TCO镀膜玻璃薄膜BIPV关键辅材

1、国产 TCO 玻璃从 0 到 1TCO 镀膜玻璃是薄膜电池组件的重要部分镀膜玻璃是指通过在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，以改变玻璃的光学性能，满足某种特定要求的玻璃。镀膜玻璃根据其涂镀层物质的不同而表现出不同的性质，而根据其不同的性质和应用场景镀膜玻璃可大致分为三类：热反射玻璃、低辐射（Low-E）玻璃、导电玻璃。热反射玻璃表面镀层主要为铬、钛等金属或其化合物，可呈现丰富的色彩，对红外线有较高的反射率而对紫外线有较高的吸收率，可减少阳光对室内带来的热量。低辐射玻璃表面镀层主要为锡、银、铜等金属或其化合物，对可见光有较高的透射率，对波长较长的红外辐射有较高的反射率，减少辐射的

2、同时有利于室内采光。TCO（Transparent conductive oxide）玻璃即透明导电氧化物镀膜玻璃属于导电玻璃，具有较好的光透过率和导电性能。根据靶材和掺杂物的不同，TCO 玻璃主要有ITO 镀膜玻璃、 FTO 镀膜玻璃和 AZO 镀膜玻璃三种，其主要原材料为 TCO 靶材（包括掺杂物）、玻璃原片（主要为超薄玻璃基板），生产商通过镀膜设备将掺杂的 TCO 靶材涂镀在玻璃原片上。TCO玻璃的镀膜过程可在玻璃生产线上进行（在线），也可脱离生产线单独进行（离线），生产工艺主要分为物理沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等。根据镀膜使用的 TCO 及掺杂物的不同，TCO 玻璃具有不同

3、的导电性能和光透过率，可被广泛应用于电子显示、薄膜及钙钛矿光伏电池、建筑玻璃等产品上。图表1： TCO 镀膜玻璃产业链示意注：Von Ardenne（未上市）、Oerlikon（OERL SW）、CVV 即 CVD Equipment Corporation（CVV US）、First Solar（FSLR US）、三星（00593 KS）、LG（LPL US）： Comparison Between Chemical Vapor Deposition CVD and Physical Vapor Deposition PVD Coating Techniques: A Review Pape

4、r（2021 年 8 月 1 日，作者：Ali Musbah 等）、旗滨集团招股说明书、TCO 玻璃的特性首先由其使用的 TCO 靶材决定，常见的 ITO 镀膜玻璃、FTO 镀膜玻璃和 AZO 镀膜玻璃分别使用锡掺杂氧化铟（In2O3）、氟掺杂氧化锡（SnO2）和铝掺杂氧化锌（ZnO）作为 TCO 靶材。ITO 玻璃的主流生产工艺是磁控溅射，属于 PVD 中的一种，由于其具有良好的导电性能，可作为玻璃电极产品被广泛应用于平板显示器行业。ITO 玻璃初期也曾应用于薄膜光伏电池的前电极，但随着对光吸收性能要求的提高，TCO 玻璃还必须具备提高光散射的能力，而 ITO 镀膜很难做到这一点且其应用于太

5、阳能电池时在等离子体中不够稳定，因此在薄膜光伏电池上逐渐被 FTO 玻璃替代。FTO 玻璃主要采用 CVD 工艺镀膜，其导电性略差于 ITO 玻璃，起初可作为 Low-E 玻璃应用于建筑上。通过对原有生产配方和工艺进行改进后，目前已可制造出导电性较好、具有较高的光透过率和雾度（可对光进行散射）的 FTO 玻璃，成为薄膜光伏电池的主流选择。AZO 玻璃既可使用 CVD 工艺也可使用 PVD 工艺进行镀膜，由于其易于实现掺杂，可在掺杂后大幅提高导电性能。AZO 玻璃具有与 ITO 玻璃接近的光电性能，且原材料易得，生产成本较低，且在等离子体中性能更为稳定；而与 FTO 玻璃相比，AZO 玻璃则拥有

