降損提效馬不停蹄，多技術(shù)并行或?qū)㈤_啟

首個(gè)光伏電池誕生至今已有近 70 年歷史,到 2019 年,單晶 PERC 電池成為光 伏行業(yè)的主流技術(shù),其良好的光電轉(zhuǎn)換效率表現(xiàn)成為推動(dòng)太陽能發(fā)電與傳統(tǒng)能源 “平價(jià)”的關(guān)鍵因素。不過目前業(yè)內(nèi) PERC 電池量產(chǎn)效率已經(jīng)普遍超過 23%, 越來越接近 24.5%左右的其理論極限,而實(shí)驗(yàn)室記錄也已經(jīng)較長時(shí)間未再有突破。因此產(chǎn)業(yè)界都已紛紛將重點(diǎn)投向?qū)π乱淮髁麟姵丶夹g(shù)的開發(fā),各大龍頭企 業(yè)的新一代電池技術(shù)也將陸續(xù)在年內(nèi)相繼亮相市場,路線不盡相同。

 主流的高效 PERC 電池運(yùn)用了多種表面鈍化手段。產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)方法已經(jīng)相當(dāng)成熟。N 型 TOPCon 和 HJT 為近年來最受關(guān)注的新興高效電池技術(shù)代表,此前產(chǎn)業(yè)化的主要問題在于成本過高,經(jīng)濟(jì)性不足,但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,目前已開始步入成熟階段。今年以來,組件端一體化龍頭企業(yè)已陸續(xù)對(duì)前者啟動(dòng)大規(guī)模的投產(chǎn) 和擴(kuò)產(chǎn)行動(dòng),標(biāo)志著 N 型技術(shù)電池進(jìn)入規(guī)?；慨a(chǎn)“元年”,而后者的規(guī)模量產(chǎn)也在加速推進(jìn)。

 TOPCon 電池為鈍化接觸技術(shù)新興代表,與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容性較高。TOPCon 電池理論效率上限高,提出時(shí)間較短,但發(fā)展迅速根據(jù)選擇性接觸理論的研究推算, 雙面鈍化結(jié)構(gòu)的 TOPCon 電池的最高理論轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到 28.7%,接近晶硅電池的上限,也略為高出 HJT 電池的 28.5%,而 PERC 電池僅為 24.5%,即便是僅進(jìn)行背面鈍化, TOPCon 電池的理論效率也可以達(dá)到 27.1%。從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)情況來看,近年來業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)和知名研究機(jī)構(gòu)都已能很好地將 TOPCon 電池效率開發(fā)到 25%以上,今年以來,天合、晶科接連刷新大面積電池記錄,目前已經(jīng)能達(dá)到 25.7%,而在相對(duì)容易達(dá)到更高效率的小面積電池方面, 德國 ISE 在 2019 年已突破了 26.0%的水平。

 TOPCon 與 PERC 電池在結(jié)構(gòu)方面一定的相似性也帶來了設(shè)備和工藝上的相容性。前者的正面與后者的背面膜層及金屬化方式一致,兩面最外側(cè)也都是氮化硅減反鈍化層,前道的清洗制絨工藝也相同。產(chǎn)線方面的兼容性成為 TOPCon 電池在產(chǎn)業(yè)化推廣時(shí)的一項(xiàng)重要優(yōu)勢,特別是在當(dāng)前行業(yè)里存量 PERC產(chǎn)能大量存在的情況下,只需對(duì)產(chǎn)線進(jìn)行升級(jí)即可,投入也比新建產(chǎn)線小不少,因此原有企業(yè)也更有動(dòng)力在技術(shù)上進(jìn)行投入和突破。

