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激光自动化后起之秀,海目星:光伏新突破、锂电高发展
老范说评 / 2022-06-02 10:05 发布
1、激光自动化后起之秀,应用领域不断突破
1.1、激光技术全套方案供应商
专注激光与自动化技术,应用领域自3C向锂电和光伏方向拓展。
公司于2008年成立,初期致力于中小功率激光器的研发,最早涉足3C行业,随后于2010年进入钣金加工业。
2011年公司结合激光与自动化技术,开始为 3C 领域龙头提供自动化加工设备。2015年,公司开始进入锂电行业,从中前段激光加工设备逐渐向下游设备延伸,为客户提供全套解决方案。2019 年,公司进入特斯拉产业链,为其提供 4680 电池加工所需设备,获得其高度认可。2020 年,公司在科创板上市。2021年,公司成立光伏事业部,并在 TOPCon 等技术路线取得重要突破。未来,公司将继续布局光伏、氢能、半导体等新兴产业,基于先进激光技术提供全套加工方案。
公司股权结构稳定,子公司并行有序。
公司实际控制人为赵盛宇先生,目前任海目星董事长、总经理,偕同多位高管具有丰富的光学或激光行业从业经历。
公司投资设立多家子公司负责不同业务,其中广州海目星主要负责切割、焊接设备,鞍山海目星主要为激光器、钣金设备等,江苏海目星负责动力电池相关设备的生产与销售,江门海目星负责生产电芯装配、干燥等设备。
公司还合资成立长荣海目星以提高智能制造技术水准,入股海目芯以扩展半导体业务,入股蓝海机器人以扩展光伏业务。
1.2、激光技术厚积薄发,动力电池及通用设备领域持续深耕
激光自动化结合及激光器设计生产能力兼备。
公司专注于激光器光学、控制技术及与激光系统相配套的自动化技术。发展过程中,公司作为激光及自动化设备提供商,不仅掌握了激光同自动化相结合的工艺技术,且培养出激光器设计及生产能力。
激光器方面,公司基于自主创新的激光谐振腔光学设计、皮秒激光器能量放大等技术,成功开发出的激光器系列产品,其输出功率、激光光斑圆度等性能优于市场上同类产品。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。
激光控制及工艺应用方面,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等,保障了设备在激光加工环节的精密、高效、稳定运行。
与激光系统配套的自动化技术方面,通过对材料分析应用、仿真分析、控制系统等领域的深入研究,掌握的核心技术有效保障了激光同自动化有机结合。
公司在激光及自动化领域积累了丰富的经验,主要产品均由此发展而来。
公司主营业务目前分为三类,分别为动力电池激光及自动化设备、通用激光及自动化设备,以及显示及脆性材料精密激光及自动化设备。
公司具有核心力的产品主要包括高速激光制片机、动力电池装配线产品、OLED 激光钻孔设备等。
公司不断积累的技术实力在动力电池相关设备业务得到了充分股体现,相关设备覆盖了下游 方形、圆形及软包电池的各种生产环节。
动力电池激光及自动化设备方面,公司覆盖了方形、圆柱及软包电池的部分生产环节,产品包括:高速激光制片机、电池装配线、电芯干燥线等,应用于极片制片、电芯装配、烘烤干燥等动力电池生产关键工艺流程。
通用激光及自动化设备主要包括激光打标设备、激光焊接及自动化生产线和钣金激光切割设备,面向消费类电子、钣金加工等行业。
显示及脆性材料精密激光及自动化设备,主要指采用皮秒、飞秒激光器用于屏幕、玻璃、陶瓷等对加工精度要求较高的零部件的切割、标记、曝光等。
激光切割具有精度高、切割快速、不受切割图案限制、自动排版节省材料、切口平滑和加工成本低等优点,将逐渐取代传统的金属切割工艺设备。
1.3、营收高速增长,盈利能力保持高位
高收入基数上实现高增速,动力电池设备占比有所抬升。
