光伏電池片行業(yè)深度報告

光伏電池片行業(yè)深度報告1.引言隨著全球碳中和進(jìn)程不斷加速，疊加光伏發(fā)電成本持續(xù)下行，經(jīng)濟(jì)性不斷提升，光伏裝機(jī)需求高增長確定性較強(qiáng)。我們將對光伏全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全面及深入的研究，旨在基于長期看好光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的情況下，作出深入研究并為投資者提供參考。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原料高純度多晶硅材料的生產(chǎn)，單晶硅和多晶硅的制造，硅片的生產(chǎn)；中游包括光伏電池片，光伏組件（玻璃、支架、膠膜等）以及逆變器環(huán)節(jié)；下游是光伏發(fā)電的應(yīng)用端包括光伏電站和分布式發(fā)電。本篇報告將聚焦于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)迭代速度最快的中游電池片環(huán)節(jié)，將PERC、TOPCon、HJT、IBC電池的原理、結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、工藝路線、轉(zhuǎn)換效率、成本構(gòu)成及各企業(yè)對各種類產(chǎn)能規(guī)劃進(jìn)行全面梳理。2.電池片簡介及發(fā)展趨勢2.1.定義：電池片是光伏發(fā)電核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率和使用壽命電池片是光伏發(fā)電的核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏組件的發(fā)電效率和使用壽命。光伏電池片位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，是通過將單/多晶硅片加工處理得到的可以將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體薄片。從電池片的必要性來看，光伏發(fā)電的原理（詳細(xì)闡述見2.2章節(jié)）來自于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，通過光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差，是由光子（光波）轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量后形成電壓和電流的過程。上游環(huán)節(jié)生產(chǎn)出來的硅片無法導(dǎo)電，經(jīng)過加工處理得到的電池片決定了光伏組件的發(fā)電能力。從電池片的重要性來看，發(fā)電效率和使用壽命是光伏組件價值的核心參數(shù)：1）電池片的轉(zhuǎn)換效率是其受光照時的最大輸出功率和入射光功率的比值，是直接影響光伏組件乃至整個光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的核心因素。轉(zhuǎn)換效率更高的電池片有著更高的輸出功率，用其封裝形成的光伏組件的整體功率也會更高；2）電池片生產(chǎn)工藝的缺陷往往會導(dǎo)致單體電池片的內(nèi)阻不均勻從而極易產(chǎn)生熱斑現(xiàn)象，熱斑效應(yīng)是指單體電池片被小的物體遮蓋，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的電流變小，成為負(fù)載，輕則燒毀電池片，嚴(yán)重的會引起整片電池組件的燃燒，對組件使用壽命危害非常大。從這個維度來看，電池片的生產(chǎn)工藝水平直接影響光伏組件的使用壽命。電池片上游主要包括原材料硅片和核心輔材銀漿。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈上游來看，電池片主要原材料為硅片，主要輔材為銀漿、鋁漿和化學(xué)試劑，主要動力為電力。1）硅片：硅片是電池片主要原材料，在硅料價格持續(xù)上漲的背景下，硅片環(huán)節(jié)憑借其良好的價格傳導(dǎo)能力且相對穩(wěn)定的競爭格局，維持較好盈利能力；2）銀漿：銀漿為電池片結(jié)構(gòu)中的核心電極材料，目前光伏銀漿需求隨著光伏行業(yè)的發(fā)展持續(xù)增長，但受制于高技術(shù)門檻，海外廠商市場份額較大，尚有較大的國產(chǎn)替代空間。