jì) 2021-2023 年全球電池片設(shè)備空間為 194.67、 197.35 和 239.44 億元。

      主柵和半片技術(shù)的迅猛發(fā)展，推動(dòng)了組件的降本和提效，而疊瓦技術(shù)則 需設(shè)備成本的進(jìn)一步下降才可獲得更高的市場(chǎng)份額。我們預(yù)計(jì) 2021- 2023 年全球組件設(shè)備空間合計(jì)為 194.03 億元。2020 年市場(chǎng)上以 9 主 柵及以上組件為主，占比達(dá) 66.2%。多主柵組件可通過(guò)降低銀漿消耗和提 高受光面積來(lái)提升組件的性價(jià)比，預(yù)計(jì)到 2030 年，9 主柵及以上電池片 市場(chǎng)占有率將持續(xù)增加，從而帶動(dòng)了多主柵串焊機(jī)的市場(chǎng)份額。2020 年 半片組件的市占率達(dá) 71%，提升了激光劃片機(jī)和串焊機(jī)的設(shè)備需求。而 疊瓦組件則需設(shè)備成本的進(jìn)一步下降才可獲得更高的市場(chǎng)增量。我們預(yù)計(jì) 2021-2023 年全球組件設(shè)備空間為 52.25、62.66 和 79.12 億元，合 計(jì)為 194.03 億元。

一、光伏行業(yè)的歷史及現(xiàn)狀：從扶持中來(lái)到平價(jià)中去

1.1 太陽(yáng)能光伏的發(fā)電原理：半導(dǎo)體 PN 結(jié)的“光生伏特xiao應(yīng)”

      世界上的物體如果以導(dǎo)電的性能來(lái)加以區(qū)分，有的很容易導(dǎo)電，有的則不容易導(dǎo)電。容 易導(dǎo)電的物體如金、銀、銅、鋁等金屬，不容易導(dǎo)電的物體被稱之為絕緣體，如塑料、 橡膠、玻璃、石英等。而若導(dǎo)電性能介于這二者之間，則稱之為半導(dǎo)體，常見(jiàn)的半導(dǎo)體 有硅、鍺、砷化鎵、硫化鎘等，其中硅是各種半導(dǎo)體中應(yīng)用較廣的一種。

      半導(dǎo)體內(nèi)有少量的自由電子，在特定條件下可導(dǎo)電。原子是由原子核及其周圍的電子構(gòu)成的，當(dāng)這些電子能脫離原子核的束縛自由運(yùn)動(dòng)時(shí)，則稱之為自由電子。金屬之所以容 易導(dǎo)電，是因?yàn)榻饘袤w內(nèi)有大量的自由電子，在電場(chǎng)的作用下，這些電子有規(guī)律地沿著 電場(chǎng)的相反方向流動(dòng)，形成電流。自由電子的數(shù)量越多，或在電場(chǎng)的作用下有規(guī)律流動(dòng) 的平均速度越快，則電流越大。由于電子運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)載的是電量，因此這種運(yùn)載電量的粒 子，也被稱為載流子。在常溫下，絕緣體內(nèi)有極少量的自由電子，因此對(duì)外不呈現(xiàn)導(dǎo) 電性。而半導(dǎo)體內(nèi)有少量的自由電子，在一些特定條件下才能導(dǎo)電。

     半導(dǎo)體的電阻率對(duì)溫度和光照的變化反應(yīng)靈敏，可人為地控制其導(dǎo)電性能。例如鍺的溫 度從 20°C 升高到 30°C，電阻率就要降低約一半，而金屬的電阻率隨溫度的變化則較小。且當(dāng)金屬中含有少量雜質(zhì)時(shí)，電阻率的變化將變得更小。然而，在半導(dǎo)體中摻入微量的 雜質(zhì)時(shí)，卻可以引起電阻率發(fā)生很大的變化。例如在純硅中摻入百萬(wàn)分之一的硼，硅的 電阻率就會(huì)從 214000Ω·cm 迅速減小到 0.4Ω·cm，導(dǎo)電能力提高了 50 多萬(wàn)倍。此外， 金屬的電阻率不受光照影響，但半導(dǎo)體的電阻率在適當(dāng)?shù)墓饩€照射下可以發(fā)生明顯的變 化，因此半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能更易通過(guò)人為操控。

      目前，以高純度硅材料作為主要原材料的晶體硅太陽(yáng)能電池是主流產(chǎn)品。其中原因主要 包括：1）地球中硅元素的含量巨大，次于氧元素；2）硅元素的性質(zhì)穩(wěn)定，可以輕易 制備出界面缺陷極少的硅-氧化硅界面；3）硅元素提純技術(shù)成熟，制作成本低，如今硅 的提純可以達(dá)到 99.999999999%；4）氧化硅是無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，且不溶于水，也不溶 于大多數(shù)的酸，適用于印刷電路板的腐蝕印刷技術(shù)。