6、更强的导电性能和光透过率。因此，AZO 玻璃可以在不同领域对前两者形成替代，具有较大发展潜力。但从目前来看，AZO 无法进行在线镀膜，其膜层偏软且刻蚀后存放时间偏短（化学稳定性较差），因此暂时不是薄膜太阳能电池的最佳选择（薄膜太阳能电池的生命周期通常为 20 年以上）。图表2： 不同 TCO 镀膜玻璃特性对比：Stanford Advanced Materials Corporation、图表3： 不同类型 TCO 镀膜玻璃优缺点总结优点缺点ITO 玻璃电导率高，透过率高，膜层牢固成本高，基板尺寸小，原料有毒，激光刻蚀性能较差FTO 玻璃 膜层硬，化学和力学抵抗性好方阻大，透过率偏低AZO 玻

7、璃 原料易得且无毒，制造成本低，易于实现掺杂，性能指标好 膜层偏软，镀膜后不能钢化，刻蚀后存放时间偏短光伏TCO 镀膜玻璃的应用技术分析（半导体：光伏行业2010 年第 5 期，作者：贾政）、除了产品本身特性，TCO 玻璃的实际表现还与其他镀膜层材料的选择有关，尤其是钙钛矿电池上，由于钙钛矿材料的不同，不同 TCO 玻璃呈现出的效果也不同。如在以锡为金属离子的钙钛矿电池上使用FTO 玻璃的转化效率比ITO 玻璃高；在含有溴离子的钙钛矿电池上，使用 IZO 和 ITO 玻璃的光电转化效率远高于使用 AZO 玻璃的。图表4： 使用不同 TCO 玻璃的钙钛矿电池光电转化效率差别较大：High-Per

8、formance Flexible Perovskite Solar Cells on Ultrathin Glass: Implications of the TCO（The Journal of Physical Chemistry Letters，2017 年 9 月 25 日，作者：Benjia Dou 等）、TCO 靶材：种类丰富，价格差异大TCO 靶材种类丰富，价格差别较大。TCO 玻璃的性质由 TCO 靶材直接决定，同时通过改变其中的掺杂物质也可在不同方面增强 TCO 的性能。TCO 靶材是影响 TCO 玻璃成本的重要因素之一，其价格与所需要的金属元素（或）价格相关。ITO 的原

9、料铟较为稀有，因此 ITO 玻璃成本较高，而 FTO 和 AZO 的原料主要是锡和锌，相对更易得且价格较低，因此后两者的成本相对较低。另一方面，铟的毒性强于锡和锌，使用不当或对环境有一定污染。TCO 靶材的制作壁垒较高，其质量、尺寸和纯度均会影响镀膜层的平整性和一致性。目前 TCO 靶材（尤其是大尺寸高纯靶材）基本被住友和三井等日韩企业垄断，国内企业如先导薄膜（未上市）、壹纳光电（未上市）、江丰电子（300666 CH）已在部分靶材上实现国产化，但盈利水平较低。据江丰电子年报，2020 年（2021 年未披露相关数据）其太阳能电池靶材营收 0.2 亿元，毛利率 13.8%。图表5： 不同 TC

10、O 主要成分及可选用的掺杂物掺杂物TCOSnO2Sb, F, As, Nb, TaZnOAl, Ga, B, In, Y, Sc, F, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf, Mg, As, HIn2O3Sn, Mo, Ta, W, Zr, F, Ge, Nb, Hf, MgCdOIn, SnGaInO3Sn, GeCdSb2O3Y资料来源：Transparent Conducting Oxide Films for Various Applications: A Review（Reviews on advanced materials science volume 53 issue

11、1，作者：Afre 等）、玻璃原片：超白浮法玻璃是基础用于光伏电池上的 TCO 玻璃需要具有良好的透光性，因此通常选用超白浮法玻璃。目前国内仅有信义玻璃（868 HK）、旗滨集团（601636 CH）、金晶科技（600589 CH）、等公司具有超白浮法玻璃生产能力。据卓创资讯，截至 2022 年 7 月底，全国在产超白浮法玻璃产线共有 19 条，合计产能（日熔量）12250 吨/天。另一方面，随着柔性钙钛矿电池的逐步发展，柔性玻璃（如康宁的Willow Glass）也可用作 TCO 的玻璃基板。图表6： 国内在产超白浮法玻璃产线（截至 2022 年 7 月底）玻璃厂商超白浮法玻璃在产产能（t/

