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2022年，對整個世界來說，是一個充滿挑戰(zhàn)的年頭。新冠疫情尚未完全結束，俄烏危機又接踵而來，在這個復雜動蕩的國際局勢中，全球各國對能源安全的需求與日俱增。
為了應對未來日益增長的能源缺口，光伏行業(yè)迎來了爆發(fā)式的增長，同時，各家企業(yè)也在積極推進新一代光伏電池技術，以搶占市場高地。
本文將復盤電池技術的發(fā)展歷程，分析兩條主要技術路線的優(yōu)缺點，以及主流光伏公司在未來電池片迭代中的路線選擇。
光伏發(fā)電邏輯與技術迭代
在分析電池片技術迭代路線之前，我們需要先了解光伏發(fā)電的原理。
光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術，其主要原理則是半導體的光電效應：光照使不均勻半導體或半導體與金屬結合的不同部位之間產生電位差的現(xiàn)象。
光子照射到金屬上，能量可以被金屬中某個電子全部吸收，這個電子便可以從金屬表面逃逸，稱為光電子。硅原子有4個外層電子，如果在硅材料中摻入有5個外層電子的磷原子，便可以形成N型硅片；如果在硅材料中摻入有3個外層電子的硼原子，便可以形成P型硅片。”
而P型電池片與N型電池片分別由P型硅片與N型硅片通過不同的技術制備而成。
效率提升是光伏電池發(fā)展永恒不變的主題。
在這條技術升級路上，“降本”與“增效”并行不怠。
2015年之前，鋁背場(BSF)電池片占據(jù)了幾乎整個市場。
鋁背場電池是最傳統(tǒng)的電池路線：在晶硅光伏電池P-N結制備完成后，通過在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備P+層，從而形成鋁背場，形成了高低結電場，提高了開路電壓。
但鋁背場電池的耐輻照性能較差，同時其極限轉化效率只有20%，實際轉化率更低，雖然近年來產業(yè)內對BSF電池進行了工藝上的改進，但因其先天局限性，改進幅度并不大，這也成為了它注定要被取代的原因。
2015年之后，Perc電池片市占率快速提升。
Perc電池片是從常規(guī)鋁背場電池片升級而來，通過在電池背面附上介質鈍化層，成功減少了光電損失，提高轉化效率。
2015年，是光伏電池技術變革的元年，在這一年，Perc技術完成了商業(yè)化，電池量產效率首次超過鋁背場電池20%的極限轉化效率，正式進入量產階段。
轉化效率代表著更高的經濟效益。Perc電池片在量產后市占率快速提升，進入高速成長階段，市占率則由2016年的10.0%爬升至2021年的91.2%。目前已經成為市場主流的電池片制備技術。
在轉化效率方面，2021年規(guī)?；a的Perc電池平均轉換效率達到了23.1%，較2020年提高了0.3%。最高轉化效率則是由隆基綠能在2019年1月創(chuàng)造，最高效率達 24.06%（CPVT認證）。
從理論極限效率來看，據(jù)德國哈梅林太陽能研究所測算，P型單晶硅Perc電池理論極限效率為24.5%，目前已十分逼近理論極限效率，未來提升空間有限。
但目前Perc是最主流的電池片技術，據(jù)CPIA預計，到2022年PERC電池量產效率將達23.3%，產能占比將超過80%，市場份額仍將穩(wěn)居第一。
當前N型電池轉化效率優(yōu)勢明顯，將成為下一代主流方向。
前面已經介紹過N型電池片的工作原理，兩種電池的理論依據(jù)沒有本質上的差異，但由于擴散B元素和P元素在實紀工藝上存在著差異，導致二者在工業(yè)生產中面臨不同的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。
P型電池的制備工藝相對簡單，成本較低，但在轉化效率上卻與N型電池有一定差距，而N型電池的工藝較為復雜，但具有轉換效率高、無光衰、弱光效應好等優(yōu)點。
