光伏設(shè)備行業(yè)深度研究-光伏電池片趨勢及設(shè)備空間探討

光伏設(shè)備行業(yè)深度研究：光伏電池片趨勢及設(shè)備空間探討1

高效晶硅電池邁入新時代1.1

歷經(jīng)兩代工藝變革，N型電池產(chǎn)業(yè)化呼之欲出晶體硅電池正由

2.5

時代向

3.0

時代前行。太陽電池的工作原理為光生伏特效應(yīng)，太陽光照射半導(dǎo)體

P-N結(jié)，P-N結(jié)兩端產(chǎn)生電壓，即光生電壓。晶體硅太陽電池占據(jù)太陽電池份額約

95%，是目前產(chǎn)業(yè)化水平與可靠

性最高的光伏電池類型。①第一代（2005

年~2018

年）常規(guī)

P型電池：2020

年，傳統(tǒng)

BSF電池（鋁背場電池）市占率已降至

8.8%，

基本面臨淘汰。②第二代（2016

年~至今）PERC與

PERC+電池：2016

年前后，隨著

PERC電池產(chǎn)業(yè)接受度的爆發(fā)，行業(yè)

進(jìn)入

2.0

時代。PERC電池在傳統(tǒng)鋁背場工藝基礎(chǔ)上增加了背鈍化與激光開槽，其中，背鈍化的目的主要為了克

服背表面光學(xué)損失與電學(xué)損失。更進(jìn)一步，在

PERC基礎(chǔ)上，以擴(kuò)散后的

PSG層為磷源，利用激光的可選擇性

加熱的優(yōu)勢，對正表面進(jìn)行二次摻雜（磷），從而形成選擇性重?fù)降?/p>

N++層。SE技術(shù)的引入使得

PERC電池進(jìn)

一步升級為

PERC+，開啟

2.5

時代并延續(xù)至今（2020

年單晶

PERC/PERC+市占率

86.4%，BSF下降至

8.8%）。

現(xiàn)階段，PERC+電池產(chǎn)業(yè)化配套成熟，仍然是最具經(jīng)濟(jì)性的電池技術(shù)，量產(chǎn)線轉(zhuǎn)換效率達(dá)到

23.0%~23.2%左右。

另一方面，其也逐步逼近量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率上限，行業(yè)開始探尋下一代高效晶硅太陽電池。③第三代（即將開啟規(guī)模產(chǎn)業(yè)化）TOPCon、HJT等

N型電池：基于對于更高轉(zhuǎn)換效率的不斷追求，N型

電池將逐步開始替代

P型電池，這也正是目前我們所處的階段。P型電池?cái)U(kuò)散磷形成

N+/P結(jié)構(gòu)，雖然擴(kuò)散工藝

簡單但是面臨轉(zhuǎn)換效率上限較低的問題；N型電池?cái)U(kuò)散硼形成

P+/N結(jié)構(gòu)，具有高少子壽命、無光致衰減的優(yōu)點(diǎn)。

N型電池代表包括

TOPCon、HJT等。TOPCon：在電池背表面制備隧穿氧化層與高摻雜的多晶硅薄層。HJT：在晶體硅上沉積非晶硅薄膜，工

藝流程簡化、但要求更為嚴(yán)苛，是具有最佳技術(shù)延展性的發(fā)展方向。IBC為交叉背接觸電池，將非晶硅鈍化技

術(shù)應(yīng)用于

IBC即演變?yōu)?/p>

HBC電池；在

IBC基礎(chǔ)上疊加鈍化接觸技術(shù)，即演變?yōu)?/p>

TBC電池。高效晶硅太陽能電池現(xiàn)狀綜合評價：①PERC+：目前經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢最為明顯，但是由于

PERC+是

P型電池技術(shù)，進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)換效率的空間有限。

同時，光衰相對嚴(yán)重，尤其是背面的衰減問題。②TOPCon：相較于

PERC+工序有所增加，主要為硼擴(kuò)與多晶硅鈍化，但與存量產(chǎn)能具有較好的設(shè)備兼容

性。TOPCon電池仍然為高溫工藝電池，不適宜做薄片化，而硅片作為電池片成本的最大構(gòu)成，其未來降本路

徑受到一定限制。③HJT：天然的雙面發(fā)電電池，雙面率＞95%；低溫工藝電池，適宜做薄片化，降本潛力大；溫度系數(shù)較

小，高溫環(huán)境下衰減較小，發(fā)電量相對較高；本征非晶硅鈍化，開路電壓較大。當(dāng)然，HJT亟待解決的方面主

要在于成本的持續(xù)優(yōu)化，從

2021

年的行業(yè)發(fā)展來看，設(shè)備國產(chǎn)化進(jìn)展順利，預(yù)計(jì)至

2022

年年末有望降至

3.5

億元/GW水平；薄片化方面，210

半片預(yù)計(jì)厚度將減薄至

120

微米；2022

年行業(yè)將持續(xù)探索金屬化環(huán)節(jié)對于銀

漿耗量的節(jié)省，材料角度包括銀包銅、銅電鍍等；印刷技術(shù)角度包括激光轉(zhuǎn)印、鋼板印刷等。④IBC：實(shí)現(xiàn)正面完全無柵線遮擋，相較于常規(guī)電池可以獲得更高的電流，但制作工藝較為復(fù)雜。1.2

表面鈍化是提效的核心路徑，HJT實(shí)現(xiàn)雙面無接觸太陽能電池工作的原理為光生伏特效應(yīng)，光吸收后產(chǎn)生電子—空穴對，電子與空穴漂移至相應(yīng)電荷選擇界