12、d）信义玻璃2000南玻 A4100金晶科技2050旗滨集团500耀皮玻璃550安彩高科600洛阳玻璃400旭硝子大连600雁翔湘实业1000金富源玻璃450合计12250注：不包括超白浮法光伏玻璃产线；耀皮玻璃（600819 CH）、安彩高科（600207 CH）、洛阳玻璃（600876 CH）、旭硝子（5201 JP）、雁翔湘实业（未上市）、金富源玻璃（未上市）资料来源：卓创资讯、设备工艺：在线镀膜为主，设备国产化加快推进镀膜设备决定 TCO 玻璃的镀膜工艺，是生产 TCO 玻璃的核心壁垒之一。目前 TCO 玻璃的主流镀膜工艺为 PVD 和 CVD 两种方式，其中采用 PVD 镀膜的设备及

13、制造成本较高。据板硝子欧洲技术中心的报告，一条光伏用 TCO 镀膜玻璃的磁控溅射产线（包设备）投资约 4000万美元（约 2.7 亿人民币）。据板硝子公告，其于 2018 年宣布将投资 380 亿日元投资计划，包括在美国新建一条 TCO 玻璃产线和在越南重启一条产线。其中新建的 TCO 玻璃生产线采用在线的 APCVD 工艺进行 TCO 镀膜，产能为 600t/d，投资额约为 2.65 亿美元（约 17.9亿人民币），其中单台在线 CVD 镀膜设备约为 1.2 亿元人民币。总体来看，虽然单台镀膜设备价格较高，但一条完整TCO 镀膜玻璃产线的主要投资还是在浮法玻璃原片窑炉建设上。镀膜设备领先的生

14、产技术同样掌握在几家国外公司手中，其中德国的冯阿登纳（ Von Ardenne）、瑞士的奥瑞康（Oerlikon）和美国的应用材料（Applied Materials）均掌握 PVD和 CVD 镀膜设备的生产技术；美国的 CVV 同时掌握 APCVD 和 LPCVD 镀膜设备的生产技术，可分别应用于在线和离线镀膜。国内公司中，北玻股份（002613 CH）在磁控溅射镀膜设备上拥有多年生产经验，2022 年 7 月其自主研发、设计、制造的国内首条 8.5 代大尺寸 TCO 玻璃镀膜产线面世，达到世界前列水平。图表7： PVD 镀膜设备图表8： APCVD 镀膜设备：Von Ardenne、：CV

15、D Equipment Corporation、PVD 主要采用磁控溅射的方式，其工作原理是在真空的条件下使入射离子在电场的作用下轰击靶材，使得靶材表面的中性原子或分子获得足够动能脱离靶材表面，沉积在基片表面形成薄膜。CVD 镀膜的原理是以热能、等离子体放电等形式的能量使气态前驱体（TCO）在固体（玻璃）表面发生化学反应并沉积在固体表面，CVD 镀膜工艺可分为 thermal CVD和 activated CVD。Thermal CVD 通过加热来维持化学反应，其工作温度在 500700 度之间，而根据工作环境的气压不同 thermal CVD 还可进一步分为 APCVD（常压）和 LPCVD

16、（低压）等工艺。Activated CVD 主要通过射频等离子体来激活和维持化学反应（如 PECVD），受激发的分子可以在低温下发生化学反应，因此其工作温度仅为 200350 度。图表9： PVD 镀膜过程示意图图表10： CVD 镀膜过程示意图： Comparison Between Chemical Vapor Deposition CVD and Physical Vapor Deposition PVD Coating Techniques: A Review Paper（2021 年 8 月 1日，作者：Ali Musbah 等）、： Comparison Between Chemi

17、cal Vapor Deposition CVD and Physical Vapor Deposition PVD Coating Techniques: A Review Paper（2021 年 8 月 1日，作者：Ali Musbah 等）、不同类型的镀膜工艺各有优劣，CVD 镀膜具有良好的阶梯覆盖性能，便于制备复合产物，且其沉积相比 PVD 工艺较高。膜层厚度方面，CVD 镀层厚度高于 PVD 镀层，但其膜层表面会比基板粗糙，而 PVD 镀层的表面粗糙程度则与基板表面相近。绕镀性上，CVD 工艺可将膜层镀在基板的各个表面，而 PVD 工艺在背面和侧面的镀膜效果欠佳。最后，由于 CVD