新能源汽车产业链高景气,动力电池设备带动公司收入高增。2016-2021 年复合增速为 46.11%。2021年公司营业收入为 19.84 亿元,同比增长 50.26%。收入基数抬升后高增速的实 现主要系下游动力电池厂商扩产需求旺盛,带动动力电池生产设备需求高增,公司动力电池激光及自动化装备业务规模进一步扩大。
公司营业收入以动力电池和通用激光设备为主,锂电业务占比显著提升。
2017- 2020年动力电池激光设备和通用激光设备两大业务占营业收入比重维持在 80% 以上。2020 年,通用激光及自动化设备为收入主要来源,占比 56.97%;其次,是动力电池设备,占比 36.83%。2021下游动力电池厂商扩产需求旺盛,行业景气度高,公司在动力电池激光及自动化设备收入实现较大反超。公司动力电池激光设备在手订单充足,收入有望维持较高增速,成为公司重要业绩增长点。
毛利率和净利率保持较高水平。
2016-2021 年归母净利润年均复合增速达 65.28%。
2016-2019 年,公司毛利率、净利率水平呈现稳健增长态势;2020 年,毛利率和净利率出现下降趋势,分别降低至 29.24%与 5.86%。
2021 年,公司归母净利润 1.09 亿元,同比增长 41.14%,2021 年毛利率为 24.92%,全年公司净利率为 5.49%,较 2020 年仍有所下降。
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,未来随着动力电池业务持续放量,公司毛利率有望稳中有升。
1.4、 注重技术研发,与一线龙头客户紧密合作
研发费用高速增长,技术驱动创新。
公司研发费用自 2017 年持续增长,2021 年加大研发力度,投入达到 1.57 亿元,同比增长 47.54%,主要系公司加大研发投入,研发人员薪酬和研发材料增加所致。
公司研发投入占营业收入比重维持在7% 以上,2021 年持续进行研发投入,营收占比为 7.96%,较 2020 年有所下降,主要系公司处于高速发展期,营业收入增长迅速。2021 年度完成 16 个项目研究,公司多项研发工作达到预期目标,获得丰硕的研发成果。
研发创新实力雄厚,与下游龙头客户保持紧密合作。
公司凭借深厚的研发实力、持续的创新能力,在消费电子、新能源电池等应用领域,积累了如 Apple、华为、富士康、伟创力、立讯精密、京东方、蓝思科技、特斯拉、CATL、长城汽车、蜂巢能源、中航锂电、亿纬锂能等行业龙头或知名企业客户,实施了多个标杆项目和批量化的交付,并打造出多个应用样板工程。
自 2017 年以来,前五大客户收入占比常年维持 40%左右。伴随公司产品与龙头客户合作更加密切,公司前五大客户占比由 2020 年的 41.2%升至 2021 年的 64.32%。目前,公司合作客户已覆盖动力电池、消费电子等各个行业合计 29 家头部及国内外知名企业,客户结构逐渐趋向多元化。
1.5、 处于高速发展阶段,资产负债率较高
公司资产负债率较高,2018 年以来基本都在 60%以上,2020 年资产负债率 61.79%,较 2019 年有所下降。2021 年海目星总负债为 40.5 亿元,同比增长 126.01%。资产负债率达到 72.5%,可能主要与公司预售款、合同负债增长较多有关。
总体来看,公司处于扩张阶段,运营资本、资产投入可能还会比较大,资金需求会加大。公司的业务规模进一步扩大,订单较多,对应的库存商品及发出商品大幅增加,为公司未来业绩增长提供强支撑。
2、 斩获晶科 TOPCon 设备大单显身手,打开光伏领域广阔成长空间
首次切入光伏领域,即斩获产业龙头大单。
公司 4 月 16 号发布公告称,其全资子公司中标晶科能源 TOPCon 激光微损设备项目,总金额 10.67 亿元,考虑到光伏新设备一般具有一定的定制化特点,预计双方已开展深度合作较长一段时间。
公司此前产品主要应用于消费类电子、动力电池、钣金加工等行业等领域,光伏领域进展外界所知甚少,突然大规模介入出乎市场意料,其实也有迹可循:
(1)公司本就是在激光装备行业内深耕十余年的资深企业,有着过硬的技术积淀,在纳秒、皮秒系列高端激光器方面做到国内领先,具体产品覆盖各类材料和高端制造环节的精密切割加工应用,而激光器技术具有一定共性。硅材料本身也属于硬脆材料的一种,在电池环节加工中通常也需要使用高端激光,公司实际也拥有对应相关产品。
(2)公司凭借产品力此前已与特斯拉、宁德时代、苹果等下游领域知名龙头建立了良好合作。可以说,此次中标验证了公司作为激光器领域专家的创新突破能力,同时具备极强满足重要大客户个性化需求的服务能力和开拓新业务的能力。
2.1、TOPCon 基于 PERC 技术升级,率先开启 N 型硅片电池大规模产业化
2.1.1、主流电池接近效率极限,龙头企业引领 TOPCon 技术换代
PERC 自 2019 年成为主要的光伏电池技术路线,目前量产效率已达到 23%以上,越来越接近其理论最高效率 24.5%,提效潜力有限,而 TOPCon、HJT、IBC 等更高效的技术路线愈发受到重视,未来与主流技术之间的转化效率差将不断拉开,单瓦成本也将不断拉平以至更具经济性,其产业化进程成为业界关注的焦点。
新兴电池技术光电转化效率高,提效潜力大。
在产业界新兴的电池技术中, TOPCon 和 HJT 电池是最受关注的两种,二者的理论效率上限都超过 28%,与晶硅电池能达到的最高理论效率 29.43%接近,而当前无论是实验室最高效率还是领先企业量产线效率都远高于 PERC 电池。
TOPCon 和 HJT 具备诸多性能优势。
(1)此两种新兴电池一般都是基于 N 型硅片材料(即硅材料中掺杂有少量最外层电子数多于硅原子的元素,一般为磷)进行开发,而主流的 PERC 技术则是基于 P 型硅片(掺杂元素原子最外层电子数少于硅,一般为硼),N 硅片的少数载流子寿命更长,是转化效率高的一个重要原因,此外由于不会形成硼氧复合对,因此避免了光致衰减,此外,N 型硅片对 Fe 等金属杂质有更好的容忍度。
(2)此外,TOPCon 和 HJT 电池在弱光响应、温度系数方面表现更为优异,实际发电效果更好。
(3)两种电池结构特点决定背面发电能力高于 PERC 电池,同时硅片厚度也可以做得更薄。
成本是决定产业化应用的根本。
实际上,包括 TOPCon 和 HJT 在内的新兴电池都不是近几年才出现的新技术,在实验室里早已存在,未实现大规模产业化应用的主要原因一般都是工艺成本过高。
目前来看,HJT 电池的生产成本短期依然居高不下,主要在于设备投资和银浆耗量等方面,相比之下 TOPCon 电池随工艺的成熟,成本已逐渐向 PERC 电池靠拢,在部分领先企业的引领下,今年已率先进入大规模量产阶段。
公司牵手 TOPCon 重要引领者。
公司此次的合作方晶科能源为光伏产业一体化 组件龙头企业,此前曾连续数年蝉联全球出货量榜首,也是在 TOPCon 技术路 线方面相对坚定的开发者,共 19 次打破 N 型单结晶硅电池效率世界纪录,在今 年 4 月将 TOPCon 电池转换效率记录刷新至 25.7%。
晶科能源于 2019 年率先建立了 900MW 的 TOPCon 中试线,去年开始在尖山和合肥分别建设 8GW 大规模生产基地,均已于今年 Q1 投产,皆有望提前实现满产,成为业内首个拥有 10GW 以上级别产能的核心企业,标志 TOPCon 技术大规模产业化正式开启。
2.1.2、 TOPCon VS. PERC,技术具延续性,产线具兼容性
晶硅太阳能电池本质是一种 PN 结结构的半导体器件,其发电原理在于光生载流子对(导带电子和价带空穴)被内建电场分离,当这些多余的非平衡载流子分别在 P 区和 N 区两边积累,就会形成光电场,接入外部电路形成回路后即可对外发电。
不过光伏电池并不能像锂电池等其他电池一样在两端储电,因此必须在光照下才能工作。钝化和降阻是光伏电池提效的关键点。
在一定强度的光照、温度等条件下,基体硅材料可产生的载流子数量一定,而在电池内部随时可能被复合掉(即被光照激发的电子与空穴重新结合),特别是在电池表面区域,因此要提高电池发电能力,钝化处理以减少复合就成为关键手段。
