文｜光伏頭條
關(guān)于電池技術(shù)，誰都想走出自己的路線，這也是龍頭企業(yè)必爭之處。
根據(jù)原材料和電池制備技術(shù)的不同，光伏電池分為P型電池和N型電池。P型硅片是在硅料中摻雜硼元素制成，電池制備技術(shù)有傳統(tǒng)的AL-BSF（鋁背場）和PERC技術(shù)；N型硅片是在硅材料中摻雜磷元素制成。N型電池制備技術(shù)較多，包括PERT/PERL、TOPCon、IBC和HJT（異質(zhì)結(jié)）等。
光伏技術(shù)迭代迅猛，推動(dòng)光伏發(fā)電成本十年下降90%以上
1、PERC電池：量產(chǎn)十年，未來三年仍有望主導(dǎo)市場
1989年澳洲新南威爾士大學(xué)的馬丁·格林教授研究組公開研究成果，實(shí)現(xiàn)了22.8%的實(shí)驗(yàn)室效率，但當(dāng)時(shí)并未引起重視。直到2006年，PERC電池背面鈍化的AlOx介質(zhì)膜的鈍化作用引起重視，PERC技術(shù)開始逐步走向產(chǎn)業(yè)化。
2012年國家863項(xiàng)目的實(shí)施，正式吹響了我國PERC電池產(chǎn)業(yè)化的號角，2013年我國PERC電池進(jìn)入商業(yè)化和量產(chǎn)化的基礎(chǔ)階段。其中晶澳作為國內(nèi)首家打通PERC產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，其批量試產(chǎn)效率達(dá)到 20.3%，并率先實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。到2020年，PERC電池在全球市場中的占比已經(jīng)超過85%，且目前以雙面PERC為主。但PERC電池的效率極限在24.5%，目前PERC電池的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近極限了，故為了降本增效，電池企業(yè)必須再次謀求技術(shù)突破，TOPCon繼而出現(xiàn)。
優(yōu)勢分析：
PERC電池是發(fā)射極及背面鈍化電池技術(shù)，采用了鈍化膜來鈍化背面，取代了傳統(tǒng)的全鋁背場，增強(qiáng)光線在硅基的內(nèi)背反射，降低了背面的復(fù)合速率，從而使電池的效率提升0.5%-1%。
劣勢分析：
PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，并且未能徹底解決以P型硅片為基底的電池所產(chǎn)生的光衰現(xiàn)象，導(dǎo)致P型PERC單晶電池效率很難再有大幅度的提升。
2021年是電池技術(shù)變革的拐點(diǎn)之年，光伏行業(yè)唯一的主旋律就是降本增效，N型電池由于轉(zhuǎn)換效率高，開始逐步登上舞臺(tái)，被人們所接納。根據(jù)ISFH的數(shù)據(jù)，PERC、HJT、TOPCon電池的理論極限效率分別為24.5%、27.5%、28.7%。
2、TOPCon：備受追捧，2023年產(chǎn)能將占31.43%
2013年，TOPCon技術(shù)概念由德國Frauhofer研究所提出，并于2015年研發(fā)出效率達(dá)到25.1%的新一代TOPCon電池。
2017年，在Fraunhofer研究所在實(shí)驗(yàn)室，TOPcon電池上取得了25.8%的效率記錄。2019年，天合光能在面積為244.62平方厘米的n型襯底上制備出正面最高效率為24.58%的實(shí)驗(yàn)室電池，并通過了德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)下屬的檢測實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證。同年，天合光能 i-TOPCon雙面電池大規(guī)模量產(chǎn)正面平均轉(zhuǎn)換效率突破23%。