      存在多余電子的被稱之為 N 型硅，存在多余空穴的被稱為 P 型硅，其中 N 型硅中較多 摻雜磷原子，P 型硅中則較多摻雜硼原子。從硅的原子結(jié)構(gòu)中可以知曉，硅原子是四價(jià)元素，每個(gè)原子的外殼有 4 個(gè)電子，在硅晶體中每個(gè)硅原子有 4 個(gè)相鄰原子，因此硅 原子會(huì)與周圍的 4 個(gè)原子形成 4 組共價(jià)鍵，形成穩(wěn)定的 8 電子殼層。但產(chǎn)生電流需要自 由電子，因此穩(wěn)定的硅原子需要通過(guò)摻雜其他原子來(lái)產(chǎn)生自由電子。若往硅原子中摻雜 V 族元素（如銻、砷、磷），由于其外層有 5 個(gè)電子，除與相鄰的硅原子形成共價(jià)鍵外， 還多余 1 個(gè)電子，因此只要雜質(zhì)原子得到很小的能量，就可以釋放出電子形成自由電子。而若往硅中摻雜Ⅲ族元素（如硼、鋁、鎵），由于其外層有 3 個(gè)電子，與硅原子形成完 整的共價(jià)鍵上缺少一個(gè)電子，因此需從相鄰的硅原子中奪取一個(gè)價(jià)電子來(lái)形成完整的共 價(jià)鍵，而被奪走的電子留下了一個(gè)空位，成為空穴。該結(jié)合可用很小的能量加以破壞， 從而形成自由空穴。因此，存在多余電子的被稱之為 N 型硅，存在多余空穴的被稱為 P 型硅，其中 N 型硅中較多摻雜磷原子，P 型硅中則較多摻雜硼原子。

      在硅晶體中，當(dāng) N 型硅和 P 型硅緊接在一起時(shí)（通常在 N 型硅的表面摻硼或在 P 型硅 的表面摻磷），將它們的交界處稱為 PN 結(jié)。由于結(jié)兩邊的電子和空穴存在濃度差，因此 電子會(huì)從 N 區(qū)向 P 區(qū)擴(kuò)散，而空穴則從 P 區(qū)向 N 區(qū)擴(kuò)散，其結(jié)果就是 N 區(qū)出現(xiàn)正電荷， P 區(qū)出現(xiàn)負(fù)電荷，這兩種電荷層在半導(dǎo)體內(nèi)部建立了一個(gè)內(nèi)建電場(chǎng)，電場(chǎng)線的的指向是 從正電荷區(qū)指向負(fù)電荷區(qū)，而電子是逆著電場(chǎng)線的方向運(yùn)動(dòng)的。隨著 N 區(qū)電子跑向 P 區(qū) 的越來(lái)越多，電場(chǎng)強(qiáng)度越來(lái)越大，后來(lái)電子從 N 區(qū)向 P 區(qū)轉(zhuǎn)移的動(dòng)力與電場(chǎng)所施加的阻 力相互抵消，PN 結(jié)達(dá)到了一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

      太陽(yáng)電池能量轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)是結(jié)的光生伏特xiao應(yīng)，其中電流的產(chǎn)生來(lái)源于“導(dǎo)體中自由電 荷在電場(chǎng)里的作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)”。當(dāng)光照射在 PN 結(jié)上時(shí)，產(chǎn)生“電子——空 穴對(duì)”，受內(nèi)建電場(chǎng)的吸引，電子流入 N 區(qū)，空穴流入 P 區(qū)，結(jié)果使得 N 區(qū)儲(chǔ)存了過(guò)剩 的電子，P 區(qū)有過(guò)剩的空穴，它們?cè)?PN 結(jié)附近形成與勢(shì)壘方向相反的光生電場(chǎng)。光生電 場(chǎng)除了部分抵消勢(shì)壘電場(chǎng)的作用外，還使 P 區(qū)帶正電，N 區(qū)帶負(fù)電，在 N 區(qū)和 P 區(qū)之間 的薄層就產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即光生伏特xiao應(yīng)。此時(shí)，若在電池外接一根導(dǎo)線，則電子就會(huì)從 N 型硅沿著外部導(dǎo)線向 P 型硅跑去，從而就產(chǎn)生了電流。