另一方面,与其他所有电池一样,内阻也会导致光伏电池对外输出功率的降低,而电极与基体材料的接触部分是带来光伏电池内阻的主要环节。
当前主流的 PERC 电池由 AL-BSF 铝背场电池升级而来,二者在硅片表面都制作了钝化层,区别主要在于 PERC 电池背面增加了 AL2O3 钝化层,同时需要在金属化前进行激光开槽,以让电极能接触基体硅材料。
TOPCon 电池则可以看作是基于 PERC 电池的又一次技术升级。除使用 N 型硅片外,TOPCon 技术的核心在于在背面增加了一种由极薄的 SiO2隧穿层和 n+掺杂多晶硅层组成的钝化结构,这样可以借助电子隧穿效应达到选择性钝化接触的效果,同时也移除了铝背场。而由于衬底硅片掺杂类型的改变,AL2O3 层也移至前表面。
TOPCon 与 PERC 产线具有较大兼容性,主要差异在于钝化接触层的设备增加。
产线设备的兼容性是不少原业内电池厂选择 TOPCon 技术的一个重要原因。
总体来看,在当前主流的 TOPCon 产线相较 PERC 的区别主要是增加制作隧穿层和多晶硅层的设备,具体选择又与细分技术路线有关,一般会增加 LPCVD 或 PECVD 设备,也有使用 PEALD、PVD 等设备的路线,相应还会配套增加扩散或退火炉。
另一方面,由于衬底硅片材料由 P 型变为 N 型后,前表面由磷扩散变为硼扩散,工艺会有所调整但设备不变。而在扩散后的 SE 环节,PERC 中主要使用激光扫描方式,在 TOPCon 技术里前期尚不成熟,不少厂家选择了预留,此外由于背面也不再需要进行开槽,因此激光在 TOPCon 中可以运用的空间一度被认为有所减少。
2.1.3、硼掺杂为 TOPCon 重要环节,激光或再成提效关键
高温扩散掺杂是的光伏领域制作电池发射极(Emitter)的主要方式。
根据前述,制作 PN 结是生产晶硅光伏电池最基本的环节。一般而言,在某种掺杂类型的半 导体上形成另一种掺杂类型半导体的方式包括高温热扩散、离子注入和外延生长三种,后两者因为成本较高、工艺较复杂等原因,一般用于电子工业领域。
目前光伏业内基本都是采用高温扩散方式,包括 PERC 和 TOPCon 电池,使所需杂质原子进入硅片表层一定距离,在前表面形成 PN 结,该表层掺杂区即为发射极,而掺杂均匀度、厚度、有效掺杂比例等都会对电池效率有重要影响。
对于 PERC 电池,需要通过扩散在硅片表层掺杂磷元素,一般用三氯氧磷 POCl3 为磷源,先在硅片表面沉积五氧化二磷 P2O5,形成磷硅玻璃 PSG(P2O5、SiO2 和 P 的混合物),然后 P2O5 与硅在反应生成磷 P,并在高温下进入硅片,前一步被称为预沉积,后一步被称为推结,就掺杂而言两步实际没有严格区分,只是大部分 P 原子都是在后一步进入硅基体中。
硼扩散工艺要求更高。
对于 N 型硅片,掺杂元素换为硼,过程与磷扩散类似,但在第二步推结时需要的温度更高,一般在 900℃以上,时间更长,还可能形成富硼层(BRL)难以刻蚀的问题,控制难度更大。
此外,过去作为硼源的主要原料为三溴化硼 BBr3,其沸点较高在反应温度下仍为液态,容易发生掺杂不均匀及一致性差的问题,目前一些厂家开始改用三氯化硼 BCl3 ,价格也更便宜,但还是会存在电池发灰影响效率、设备腐蚀等问题,成为部分厂家的难题。
制作选择性发射极(Selective Emitter,SE)能有效提高 PERC 电池转化效率,但目前在 TOPCon 技术方面运用成熟度还不高。
在当前成熟 PERC 工艺中,一般都会在电池正面表层与金属栅线电极直接接触的区域进行重掺杂,提高局部杂质浓度,形成重掺和轻掺区域相结合的结构,称为选择性发射极;其中重掺杂可以较好的减小电极与表面的接触电阻以及载流子接触区复合速率,而其他区域轻掺则可防止由于整体掺杂缺陷过多而导致的 SRH 复合加剧,最终达到提升转化效率的目的。
目前业内制作 PERC 电池的选择性发射都是通过激光来完成,即在磷扩散完成后,利用激光对后期要印制栅线的区域进行扫描,使硅片表面残留的磷硅玻璃中的磷原子更多的进入到硅片中,然后再将磷硅玻璃去除,仅增加一步而提效明显。