N型電池中，實現(xiàn)小規(guī)模量產的電池片技術路線主要包括TOPCon、HJT和IBC三種，其中以TOPCon與HJT兩條路線為主導，現(xiàn)處于大規(guī)模商業(yè)化的前期階段。根據(jù)CPIA預測，2030年，N型電池的市占率或將達到56%左右，前景十分廣闊。
在轉換效率上，HJT和TOPCon極限效率分別為27.5%、28.7%，兩者不相上下，但都超過了P型電池的極限效率，未來HJT疊加IBC和鈣鈦礦，可將轉換效率進一步提升至30%。遠超P型電池的轉化效率意味著更高的經濟效應。
在成本上，N型P型硅片的成本差距在逐步縮小。以中環(huán)210尺寸150μm厚硅片為例，N型硅片較P型硅片溢價率約為6%，較過去有大幅下降。HJT電池的低溫加工工藝更適合薄片化工藝，可進一步降低N型硅片的成本溢價。
隨著光伏設備和材料的國產化日趨成熟，對于更高效電池的追求成為市場的選擇，N型電池提效降本空間更大的優(yōu)勢便體現(xiàn)了出來，2021年也成為了N型電池加速量產的關鍵時點。
TOPCon vs HJT，誰搶技術先機？
盡管N型電池有多種，但目前得到大多數(shù)公司青睞，有望商業(yè)化普及的只有兩條路線。一路是以TOPCon為代表的延續(xù)性創(chuàng)新技術，工藝與P型電池時代的Perc技術一脈相傳；另一路則是以HJT為代表的顛覆性創(chuàng)新技術，其工藝更加簡單，未來提效空間大，但并不與Perc產線互通。
目前已經來到了技術迭代的時間點，開始了實戰(zhàn)的對壘階段，兩種技術各有優(yōu)劣，在性價比、工藝難度、轉換效率、未來發(fā)展等角度均有所不同。
第一：TOPCon當前更具性價比，HJT長期降本空間大。
TOPCon相比Perc工藝流程只增加2-3步，在Perc工藝技術的基礎上，只需對原有擴散爐和PECVD進行改造，或者購置LPCVD，即可完成產線升級。
而HJT則與現(xiàn)有的Perc產線不兼容，需要重置設備，加之HJT雙面都需要使用電阻率較高的低溫銀漿，耗材成本更高，在轉換效率沒有明顯差距的情況下，TOPCon更具性價比。
但是，未來伴隨著工藝的進一步成熟，下游需求增加，可通過增大產量來降低成本，同時，設備國產化、硅片薄片化、金屬化也在加速的路上，預計2023年HJT與其他電池成本差距將大幅收窄。
第二：TOPCon轉換效率居于榜首，HJT轉換效率提升空間大。
從理論極限效率來看，根據(jù)權威測試機構德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測算，TOPCon電池的理論極限效率達到 28.7%，高于HJT的27.5%，在當前實際的生產中，TOPCon轉化效率也確實優(yōu)于HJT。
但HJT未來轉換效率提升空間更大。HJT電池可以采用疊加IBC和鈣鈦礦等技術，進一步提高轉換效率，最高有望提升至30%以上。
第三：TOPCon制造工藝繁雜，HJT工藝流程極短。
TOPCon的氧化層鈍化接觸制備有超過三種不同的細分工藝路線，不同廠商制備流程不統(tǒng)一，且總工序約為12-13步，所需的設備數(shù)量、人力資源、車間面積都將高于傳統(tǒng)的PERC電池。
此外，TOPCon的硼擴散難度較高，所需溫度超過900℃，且硼在硅中的固溶度低，導致難以得到高濃度發(fā)射區(qū)，但若硼濃度太高，則會導致硼原子不激活，產生死層。
相比之下，HJT只需4道核心工序——絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO薄膜沉積、電極金屬化，相較于TOPCon來說所需設備較少，工藝相對簡單，可以快速提高產品良率。
第四：TOPCon擁有現(xiàn)在，HJT掌握未來。
從短期來看TOPCon經濟效應更高，可直接由Perc產線改造升級而成，并且當下的轉換效率更高。
從中長期來看，HJT是業(yè)內相對更認可的技術路線，伴隨著降本增效的推進，未來HJT將會更加受到青睞。
不同企業(yè)選擇不同
在光伏電池處于技術迭代的關鍵時點，各電池設備企業(yè)站在了自身生產的角度，在轉換效率和成本間做出平衡，以最大化設備的性價比。