TOPCon 電池的優(yōu)勢和潛力近年來吸引了大量企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化研發(fā)投入,目前總體由行業(yè)內(nèi)的原有資深企業(yè)主導(dǎo),但也有部分新興企業(yè)大力投入,并持續(xù)取得重要突破。 目前來看,業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)的研發(fā)效率均已能達(dá)到 25%以上,量產(chǎn)線效率也基本突破 24.5%。產(chǎn)能方面,根據(jù)我們統(tǒng)計(jì)目前行業(yè)里已經(jīng)在建和籌建中的新產(chǎn)能有大約 183GW, 也已有龍頭企業(yè)已建成超 10GW 的大規(guī)模量產(chǎn)線,其他企業(yè)也在快速推進(jìn),預(yù)計(jì)隨技術(shù)的不斷成熟、終端經(jīng)濟(jì)性的體現(xiàn),新規(guī)模化產(chǎn)能的建設(shè)還將加速,包括部分已有新電池?cái)U(kuò)產(chǎn)計(jì)劃,但尚未決定具體技術(shù)路線的企業(yè),以及擁有大量待升級(jí)存量 PERC 產(chǎn)能的企業(yè),都有望快速跟進(jìn)。

 晶科能源作為全球四大組件一體化龍頭之一,于去年 11月推出使用 N 型 TOPCon 電池的組件產(chǎn)品 Tiger Neo,公司近年間在 TOPCon 技術(shù)上的投入相對(duì)篤定,并快速取得突破,多次打破轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄,今年 4 月以 25.7%的效 率再次刷新紀(jì)錄,量產(chǎn)線效率也達(dá)到 24.5%以上。 在規(guī)模化產(chǎn)能建設(shè)方面,晶科目前已經(jīng)擁有16GW 的 TOPCon 的產(chǎn)能,正在建設(shè)和籌備的新產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá) 19GW,大步走在行業(yè)之前。公司 2019 年就已建立了 900MW 中試線,去年開始建設(shè)海寧尖山和安徽合肥兩大生產(chǎn)基地,一期項(xiàng)目各 8GW,均在 Q1 時(shí)投產(chǎn),目前已滿產(chǎn),同時(shí)公司于 6月底啟動(dòng)了尖山 11GW 二 期項(xiàng)目,合肥的二期電池項(xiàng)目也已經(jīng)在籌備中。在市場推廣方面,今年以來晶科 TOPCon 組件已經(jīng)至少 7 次中標(biāo)央國企組件招標(biāo)項(xiàng)目,成為 N 型電池元年的先行者.

  天合光能早在 2015 年就已經(jīng)開始了 TOPCon 電池的研發(fā), 2019 年就發(fā)布了采用此電池技術(shù)的組件產(chǎn)品 i-TOPCon,后中試線規(guī)模達(dá) 500MW。今年 3 月,天合國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布其 210 大尺寸 TOPCon 電池最高 效率達(dá)到 25.5%,創(chuàng)造了新的大尺寸世界紀(jì)錄,量產(chǎn)線效率也在 24.5%以上。規(guī) ?；a(chǎn)能方面,天合于今年 4 月啟動(dòng)了宿遷 8GW TOPCon 電池項(xiàng)目,預(yù)計(jì)年內(nèi) 實(shí)現(xiàn)投產(chǎn),而 6 月新開工的西寧產(chǎn)業(yè)園中規(guī)劃有 10GW 的 N 型電池產(chǎn)能,在全 行業(yè)推廣順利的情況下較大可能繼續(xù)采用 TOPCon 路線。  

  晶澳科技在 5 月發(fā)布了 DeepBlue 4.0 X 組件,采用名為“Bycium+ 倍秀”的 TOPCon 電池,量產(chǎn)效率可達(dá)到 24.8%以上。實(shí)際上,公司在 2020 年 時(shí)TOPCon電池的效率已能接近24%。規(guī)?；a(chǎn)能方面,而寧晉1.3GW TOPCon 電池產(chǎn)能預(yù)計(jì)將在近期實(shí)現(xiàn)投產(chǎn),到年底左右預(yù)計(jì)公司將擁有 6.5GW 產(chǎn)能。此 外,公司分別在 5、6 月分別公布了曲靖和揚(yáng)州兩個(gè) 10GW 新電池項(xiàng)目。