從電池片成本構(gòu)成來看，根據(jù)Solarzoom數(shù)據(jù)，硅片占電池片成本最高，約為74-75%；銀漿是除硅片外電池片成本占比第二高的材料，約占電池片總成本的8%，占電池片非硅成本的33%，主要能源電力約占總成本的5%。電池片下游為光伏組件制造商。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈下游來看，電池片主要與光伏玻璃、其他封裝材料（背板、EVA膠膜等）共同封裝形成太陽能電池組件，組件再與逆變器、支架等共同構(gòu)成光伏電站發(fā)電系統(tǒng)。從電池片占組件成本比重來看，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年電池片占組件成本比重為50.1%，同比-6.7pct，主要系硅料硅片、組件端的雙重壓力和供需關(guān)系影響導(dǎo)致電池片價格承壓下行，但電池片仍為光伏組件成本的最核心組成部分，也是光伏組件降本的主要途徑。2.2.原理：光生伏特效應(yīng)與PN結(jié)太陽能電池工作的原理為光生伏特效應(yīng)和PN結(jié)。光生伏特效應(yīng)是指當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)，該效應(yīng)是光伏發(fā)電的原理。電池片基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成，半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，純凈的硅是不導(dǎo)電的，但可以通過在硅中摻雜來改變分子結(jié)構(gòu)：在硅晶體中摻入硼元素，即可做成P型半導(dǎo)體；摻入磷元素，即可做成N型半導(dǎo)體。電池片發(fā)電即是利用P型半導(dǎo)體有個空穴（P型半導(dǎo)體少了一個帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個正電荷），與N型半導(dǎo)體多了一個自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)光生電壓，進(jìn)而將硅原子中的電子激發(fā)出來，產(chǎn)生電子和空穴的對流，這些電子和空穴均會受到內(nèi)建電場影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。在此情境下，將兩端外部用電極連接起來，形成一個回路，即可產(chǎn)生電流，這就是太陽電池發(fā)電的原理。2.3.分類：根據(jù)襯底硅片類型，分為P型電池片和N型電池片從襯底類型來看，可將電池片分為P型電池片和N型電池片兩類。P型電池原材料為P型硅片（摻雜硼），N型電池原材料為N型硅片（摻雜磷）。P型電池主要包括BSF（常規(guī)鋁背場電池）和PERC（鈍化發(fā)射極和背面電池）；N型電池目前較主流的技術(shù)為TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）和HJT（本征薄膜異質(zhì)結(jié)）。N型電池通過電子導(dǎo)電，且硼氧原子對造成的光致衰減較少，因此光電轉(zhuǎn)換效率更高。從提效原理來看，可將電池技術(shù)分為減少電學(xué)損失和減少光學(xué)損失兩類。從光照到電流的傳輸，電池中間會經(jīng)歷：1）光學(xué)損失（光在電池片前表面被反射、長波長光未被有效吸收、正面電極造成的阻擋等）；2）電學(xué)損失（電子和空穴在復(fù)合中心復(fù)合、金屬電極和金屬柵線與半導(dǎo)體接觸產(chǎn)生額外電阻等），光學(xué)、電學(xué)損失都會減少光電轉(zhuǎn)換效率。為了降低光學(xué)損失，可通過增加減反射層（沉積SiNx原理）、陷光層（制絨原理）或?qū)⒄娼饘贃啪€放到背面（IBC電池原理）。為了降低電學(xué)損失，可進(jìn)行場鈍化或化學(xué)鈍化處理，即通過提高硅片質(zhì)量或改善金屬和半導(dǎo)體接觸方案來減小載流子的復(fù)合速率，提高載流子壽命，當(dāng)前主要采用的方法有：選擇性發(fā)射極（SE技術(shù)原理）、氧化硅+多晶硅（TOPCon電池隧穿層原理）、本征非晶硅+摻雜非晶硅（HJT電池原理）或富氫介質(zhì)膜（HJT電池本征富氫非晶硅膜原理）。