中國太陽能電池分類發(fā)展前景分析：當(dāng)前最高性價比p型電池與未來電池技術(shù)N型異質(zhì)結(jié)圖

1、中國太陽能電池分類發(fā)展前景分析：當(dāng)前最高性價比p型電池與未來電池技術(shù)N型異質(zhì)結(jié)圖 一、電池發(fā)電原理 光伏發(fā)電是直接將清潔能源太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能的新型發(fā)電方式，主要原理是利用半導(dǎo)體在吸收光照時產(chǎn)生的光電效應(yīng)，亦被稱為光伏特效應(yīng)。其具體現(xiàn)象為當(dāng)光線照射在太陽能電池上時，光子的能量會被電池吸收實(shí)現(xiàn)電子躍遷，形成自由電子從而產(chǎn)生一定的電勢差，有了電勢差，光能也就直接轉(zhuǎn)為了電能。 目前光伏產(chǎn)業(yè)中的電池根據(jù)基體的材料不同可以分為晶體硅太陽能電池和薄膜太陽能電池，其中晶體硅電池發(fā)展相對成熟，成本及效率仍有很大提升空間，是目前市場的主流。無論是何種材料，其基本原理都是利用不同技術(shù)形成P型材料和N型材料，可被

2、看做P區(qū)和N區(qū)，并將其放在一起使兩種材料之間形成PN結(jié)（一個穩(wěn)定的電場，即內(nèi)在電場），當(dāng)發(fā)生光照時，PN結(jié)中的電子吸收足夠能量的光子實(shí)現(xiàn)躍遷，從共價鍵中激發(fā)出來，因此產(chǎn)生一個電子-空穴對（空穴即因電子掙脫束縛而形成的一個共價鍵空位）。在PN結(jié)這個內(nèi)建電場結(jié)界層的影響下，電子（帶負(fù)電）向N區(qū)運(yùn)動，空穴（帶正電）向P區(qū)運(yùn)動，因此P區(qū)和N區(qū)形成電勢差，通過電池外接正負(fù)極形成外電路電流，也就是產(chǎn)生了電能。 目前的市場主流晶硅電池為例來看具體其工藝是如何實(shí)現(xiàn)的，單純的晶體硅可以產(chǎn)生的自由電子和空穴數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足光伏發(fā)電的需要，因此通常采用的技術(shù)為在純凈的硅中進(jìn)行摻雜，在其中摻雜磷元素形成N型半導(dǎo)體，在

3、其中摻雜硼元素形成P型半導(dǎo)體。這是因?yàn)樵诓煌仉娮訑?shù)及電子軌道存在一定差異的情況下，磷元素?fù)诫s在晶硅中后，磷原子很容易和多個硅原子形成共價鍵而多出一個不穩(wěn)定的電子（該電子極易掙脫原子核的束縛而形成自由電子）；而硼元素?fù)诫s在晶硅中，硼原子則易于多個硅原子形成共價鍵而產(chǎn)生一個空穴（該空穴也極易掙脫原子核的束縛而自由移動）。這種摻雜技術(shù)使得晶硅電池相對于純凈的晶體硅而言內(nèi)部存在著大量的自由電子和空穴，以滿足發(fā)電的需要。二者相接觸的部分自由電子和空穴相互吸引，N型半導(dǎo)體中的自由電子恰好可以和P型半導(dǎo)體中形成的空穴相互結(jié)合，在交界處形成一個穩(wěn)定狀態(tài)的PN結(jié)，也就是內(nèi)建電場，不受光照的狀態(tài)下保持靜態(tài)，同