 電池龍頭通威股份 4 月初也公布了 32GW 高效晶硅電池新項(xiàng)目,將分兩期建設(shè),尚未明確技術(shù),由于公司在 TOPCon、HJT 等新電池領(lǐng)域都有不少 投入,若 TOPCon 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣順利,則可能會(huì)有較大比例選擇這種技術(shù)路 線,而公司的存量電池產(chǎn)線也有望批量化進(jìn)行改造。

 此外,中來股份為組件背板行業(yè)龍頭,2019 年公司開始大力對(duì)新型電池及組件業(yè) 務(wù)進(jìn)行研發(fā)布局,選定 TOPCon 技術(shù)路線,當(dāng)年便實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)效率 23.5%,當(dāng)前 自主研發(fā)的 TOPCon2.0 電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率也可達(dá)到 24.5%,采用創(chuàng)新性的 POPAID 工藝路線,目前已累計(jì)出貨 5GW 的 TOPCon 組件產(chǎn)品。產(chǎn)能方面,公 司目前已經(jīng)建成約 7.6GW,其中泰州基地共有 3.6GW 的產(chǎn)能,同時(shí)山西 16GW 電池項(xiàng)目處于持續(xù)建設(shè)中,一期 8GW 中的 4GW 已于今年 6 月底投產(chǎn)。 (2)一道新能源于 2018 成立,為發(fā)展迅速的新興電池組件企業(yè)代表。公司在 創(chuàng)立之初便以N型技術(shù)作為布局核心,目前TOPCon電池實(shí)驗(yàn)效率可達(dá)25.5%, 量產(chǎn)效率也超過 24.6%。公司 2019 年已建成 1.2GW 的 TOPCon 產(chǎn)能,到 2021 證券研究報(bào)告 請(qǐng)務(wù)必閱讀正文后免責(zé)條款部分 27 年底達(dá)到 6GW,按規(guī)劃預(yù)計(jì) 2022/23 年底將達(dá)到 20/30GW。近期,公司 N 型 組件中標(biāo)央企華能集團(tuán)項(xiàng)目,已正式簽約,并向市場推出“DAON”品牌 3 個(gè)系 列高效 N 型組件新品。

 從經(jīng)濟(jì)性和市場推廣角度來分析,TOPCon 電池的制造成本目前仍高于 PERC, 主要在于設(shè)備成本、漿料銀耗等方面,但差距已相對(duì)不大,在主要的新電池技術(shù)中最為領(lǐng)先。

 HJT 電池可以擁有很高的轉(zhuǎn)化效率,主要與其結(jié)合兩種不同特性的材料和良好的表面鈍化效果有關(guān):1HJT 電池較大的效率潛力吸引了國內(nèi)外諸多機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究突破,從近年的實(shí)驗(yàn) 室研發(fā)結(jié)果來看,大面積的電池轉(zhuǎn)化效率都已能比較輕易的突破 25%,開路電 壓已普遍接近或超過 750mV,今年隆基更是將最高記錄刷新至 26.5%HJT 電池另一個(gè)優(yōu)勢在于較突出的發(fā)電量增益效果,

主要體現(xiàn)在:

1)溫度系數(shù) 明顯低于其他主要電池技術(shù),即高溫下發(fā)電能力更強(qiáng),原因在于較高的開路電壓, 

2)雙面發(fā)電能力突出,主要在于其天然對(duì)稱的電池結(jié)構(gòu),

3)弱光響應(yīng)能力強(qiáng), 主要系其結(jié)合了薄膜電池的特點(diǎn),非晶硅材料對(duì)弱光的吸收效應(yīng)強(qiáng)制造成本偏高問題尚在解決,設(shè)備、銀耗、硅片和靶材為重點(diǎn)突破方向。