1.2 21 世紀(jì)前光伏行業(yè)處于探索階段

       自科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“光生伏特xiao應(yīng)”到現(xiàn)代硅太陽(yáng)電池時(shí)代到來(lái)，歷經(jīng)了 115 年，在此期間， 太陽(yáng)電池的效率由開(kāi)始的 1%提升到了 6%。1839 年，法國(guó)科學(xué)家 Alexandre Edmond Becqurel 發(fā)現(xiàn)，光照能使半導(dǎo)體材料的不同部位之間產(chǎn)生電位差，若用導(dǎo)線將不同部位連接起來(lái)，則有電流輸出。這種現(xiàn)象后來(lái)被稱為“光生伏特xiao應(yīng)”。其后在 1876 年，科 學(xué)家在固態(tài)硒的系統(tǒng)中觀察到了光伏效應(yīng)，并開(kāi)發(fā)出了 Se/CuO 光電池。1883 年，Charles Fritts 發(fā)明了半導(dǎo)體硒太陽(yáng)電池，但光電轉(zhuǎn)換效率有 1%。此后，Russell Ohl 于 1941 年發(fā)現(xiàn)了硅中的 PN 結(jié)和光伏效應(yīng)，從而促進(jìn)了結(jié)晶體管和太陽(yáng)能電池的發(fā)展。在此基 礎(chǔ)上，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室 D.M. Chapin，C.S. Fuller 和 G.L. Pearson 等人在 1954 年制出了 無(wú)機(jī)單晶太陽(yáng)能電池，其光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到了 6%?，F(xiàn)代硅太陽(yáng)電池時(shí)代從此開(kāi) 始。同年，韋克爾初次發(fā)現(xiàn)砷化鎵具有光伏效應(yīng)，并在玻璃上沉積硫化鎘薄膜制成了首塊薄膜太陽(yáng)能電池。硅太陽(yáng)能電池于 1958 年初次在人造衛(wèi)星上得以應(yīng)用，從此開(kāi)始 了研究、利用太陽(yáng)能發(fā)電的新階段。隨后在 1960 年，太陽(yáng)能電池初次實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)運(yùn)行。

       20 世紀(jì) 70 年代的初次石油危機(jī)促使發(fā)達(dá)國(guó)家增加了對(duì)包括太陽(yáng)能在內(nèi)的可再生能 源的政策支持和資金投入，光伏行業(yè)逐步走向公眾視野。美國(guó)于 1973 年制定了太陽(yáng)能 發(fā)電計(jì)劃，太陽(yáng)能研究經(jīng)費(fèi)大幅增長(zhǎng)，其不但成立了太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)銀行，還促使了太陽(yáng)能 產(chǎn)品的商業(yè)化，并于 1978 年建成了 1000kW 太陽(yáng)能地面光伏電站。1974 年日本公 布了“陽(yáng)光計(jì)劃”，對(duì)太陽(yáng)能研究進(jìn)行了大量投入，計(jì)劃主要的研究項(xiàng)目包括太陽(yáng)能電池 生產(chǎn)系統(tǒng)、分散型和大型光伏發(fā)電系統(tǒng)以及太陽(yáng)能熱發(fā)電等。在 1980 年，單晶硅太陽(yáng)能 電池效率達(dá)到 20%、砷化鎵電池達(dá) 22.5%、多晶硅電池達(dá) 14.5%，而硫化鎘電池效率則 達(dá) 9.15%。1992 年召開(kāi)了“世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)”，會(huì)議通過(guò)了《里約熱內(nèi)盧 環(huán)境與發(fā)展宣言》、《21 世紀(jì)議程》和《UN氣候變化框架公約》等一系列文件，把環(huán) 境與發(fā)展納入統(tǒng)一框架，確立了可持續(xù)發(fā)展的模式。在 1993 年日本重新制定了“陽(yáng)光計(jì) 劃”。此后，在 1997 年美國(guó)推出了“克林頓總統(tǒng)百萬(wàn)太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”。

1.3 21 世紀(jì)以來(lái)光伏行業(yè)的重要性逐漸凸顯

     進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，在全球氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化、常規(guī)能源資源日益短缺的形勢(shì)下， 世界各國(guó)紛紛推出了再生能源補(bǔ)貼政策。此時(shí)光伏行業(yè)的發(fā)展可以分為四個(gè)階段。

1.3.1 發(fā)展初期（2000-2010）：裝機(jī)量復(fù)合增速達(dá) 38.7%，主要發(fā)展地在歐洲

     2000 年以來(lái)，全球太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展期，太陽(yáng)能光伏年裝機(jī)量得到了快 速增長(zhǎng)，上游相關(guān)行業(yè)也因此得以迅猛發(fā)展。2000 年，德國(guó)頒布了《可再生能源法》， 為德國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的法律基礎(chǔ)。2004 年，德國(guó)對(duì)《可再生能源法》 進(jìn)行初次修訂，大幅提高了光伏電站電價(jià)的水平，收益率的突升使得資本大量涌入， 從而帶動(dòng)了德國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。此后，西班牙及意大利也相繼通過(guò)法案，對(duì)太陽(yáng) 能光伏發(fā)電進(jìn)行補(bǔ)貼。至此，太陽(yáng)能作為清潔能源在全球范圍內(nèi)得到了越來(lái)越多的利用。

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