4、時阻止P區(qū)和N區(qū)的電子和空穴進(jìn)一步配對。 在光照時發(fā)生光電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換，即PN結(jié)吸收光能產(chǎn)生自由電子和空穴對，在其自身內(nèi)建電場的作用下電子移動至N區(qū)，空穴移動至P區(qū)形成電勢差，外接正負(fù)極和負(fù)載后，從電子運(yùn)動來看，電子源源不斷地通過導(dǎo)線從N區(qū)流向P區(qū)，并和P區(qū)所存在的大量空穴結(jié)合，也就產(chǎn)生了電流，在實(shí)際發(fā)電時可以通過調(diào)節(jié)負(fù)載而調(diào)節(jié)電流。 光伏發(fā)電的核心就是太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換原理也是整個光伏產(chǎn)業(yè)的核心原理，電池的轉(zhuǎn)換效率、工藝難度、制造成本、使用壽命等問題都至關(guān)重要，從現(xiàn)如今的技術(shù)水平來看，仍然有非常大的發(fā)展空間。 光學(xué)損失主要指太陽光照射到電池片上時，電池片根據(jù)材質(zhì)不同會產(chǎn)生不同程度的

5、折射和反射現(xiàn)象，同時半導(dǎo)體表面的電極和柵線的遮擋，以及電池材料本身的光譜效應(yīng)及長波段的非吸收損失，這些都會使光照無法充分被電池片吸收，從而產(chǎn)生光學(xué)損失。解決方法通常包括通過使用減反膜、表面制絨減少反射，減少柵線遮光，背表面高反射減少電池背電極吸收光線等。 電學(xué)損失包括半導(dǎo)體表面和內(nèi)部載流子（電子或空穴）復(fù)合，半導(dǎo)體和電極的接觸電阻等。其中最關(guān)鍵的就是降低載流子的復(fù)合，因?yàn)殡姵仄碾娏鳟a(chǎn)生就是少數(shù)載流子被激發(fā)并通過導(dǎo)線運(yùn)動最終復(fù)合的過程，它直接影響了太陽能電池的開路電壓。少數(shù)載流子從產(chǎn)生到復(fù)合的時間即為它的壽命，少數(shù)載流子復(fù)合地越慢，其壽命越長，電學(xué)損失就越少，電池的轉(zhuǎn)換效率也就越高。減少少數(shù)載

6、流子復(fù)合的方法通常有正面鍍膜、背面鈍化等。 二、電池技術(shù)分類 目前市場上的主流電池片包括單晶PERC、單晶PERC+SE、N型雙面、TOPcon、HIT（異質(zhì)結(jié)）、IBC等幾種電池，其中前兩種為P型電池，其余為N型電池。 光伏項(xiàng)目的上網(wǎng)電價，從2007年的4元/kWh到現(xiàn)在的約0.4元/kWh已經(jīng)顯著下降，未來也必定會繼續(xù)下降，國際可再生能源署(IRENA)也表示光伏、風(fēng)電等清潔能源會成為最便宜的發(fā)電來源，因此平價上網(wǎng)是光伏行業(yè)的未來。與此同時光伏產(chǎn)業(yè)是個技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，技術(shù)迭代非常快，成本受技術(shù)影響巨大，降低成本的主要途徑就是依靠技術(shù)進(jìn)步，提高效率。 在整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈中，硅片環(huán)節(jié)的單晶硅、多

7、晶硅之爭已基本定局，隨著金剛石線切割技術(shù)的成熟，單晶硅的效率優(yōu)勢已經(jīng)顯現(xiàn)，硅片環(huán)節(jié)也主要體現(xiàn)為資本密集型。而電池片環(huán)節(jié)目前仍是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，通過不斷研發(fā)新技術(shù)來提高電池效率，降低生產(chǎn)成本，技術(shù)是唯一突破方向也是核心競爭力，高效電池片封裝而成的組件也能進(jìn)一步降低單瓦BOS成本。整體而言，技術(shù)變革已經(jīng)一步步地在向產(chǎn)業(yè)鏈的下游傳導(dǎo)，電池片的未來將由技術(shù)決定，能提升電池轉(zhuǎn)換效率，能將研發(fā)出的新技術(shù)用于大量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)能，就能降低電池成本，就能贏得市場的選擇，站在行業(yè)前端。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 1、P型PERC高效電池 P型電池由于工藝簡單且目前效率與N型差距不大但在成本上具有領(lǐng)先優(yōu)勢而具有明

