未來,HJT更容易實現(xiàn)設備的標準化以及產(chǎn)線的流程化,進而推動HJT電池技術快速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應用。HJT電池四個生產(chǎn)步驟對應的設備分別為清洗制絨設備、PECVD、PVD以及絲網(wǎng)印刷機,為國產(chǎn)化替代創(chuàng)造了機遇;長期來看,硅片薄型化、設備及漿料國產(chǎn)化會共同促進HJT進入產(chǎn)能爆發(fā)期。
N型電池從TopCon到HJT
目前占據(jù)市場主流的光伏PERC電池自2012年起量產(chǎn),2018年以后呈爆發(fā)式增長,2020年市場份額達到87%;2021年,規(guī)模化生產(chǎn)的P型單晶電池均采用PERC技術,平均轉(zhuǎn)換效率達到23.1%,較上年提高0.3個百分點,采用PERC技術的多晶黑硅電池片轉(zhuǎn)換效率達到21%,較上年提高0.2個百分點,距離轉(zhuǎn)換效率極限24.5%越來越近。
考慮到P型硅片最大的問題在于硼氧復合體的光衰影響轉(zhuǎn)換效率,N型硅片正在接替P型成為下一代電池片技術的發(fā)展方向。N型硅片的少子壽命長,且金屬污染對少子為空子的N型硅片影響較小,N型硅片摻雜磷而非硼,可以從根源上消除硼氧復合體的衰減影響,因而轉(zhuǎn)換效率相比較P型硅片更高。
目前市場上較為主流的N型電池技術包括TOPCon、HJT以及IBC電池等。TOPCon極限效率為27.5%,效率更高,產(chǎn)線改造成本低,已成為未來2-3年電池技術的發(fā)展方向;HJT量產(chǎn)效率高,降本路線清晰,或?qū)⒊蔀楦L期的電池主流技術;IBC轉(zhuǎn)換上限更高,但尚不具備經(jīng)濟性。
TOPCon是2013年德國提出的一種N型單晶鈍化接觸太陽能電池,在電池背面先后制備隧穿氧化層和磷摻雜多晶硅層,形成鈍化接觸結(jié)構。在工藝技術上,TOPCon電池技術與傳統(tǒng)PERC電池的主要區(qū)別在電池背面先制備一層超薄氧化硅,然后再沉積一層摻雜硅薄層,二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構,可有效降低表面復合和金屬接觸復合。目前雙面TOPCon電池的實驗室最大效率為22.5%,單面TOPCon電池的理論極限效率約為27.1%。TOPCon電池生產(chǎn)線可在原有的PERC電池生產(chǎn)線上改造,據(jù)測算,每GW改造成本在0.5億-0.8億元,出于向N型硅片電池轉(zhuǎn)型的必要性和性價比考慮,擁有大量PERC電池產(chǎn)線設備的企業(yè)會傾向于選擇TOPCon電池作為過渡。
HJT電池全稱為本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池,是以N型單晶硅片為襯底,PECVD設備采用I-IN-P分層高品質(zhì)非晶硅鈍化連續(xù)鍍膜技術完成鍍膜,通過將N型硅片在正面依次沉積本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜,而在背面依次沉積本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成背面場,在電池正背表面沉積透明氧化物導電薄膜TCO層及金屬疊層,利用金屬柵線技術在電池正背面形成金屬電極,從而形成電流傳輸?shù)腜-N結(jié)。
相比之下,傳統(tǒng)鍍膜工藝通常采用IN-IP鍍膜工藝,在同一腔體內(nèi)完成多層薄膜沉積,容易產(chǎn)生非晶硅薄膜交叉污染的情形,需要9-10道工序,對應良率約為98.5%;TOPCon技術由于添加LPCVD、硼摻雜以及繞鍍清洗設備三道工序,工序環(huán)節(jié)的數(shù)量進一步提升,尤其是LPCVD環(huán)節(jié)導致電池片的良率僅為90%-95%,而對于1GW的電池片的生產(chǎn),3.5%良率差異對應的生產(chǎn)成本差異在500萬-600萬元。
降本潛力大
HJT的良率相對較為可控,主要優(yōu)勢體現(xiàn)在五個方面。一是低溫工藝,加工溫度低于200℃-250℃,一方面可以降低能耗,更重要的是可以大幅降低硅片的熱損傷,有利于硅片薄片化,從而降低成本;二是無PID效應,HJT采用N型襯底硅片,摻雜磷,沒有P型硅片面臨的硼氧復合、硼鐵復合問題;三是低溫度系數(shù),HJT高溫與低溫環(huán)境都表現(xiàn)出較好的溫度特性;四是雙面對稱結(jié)構,可提高電池發(fā)電收益;五是高開路電壓,本征薄膜能夠有效鈍化晶體硅與摻雜非晶硅的界面缺陷,開路電壓高于常規(guī)電池。