2.4.生產(chǎn)流程：主要概括為6個流程，不同種類電池生產(chǎn)流程有所差異傳統(tǒng)電池片生產(chǎn)主要可以概括為6個步驟。從傳統(tǒng)電池片制作工藝流程來看，主要可以概括為以下6個步驟：1）清洗與制絨，主要目的是去除吸附在硅片表面的各類污染物，去除硅片表面的切割損壞層；利用陷光原理降低電池表面反射率，絨面凹凸不平可以增加二次反射，改變光程及入射方式，增加光的吸收，提高短路電流，進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)換效率。其中，因單多晶晶體結(jié)構(gòu)差異，考慮到效率因素，多晶硅電池用酸制絨，絨面為不規(guī)則凹凸面；單晶硅電池用堿制絨，絨面為規(guī)則類金字塔結(jié)構(gòu)；2）擴(kuò)散，主要目的是形成PN結(jié)，該環(huán)節(jié)是電池片制造的心臟，使電池片具有功能。P型硅片需要進(jìn)行磷擴(kuò)散，液態(tài)磷源三氯氧磷是當(dāng)前磷擴(kuò)散較主流的選擇，主要原因系液態(tài)磷源擴(kuò)散具有生產(chǎn)效率較高、穩(wěn)定性好、制得PN結(jié)均勻平整及擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)；N型硅片需要進(jìn)行硼擴(kuò)散，目前硼擴(kuò)散液態(tài)源主要包括硼酸三甲酯、硼酸三丙酯及三溴化硼等，擴(kuò)硼比擴(kuò)磷工藝難度大，主要原因系硼在硅中固溶度較低，實(shí)際硼擴(kuò)散溫度需要達(dá)到900~1100攝氏度；3）刻蝕（去磷硅玻璃），在擴(kuò)散工序中，硅片側(cè)邊和背面邊緣沒有遮擋，也會擴(kuò)散上磷，PN結(jié)正面所收集的光生電子會沿邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)背面，從而造成短路，使電池片失效?？涛g工序即是將硅片邊緣帶有磷的部分去除，避免PN結(jié)短路且造成并聯(lián)電阻降低；4）鍍膜，主要起到a）減反射作用，提高電池片對陽光的吸收，提高光生電流，從而提高轉(zhuǎn)換效率；b）鈍化作用，薄膜中的氫對電池表面的鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，提升開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率。光伏電池片中常見的鍍膜技術(shù)包括PECVD、LPCVD、PVD、ALD等；5）絲網(wǎng)印刷，主要作用是為太陽能電池收集電流并制造電極，其中第一道背面銀電極，第二道背面鋁背場印刷和烘干，第三道正面銀電極印刷；6）燒結(jié)，即把印刷到電池片表面的電極在高溫下燒結(jié)，使電極和硅片本身形成歐姆接觸，提高電池片開路電壓和填充因子，使電極接觸有電阻特性以達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率。2.5.發(fā)展趨勢：全國電池片產(chǎn)量高速增長，N型電池技術(shù)效率躍升新高度2.5.1.全國電池片產(chǎn)量高速增長，近十年光伏電池片產(chǎn)量CAGR為33.5%全國電池片產(chǎn)量近十年來保持高速增長，CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）發(fā)布的中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021年版），全國電池片產(chǎn)量已經(jīng)從2011年的11GW迅速增長到了2021年的198GW，2021年電池片產(chǎn)量同比增長46.9%，近十年的CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會（CPIA）預(yù)計(jì)，2022年全國電池片產(chǎn)量將超過261GW。2.5.2.PERC電池產(chǎn)能占比91%，短期仍然占據(jù)主流地位PERC電池從傳統(tǒng)鋁背場電池升級改造而來，與BSF電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率更高。PERC(PassivatedEmitterandRearCell)電池，全稱為“發(fā)射極和背面鈍化電池”，是從常規(guī)鋁背場電池AL-BSF結(jié)構(gòu)自然衍生而來。