8、顯的性價比，在市場中有著絕對領(lǐng)先地位。2019年全球PERC產(chǎn)能預(yù)計(jì)達(dá)到100GW，而2019年全球的新增裝機(jī)需求大概為120GW左右，也就說明，PERC技術(shù)是目前最常規(guī)的電池技術(shù)。 PECR技術(shù)是在傳統(tǒng)鋁背場電池（在硅片背部制備鋁膜，形成鋁背場，減少少數(shù)載流子的復(fù)合速度同時充當(dāng)金屬電極）的基礎(chǔ)上，在硅片背面和背鋁中間再加入一層電介質(zhì)鈍化層，同時通過在鈍化層上激光刻蝕來實(shí)現(xiàn)背鋁與硅片的接觸。從兩個方面對傳統(tǒng)鋁背場電池進(jìn)行改進(jìn)，一方面硅片背面的半導(dǎo)體與金屬的接觸面積大大減少，從而降低了載流子子的復(fù)合速率，提高其壽命以增加電池開路電壓；另一方面該鈍化層可以在背表面形成良好的內(nèi)反射機(jī)制，將到達(dá)背表面

9、的光再次反射回去來增加對光能的吸收率以減少光學(xué)損失。 2、2PERC電池的改進(jìn) 隨著技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，PERC電池在原有的基礎(chǔ)上也有了進(jìn)一步的改進(jìn)，常見的有PERC+SE和雙面PERC電池。 SE技術(shù)是通過在正面金屬柵線附近對硅片表面進(jìn)行重度摻雜，形成重?fù)綌U(kuò)散區(qū)，在電極以外的區(qū)域仍進(jìn)行低濃度摻雜。在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用激光摻雜法，工藝較為簡單。這種不同濃度的摻雜，可以同時實(shí)現(xiàn)提升電壓降低電阻，電極區(qū)域高濃度的摻雜，可以減小硅片和電極之間的接觸電阻，降低電池的串聯(lián)電阻；而在電極以外的區(qū)域所進(jìn)行的低濃度摻雜，又可以使P區(qū)不會產(chǎn)生過量的自由電子，從而降低背表面的載流子復(fù)合速度，提高載流子壽命提高電

10、壓。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 雙面PERC技術(shù)則是將原本PERC電池中的鋁背場改進(jìn)為鋁柵線，原本的背鋁是一層金屬膜，并不透光，而局部的鋁柵線則不會阻擋光的射入，使光同時可以從電池背面透過射入電池，可以吸收來自地面的反射光，增加透光量，減少光損失。尤其地，雙面PERC電池適合在雪地等地表反射光搶的區(qū)域。雙面PERC電池因其正面背面都能吸收光能而被成為雙面電池，但實(shí)際上其PN結(jié)只在電池正面，只是吸收光照量的增加了，實(shí)質(zhì)上是一種“偽雙面”。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 針對PERC電池的改進(jìn)，由于不同技術(shù)對轉(zhuǎn)換效率提升程度不同，目前市場上接受的主流改進(jìn)基本是PERC+SE電池。但從電池本質(zhì)上而言，這些技術(shù)都

