产业链密集布局 光伏电池HJT产业化加速

来源:证券市场周刊 2022-08-03 07:21中投网 A-A+

   以P型硅片为基础的PERC光伏电池系目前主流的电池片技术,但其极限转换效率仅有24.5%,效率提升的瓶颈愈发明显。相比之下,HJT电池工艺流程简化、降本提效路径清晰,被认为是最具长期发展空间的N型电池技术路线。HJT电池的双面率在95%以上,具有天然的双面发电优势,电池采用低温工艺,适宜做薄片化,降本潜力大。而且,HJT制备工序简单,主要为清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO制备和电极制备,相较于9道工序的PERC电池以及12道工序的TopCon电池,良率较高。

  未来,HJT更容易实现设备的标准化以及产线的流程化,进而推动HJT电池技术快速实现产业化应用。HJT电池四个生产步骤对应的设备分别为清洗制绒设备、PECVD、PVD以及丝网印刷机,为国产化替代创造了机遇;长期来看,硅片薄型化、设备及浆料国产化会共同促进HJT进入产能爆发期。

  N型电池从TopCon到HJT

  目前占据市场主流的光伏PERC电池自2012年起量产,2018年以后呈爆发式增长,2020年市场份额达到87%;2021年,规模化生产的P型单晶电池均采用PERC技术,平均转换效率达到23.1%,较上年提高0.3个百分点,采用PERC技术的多晶黑硅电池片转换效率达到21%,较上年提高0.2个百分点,距离转换效率极限24.5%越来越近。

  考虑到P型硅片最大的问题在于硼氧复合体的光衰影响转换效率,N型硅片正在接替P型成为下一代电池片技术的发展方向。N型硅片的少子寿命长,且金属污染对少子为空子的N型硅片影响较小,N型硅片掺杂磷而非硼,可以从根源上消除硼氧复合体的衰减影响,因而转换效率相比较P型硅片更高。

  目前市场上较为主流的N型电池技术包括TOPCon、HJT以及IBC电池等。TOPCon极限效率为27.5%,效率更高,产线改造成本低,已成为未来2-3年电池技术的发展方向;HJT量产效率高,降本路线清晰,或将成为更长期的电池主流技术;IBC转换上限更高,但尚不具备经济性。

  TOPCon是2013年德国提出的一种N型单晶钝化接触太阳能电池,在电池背面先后制备隧穿氧化层和磷掺杂多晶硅层,形成钝化接触结构。在工艺技术上,TOPCon电池技术与传统PERC电池的主要区别在电池背面先制备一层超薄氧化硅,然后再沉积一层掺杂硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构,可有效降低表面复合和金属接触复合。目前双面TOPCon电池的实验室最大效率为22.5%,单面TOPCon电池的理论极限效率约为27.1%。TOPCon电池生产线可在原有的PERC电池生产线上改造,据测算,每GW改造成本在0.5亿-0.8亿元,出于向N型硅片电池转型的必要性和性价比考虑,拥有大量PERC电池产线设备的企业会倾向于选择TOPCon电池作为过渡。

  HJT电池全称为本征薄膜异质结电池,是以N型单晶硅片为衬底,PECVD设备采用I-IN-P分层高品质非晶硅钝化连续镀膜技术完成镀膜,通过将N型硅片在正面依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜,而在背面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成背面场,在电池正背表面沉积透明氧化物导电薄膜TCO层及金属叠层,利用金属栅线技术在电池正背面形成金属电极,从而形成电流传输的P-N结。

  相比之下,传统镀膜工艺通常采用IN-IP镀膜工艺,在同一腔体内完成多层薄膜沉积,容易产生非晶硅薄膜交叉污染的情形,需要9-10道工序,对应良率约为98.5%;TOPCon技术由于添加LPCVD、硼掺杂以及绕镀清洗设备三道工序,工序环节的数量进一步提升,尤其是LPCVD环节导致电池片的良率仅为90%-95%,而对于1GW的电池片的生产,3.5%良率差异对应的生产成本差异在500万-600万元。

  降本潜力大

  HJT的良率相对较为可控,主要优势体现在五个方面。一是低温工艺,加工温度低于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热损伤,有利于硅片薄片化,从而降低成本;二是无PID效应,HJT采用N型衬底硅片,掺杂磷,没有P型硅片面临的硼氧复合、硼铁复合问题;三是低温度系数,HJT高温与低温环境都表现出较好的温度特性;四是双面对称结构,可提高电池发电收益;五是高开路电压,本征薄膜能够有效钝化晶体硅与掺杂非晶硅的界面缺陷,开路电压高于常规电池。