18、工艺会产生反应尾气，其通常会带有毒性和可燃性，处理不当可能会对设备和环境造成污染。图表11： PVD 与 CVD 镀膜工艺对比工作温度沉积速率镀层厚度表面粗糙程度绕镀性环保成本PVD 磁控溅射 较低 慢 2.5m 左右 与基板表面相近 较差 无污染 较高APCVD较高较快CVDLPCVD高较慢PECVD较低较快m 左右比基板表面略粗糙较好反应尾气可能会较低对环境造成污染Stanford Advanced Materials Corporation、对于原片厂商而言，TCO 镀膜可分为在线镀膜和离线镀膜，在线镀膜即将镀膜设备安装在浮法玻璃生产线的锡槽上方，离线镀膜则是镀膜则是独立于玻璃产线之外。

19、由于 PVD 设备较大且结构较为复杂，因此无法用于在线镀膜；而 CVD 设备相对简单，可用于在线镀膜。在线镀膜由于与玻璃生产同时进行，可以减少额外清洗、重新加热等工序，因此制造成本比离线镀膜更低且沉积速度较快、产量较大，但因此也无法随时调整工艺参数导致灵活性较差。离线镀膜设备可模块化设计，不仅可以根据客户需求调整配方和工艺参数，产能调整也较为方便。在膜层特性上，在线镀膜的膜层硬度较高，因此其又被称为硬镀膜，但在透过率上在线镀膜的产品略低于离线镀膜的产品。但是从全生命周期来看，在线镀膜的设备具有较强的专用性，且窑炉投产后改变玻璃生产线较难（需要在窑炉的锡槽上方预留空间），因此具有较高的退出成本。

20、同时，当前在线镀膜工艺主要用来生产薄膜光伏电池用的 FTO 玻璃，其原料将使用氟进行掺杂，会对窑炉有一定污染，可能降低窑炉的使用寿命。在薄膜组件需求尚未兴起时，超白浮法玻璃企业投资在线镀膜较为谨慎。图表12： 在线镀膜与离线镀膜对比工艺膜层硬度透过率方阻沉积速度灵活性设备和制造成本镀膜后是否可钢化在线镀膜 CVD较高较低较大较快较低较低可以离线镀膜 PVD/CVD 偏软较高较小较慢较高较高不能Comparison Between Chemical Vapor Deposition CVD and Physical Vapor Deposition PVD Coating Techniques:

21、 A Review Paper（2021 年 8 月 1 日，作者：Ali Musbah 等）、图表13： TCO 在线镀膜产线示意图：NSG European Technical Center、全球市场空间广阔，国内公司奋力追赶ITO 镀膜玻璃：早期 TCO 产品TCO 镀膜玻璃种类丰富，不同类型 TCO 玻璃的主要生产企业和行业竞争格局各不相同。ITO玻璃作为发展较早、较为成熟的 TCO 玻璃，其行业需求和格局较为稳定。据凯盛科技集团（未上市）债券募集说明书，截至 2021 年末，中国拥有 60 条左右的 ITO 玻璃生产线，是全球最主要的生产基地；其中凯盛科技（600552 CH）拥有

22、11 条 ITO 玻璃产线，合计日产能 10 万片。2022 年凯盛科技审议通过了对集团（原洛阳玻璃旗下）超薄电子玻璃基板业务的收购，收购完成后公司将完成从 ITO 玻璃原片到 ITO 镀膜的产业链布局，业务协同和竞争力有望进一步增强。由于主要采用离线镀膜工艺，因此 ITO 镀膜厂商不一定要自己生产原片，国内其他 ITO 镀膜玻璃厂商中，而长信科技（300088 CH）和莱宝高科（002106 CH）则不具备玻璃原片生产能力。图表14： 凯盛科技 ITO 玻璃产销量及单价)（元/片）产量销量售价（右）(万平米7,000146,000125,000104,00083,00062,00041,00