11、只是在一定程度上對PERC的改進(jìn)與優(yōu)化，并未真正大幅地有所突破提升效率，只是小踏步式的前進(jìn)。 三、國內(nèi)PERC電池 PERC電池的生產(chǎn)基本依托于傳統(tǒng)的鋁背場電池，只需要鋁背場電池生產(chǎn)設(shè)備的基礎(chǔ)上增加沉積鈍化層的設(shè)備和激光開槽的設(shè)備即可，容易實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鋁背場電池到PERC電池的轉(zhuǎn)換，進(jìn)入門檻較低，且效率明顯提升于傳統(tǒng)單晶電池，近兩年發(fā)展迅猛，產(chǎn)能快速擴(kuò)張。整個工藝流程為硅片表面制絨、擴(kuò)散爐制備PN結(jié)、邊緣刻蝕防止短路、正面減反膜減少光反射、沉積背面鈍化層、激光開槽刻蝕、絲印及燒結(jié)形成正負(fù)極最終變?yōu)殡姵仄?PERC電池目前各龍頭企業(yè)的量產(chǎn)效率在21.5-22.5%之間，生產(chǎn)線也已發(fā)展成熟，各廠商主

12、要思路是通過降成本來提高性價比，效率提升雖還有空間但已接近瓶頸，24%已經(jīng)是目前行業(yè)廣泛認(rèn)為的極限水平。只能通過發(fā)射極、鋁背場、硅片質(zhì)量等小的改進(jìn)來進(jìn)行優(yōu)化，未來提升幅度有限。同時生產(chǎn)工藝經(jīng)過多年發(fā)展已經(jīng)成熟完善，再加上易于從鋁背場電池生產(chǎn)過渡至PERC電池，近幾年國內(nèi)廠商投資PERC的熱情高漲。PERC的產(chǎn)能三年內(nèi)迅速擴(kuò)張，2017年全球單晶PERC電池產(chǎn)能在30GW左右，2018年超過70GW，今年的預(yù)計(jì)將會達(dá)到100GW左右，已經(jīng)出現(xiàn)產(chǎn)能過剩的現(xiàn)象。受供大于求的產(chǎn)能過剩影響，本年單晶PERC的價格也在持續(xù)下降，通威官網(wǎng)給出的156.75mm單晶PERC電池片8月官方指導(dǎo)價已下跌至1元/W

13、，而2月份的價格還在1.3元/W，價格下降明顯，在市場上依靠性價比占據(jù)極大優(yōu)勢，這個價格已基本接近成本價格，未來各大廠商可能會通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能促進(jìn)價格回升。PERC電池已經(jīng)難以獲得高額利潤，在階段技術(shù)成熟、產(chǎn)能過剩的共同作用下只能維持常規(guī)利潤。而市場上目前PERC電池由于突出的受性價比在市場上處于領(lǐng)先地位，市場占有率超過50%，但長遠(yuǎn)來看，隨著N型高效電池的技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，成本及工藝難度下降，P型PERC電池會進(jìn)入低迷，逐漸被市場淘汰，這種技術(shù)迭代也符合光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)密集型的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 四、未來趨勢 1、HIT PRTC及TOPCon優(yōu)勢不及HIT。PERC型電池因工藝技術(shù)簡單且

14、易于從傳統(tǒng)電池升級，進(jìn)入門檻低，近三年發(fā)展迅速，但隨著工藝的完善和實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下多種改進(jìn)手段的提升，效率已經(jīng)基本達(dá)到極限，外加不可避免的光衰現(xiàn)象，當(dāng)新型高效電池成本降下來后，PERC未來不可避免的會走向衰落，逐漸被淘汰。TOPCON電池現(xiàn)階段量產(chǎn)效率可達(dá)22.5%，其生產(chǎn)線同樣可以由原有產(chǎn)線升級改裝，成本相對較小，但效率方面對于PERC型電池的提升不夠突出，與PERC電池屬于同一大框架下，更多的是一種過渡技術(shù)，或者是考慮性價比之后的另一種選擇，畢竟升級成本較小，工藝難度不大，易于實(shí)現(xiàn)，但效率方面仍達(dá)不到引領(lǐng)未來電池發(fā)展的程度。 HIT則就目前生產(chǎn)及實(shí)驗(yàn)室效率來看，效率優(yōu)勢突出，未來潛力巨大，實(shí)驗(yàn)

