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鈣鈦礦：產(chǎn)業(yè)化潛質(zhì)？以史為鑒，期待未來的3-5年
復(fù)盤歷史，光伏市場(chǎng)需求由政策驅(qū)動(dòng)向市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)外驅(qū)向內(nèi)驅(qū)發(fā)展
(1).政策驅(qū)動(dòng)期：國內(nèi)PERC產(chǎn)能、光伏裝機(jī)量高速發(fā)展。在PERC發(fā)展初期，國外主導(dǎo)核心技術(shù)和產(chǎn)能，而國內(nèi)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，主要受歐美市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)。2012年，在歐債危機(jī)和“雙反”調(diào)查的影響下，全球光伏產(chǎn)業(yè)陷入低谷，同年，國家“863‖專項(xiàng)啟動(dòng)，對(duì)PERC電池效率、量產(chǎn)規(guī)模等作出指示，標(biāo)志國內(nèi)PERC正式進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。2013-2014年，為應(yīng)對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期的高成本，國家推出多項(xiàng)補(bǔ)貼政策扶持企業(yè)，吸引大批新興參與者布局，光伏需求回暖。2015年，在“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”刺激下，積極推動(dòng)技術(shù)轉(zhuǎn)型，財(cái)政支持先進(jìn)技術(shù)研發(fā)，PERC產(chǎn)能全球領(lǐng)先。2016-2017年，“十三五”規(guī)劃刺激下，搶裝潮迅速推高需求節(jié)奏，同時(shí)產(chǎn)能超預(yù)期擴(kuò)張，供需關(guān)系偏向過剩，同期HJT、TOPCon、鈣鈦礦等開始出現(xiàn)中試線。PERC發(fā)展初期多受政策驅(qū)動(dòng)，國內(nèi)廠商主要引進(jìn)國外成熟先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，主要是產(chǎn)業(yè)規(guī)?；厔?shì)，而產(chǎn)能擴(kuò)張后周期中，疊加電池技術(shù)進(jìn)步，促進(jìn)新舊產(chǎn)能替換、新技術(shù)的萌芽。
(2).市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)期：補(bǔ)貼退潮，“平價(jià)上網(wǎng)”造就光伏產(chǎn)業(yè)第二增長曲線。2018年，“531‖新政明確光伏產(chǎn)業(yè)“平價(jià)上網(wǎng)”，政策扶持收緊、補(bǔ)貼退坡，光伏企業(yè)加速技術(shù)革新，加速落后產(chǎn)能和技術(shù)出局，光伏產(chǎn)業(yè)由規(guī)?；蚋哔|(zhì)量、高效益發(fā)展，“降本增效”興起，技術(shù)呈多元化“萌芽期”。2019-2020年，平價(jià)上網(wǎng)臨近，光伏技術(shù)多點(diǎn)突破，其中HJT產(chǎn)能出現(xiàn)大規(guī)模規(guī)劃并有更多中試產(chǎn)線開工。隨著硅料、輔材、設(shè)備等技術(shù)迭代，PERC電池成本優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)，進(jìn)入爆發(fā)式發(fā)展階段。2021年至今，PERC持續(xù)擴(kuò)張，N型技術(shù)效率提升凸顯性價(jià)比，N型路線投產(chǎn)開始白熱化，加速進(jìn)入商業(yè)化，TOPCon投建積極，HJT逐步發(fā)力，鈣鈦礦技術(shù)突破并出現(xiàn)小規(guī)模投產(chǎn)探路。在碳中和、節(jié)能減排的全球共識(shí)下，光伏需求迅速攀升，產(chǎn)業(yè)受資本市場(chǎng)關(guān)注度攀升。