23、02020182019202002021Q1：凯盛科技集团债券募集说明书、FTO 镀膜玻璃：目前主流产品美国头部光伏组件企业 First Solar 采用的是薄膜电池路线，而薄膜电池组件是 TCO 镀膜玻璃的重要需求来源。据 First Solar 年报，其 2021 年末产能约 7.9GW，公司计划到 2023/2024年产能将增长至 14.5/16GW，未来两年新增产能将超过 8GW，其中 2023 年美国和印度工厂各新增 3.3GW。国内方面，根据我们在建筑节能专题：薄膜 BIPV 春潮涌动（20220406）中的分析，我们预测受益于建筑节能及 BIPV 相关政策的推动，2022-202

24、5 年国内可安装薄膜电池 BIPV 的幕墙总面积有望达 3.55 亿平米，薄膜电池 BIPV 的总需求有望超过 10GW（假设新建立面 BIPV 全部应用薄膜组件，屋面全部应用晶硅组件）。我们假设 First Solar出货量占海外总需求的 95%，则到 2025 年全球薄膜电池组件需求有望超过 23GW；假设组件单平米功率为 150W，则对应 TCO 玻璃需求约为 1.5 亿平米。价格方面，根据爱采购网的不同厂家标价，TCO 镀膜玻璃价格区间与厚度和产品质量有关， 3.2mm 玻璃价格在 60-70 元/平米。我们假设 3.2mm 的薄膜组件 TCO 镀膜玻璃价格约 60元/平米，2.65m

25、m 左右薄膜组件 TCO 镀膜玻璃价格约 40 元/平米，但随着金晶科技等国内公司产能的快速释放和量产后单位成本下降，我们预计未来价格也会有所下降。由于 First Solar 最新款组件的前板玻璃厚度为 2.8mm，因此我们假设新增薄膜电池需求中薄玻璃的占比会逐渐提升，假设到 2025 年 3.2/2.65mm 的镀膜玻璃占比分别为 20%/80%，对应 2025年总的薄膜电池组件用 TCO 镀膜玻璃市场空间有望达 55.5 亿元，CAGR+20.5%，“十四五”期间 TCO 镀膜玻璃总的市场规模有望达到 211 亿元。图表15： 2025 年薄膜组件用 TCO 镀膜玻璃市场空间有望达 55

26、.5 亿元20212022E2023E2024E2025E国内薄膜电池组件需求（GW）0.10.521.713.376.01国外薄膜电池组件需求（GW）8.3210.0015.2616.8417.37合计8.4210.5216.9720.2123.38TCO 镀膜玻璃需求（万平米）526065751060812633146123.2mmTCO 玻璃价格（元/平）60565452502.65mmTCO 玻璃价格（元/平）4038373635薄膜组件 TCO 镀膜玻璃市场空间（亿元）26.3030.9046.4651.5455.52注：国内薄膜组件需求仅考虑新建立面 BIPV 全部应用薄膜组件，屋

27、面仍采用晶硅组件。First Solar 官网、预测钙钛矿电池有望成为新的需求增长点。钙钛矿太阳能电池属于第三代太阳能电池技术，其以钙钛矿材料作为光吸收材料，由于其具有较高的光吸收系数，且可通过叠层的方式吸收不同波长的太阳光，因此具有较高的理论最高光电效率，有望成为铜铟镓硒 CIGS、碲化镉 CdTe 之后第三类量产的薄膜电池技术。传统的钙钛矿电池的结构为 N-I-P 结构，与非晶硅薄膜电池类似，因此其同样需要用到 TCO 镀膜玻璃。目前国内公司协鑫光电（未上市）、大正微纳（未上市）、纤纳光电（未上市）等均正在积极相关技术的应用和产能扩张，我们认为随着钙钛矿的逐步量产和普及，TCO 镀膜玻璃用

28、量有望从单层变为双层，相关需求也有望迎来较大增量。图表16： 钙钛矿与 HJT 叠层电池结构示意图：Monolithic Perovskite/Si Tandem Solar Cells: Pathways to Over 30% Efficiency（2019 年 12 月 10 日，作者：Heping Shen 等）、主要生产企业介绍板硝子板硝子是全球最大的光伏用 TCO 镀膜玻璃供应商，其于 1989 年便开始向薄膜电池公司提供 TCO 镀膜玻璃样品。板硝子与 First Solar 建立了持久的联系，是其目前主要的 TCO 镀膜玻璃供应商。板硝子主要采用在线的 APCVD 镀膜工艺生产