15、室效率已經(jīng)達(dá)到26%的水平，量產(chǎn)也能實(shí)現(xiàn)23%以上，處于技術(shù)領(lǐng)先地位，異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)大大減少了電池的“電學(xué)損失”，以此實(shí)現(xiàn)效率提升。此外HIT和IBC兩大高效電池技還可以疊加起來，完美結(jié)合，未來進(jìn)一步激發(fā)轉(zhuǎn)換效率潛力，HIT自身也具備其他優(yōu)良特性，溫度系數(shù)低、弱光響應(yīng)強(qiáng)，可以適應(yīng)復(fù)雜的光照環(huán)境，綜合提升發(fā)電能力，顯著的效率優(yōu)勢使HIT電池成為未來光伏電池的新方向。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 通過對比可以清楚地發(fā)現(xiàn)，從傳統(tǒng)電池到PERC到TOPCON，都是在小踏步式地提升電池效率，一步步地在原有的基礎(chǔ)上對進(jìn)行某一方面升級改良，工序不斷增加復(fù)雜。而HIT則是通過全新的生產(chǎn)過程，其薄膜沉積也區(qū)別于PERC

16、電池，可以實(shí)現(xiàn)低溫工藝，工藝上易于控制、成本上也可減少生產(chǎn)中的熱能消耗降低生產(chǎn)成本，而且減少對基極硅片的熱損傷。而在工藝水平包括清潔度、精細(xì)度等雖要求嚴(yán)格但工序簡單，僅有4步，在規(guī)?；慨a(chǎn)時優(yōu)勢明顯，通常情況下，工序數(shù)量越少說明越簡單也更易控制，良品率也會隨之提升，人工成本隨之下降。 在成本方面，HJT電池成本主要來自硅片、漿料和靶材，三者占比分別為49%、24%和4%，非硅成本比例明顯高于PERC型電池，主要是由于導(dǎo)電銀漿和設(shè)備折舊以及靶材金額較高所導(dǎo)致，目前HIT的設(shè)備成本是100萬元/MW，而PERC僅為60萬元/MW，是PERC電池的幾乎兩倍。現(xiàn)階段HIT的高效已經(jīng)被廣泛認(rèn)可，主要任務(wù)

17、就是降成本，當(dāng)其在性價比上也占據(jù)優(yōu)勢時，才會真正被市場選擇。 HIT從硅片、漿料、設(shè)備等入手完成降本任務(wù)。從HIT電池的成本構(gòu)成入手尋找其未來成本的下降空間，首先是硅片，HIT電池結(jié)構(gòu)對稱，易于薄片化，同時N型硅片薄片化也不會像P型硅片一樣影響效率，當(dāng)硅片厚度變薄后，硅料的耗用量就會大大減少，硅片的生產(chǎn)成本也就隨之下降。其次漿料成本中主要是由于HIT的低溫工藝導(dǎo)致需使用低溫銀漿，而低溫銀漿的價格比普通銀漿更高，一方面可以逆向推動銀漿生產(chǎn)制造國產(chǎn)化，降低銀漿生產(chǎn)成本，另一方面通過工藝改進(jìn)減少銀漿的使用量。最后折舊占比較大則是因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備昂貴，未來可通過進(jìn)一步擴(kuò)大電池生產(chǎn)規(guī)模，達(dá)到規(guī)?；a(chǎn)減少一

18、定成本，同時與銀漿類似，推動HIT電池生產(chǎn)設(shè)備制造國產(chǎn)化、通過技術(shù)進(jìn)步降低設(shè)備制造成本，從而降低HIT生產(chǎn)線成本，降低折舊在電池成本中的占比。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 對于HIT電池具體的成本下降幅度及時間預(yù)測，由于工藝技術(shù)進(jìn)步帶來的成本下降過程在工業(yè)生產(chǎn)方面具有相似性，我們可以從PERC電池價格的下降曲線預(yù)測出HIT的大致成本走向。PERC電池在17年6月時價格約為2.42元/W，至19年基本趨于穩(wěn)定，開始緩慢下降，整個周期接近兩年，目前PERC價格約0.95元/W左右，是最初價格的38%，其中19年7、8月份價格主要由供求關(guān)系影響，而非成本下降。照此推算，HIT電池在17年年底成本為1.81