2018年起，國內(nèi)廠商積極布局TOPCon技術(shù)。晶科能源在大面積商用硅片襯底上制備的N型TOPCon電池最高效率達(dá)到了24.19%，2019年天合光能自主研發(fā)的i-TOPCon技術(shù)在大面積單/多晶電池上都打破了實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄，轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了24.58%和23.22%；
2021年，隆基綠能在單晶硅片商業(yè)化尺寸 TOPCon 電池效率上首次突破25%，N型TOPCon轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 25.21%，2022 年晶科能源自主研發(fā)的182 N型高效單晶硅電池最高效率達(dá)到了 25.7%，TOPCon 電池或開始了規(guī)?；瘧?yīng)用。
行業(yè)目前處于P型電池向N型電池的升級迭代。
N型電池時(shí)代，Topcon電池大受市場追捧，2023年產(chǎn)能占比將達(dá)31.43% 。
優(yōu)勢分析：
TOPCon最大的吸引力在于其能最大限度的保留和利用傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，可以在傳統(tǒng)PERC設(shè)備上升級改造，且單GW改造成本在0.6-0.8億元左右。所以傳統(tǒng)企業(yè)如隆基、晶科、天合在TOPCon布局上相對更積極。TOPCon主要新增設(shè)備為非晶硅沉積的 LPCVD/PECVD設(shè)備以及鍍膜設(shè)備。
劣勢分析：
技術(shù)路線的問題是制約TOPCon量產(chǎn)的重要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。短期雖然性價(jià)比占優(yōu)，但是中長期不如HJT。
3、HJT：光伏效率王者，無奈制造成本太高
HJT是獨(dú)立于PERC和TOPCon的技術(shù)路線，也是業(yè)內(nèi)目前關(guān)注度最高的電池技術(shù)路線。
1974年德國馬爾堡大學(xué)的Walther Fuhs在論文中首次提出HJT（即異質(zhì)結(jié)）結(jié)構(gòu)，并于1983年成功研制出HJT電池，其轉(zhuǎn)換效率為12.3%，90年代日本三洋通過技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)效率突破15%并申請了HJT結(jié)構(gòu)專利。
1997年，三洋開始向市場提供HJT系統(tǒng)，其電池片和組件效率分別達(dá)到16.4%和14.4%，2003年其實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到了21.3%。此后HJT技術(shù)一直被三洋壟斷，期間各國也在積極開展對 HJT 技術(shù)的研究；
2010 年松下（收購三洋）的HJT專利到期后，國內(nèi)外諸多廠商紛紛開啟了HJT的工業(yè)化進(jìn)程，期間松下于2011年達(dá)到23.7%的效率，于2014年轉(zhuǎn)換效率最高已達(dá)24.7%，KANEKA 于2015年突破記錄達(dá)到25.1%的實(shí)驗(yàn)室效率；
2017年晉能科技成為了國內(nèi)最早試生產(chǎn) HJT 電池的廠商，此后越來越多的企業(yè)開始進(jìn)入中試生產(chǎn)階段，到 2019 年已有多家國內(nèi)廠商宣布GW級HJT產(chǎn)能規(guī)劃。2021 年隆基綠能的研究團(tuán)隊(duì)更新 HJT 電池的理論極限效率至28.5%，并刷新紀(jì)錄達(dá)到26.3%的實(shí)驗(yàn)室效率。
2022 年隆基在全尺寸(M6 尺寸， 面積 274.3cm)單晶硅片上，創(chuàng)造了轉(zhuǎn)換效率為 25.47%的大尺寸 P 型光伏電池效 率世界紀(jì)錄，進(jìn)一步驗(yàn)證了低成本異質(zhì)結(jié)量產(chǎn)技術(shù)的可行性。
隨著光伏項(xiàng)目日益增多，土地資源逐漸緊缺，對高效電池、組件的需求不斷增加，越來越多的項(xiàng)目開始選用n型高效雙面組件。在n型諸多技術(shù)路線中，HJT憑借更少的生產(chǎn)工序、更高的背面率、更低的溫度系數(shù)，成為許多電站投資企業(yè)、電池組件龍頭和設(shè)備制造商關(guān)注的重點(diǎn)。