綜合來看,目前全行業(yè)已有的 HJT 產(chǎn)能預(yù)計(jì)已突破 10GW,但單一公司產(chǎn)能體 量都還不大,在建和規(guī)劃的產(chǎn)能也達(dá)到了約 190GW,但其中實(shí)際在建且穩(wěn)定推 進(jìn)的項(xiàng)目相對(duì)有限,若年內(nèi)多方面技術(shù)能穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)突破,讓成本問題得到解決, 預(yù)計(jì)行業(yè)產(chǎn)能的快速擴(kuò)張將會(huì)很快形成。

 另一方面,如果在電池結(jié)構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新,著眼于光學(xué)損失的降低,即使沿用 PERC 電池的相關(guān)鈍化技術(shù),也能夠帶來較好的轉(zhuǎn)化效率的突破,其中最典型的一類就 是將所有電極都轉(zhuǎn)移至背光面的背接觸(BC)電池,實(shí)際上也為 P 型電池下一 步發(fā)展帶來可能性。IBC(叉指式背接觸電池)電池是最具代表性的一種背接觸電池,最早于 1975 年 提出,后主要由美國 SunPower 公司實(shí)現(xiàn)商業(yè)化突破。IBC 電池的核心特點(diǎn)在于前表面無金屬柵線,可以全面積無遮擋地吸收太陽光, 因此正面轉(zhuǎn)化效率能達(dá)到很高的值,這是通過將發(fā)射極放到電池背面區(qū)域,形成 間隔排列的帶狀區(qū)域來實(shí)現(xiàn)的,同時(shí)正負(fù)細(xì)柵電極在背面也就呈現(xiàn)出交叉分布的 狀態(tài)。另一方面,由于柵線都在背面,就能通過更大的寬度或密度來降低串聯(lián)電 阻,進(jìn)一步提效。當(dāng)前來看,商業(yè)化的 IBC 電池效率已可以達(dá)到 25%。 此外,對(duì)于 PN 結(jié)在背面的電池,還存在一個(gè)重要優(yōu)勢,即襯底硅片更容易減薄, 這與載流子收集率有關(guān),目前 IBC 電池使用的硅片厚度約在 130μm 左右。 

 BC 電池獨(dú)特的結(jié)構(gòu)較大程度增加了制作難度,也導(dǎo)致生產(chǎn)成本居高不下,關(guān)鍵 就是如何在背表面制作出間隔排列的 p 型與 n 型摻雜區(qū)域,并在上面形成金屬 化接觸和柵線。 

 以 IBC 為代表的背接觸電池正好契合了分布式光伏的差異化特點(diǎn)。一方面,極 強(qiáng)的單面發(fā)電能力和高電池封裝密度可以在有限的面積和組件數(shù)量下發(fā)出更多 的電,另一方面,正面無柵線的特點(diǎn)也更符合美學(xué)特征,并能更好地融入到建筑 設(shè)計(jì)之中。分布式市場發(fā)展蓬勃、空間廣闊,為背接觸電池的推廣提供了良好的條件。近年 來,全球分布式光伏市場發(fā)展相對(duì)迅速,根據(jù) IEA 數(shù)據(jù),屋頂光伏年新增裝機(jī)占 比已從 2018 年不足 35%提升到 2021 年接近 45%的水平,意味著分布式光伏已 達(dá)到總體市場一半左右的水平。今國內(nèi)方面,分布式光伏增長勢頭同樣強(qiáng)勁,去年在整體裝機(jī)中的占比歷史上首次 超過了集中式,今年以來一直持續(xù),上半年則超過 60%,這主要系分布式系統(tǒng)造 價(jià)更低,在當(dāng)前硅料供應(yīng)不足導(dǎo)致價(jià)格高企的情況下,對(duì)組件價(jià)格接受度相對(duì)較 高,不過長期來看分布式確已成為與集中式并駕齊驅(qū)的主要市場。自主進(jìn)行研究的國內(nèi)企業(yè)方面:1)天合光能,2011 年時(shí)便與海外學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu) 聯(lián)合研發(fā) IBC 電池,2014 年以 24.4%的轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)下世界紀(jì)錄,2018 年自主 研發(fā)的大面積 N 型 IBC 電池成為國內(nèi)首個(gè)經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證效率超過 25%的電 池,2)國電投黃河水電,從 2016 年開始設(shè)立 200MW 的 IBC 產(chǎn)線,當(dāng)年轉(zhuǎn)換 效率達(dá)到 18.3%,今年 2 月公布 IBC 電池量產(chǎn)效率突破 24.1%,3)愛旭股份, 于去年 6 月 SNEC 推出最新研發(fā)的 ABC 電池,采用的就是正面無柵線的背接觸 結(jié)構(gòu),量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到 25.5%,并推進(jìn) 300MW 中試線,今年 6 月發(fā)布四款 使用 ABC 電池的組件,而珠海 6.5GW N 型新世代電池也預(yù)計(jì)將在下半年投產(chǎn), 4)晶澳科技在 2019 年的 SNEC 也展出過 IBC 電池產(chǎn)品,此外海潤光伏早期也 曾在 IBC 電池領(lǐng)域有所建樹。