29、 FTO 镀膜玻璃，2019-2020年板硝子先后于越南和美国各投产了一条800t/d 和600t/d 的在线TCO 镀膜产线。截至2022年 4 月，板硝子共有 8 条具有在线镀膜装置的产线（不一定全部用于生产 TCO 玻璃），总产能超过 5000t/d。图表17： 板硝子在线镀膜产线分布（截至 2022 年 4 月）：Introduction to NSG 、金晶科技金晶科技是国内超白浮法玻璃的领军企业，发展历史悠久，在玻璃深加工领域具备较强的品牌和技术优势。截至 2022 年 6 月末，公司合计拥有 12 条浮法玻璃生产线，且在 TCO玻璃镀膜领域具备核心优势，拥有自主知识产权的在线 C

30、VD 镀膜技术，目前有 2 条在产的 TCO 在线镀膜线，产能合计 1100t/d（淄博 1 条 600t、马来西亚 1 条 500t 背板线）。同时，公司在马来西亚还有 1 条 500t/d 前板产线在建，若后续需求持续快速扩张，公司在宁夏的 600t/d 产线和淄博的超白浮法玻璃产线亦可改造使用。图表18： 金晶科技超白 TCO 玻璃产品参数：金晶科技官网、耀皮玻璃板硝子的子公司皮尔金顿是耀皮玻璃的股东之一，截至 2022 年 3 月末仍然持有耀皮玻璃 10.7%的股权。2011 年板硝子与公司达成协议，在江苏常熟设立合资公司江苏皮尔金顿耀皮玻璃有限公司，通过该公司生产 TCO 镀膜玻璃，

31、该产线同样使用板硝子的在线镀膜 CVD技术。2019 年 12 月，耀皮玻璃通过了收购皮尔金顿意大利无限公司所持 50%江苏皮尔金顿耀皮玻璃有限公司股权，江苏皮尔金顿成为公司全资子公司。据公司年报，公司每年会按协议价向其股东 NSG 及其关联方采购设备和技术服务（专利），而生产出的玻璃则按市场价向其销售。据公司公告，2017-2021 年公司通过关联交易向 NSG 及其关联方销售玻璃的金额为 2000-4000 万元左右。图表19： 2017-2021 年耀皮玻璃与 NSG 及其关联方的关联交易内容及金额交易类型交易内容20172018201920202021采购技术服务费35.19391.9

32、9534.03223.6170.76采购设备购置费28.9637.17/5.1316.99销售销售玻璃3661.123659.981917.472295.944065.59注：交易金额单位为万元；2021 年前该关联方名称为皮尔金顿国际控股公司 BV 及其关联方公司公告、旗滨集团旗滨集团是国内浮法玻璃龙头企业之一，在优质浮法玻璃原片、光伏玻璃、节能建筑玻璃、高铝电子玻璃、中性硼硅药用玻璃等进行了全方位布局。2010 年公司在其在线 LOW-E 镀膜生产线上试生产出了 TCO 镀膜玻璃，具备柔性生产技术；2011-2022 年，公司位于漳州的 600t/d 和河源的 800t/d 在线镀膜 TC

33、O 产线顺利投产，但后因市场变化公司实际生产产品有所变化。公司与在线镀膜的领先公司阿克玛（ARKEMA）合作开发在线镀膜技术，是我国较早量产在线 TCO 镀膜玻璃的企业。同时，公司还具备在 LOW-E 玻璃产线上柔性生产的经验，我们认为若 TCO 玻璃需求持续放量，公司有望通过柔性生产实现更大的产量。图表20： 旗滨集团具备 TCO 在线镀膜能力的产线生产企业生产线名称日熔量（吨）最近点火时间漳州旗滨玻璃有限公司漳州二线6002019.08漳州三线6002020.11河源旗滨玻璃有限公司河源一线8002022.07资料来源：公司公告、卓创资讯、中国建材集团中国建材集团（未上市）集科研、制造、流通为一体，拥有产业、科技、成套装备、物流贸易四大业务板块的中国最大的综合性建材