借鑒PERC、異質(zhì)結(jié)電池量產(chǎn)進(jìn)程，鈣鈦礦處于商業(yè)化前瞻階段
參考PERC電池發(fā)展歷程，鈣鈦礦電池處于“試產(chǎn)期”。PERC電池發(fā)展至今有3個(gè)重要時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2012年，晶澳科技首先進(jìn)行PERC電池小批量試產(chǎn)，效率達(dá)到20.3%；2015年，PERC電池量產(chǎn)平均效率超BSF電池技術(shù)瓶頸，頭部企業(yè)實(shí)現(xiàn)批量化穩(wěn)定生產(chǎn)，產(chǎn)能首次達(dá)到世界首位，次年正式開啟產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)；2017年，PERC電池進(jìn)入爆發(fā)期，成為國內(nèi)最主流的光伏電池技術(shù)，高利潤驅(qū)動(dòng)產(chǎn)能高速擴(kuò)張，至2019年市場(chǎng)份額達(dá)到國內(nèi)第一，核心設(shè)備脫離對(duì)國外技術(shù)的依賴，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代。而目前，鈣鈦礦太陽能電池企業(yè)仍處布局、投產(chǎn)中試線和產(chǎn)能規(guī)劃階段，參考PERC電池頭部企業(yè)晶澳科技，自試產(chǎn)至規(guī)?；慨a(chǎn)大約需要3年時(shí)間。疊加PERC電池核心設(shè)備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代時(shí)間，實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)大約還需要5年時(shí)間，但鈣鈦礦設(shè)備相較PERC時(shí)代的國產(chǎn)自主可控程度更高，時(shí)間有望縮至3-5年。
對(duì)標(biāo)3年前異質(zhì)結(jié)電池進(jìn)程，鈣鈦礦電池或等待3年進(jìn)入量產(chǎn)。異質(zhì)結(jié)電池起步略早于鈣鈦礦電池，國內(nèi)廠商中，晉能科技首先于2017年布局并投產(chǎn)100MW異質(zhì)結(jié)中試線，次年，中智電力、鈞石能源、國家電投等企業(yè)跟進(jìn)布局。隨著先發(fā)企業(yè)的試產(chǎn)成功，2019-2020年，通威股份、愛康科技等20余家企業(yè)宣布總計(jì)超52GW產(chǎn)能規(guī)劃，部分企業(yè)啟動(dòng)GW級(jí)異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線。2021年，異質(zhì)結(jié)電池已建產(chǎn)能超5GW，量產(chǎn)平均效率超24%。截止目前，異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)能規(guī)劃規(guī)模已超190GW，降本路徑清晰，有望進(jìn)入下一發(fā)展階段。
從產(chǎn)能進(jìn)程角度來看，鈣鈦礦太陽能電池目前仍處于試產(chǎn)籌備階段。2020-2021年，協(xié)鑫光電、纖納光電等頭部企業(yè)已投產(chǎn)百兆瓦級(jí)鈣鈦礦中試線，2022年，寧德時(shí)代、仁爍光能等跟進(jìn)啟動(dòng)中試線。目前鈣鈦礦參與企業(yè)少、規(guī)模小，與2018-2019年的異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展較相似，至今間隔約3年實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，因此對(duì)標(biāo)異質(zhì)結(jié)電池的發(fā)展歷史，疊加海內(nèi)外光伏裝機(jī)需求持續(xù)旺盛，或留給新技術(shù)更多的驗(yàn)證窗口，進(jìn)入規(guī)模量產(chǎn)階段仍可期待3年時(shí)間。