 值得一提的是,一體化組件龍頭隆基綠能今年以來多次表示將推出針對(duì)分布式應(yīng)用市場的新產(chǎn)品,結(jié)合此前分析,有較大可能也為類似 IBC 的背接觸電池。預(yù)計(jì) 隨國內(nèi)外企業(yè),特別是龍頭公司的持續(xù)研發(fā)推動(dòng)下,背接觸電池有望進(jìn)一步邁向 更廣闊的大眾市場。IBC 電池若與 HJT 電池中非晶硅鈍化層結(jié)合可以形成 HBC 電池,這樣可以同時(shí) 發(fā)揮 BC 電池完全利用正面光線和 HJT 電池高開路電壓的優(yōu)勢;若與 TOPCon 電池中的隧穿/多晶鈍化層結(jié)合則能會(huì)成為 TBC 電池(或稱 POLO-IBC)。以上兩類電池的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)化效率皆已突破 26%,其中日本 Kaneka 公司 2017 年開發(fā) 出效率為 26.63%的大面積 HBC 電池,成為目前晶硅太陽能電池研發(fā)效率的最高水平。 

 從產(chǎn)業(yè)化的角度分析,雖然多技術(shù)的疊加帶來了轉(zhuǎn)換效率的提升,但成本也會(huì)相 應(yīng)大幅增加,例如需要同時(shí)用到多種技術(shù)路線的設(shè)備,工藝流程也將變得更加繁瑣復(fù)雜,而在 IBC 和 HJT 本身制作成本就高出主流 PERC 電池很多的情況下, 問題會(huì)更加突出。因此預(yù)計(jì)只有當(dāng)各獨(dú)立技術(shù)路線本身已具備經(jīng)濟(jì)性,可以成熟 產(chǎn)業(yè)化時(shí),HBC 和 TBC 電池才有望達(dá)到量產(chǎn)條件。

 最后,從更長遠(yuǎn)來看,多種技術(shù)的疊加可能是光伏電池邁向更高轉(zhuǎn)化效率水平的 根本方法,其中備受矚目的一個(gè)重要方向就是晶硅電池技術(shù)與鈣鈦礦電池技術(shù)的結(jié)合,二者可以形成上下兩層甚至多層的疊層電池,更大程度的利用太陽光譜現(xiàn) 29%以上的轉(zhuǎn)化效率。主流 PERC 電池的效率瓶頸已越發(fā)明顯,以 TOPCon、BC 為代表的新一代規(guī)模 化量產(chǎn)技術(shù)也在年內(nèi)展現(xiàn)出良好勢頭,預(yù)期將帶來轉(zhuǎn)換效率的又一次跨越,在經(jīng)濟(jì)性持續(xù)增強(qiáng)下產(chǎn)業(yè)化有望加速實(shí)現(xiàn)。電池技術(shù)的順利升級(jí)有望加速光伏對(duì)傳統(tǒng)能源的替代,進(jìn)一步打開產(chǎn)業(yè)整體的成長空間。