優(yōu)勢分析：
HJT的轉(zhuǎn)化效率極限在27.5%-29%，若其與鈣鈦礦電池形成疊層，可以達(dá)到29%的效率。
劣勢分析：
成本比TOPCon要高。但是未來隨著工藝進(jìn)一步成熟，下游需求放量，國產(chǎn)化進(jìn)程加速，低溫銀漿會(huì)逐漸國產(chǎn)化，成本有望持續(xù)下降，2019年低溫銀漿成本在0.17元/W，2025年有望降至0.06元/W。
4、IBC：轉(zhuǎn)換效率更高、外形美觀且具備經(jīng)濟(jì)性的平臺(tái)型技術(shù)，但技術(shù)難度頗高
IBC是一種背結(jié)背接觸的光伏電池結(jié)構(gòu)，由SunPower首次提出，距今已有近40年歷史。其正面采用SiNx/SiOx雙層減反鈍化薄膜，無金屬柵線；而發(fā)射極、背場以及對應(yīng)的正負(fù)金屬電極呈叉指狀集成在電池背面。由于正面沒有柵線遮擋，因此能夠最大限度的利用入射光，增加有效發(fā)光面積，減少光學(xué)損失，繼而達(dá)到提高光電轉(zhuǎn)換效率的目的。
IBC的理論轉(zhuǎn)換效率極限為29.1%，高于TOPCon和HJT的28.7%和28.5%；受益于單面結(jié)構(gòu)，IBC還可以與TOPCon、HJT、鈣鈦礦等電池技術(shù)疊加，形成轉(zhuǎn)換效率更高的TBC、HBC以及PSC IBC，因此也被譽(yù)為是一項(xiàng)“平臺(tái)技術(shù)”；在極限轉(zhuǎn)換效率更高的同時(shí)，IBC也具備較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)業(yè)內(nèi)專家的測算，目前TOPCon和HJT的單W成本較PERC高0.04-0.05元/W和0.2元/W，而完全掌握IBC生產(chǎn)工藝的企業(yè)，成本能夠做到與PERC持平。
此外，IBC由于正面無柵線遮擋，外形較為美觀，更適用于戶用場景以及BIPV等分布式市場。
復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，尤其是存在較多類半導(dǎo)體工藝，是導(dǎo)致其“擁簇”較少的核心原因。
優(yōu)勢分析：
疊加工藝上具備潛力，如其可以與HJT進(jìn)行結(jié)合，制備成HBC電池，能夠繼續(xù)提升效率至26%以上。
劣勢分析：
工藝更復(fù)雜，難度更大，成本更高，所以短期量產(chǎn)會(huì)有一定的困難。
電池技術(shù)之爭，你方唱罷我方登場
1、PERC電池預(yù)計(jì)將仍是主角？
PERC技術(shù)的優(yōu)勢一是將電池轉(zhuǎn)化效率提高了1到1.5個(gè)百分點(diǎn)，更重要的是和現(xiàn)有的電池生產(chǎn)線有高度的兼容性，即老產(chǎn)線升級到perc產(chǎn)線非常方便，只需要增添2套設(shè)備：背面鈍化處理和激光開槽設(shè)備。
PERC技術(shù)基于其強(qiáng)大的性價(jià)比優(yōu)勢，以及產(chǎn)能布局，預(yù)計(jì)未來三年依舊是行業(yè)內(nèi)的主流技術(shù)，各廠家也會(huì)積極提效降本來延長它的生命周期。
n型電池由于具備更高的效率潛力，其占有率也在逐年提升，尤其TOPCon電池和異質(zhì)結(jié)電池。
這兩類技術(shù)都需要新建或改造產(chǎn)線，相比于PERC電池生產(chǎn)線1.5~2億元/GW的投資成本，TOPCon的新線投資成本要高出30%左右，即使升級改造現(xiàn)有PERC產(chǎn)線，其綜合投資成本也高出PERC產(chǎn)線的20%左右，異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線的單位投資成本甚至更高，為PERC的2倍以上。
基于高投資成本，其擴(kuò)張速度相比于之前PERC替代BSF電池則要慢得多；除成本問題之外，n型技術(shù)還需要一步步的積累與多次驗(yàn)證，才能在未來接過行業(yè)主導(dǎo)的接力棒，給行業(yè)和客戶提供更多價(jià)值。在此之前，PERC依舊會(huì)是光伏市場的主角。