常規(guī)BSF電池由于背表面的金屬鋁膜層中的復(fù)合速度無法降至200cm/s以下，致使到達(dá)鋁背層的紅外輻射光只有60%~70%能被反射，產(chǎn)生較多光電損失，因此在光電轉(zhuǎn)換效率方面具有先天的局限性。而PERC技術(shù)通過在電池背面附上介質(zhì)鈍化層，采用背面點(diǎn)接觸來代替整個全鋁背場，可以較大程度減少這種光電損失，從而提升光伏電池1%左右的光電轉(zhuǎn)換效率。僅從結(jié)構(gòu)上來看，兩者是較為相似的，PERC電池僅比BSF電池多一個背鈍化層。形成背面鈍化疊層使得PERC電池能在降低背表面復(fù)合速度的同時，提升背表面的光反射，提升了電池的轉(zhuǎn)換效率。從工藝步驟上來看，PERC電池的生產(chǎn)流程較傳統(tǒng)鋁背場電池多出三個步驟：1）沉積背面鈍化疊層氧化鋁，氧化鋁具備較高的電荷密度，可以形成場鈍化，顯著降低硅表面的界面態(tài)，使得背面的少數(shù)載流子復(fù)合速率降低；2）雙面沉積氮化硅，正面的氮化硅和BSF電池相同，一方面鈍化硅表面，另一方面減少入射光的反射率，增加光吸收。背面的氮化硅能夠通過厚度調(diào)節(jié)，將未吸收的光子反射回去，顯著提高長波光的吸收。同時能對氧化鋁層起到保護(hù)作用，增加熱穩(wěn)定性；3）激光開槽形成背面接觸，將部分氧化鋁和氮化硅薄膜打穿露出硅基體，使金屬鋁能透過背面的介質(zhì)層和硅形成良好的歐姆接觸。從背面鈍化技術(shù)工藝路線來看，PECVD+ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流技術(shù)路線。PERC電池背面鈍化技術(shù)工藝路線主要分為：1）PECVD沉積氧化鋁+氮化硅；2）ALD沉積氧化鋁+氮化硅；3）沉積氮氧化硅。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，PECVD沉積氧化鋁+氮化硅和ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流背面鈍化工藝路線，2021年市占率分別為55.4%和41.4%。從設(shè)備端上來看，PERC電池產(chǎn)線相較于BSF電池產(chǎn)線需增添兩套設(shè)備。PERC電池產(chǎn)線較常規(guī)BSF電池產(chǎn)線需要新增的設(shè)備包括：1）背面鈍化處理（氧化鋁+外覆氮化硅）；2）激光開槽設(shè)備，故從BSF產(chǎn)線升級到PERC產(chǎn)線極為方便，這也是目前PERC電池能在光伏產(chǎn)業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。PERC電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、萌芽期、高速成長期、爆發(fā)期四個階段。1）1989-2006年：PERC技術(shù)出現(xiàn)并引起重視。PERC電池技術(shù)起點(diǎn)源于1989年澳洲新南威爾士大學(xué)的馬丁·格林教授研究組公開的研究成果，實(shí)現(xiàn)了22.8%的實(shí)驗(yàn)室效率。2006年，PERC電池背面鈍化的AlOx介質(zhì)膜的鈍化作用引起重視，PERC技術(shù)開始逐步走向產(chǎn)業(yè)化；2）2012-2014年：國內(nèi)PERC電池步入萌芽期。2012年由中電光伏牽頭的國家863項(xiàng)目正式吹響了中國PERC電池產(chǎn)業(yè)化的號角，2013-2014年在諸多廠家與機(jī)構(gòu)長期的技術(shù)儲備和研究基礎(chǔ)下國內(nèi)PERC電池進(jìn)入商業(yè)化和量產(chǎn)化的基礎(chǔ)階段，其中晶澳作為國內(nèi)首家打通PERC產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，其批量試產(chǎn)效率達(dá)到20.3%，并率先實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)；3）2015-2017年：國內(nèi)PERC電池進(jìn)入高速成長階段。2015年國內(nèi)PERC電池產(chǎn)能達(dá)到世界首位，占全球PERC電池產(chǎn)能的35%。