直接将 PERC 技术中的激光 SE 方式运用于 N 型硅片方面存在瓶颈,主要系(1)硼在硅材料中有效推进需要更高的激光能量,会增加对硅基底的烧灼损伤,甚至破坏绒面陷光结构,反而可能导致效率降低而得不偿失,(2)硼在二氧化硅中的扩散速度大于晶硅材料,在硼硅玻璃中的浓度也与磷硅玻璃不同,激光扫描后有时重掺区域与轻掺区差异不明显或浓度不可控。
为了解决 N 型硅片 SE 问题,不少业内企业进行了相关的技术研发和探索。
(1)多次扩散成为 N 型硅片制作 SE 的一种开发方向。分两次甚至多次进行高温硼扩散是较多采用的一种探索方法,包括隆基、晶科等业内主要公司都有相关专利,有时候还需要制作过程中涂覆掺杂剂、印刷浆料或制作掩膜进行辅助,而在这些技术中激光不再被使用。实际上多次扩散的方法在 PERC 中也有企业尝试,但主要目的是对激光 SE 方法进行优化。
(2)两步激光法也成为 N 型 SE 的可能选择。
激光在硼掺杂中运用时的主要问题一是所需能量较高,可能对硅片产生损伤,二是掺杂均匀性如何保证,而分两次进行扫描则一种可能解决思路。
如帝尔激光在 2020 年开发出一种两步激光SE 专利技术,其中利用第一激光进行预热扫描,激活 PSG 或 BSG 中的杂质原子,然后在 1ms 内用第二激光进行掺杂。
此外,隆基则在 2021 年开发了一种完全运用激光进行硼掺杂的两步激光技术,主要是利用能量相对较高的第一激光先处理将要重掺的区域,再用第二激光扫描所有要掺杂的区域,而在激光扫描前需要先制作辅助吸热层和含硼层,使用的激光为纳秒级或皮秒级,在这种方式下也不再需要进行扩散处理。
综合而言,发射极的优化是 TOPCon 提效的关键点,根据晶科能源相关资料,发射极相关影响在当前 TOCon 电池的 Voc 损失中是占比第二大的因素,而根据东方日升和帝科股份相关资料,表面金属接触与正面复合的优化可以带来 0.5% 左右的绝对转化效率提升。
我们认为,良好的 SE 结构则有利于内阻和接触区复合的减小,起到提升电池开路电压(Voc)和填充因子(FF),最终提高转化效率的作用。若在 TOPCon 电池中能像 PERC 电池一样成熟运用激光技术,则有望向更高的效率进行突破。
2.2、光伏制造长期高景气,电池技术换代占先机,公司业务成长潜力可观
2.2.1、“平价+碳中和”推动,光伏“超级周期”来临
光伏为清洁可再生的一种终极能源解决方案。光伏发电技术直接将太阳能转化为电能,不会产生任何对环境有不良影响的排放,同时几乎没有理论储量限制。
技术进步促使光伏发电成本快速下降,总体已达到与传统能源“平价”水平。随业界数十年的技术发展积累,光伏发电成本大幅下降,根据 IRENA 数据,2010- 2020 年间全球平均度电成本下降85%,度电成本降至传统化石能源水平,具备了大规模替代传统能源的条件。
长期来看,光伏为人类可大规模获得的最便宜能源,成本竞争优势有望不断凸显。虽然近期光伏发电成本受上下游产能错配等因素影响有所回升,但并非技术因素造成,而当前业界仍在不断取得技术突破,降本远未停息,根据 IRENA,到 2050 年度电成本平均可低至 3 美分/W,即使最高的地区也将低于化石能源。
全球变暖威胁人类生存,“碳中和”成为全球行动共识,光伏则为主要实现手段。
当前世界各国纷纷出台零碳目标,已有超 120 个国家出台了相关政策法律,全球绝大部分地区将在本世纪中叶实现“碳中和”,届时以光伏为代表的清洁能源革命预计将同步完成。
“30·60”成为国内长期政策指导,配套政策接连出台落地。
我国将力争实现在 2030 年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取在 2060 年前实现“碳中和”。此后各地“十四五规划”、“分布式整县推进”、“风光大基地”等相关政策接连出台响应,为光伏产业加速发展提供强有力的引导。