HPBC產(chǎn)品相比TOPcon和HJT產(chǎn)品，在電池的穩(wěn)定效率方面表現(xiàn)最優(yōu)。
P-IBC技術(shù)是P型高效技術(shù)的延續(xù)，它結(jié)合了PERC電池，TOPcon電池和IBC電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，將P型電池的效率潛力發(fā)揮到最大，成本優(yōu)勢突出，目前也已具備量產(chǎn)性價(jià)比。
2、n型賽道開局，光伏新一輪技術(shù)之爭一觸即發(fā)
對于N型電池，前面所講包括TOPCon和HJT。到底是不是TOPCon贏在當(dāng)下，而HJT贏在未來？
1）工藝不同。
PERC電池由于金屬電極與硅襯底直接接觸，會(huì)產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，對效率產(chǎn)生負(fù)面影響。TOPCon電池就是通過在金屬電極接觸區(qū)域，制備一層超薄隧穿氧化層和高摻雜的多晶硅薄膜，形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提升發(fā)電效率。
PERC的工序基本在9個(gè)；TOPCon在PERC的基礎(chǔ)上多了3個(gè)環(huán)節(jié)左右，共約12道工序，主要是增加在制結(jié)這一環(huán)節(jié)。因此成本過高。
HJT相比于TOPCon工藝步驟少，僅有四步，分別為：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO薄膜沉積、電極金屬化。理論而言，工藝步驟少，可以提高產(chǎn)品良率以及節(jié)約部分生產(chǎn)成本，所以在這方面HJT是優(yōu)于TOPCon的。
2）成本不同。
但從短期看TOPCon可以沿用目前的生產(chǎn)線，改造成本較低，使其具備一定優(yōu)勢。HJT作為一種與現(xiàn)有產(chǎn)線不兼容的全新電池結(jié)構(gòu)，效率起點(diǎn)高，未來提升空間大，但當(dāng)前還面臨成本壓力問題。
3）玩家不同。
HJT相較于TOPCon而言新玩家布局更為積極，因?yàn)樾峦婕覜]有舊有PERC設(shè)備的包袱，所以更傾向布局HJT。未來隨著工藝進(jìn)一步成熟，下游需求放量，國產(chǎn)化進(jìn)程加速，低溫銀漿會(huì)逐漸國產(chǎn)化，成本有望持續(xù)下降，2019年低溫銀漿成本在0.17元/W，2025年有望降至0.06元/W。
3、IBC與其它電池使出的組合拳
IBC電池慢慢形成了三大工藝路線：1）以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝；2）以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝；由于POLO-IBC工藝復(fù)雜，業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝（TOPCon-IBC）；3）以Kaneka為代表的HBC電池工藝（IBC-SHJ）；ISFH 的POLO-IBC 26.1%， Kaneka 公司研發(fā)的 IBC-HJT電池，打破單結(jié)晶硅電池世界紀(jì)錄，效率達(dá) 26.6%。
IBC若進(jìn)一步與TOPCon或HJT結(jié)合，則需要在相關(guān)環(huán)節(jié)疊加關(guān)鍵工藝步驟。
近期IBC技術(shù)也全新亮相。IBC組件量產(chǎn)效率高達(dá)23.5%，最大功率720W；同等受光面積下，相較目前主流P型組件，全生命周期發(fā)電量提高11.6%，BOS成本降低3%。
只是，未來兩到三年內(nèi)PERC技術(shù)預(yù)計(jì)仍將占據(jù)主流可謂業(yè)內(nèi)普遍共識，但n型技術(shù)的超預(yù)期進(jìn)展也讓新一輪技術(shù)迭代加速，電池制造企業(yè)將再次站在選擇路口。