HJT組件效率更高,意味著電站環(huán)節(jié)單位瓦數(shù)組件所需要的支架、線纜等成本可被進一步攤薄。從電池本身的結(jié)構來看,HJT電池的雙面率大于90%,相比于PERC電池超過70%的雙面率更具優(yōu)勢,有望實現(xiàn)更高的發(fā)電量,優(yōu)勢十分突出。據(jù)SolarZoom,2020年HJT電池生產(chǎn)成本為每瓦0.9元,相比于每瓦0.72元的PERC電池,生產(chǎn)成本仍高出0.18元,主要來自硅片、銀漿和設備三個方面。HJT電池的硅片和漿料成本分別占總成本的53%和25%。以166電池片為例,單片PERC電池銀耗約90mg,單片HJT電池銀漿耗量約200mg,降低銀漿成本至關重要。
通過在銅表面包裹銀粉以替代純銀的銀包銅技術可大幅降低銀耗,通過高精串焊技術把柵線做細、做少也可減少銀耗。低溫銀漿市場有望實現(xiàn)進口替代,價格可從進口的每千克6500-6800元降低25%左右至5000元以下。據(jù)測算,國產(chǎn)化銀漿的應用和銀包銅技術推廣有望在2022年助力HJT每瓦降本約0.165元,快速縮小與PERC之間的成本差距。此外,生產(chǎn)TCO薄膜的ITO、SCOT、IWO、ICO四種主要靶材的國產(chǎn)化也會大幅降低HJT電池的成本。
中信建投預計,2022年年底,每片HJT M6電池銀耗有望下探至100-120mg;薄片化方面,預計下半年行業(yè)內(nèi)可以實現(xiàn)130微米硅片量產(chǎn),部分企業(yè)可以下探至120微米;從效率提升角度來看,年底導入雙面微晶的HJT量產(chǎn)線平均轉(zhuǎn)換效率有望提升至25.5%左右。
從非硅成本來看,PERC電池非硅成本每瓦有望降至0.2元以下,TOPCon的非硅成本也將逐步趨近于PERC,由于銀漿及靶材耗用以及設備折舊相對較高等原因,HJT的非硅成本預計仍明顯高于PERC和TOPCon;據(jù)測算,2022年年底HJT非硅成本每瓦或?qū)⒈萈ERC高出0.105元,而組件端的HJT電池合計制造成本有望達到每瓦1.8925元,略低于PERC組件成本的每瓦1.8933元。華安證券認為,未來HJT進入擴產(chǎn)階段,設備、工藝都將趨于成熟,HJT設備的革新升級都將基于一定的技術儲備和客戶基礎上進行,后入者面臨更高的客戶認證壁壘和技術壁壘,領先廠商的市場份額將持續(xù)擴大。
產(chǎn)業(yè)鏈密集布局
針對HJT電池的特性及市場前景,產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)多家企業(yè)已布局相關產(chǎn)品。設備商方面,寶馨科技2021年圍繞HJT制絨清洗機和電鍍設備進行了研發(fā)投入和試生產(chǎn),相關設備正在試生產(chǎn)過程中,并已取得意向訂單。邁為股份預計2022年HJT整體市場訂單規(guī)模將在20-30GW,擬投入23.12億元用于異質(zhì)結(jié)太陽能電池片設備產(chǎn)業(yè)化項目。
電池片方面,通威股份基于2019年投建的400MWHJT試驗研發(fā)成果,2021年新增投產(chǎn)1GWHJT中試線,并開啟了基于210尺寸的TOPCon量產(chǎn)中試;2022年4月,通威HJT產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率超過25%。晶澳科技則投資3億元用于新型金屬化工藝開發(fā)、新型鈍化膜開發(fā)以及新型透明導電膜開發(fā)等課題的研究,并對異質(zhì)結(jié)電池研發(fā)中試線進行建設,中試線于2022年5月份投產(chǎn)。2022年年初,阿特斯嘉興研究院250MW異質(zhì)結(jié)電池項目處于建設中。金剛玻璃已投資建設1.2GW大尺寸半片超高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池及組件項目,2022年5月相關產(chǎn)線在產(chǎn)能爬坡階段,微晶線HJT電池平均轉(zhuǎn)換效率達到24.95%,電池最高轉(zhuǎn)換效率已達25.2%,異質(zhì)結(jié)組件量產(chǎn)功率穩(wěn)定達到700W以上,已交付部分客戶異質(zhì)結(jié)電池銷售訂單。
雙良硅材料(包頭)有限公司近日與安徽華晟新材料有限公司簽訂了異質(zhì)結(jié)專用單晶方錠框架供應合同,約定2022年至2025年買方向賣方采購單晶方錠7800噸,預計2022-2025年銷售金額總計為30.24億元。隆基綠能近日宣布公司M6全尺寸電池光電轉(zhuǎn)換效率達26.50%,異質(zhì)結(jié)電池效率領先優(yōu)勢進一步擴大。
組件廠商則超前布局了大規(guī)模產(chǎn)能。愛康科技在浙江長興規(guī)劃高效異質(zhì)結(jié)光伏電池及組件項目,預計總投資15.32億元,一期工程的生產(chǎn)線將在2022年內(nèi)陸續(xù)轉(zhuǎn)固,二期工程的生產(chǎn)線正在投入。2021年6月,中建材在江陰臨港規(guī)劃建設5GW異質(zhì)結(jié)太陽能電池項目,總投資30億元。同年8月,華潤電力12GW高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池及組件制造項目于舟山啟動,該項目總投資110億元,總建筑面積56萬平方米,預計到2025年建成達產(chǎn)。