综合而言,在技术降本和政策导向的推动下,光伏产业的持续性高成长周期已经开启,也将带动相关制造业高速发展。根据 IRENA 预测,为实现控制全球变暖的目标,到 2030 年全球光伏累计装机量将达到 5200GW,较 2020 年增加超 4400GW,到 2050 年累计装积累则将达到 14000GW。
2.2.2、 公司 TOPCon 激光设备单 GW 订单价值预计较高,未来三年相关业务空间预计达 30 亿元以上。
在此,我们对公司 TOPCon 激光设备的业务未来三年的空间进行测算。
第一步:估算公司 TOPCon 激光设备单 GW 订单价值。
首先对 PERC 技术中的情况进行参考,根据隆基股份较早前披露的西安 5GW 电池项目数据,激光设备单 GW 投资金额为 2192 万元,在电池全产线中的价值略高于 6%,其中激光掺杂为 1232 万元,其余为激光开槽。
而根据帝尔激光投资者活动记录表,去年下半年 PERC 产线中两道工序激光单 GW 价值在 1000 万 以上,而 TOPCon 等新电池技术中激光价值量将有明显上升。
由于公司 TOPCon 激光设备技术上相对较新,加之近年技术工艺进步较快,简单参照 PERC 技术中的情况可靠性可能较低。
因此我们选择以终端价值增量为基础来进行简单测算:
(1)首先我们判断公司获得相关订单的原因在于其设备能提升客户电池及组件产品的转换效率。
(2)基于晶科能源近期公布的 TOPCon 电池效率数据以及相关组件产品在华电集团 15GW 采购的中标价格情况,推算一定幅度的电池提效可带来的单 GW 价值增量。
(3)保守假设创造此价值的设备实际使用期限为 4 年,实际当前不少主流企业电池设备折旧期限为 6 年。
(4)考虑双方地位,假设公司与客户的价值分配比为 4:6。经过测算,当电池提效绝对幅度在 0.1-0.3%时,公司产品单 GW 订单价值量在 1219-3657 万元之间,中值为 2438 万元。
第二步:估算 2022-2024 年行业 TOPCon 电池的产能情况,并计算业务空间。
首先参考目前业内主要企业的 N 型 TOPCon 电池产业化情况,实际已公布的产能规划已超过 60GW,而实际上当技术逐步验证成熟后,预计业内相关产能建设将快速展开,部分已有电池扩产计划但尚未决定具体技术路线的企业也将跟进。
测算方面,我们选择基于对未来终端新增装机需求和 TOPCon 电池产能占比的判断,结合对单 GW 价值量变动的分析来对公司未来业务空间进行测算:
(1)考虑到年中以后硅料产能加速释放,我们预计 2022-2024 年全球装机分别 为 240/300/370GW,再简单假设组件容配比 1.2,组件与电池需求相当。
(2)假设在电池技术更新换代期间,行业产能利用率在 70%,推算电池总产能,实际根据行业协会数据,2021 年由于硅料不足,电池环节开工率不足 60%。
(3)参考此前 PERC 电池技术对 AL-BSF 进行替代时的渗透率提升情况,再考虑多种新技术路线的发展并存状态,假设 2022-2024 年 TOPCon 技术在电池总产能中的占比为 10/25/35%。
(4)假设单 GW 设备订单价值随技术成熟及供应者增加而逐步下降,2022-2024 年分别为 0.24/0.21/0.18 亿元。经过测算,公司 TOPCon 设备未来三年业务空间合计大概在 44.4 亿元,考虑 70%的市占率则可达 32 亿元,有望带来较大业绩弹性。
2.2.3、光伏制造环节激光运用广,公司实力验证后可开拓空间不小
对公司而言,TOPCon 激光微损设备的订单为拓展光伏领域业务提供了一个较高的起点和背书。实际上,激光在光伏制造领域的可应用环节不少。
在相对成熟的PERC电池技术路线中,除此前已分析的激光掺杂和激光开槽外,还可在光衰修复环节和相对特别的 MWT(金属穿孔卷绕技术)电池结构中运用。此外,激光划片也是当前组件制造中必不可少的一个环节。
对于其他新兴电池的制造,激光设备同样可以存在较大运用空间。