而不同的企業(yè)又有著各自特有的情況，也導致他們選擇了不同的技術路線。
不同公司，押寶不同技術。
TOPCon產線可由Perc產線直接改進而來，對于那些有著大量Perc產線的企業(yè)有著巨大的吸引力。晶科能源、鈞達股份等公司便選擇了TOPCon，除轉換成本低之外，他們還看上了當前效率高，放量早的優(yōu)點。
據(jù)統(tǒng)計，截至2022年6月15日，國內已建成的TOPCon產能為30.55GW，在建/待建產能為178.8GW。在建產能中，預計有62.30GW產能將在年內投產。
HJT產線因其代表著未來技術方向，并需要重新購置成本，受到了“新晉玩家”的喜愛。HJT則主要是東方日升、愛康科技、邁為股份等公司在主導。
東方日升證券部人員對我們表示，“毋庸置疑我們選擇了HJT技術，我們的方向是降低HJT的成本，目前通過設備國產化、硅片輕薄化，降本已經卓有成效，在投資產出期間，我們認為HJT路線也是比較合適的，我們看好HJT技術的未來，預計明年將會有量產”。
據(jù)不完全統(tǒng)計，雖然目前國內HJT的投產產能僅為 8.1GW，且多數(shù)為中試線。但因其降本路線清晰，未來潛能較大，國內已規(guī)劃產能達到了162.7GW。
除TOPCon與HJT技術路線外，也有公司另辟蹊徑，走出了自己的道路。
在兩種技術方向的爭執(zhí)中，愛旭股份顯得格格不入?，F(xiàn)在大多數(shù)企業(yè)選擇從TOPCon、HJT技術入手，而愛旭卻直奔IBC技術路線，并以此為基礎推出N型ABC自有專利技術電池。
在與愛旭股份人員交流中，其表示即將實現(xiàn)ABC電池片的量產，“我們曾做過HJT與TOPCon的研究，但我們認為ABC是更好的選擇。ABC的轉化效率高，已達25.5%，并且采用了非銀工藝，成本預計可以與Perc打平”。
龍頭企業(yè)多管齊下。
在技術迭代的岔路口，錯誤的抉擇可能將公司推向萬劫不復。底蘊深厚的行業(yè)龍頭們自然不能選擇某種技術ALL IN。
在與隆基綠能的內部人員交流中，對方表示兩種技術在不同的階段都有優(yōu)勢，目前TOPCon技術商業(yè)化更加成熟，而HJT當下成本過高，所以已經開始推進TOPCon產線的落地。
但TOPCon產線的落地并不意味著放棄HJT，由于HJT長期降本空間較大，公司仍然在實驗室進行HJT的研發(fā)，后續(xù)還需要看設備投資與低溫銀漿成本下降幅度。
“技術的進步是很難被人為精準判斷的，還是要看實驗室中研究推進的情況如何”，隆基綠能內部人員認為。
無獨有偶，晶澳科技證券部人員也對我們表示，“目前TOPCon量產后轉化效率較高，而HJT則并沒有達到預期的轉化效率，從性價比的角度來看，對于我們公司來說HJT不具備大規(guī)模量產的條件”。
不過對方還表示，晶澳不會選擇“一條腿”走路，目前仍在加速推進HJT的研究，如果出現(xiàn)了新的突破或成本快速下降，完全可以在短期內開始HJT產線的建設，第一時間投入量產。
總的來說，光伏電池片技術迭代加速的當下，TOPCon和HJT仍將并行發(fā)展，并不存在誰更優(yōu)秀的情況。但就現(xiàn)階段量產的進度來看，TOPCon有望率先打開市場，但最終誰主沉浮還需假以時日。
“降本”與“增效”作為光伏電池片迭代的主旋律，穿插在了整個發(fā)展史中。
2022年，光伏N型電池的“大幕”已經拉開，光伏片企業(yè)又站上了技術升級的風口，選擇也擺在了公司的面前——當下性價比最高的TOPCon？未來前景明朗的HJT？更加先進的HBC技術？亦或是多管齊下，同時推進？賽道內企業(yè)的一舉一動，都會引來產業(yè)界、資本市場的關注。
TOPCon和HJT的量產競爭可能才剛剛開始，未來仍將并行發(fā)展，短期內也不存在誰絕對占優(yōu)的情況，鹿死誰手猶未可知。亦或兩者共存，你追我趕，共同推進行業(yè)的進步。
原標題：光伏大變局已到，誰會是下一代主流技術
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