  HJT组件效率更高,意味着电站环节单位瓦数组件所需要的支架、线缆等成本可被进一步摊薄。从电池本身的结构来看,HJT电池的双面率大于90%,相比于PERC电池超过70%的双面率更具优势,有望实现更高的发电量,优势十分突出。据SolarZoom,2020年HJT电池生产成本为每瓦0.9元,相比于每瓦0.72元的PERC电池,生产成本仍高出0.18元,主要来自硅片、银浆和设备三个方面。HJT电池的硅片和浆料成本分别占总成本的53%和25%。以166电池片为例,单片PERC电池银耗约90mg,单片HJT电池银浆耗量约200mg,降低银浆成本至关重要。

  通过在铜表面包裹银粉以替代纯银的银包技术可大幅降低银耗,通过高精串焊技术把栅线做细、做少也可减少银耗。低温银浆市场有望实现进口替代,价格可从进口的每千克6500-6800元降低25%左右至5000元以下。据测算,国产化银浆的应用和银包技术推广有望在2022年助力HJT每瓦降本约0.165元,快速缩小与PERC之间的成本差距。此外,生产TCO薄膜的ITO、SCOT、IWO、ICO四种主要靶材的国产化也会大幅降低HJT电池的成本。

  中信建投预计,2022年年底,每片HJT M6电池银耗有望下探至100-120mg;薄片化方面,预计下半年行业内可以实现130微米硅片量产,部分企业可以下探至120微米;从效率提升角度来看,年底导入双面微晶的HJT量产线平均转换效率有望提升至25.5%左右。

  从非硅成本来看,PERC电池非硅成本每瓦有望降至0.2元以下,TOPCon的非硅成本也将逐步趋近于PERC,由于银浆及靶材耗用以及设备折旧相对较高等原因,HJT的非硅成本预计仍明显高于PERC和TOPCon;据测算,2022年年底HJT非硅成本每瓦或将比PERC高出0.105元,而组件端的HJT电池合计制造成本有望达到每瓦1.8925元,略低于PERC组件成本的每瓦1.8933元。华安证券认为,未来HJT进入扩产阶段,设备、工艺都将趋于成熟,HJT设备的革新升级都将基于一定的技术储备和客户基础上进行,后入者面临更高的客户认证壁垒和技术壁垒,领先厂商的市场份额将持续扩大。

  产业链密集布局

  针对HJT电池的特性及市场前景,产业链内多家企业已布局相关产品。设备商方面,宝馨科技2021年围绕HJT制绒清洗机和电镀设备进行了研发投入和试生产,相关设备正在试生产过程中,并已取得意向订单。迈为股份预计2022年HJT整体市场订单规模将在20-30GW,拟投入23.12亿元用于异质结太阳能电池片设备产业化项目。

  电池片方面,通威股份基于2019年投建的400MWHJT试验研发成果,2021年新增投产1GWHJT中试线,并开启了基于210尺寸的TOPCon量产中试;2022年4月,通威HJT产品的转换效率超过25%。晶澳科技则投资3亿元用于新型金属化工艺开发、新型钝化膜开发以及新型透明导电膜开发等课题的研究,并对异质结电池研发中试线进行建设,中试线于2022年5月份投产。2022年年初,阿特斯嘉兴研究院250MW异质结电池项目处于建设中。金刚玻璃已投资建设1.2GW大尺寸半片超高效异质结太阳能电池及组件项目,2022年5月相关产线在产能爬坡阶段,微晶线HJT电池平均转换效率达到24.95%,电池最高转换效率已达25.2%,异质结组件量产功率稳定达到700W以上,已交付部分客户异质结电池销售订单。

  双良硅材料(包头)有限公司近日与安徽华晟新材料有限公司签订了异质结专用单晶方锭框架供应合同,约定2022年至2025年买方向卖方采购单晶方锭7800吨,预计2022-2025年销售金额总计为30.24亿元。隆基绿能近日宣布公司M6全尺寸电池光电转换效率达26.50%,异质结电池效率领先优势进一步扩大。

  组件厂商则超前布局了大规模产能。爱康科技在浙江长兴规划高效异质结光伏电池及组件项目,预计总投资15.32亿元,一期工程的生产线将在2022年内陆续转固,二期工程的生产线正在投入。2021年6月,中建材在江阴临港规划建设5GW异质结太阳能电池项目,总投资30亿元。同年8月,华润电力12GW高效异质结太阳能电池及组件制造项目于舟山启动,该项目总投资110亿元,总建筑面积56万平方米,预计到2025年建成达产。

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