國內(nèi)鈣鈦礦的技術(shù)儲(chǔ)備豐富，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)，逐步開啟商業(yè)化探路
薄膜電池里面為什么看好鈣鈦礦？經(jīng)濟(jì)性高于其他薄膜電池，學(xué)術(shù)/產(chǎn)業(yè)界推動(dòng)鈣鈦礦電池研究。以CIGS薄膜電池為例，2015年凱盛科技在蚌埠投資100億元建設(shè)1.5GW量產(chǎn)線，2017年杭州錦江集團(tuán)斥資12億元建設(shè)150MW量產(chǎn)線，均遠(yuǎn)高于纖納光電對(duì)鈣鈦礦電池約11億/GW的單位投資，同樣砷化鎵、碲化鎘等薄膜電池成本也顯著高于鈣鈦礦電池。鈣鈦礦的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)，極大推動(dòng)產(chǎn)業(yè)和科研院所布局，根據(jù)智慧芽專利數(shù)據(jù)庫對(duì)“鈣鈦礦+太陽能/光伏”的有效或?qū)彶橹袑＠臋z索，國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)為纖納光電，擁有300+個(gè)相關(guān)專利，協(xié)鑫、隆基、天合、通威等頭部企業(yè)也紛紛搶占研發(fā)先機(jī)。領(lǐng)先科研院所為中科院體系內(nèi)各研究所，專利個(gè)數(shù)高達(dá)240個(gè)，蘇州大學(xué)、電子科技大學(xué)等院校在鈣鈦礦電池的實(shí)驗(yàn)室研究也走在前列。
鈣鈦礦-晶硅疊層電池為主要研發(fā)方向，HJT+鈣鈦礦疊層產(chǎn)業(yè)化前景可期。在智慧芽數(shù)據(jù)庫約180篇鈣鈦礦疊層電池專利中，70%是鈣鈦礦疊晶硅電池，以研究不同結(jié)構(gòu)、材料、制備方法提升電池效率、穩(wěn)定性，便于工業(yè)化生產(chǎn)為主。而其中又有約1/3的專利為異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦疊層，其余部分由未限定晶硅電池類型和少量的PERC+TOPCon構(gòu)成。HJT電池對(duì)短波段的光吸收較差，與鈣鈦礦疊層效率會(huì)有更大提升，且有天然的復(fù)合層，結(jié)構(gòu)上更適合疊層電池。HJT+鈣鈦礦疊層產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快的為華晟新能源，已完成HJT+鈣鈦礦疊層中試線并實(shí)現(xiàn)M6大面積鈣鈦礦疊層制備，協(xié)鑫光電以及隆基、通威、愛旭、阿特斯等頭部企業(yè)各自有相關(guān)專利布局，纖納光電曾在2021年底與三峽科研院聯(lián)合開發(fā)PERC+鈣鈦礦四端子疊層組件，效率達(dá)26.63%，但在HJT疊層上還未公布相關(guān)動(dòng)作。
鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)開啟商業(yè)化探路，規(guī)劃產(chǎn)能合計(jì)超27GW。盡管瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院EPFL、牛津光伏、日本松下集團(tuán)等海外機(jī)構(gòu)的研發(fā)成果領(lǐng)先，但國內(nèi)鈣鈦礦的技術(shù)轉(zhuǎn)化速度領(lǐng)先，且技術(shù)儲(chǔ)備和資本等因素都具備的情況下，鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)化可以迅速實(shí)現(xiàn)從0到1的飛躍。纖納光電等頭部廠商已接近或開啟商業(yè)化探路階段。
協(xié)鑫光電：最早聚焦于鈣鈦礦的團(tuán)隊(duì)，騰訊創(chuàng)投和寧德時(shí)代參股，實(shí)現(xiàn)45*65cm尺寸17%的實(shí)驗(yàn)室效率，擁有43項(xiàng)授權(quán)和審查中的發(fā)明專利及35項(xiàng)實(shí)用新型專利，100MW量產(chǎn)線22年投產(chǎn)。