面處，在界面處分開形成正負(fù)電荷，電荷的收集使界面兩邊形成電勢差，即電壓。外接電路時，電荷流動形成

通路，從而產(chǎn)生電流。表面鈍化技術(shù)的優(yōu)化是高效晶硅電池提效的核心路徑。切割硅片過程中會發(fā)生硅片表面晶格的破壞。硅原

子周期性排列的破壞導(dǎo)致懸掛鍵的存在，從而形成復(fù)合中心。鈍化即通過技術(shù)優(yōu)化將上述缺陷失去活性，達(dá)到

減少電荷載流子表面復(fù)合的目的。高效晶硅電池技術(shù)升級，包括

TOPCon、HJT等電池工藝在內(nèi)，均是圍繞表

面鈍化技術(shù)展開。從技術(shù)演變路徑來看，①BSF電池升級為

PERC電池即背面接觸升級為背面線接觸；②PERC電池升級為

TOPCon電池即背面線接觸升級為背面無接觸；③TOPCon電池升級為

HJT電池即背面無接觸升

級為雙面無接觸。目前產(chǎn)業(yè)化（或未來有望產(chǎn)業(yè)化）的高效晶體硅太陽能電池在表面鈍化方面的技術(shù)特點(diǎn)分別為：①PERC（P型）：發(fā)射極和背面鈍化電池，在常規(guī)

BSF電池基礎(chǔ)上加入背面鈍化層（氧化鋁）降低背表面

復(fù)合，通過激光開槽形成局部背電極。②TOPCon（N型）：隧穿氧化層鈍化接觸電池，在

N型硅片背面沉積一層極薄的氧化硅層，再沉積一層重

摻多晶硅薄膜，實(shí)現(xiàn)背面的隧穿鈍化提高開路電壓。③HJT（N型）：在

N型硅片基底基礎(chǔ)上采用非晶硅形成異質(zhì)結(jié)并作為鈍化層，異質(zhì)結(jié)開路電壓相對更高，

最外層制備透明導(dǎo)電氧化物層（TCO）。④TBC（N型）：IBC（指交叉背接觸電池）的優(yōu)點(diǎn)為正面無柵線遮擋，電流有所提高。IBC與

TOPCon結(jié)

合，疊加鈍化接觸技術(shù)形成

TBC電池。⑤HBC（N型）：IBC（指交叉背接觸電池）的優(yōu)點(diǎn)為正面無柵線遮擋，電流有所提高。IBC與

HJT結(jié)合，

采用非晶硅鈍化層形成

HBC電池。1.3

高效晶硅電池下游客戶接受度最終由

LCOE決定高效晶硅電池下游客戶接受度取決于核心指標(biāo)度電成本（LCOE）。度電成本=（全生命周期成本）÷（全

生命周期發(fā)電量）。光伏發(fā)電項(xiàng)目的成本包括初期投資成本、運(yùn)營維護(hù)成本、財(cái)務(wù)成本、稅務(wù)成本。對于終端客

戶而言，LCOE的追求意味著全生命周期中電站對于組件穩(wěn)定性、可靠性、發(fā)電效率的綜合評判。LCOE影響因素眾多，核心是圍繞系統(tǒng)成本（初期投資成本主要構(gòu)成）與發(fā)電量。終端消費(fèi)者傾向于選擇

擁有全生命周期內(nèi)更高發(fā)電效益、更低

BOM成本的技術(shù)路線。以

HJT組件為例，現(xiàn)階段初始投資相對較高，

但也必須重視其

90%~95%的高雙面率、低衰減、弱光效應(yīng)良好、無

LID/PID效應(yīng)等特性，從全生命周期維度來

看，上述優(yōu)勢將攤薄其

LCOE。N型電池組價成本高于

P型，海外市場接受度高于國內(nèi)。我們強(qiáng)調(diào)，對于終端客戶而言，最終比較的是

LCOE，

相對而言海外市場對于

N型電池組件的接受度更高一些。作為初始投資成本重要構(gòu)成的組件產(chǎn)品價格，我們采

用

PVinfoLink的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析：①組件產(chǎn)品價差：目前

TOPCon組件產(chǎn)品價格相較于

PERC高

0.13

元/W~0.15

元/W；HJT組件產(chǎn)品價格相

較于

PERC高

0.35

元/W以上。對于

N型電池組件而言，盡快通過降本增效降低其初始投資成本，從而更大程

度體現(xiàn)其

LCOE優(yōu)勢至關(guān)重要。②雙面組件滲透率持續(xù)提升，預(yù)計(jì)

2022

年占比達(dá)到

50%：預(yù)計(jì)未來將有更多的雙面項(xiàng)目選擇

N型組件，

主要由于其較高的雙面率、更低的溫度系數(shù)優(yōu)勢等。2021

年

12

月，一道新能行業(yè)首發(fā)

N型電池組件報價。單晶

N型

182

雙面電池（主流效率＞24.5%），人民

幣報價

1.21

元/W，美金報價

0.169

美元/W；單晶

N型

182

雙面雙玻組件（主流功率＞550W），人民幣報價

1.99

元/W，美金報價

0.278

美元/W。1.4

預(yù)計(jì)

2022

年

PERC+將接近量產(chǎn)效率上限晶硅電池轉(zhuǎn)換效率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。1954

年，貝爾實(shí)驗(yàn)室

G.Pearson與

D.Charpin研制成功

6%轉(zhuǎn)換效率的首

個具備實(shí)用價值的單晶硅太陽電池。1985

年，澳大利亞新南威爾士大學(xué)硅太陽電池效率突破

20%，1999

年其宣

布單晶硅太陽電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到

24.7%，2009

年太陽光譜修正后達(dá)到

25%并將此記錄保持了

15

年，其為單晶硅

太陽電池研究的里程碑事件。2014

年，日本

Panasoni