以 IBC 电池为例,这是一种把正负极都放在电池背面进行制作的一种光伏电池,这样可以彻底消除栅线对正面太阳光的遮蔽,提高电池的转换效率。
IBC 电池会在背面形成两种类型的掺杂区域,较先将硅片用激光穿孔,再将电流从空洞中的银浆引导到背面的 MWT 电池,效果更为彻底直接。而与 TOPCon 电池完全不需要对背面进行激光消融开槽相比,IBC 电池背面工艺十分复杂,激光设备也基本成为必选项(早期使用光刻技术)。此外,对于 HJT 电池而言,激光 LIA (光诱导退火)技术对于提效也有重要作用。
激光转印则是具有广阔前景的新兴光伏电池电极栅线制作技术。
在激光转印技术中,首先要把制作栅线的浆料填充在透明载板模具上,然后将载板倒置于电池片上方,用激光对其进行扫描,模板沟槽中的浆料受热后溶剂将会蒸发,并对沟槽内部形成压力,最终使浆料脱离模具,掉落在硅片上设计的位置,形成栅线。此外,激光转印技术在各种电池技术中都可以通用。
相较目前电池金属化主流使用的丝网印刷技术,激光转印技术可以制作出宽度更小,高宽比更大的金属栅线,因此可以做到增加电池正面栅线数量的同时减小栅线的总遮光面积,最终达到提高效率的目的,同时对于光伏电池制造最大的非硅成本项——银浆耗量也将降低,从而实现降本,这对于银耗较大的 HJT 电池效果将更为明显。
根据国外实验数据表明(如下表所示),利用激光转印技术制作出细栅宽 20μm 高 10um 的电池,其转化效率较丝网印刷技术电池对照组提升了 0.14%。根据帝尔激光去年底的投资者活动记录表,目前其激光转印制作的栅线宽度降至 18μ m 以下,浆料使用可节省 30%。(报告来源:远瞻智库)
3、动力电池扩产高景气,锂电设备收入高增
3.1、锂电设备行业需求旺盛,公司持续收获大额订单
新能源汽车产业链高景气,动力电池扩产带动锂电设备需求。
近年来我国新能源汽车市场由政策推动转向市场驱动,自2020年以来,随着市场化需求快速启动、新能源车型更加丰富、产品分层和定位逐渐清晰,2016-2020年全国新能源汽车产量由51.6万辆上升至136.6万辆,2016-2020年全国新能源汽车销量由50.7万辆上升至186.7万辆。
2021年新能源汽车产量达到354.5万辆,销量达到352.1万辆,产量同比增长159.52%,销量同比增长 88.59%。
动力电池行业与新能源汽车行业息息相关,受益于新能源市场景气度回升,动力电池厂商开启高速增长模式。2016-2020年全国动力电池装机量由28.3GWh 上升至 62.9GWh。2021年动力电池装机量为140GWh,同比增长122.6%。
市场前五大龙头企业的装机量共占据 82% 的市场份额,市场集中度较高,未来一段时间新能源汽车行业可能将持续火爆,推动下游动力电池厂商加大扩产投资,将产生巨大的锂电设备需求。
3.2、锂电核心产品引领成长,单机设备环节优势显著
锂电池生产设备包括专机和整线。
由于锂电池生产过程的工序复杂性、材料特殊性与多元性、工艺参数敏感性与高标准,智能制造装备是锂电池生产流程中的必要装备。
按照涵盖功能范围划分,锂电池生产设备包括专机和整线。其中,专机包括单机设备和一体化设备,是指实现单一或多个功能的,但尚未实现某一生产环节的整线生产,例如叠片机、封装机、焊接封装一体机等;整线是指基本实现了某一流程的全自动化生产,例如电芯装配线、电池组装线。高速激光制片机为公司核心产品,锂电风起有效带动公司收入高增。该设备主要用于动力电池极耳切割工序,利用高速精密激光完成电池正负极片单边或双边极耳成型,有效替代传统的五金模切工艺,能够大幅提高动力电池极片的生产效率。
生产以来,公司不断提升激光制片机产线速度不断提升,速度从每分钟 30 米提 升至 80-90 米,2017-2019 年产量从 28 台提升至 78 台。技术的不断领先稳固了公司在行业的竞争地位,订单量不断增加,高速激光制片机的快速,已经成为公司业绩最大驱动因素,为公司奠定了稳固的基本盘。
专机设备技术指标持续提升,公司在中段环节具备较高市占率。