纖納光電：與協(xié)鑫光電有著類似的發(fā)展路徑，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快，在2022年7月實(shí)現(xiàn)alpha組件量產(chǎn)并出貨給地面光伏電站使用，實(shí)現(xiàn)了全球首款鈣鈦礦組件商業(yè)化應(yīng)用，開啟商業(yè)化探路。
極電光能：背靠長城控股集團(tuán)，預(yù)計(jì)年內(nèi)完成150MW試制線，進(jìn)度追平協(xié)鑫光電。
各種高效電池技術(shù)市場(chǎng)規(guī)模及格局
01TOPCon
根據(jù)TOPCon電池制備過程，TOPCon制造與設(shè)備國內(nèi)廠商主要有捷佳偉創(chuàng)、聆達(dá)股份、帝科股份、金辰股份、奧特維等。國外太陽能電池生產(chǎn)設(shè)備核心廠商主要包括Rena Technologies（德國濕法化學(xué)表面處理設(shè)備制造商，2022年8月退出中國并將其太陽能業(yè)務(wù)以5千萬歐元價(jià)格出售給濕化學(xué)設(shè)備制造商普達(dá)特科技有限公司）、Meyer Burger（瑞士光伏組件制造商）、ASYS Group（德國亞系集團(tuán)為光伏組件制造商）、Singulus（德國光伏、半導(dǎo)體和光盤制造設(shè)備制造商）和YAC（日本光伏電池片清洗制絨設(shè)備企業(yè)）等。
擁有TOPCon電池技術(shù)的廠商主要有中來股份、天合光能、晶科能源、晶澳科技、捷泰科技（已被“鈞達(dá)股份”收購為全資子公司）、江蘇潤陽、隆基股份、愛旭股份、通威股份、東方日升、阿特斯等。
TOPCon產(chǎn)能主要來自于新增投產(chǎn)和PERC產(chǎn)線改造，隨著設(shè)備國產(chǎn)化、材料與工藝成熟度提升。根據(jù)市場(chǎng)融資情況來看，TOPCon將在2022-2024年迎來密集擴(kuò)產(chǎn)期。中信證券預(yù)計(jì)，2025年TOPCon設(shè)備投資將超240億元，四年合計(jì)投資超700億元。
02HIT/HJT
根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前HJT國內(nèi)規(guī)劃產(chǎn)能超60GW，新老電池片廠商均有開始布局。制備HJT電池流程中所需的國內(nèi)外設(shè)備提供商與TOPCon設(shè)備廠重合度較高，主要包括邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、金辰股份、RENA、YAC等。
HJT電池生產(chǎn)廠商主要包括安徽華晟、明陽智能、金剛玻璃、愛康科技、潤陽集團(tuán)等已紛紛開始布局，歷史包袱較輕。傳統(tǒng)電池片廠商中，通威太陽能（金堂）、晶澳科技、東方日升、阿特斯、天合光能等也已相繼進(jìn)入，加速從PERC向HJT的轉(zhuǎn)型。
HJT電池整體發(fā)展仍在實(shí)驗(yàn)室優(yōu)化到商業(yè)化量產(chǎn)的驗(yàn)證階段。根據(jù)公開市場(chǎng)消息，整體進(jìn)最快的是安徽華晟，該公司目前已率先將微晶工藝與銀包銅工藝用于產(chǎn)品量產(chǎn)，已向全球超過20個(gè)國家和地區(qū)的客戶交付超過300MW異質(zhì)結(jié)產(chǎn)品。根據(jù)公司公告，公司一期、二期異質(zhì)結(jié)電池以及組件項(xiàng)目已全面投入運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)高效硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池與組件產(chǎn)能各2.7GW。疊加近期宣布疊加的4.8GW擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃，華晟2023年合計(jì)HJT電池產(chǎn)能將至少突破7.5GW。
據(jù)《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》（2021年版）預(yù)測(cè)，到2030年，HJT電池在光伏電池市場(chǎng)的占比將從2021年的不足3%增長到30%左右。結(jié)合前瞻產(chǎn)業(yè)研究院對(duì)光伏組件市場(chǎng)規(guī)模的預(yù)測(cè)，2021年-2030年間，HJT電池的年市場(chǎng)規(guī)模的增長量將超過1900億元，年均市場(chǎng)規(guī)模在1000億元左右。