19、元/W，當(dāng)前成本約為1.25元/W，按PERC電池的下降趨勢，此時大概走完整個成本下降曲線的40%，另外HIT電池由于工藝難度大于PERC，且在目前市場上也沒有形成生產(chǎn)規(guī)模，因此整個成本下降周期應(yīng)長于PERC型電池，預(yù)計(jì)大約至21年或22年成本開始趨于穩(wěn)定，按照日常技術(shù)迭代緩慢下降，最后約下降至1.81元的38%-0.69元/W。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 HIT電池雖然效率優(yōu)勢突出，預(yù)計(jì)在未來幾年也會完成降成本的任務(wù)，但目前在市場上仍處于初步量產(chǎn)階段，全球產(chǎn)能接近為4GW，在今后幾年會逐漸擴(kuò)產(chǎn)。與PERC型電池對工藝水平的要求不同，HIT技術(shù)對硅片要求更高，且生產(chǎn)線需全部更換，不能僅通過在原有產(chǎn)

20、線中增加設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，而是應(yīng)重新采購設(shè)備建造生產(chǎn)線，目前其生產(chǎn)設(shè)備多由國外廠商提供，國內(nèi)廠商目前僅有鈞石能源能提供部分設(shè)備，其他廠商還在進(jìn)入階段，整個設(shè)備尚未實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。 HIT的生產(chǎn)線投入很高，超過PERC電池的兩倍，對廠商而言建設(shè)壓力略大，同時生產(chǎn)線建設(shè)也需要一定的時間，預(yù)計(jì)5年內(nèi)HIT擴(kuò)張幅度有限且擴(kuò)張速度小于17-19年P(guān)ERC型電池擴(kuò)張速度，要實(shí)現(xiàn)占據(jù)市場主要份額還需更長時間的發(fā)展。全球現(xiàn)有產(chǎn)能不到4GW，國內(nèi)廠商主要有鈞石、漢能、中智、通威等，合計(jì)產(chǎn)能約為1.3GW，最大的產(chǎn)能是鈞石的600MW生產(chǎn)線。目前全球規(guī)劃中的產(chǎn)能超過10GW，其中多數(shù)尚未開始建設(shè)，預(yù)計(jì)到23年HIT產(chǎn)能可達(dá)

21、到14GW，5年后隨著生產(chǎn)成本和設(shè)備成本的下降擴(kuò)產(chǎn)速度可能會進(jìn)一步提升。 PERC型電池效率已基本接近瓶頸，未來幾年提升緩慢，成本下降也因工藝已經(jīng)較為成熟而趨于平穩(wěn)。HIT電池則降本提效潛力巨大，且組件功率損失明顯小于PERC電池。我們在此基礎(chǔ)上假設(shè)組件價格隨電池成本同比下降，BOS成本則隨電池效率提升而降低其分?jǐn)偝杀?。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，預(yù)計(jì)在2021年HIT電池可在效率和成本方面全面領(lǐng)先于PERC型電池，對PERC電池進(jìn)行完美替代。數(shù)據(jù)來源：公開資料整理 2、薄膜電池 薄膜電池?fù)碛兄?dú)特的優(yōu)勢，硅耗低、運(yùn)用靈活、產(chǎn)業(yè)鏈短。首先薄膜材料可以使電池厚度僅為1-2m，而目前的晶硅電池，厚度通常在180m，即使HIT可以使硅片薄片化，也會在100m左右，因此薄膜電池的硅料使用量相比晶硅電池有著