公司研发出全自动热压成型机、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、全自动顶盖焊接机、全自动氦检机等单机设备,实现中段装配各工艺环节全覆盖。
公司在中段环节服务的客户包括宁德时代、蜂巢能源、中航锂电、比亚迪等全国主流动力电池企业,同时公司与国轩高科、恒大新能源、远景 AESC、中化国际等的合作也在稳步推进,未来几年这部分企业对公司设备采购需求有望持续放量。
此外,对于外资电池厂新扩产能对设备的需求,公司也在积极拓展这部分客户,未来在外资电池厂的供应也有望迎来突破。
3.3、顺应行业发展趋势,推进整线产品发展
电池厂对生产能力要求的提高,倒逼锂电厂商提供整线解决方案。
早期动力电池公司对设备的要求主要为单机设备需求,重点采购业内优秀单机设备,再由公司内部技术人员组合设备,搭建电芯产线。实际生产过程中,存在生产过程中设备不兼容及故障难界定的问题,对电池质量造成一定影响。
这主要是因为供应商在生产过程中仅考虑单机设备,并无整线设计理念。2021年以来,动力电池逐步要求设备公司具备整线交付能力,包括前期方法设计、设备结构设计、生产能力、供应链能力等方面。
凭借高速激光制片机的技术积累,公司整线布局迅速。
2017 年-2019 年,公司动力电池装配线单机产量由 36 减少为 9,产线产量提升至 8,产线生产效率不断提升。
在电池全自动装配整线领域,公司已有全自动方形铝壳电池装配线、自动电池烘烤线和模组装配线三种产品方案。相较专机设备,整线设备缩短建设周期短、投产速度快、降低成本、设备生产的良率提升。目前,公司生产的入壳机量产稳定性和生产质量达到行业领先水平,服务的客户包括 CATL、中航锂电、长城汽车、蜂巢能源、欣旺达、亿纬锂能等。
海目星主推全自动方形铝壳电池装配线。
该线用于动力电池中段装配,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。
自动化程度高,全程组装无人干涉。
兼容性强,可兼容多种不同系列产品。模块化设计,换型时间短、零件少、成本低。装配精度高,视觉及机械双重定位方式,提高定位精度。工艺流程自动控制,信息全程可追溯,具备对接各类型 MES 系统。可根据客户不同工艺路线的电芯实现全自动装配线的非标定制。
3.4、 4680 电池技术进步,锂电设备升级
公司受益 4680 电池技术进步,无极耳技术对设备要求进一步提升。
相较于上一代 2170 圆柱电池,4680 大圆柱电池采用更大的 46mm*80mm 电芯,并采用内阻更小的无极耳技术,使得 4680 在 2170 的基础上能量提升 5 倍、里程提高 16%、功率提 高 6 倍、生产成本下降 14%。无极耳技术对设备技术、切割速度、精度都提出了更高的要求。
在激光焊接、切割方面具备优势的设备公司有望显著受益。
公司在极耳切割领域备受客户青睐,未来有望受益于 4680 电池发展。公司自主研发的高速激光制片机系新型产品,主要用于锂电池极耳切割工序,替代传统的加工工艺,能够有效提高动力电池极片的生产效率。早在 2019 年 12 月,公司就与特斯拉签署销售订单总额达 1,105.32 万美元的合同。未来有望凭借切割技术优势,显著受益于 4680 电池技术进步。
4、盈利预测与评级
我们认为公司锂电设备传统主业受益下游行业持续高景气度,订单大幅增长,已迈入规模新台阶,同时光伏类新业务获得重大突破,未来订单有望快速增长,打开新的成长空间,预计 2022-2024 年营收为 43.0/75.0/91.5 亿元,归母净利润 3.84/7.57/10.39 亿元,当前股价对应 PE 为 26.96x/13.67x/9.96x。
5、风险提示
1)产品推广不及预期;2)下游电池扩产不及预期;3)行业竞争加剧;4)新技术发展不及预期;5)订单不及预期风险;
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