03IBC
隨著技術(shù)的不斷革新，N型高效單晶硅電池優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)，具有優(yōu)異的光利用率的IBC叉指背接觸太陽能電池結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是高效晶硅太陽能電池研發(fā)的必要條件。由于IBC可與多種技術(shù)相疊加，疊加時(shí)增量主要是掩膜開槽等簡單步驟，因此TOPCon、HJT技術(shù)不斷向前推進(jìn)客觀上也有利于IBC技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。
然而，不管是IBC技術(shù)鼻祖SunPower公司還是其他IBC太陽電池生產(chǎn)供應(yīng)商均面臨生產(chǎn)成本高的問題，這就使IBC的市場(chǎng)比較局限，如何降低成本是IBC電池面臨的主要問題。
根據(jù)公開信息，目前P型IBC電池轉(zhuǎn)化率可達(dá)24.5%，N型為25.5%。目前市場(chǎng)中N型和P型IBC都有研發(fā)，但均未量產(chǎn)。N型國內(nèi)尚無有規(guī)模生產(chǎn)線，因此較難計(jì)算成本。
根據(jù)華鑫證券預(yù)測(cè)，初步估計(jì)改良后P型IBC電池與PERC/TOPCon成本較為接近，龍頭企業(yè)規(guī)?；少彛档屯顿Y成本，預(yù)計(jì)每GW投資額約在1.9-2.1億元。預(yù)計(jì)到2025年全球光伏電池產(chǎn)能將達(dá)到864GW，其中P型電池產(chǎn)線產(chǎn)能占到70%，N型電池產(chǎn)能占到30%。
若龍頭企業(yè)（隆基綠能）能夠?qū)型IBC產(chǎn)線順利調(diào)試出貨，其產(chǎn)能有望快速擴(kuò)張，預(yù)計(jì)2025年P(guān)型IBC產(chǎn)能將達(dá)到97GW，占到P型產(chǎn)線的16%，占到光伏電池總產(chǎn)能的11.2%。
04鈣鈦礦疊層電池
在理論極限轉(zhuǎn)換效率上，HJT和TOPCon極限效率分別為27.5%、28.7%，但是相比之下，鈣鈦礦電池單層電池、晶硅/鈣鈦礦雙節(jié)疊層電池、三節(jié)層電池的理論轉(zhuǎn)換極值分別可達(dá)到31%、35%、45%，轉(zhuǎn)換效率隨著鈣鈦礦材料的疊加使用，轉(zhuǎn)換效率不斷提升至新的高度。如果在鈣鈦礦中摻雜新型材料，鈣鈦礦電池的轉(zhuǎn)換效率最高可達(dá)到50%，約為目前晶硅電池轉(zhuǎn)換效率兩倍以上。
中國鈣鈦礦電池上游包括原材料和設(shè)備，原材料主要有鈣鈦礦、TCO玻璃、吸光材料等；設(shè)備包括涂布機(jī)、清洗機(jī)、鍍膜設(shè)備、激光設(shè)備、輔助設(shè)備等；中游為鈣鈦礦電池提供商；下游應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)、LED、金屬空氣電池、催化劑、磁制冷材料、氣敏材料等。
其中，中游設(shè)計(jì)鈣鈦礦電池生產(chǎn)及設(shè)備制造的企業(yè)包括大族激光、捷佳偉創(chuàng)、京山輕機(jī)、萬潤股份、隆基綠能、纖納光電、協(xié)鑫集成、通威股份、安徽華晟等。
根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(huì)CPIA數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2022年鈣鈦礦電池新增產(chǎn)能將達(dá)0.4GW，2030年將達(dá)161GW。2022年鈣鈦礦電池滲透率為0.1%，2030年將增長至30%。
原標(biāo)題：顛覆與被顛覆：鈣鈦礦 VS PERC VS 異質(zhì)結(jié)
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...