2016年由國家能源局實(shí)施的“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”引領(lǐng)國內(nèi)PERC電池正式開啟產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)，平均效率達(dá)到20.5%。2017年是光伏電池市場份額發(fā)生轉(zhuǎn)折的一年，常規(guī)電池的市場份額開始下降，國內(nèi)PERC電池市場份額提升至15%，其產(chǎn)能已增至28.9GW；4）2018年-至今：PERC電池進(jìn)入爆發(fā)期，成為市場主流。2019年P(guān)ERC電池規(guī)?；慨a(chǎn)加速，量產(chǎn)效率達(dá)22.3%，產(chǎn)能占比超過50%，正式超過BSF電池成為最主流的光伏電池技術(shù)。根據(jù)CPIA預(yù)計(jì)，到2022年P(guān)ERC電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%，產(chǎn)能占比將超過80%，市場份額仍將穩(wěn)居第一。PERC量產(chǎn)效率逐年提升，最高效率由隆基創(chuàng)造，達(dá)到24.06%。從單晶和多晶電池角度來看，PERC單晶電池效率始終高于PERC多晶電池，主要原因系1）多晶硅在生產(chǎn)時晶片面積上有許多晶界和缺陷，這些晶界和缺陷不僅使少子平均壽命降低，且導(dǎo)致對入射光的吸收也有所降低；2）多晶硅生產(chǎn)中采用鑄錠法，因此其中所含的O和C原子等雜質(zhì)濃度較高，從而影響光電轉(zhuǎn)換效率，而單晶硅生產(chǎn)以多晶硅為原料，以直拉法為主要生產(chǎn)工藝，其中的O和C原子的雜質(zhì)濃度較低；3）多晶硅生產(chǎn)工藝制約導(dǎo)致其PN結(jié)厚度較薄，使得PN結(jié)對光子吸收有所降低。從量產(chǎn)效率來看，PERC電池量產(chǎn)效率呈現(xiàn)逐年增長趨勢，PERC單晶電池量產(chǎn)效率由2016年的20.5%提升至2021年的23.1%，據(jù)CPIA預(yù)計(jì)，2022年P(guān)ERC單晶電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%。從最高效率來看，截至目前，單晶雙面PERC電池最高效率記錄由隆基綠能于2019年1月創(chuàng)造，最高效率達(dá)24.06%（CPVT認(rèn)證）。從理論極限效率來看，根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，P型PERC電池量產(chǎn)效率已十分逼近理論極限效率，效率提升空間有限。PERC電池產(chǎn)能持續(xù)攀升，市占率遙遙領(lǐng)先成為主流。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，2015年前，BSF電池為主流產(chǎn)品，占據(jù)了90%的市場份額。2016年起，BSF電池市占率呈現(xiàn)大幅下滑趨勢，由2016年的87.8%下滑至2021年的5%，主要原因系BSF電池具有先天局限性，光電損失較大，而下游客戶對高效電池片的需求日益顯著致使BSF逐漸被淘汰；同期PERC電池市占率呈現(xiàn)大幅提升趨勢，由2016年的10.0%攀升至2021年的91.2%，現(xiàn)已成為電池片主流產(chǎn)品。光電轉(zhuǎn)換效率更高的N型電池（主要包括TOPCon和HJT電池）成本較高，量產(chǎn)規(guī)模仍較小，2021年市場占比約3%，較2020年基本持平。2.5.3.N型電池轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢明顯，將成為下一代技術(shù)方向P型電池接近轉(zhuǎn)換效率極限，難以進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，2021年P(guān)型PERC單晶電池量產(chǎn)效率已達(dá)到23.1%，同比提升0.3pct，從效率方面來看，PERC電池量產(chǎn)效率已逼近理論極限效率，很難再有大幅度的提升，并且未能徹底解決以P型硅片為基底的電池富有硼氧對所產(chǎn)生的光至衰減現(xiàn)象，這些因素使得P型晶體硅電池很難再取得進(jìn)一步突破。與P型電池片相比，N型電池片在多方面都具備優(yōu)勢。N型技術(shù)主要的優(yōu)勢在于：1）P型電池片少子是電子，N型電池片少子是空穴，硅片中雜質(zhì)對電子的捕獲遠(yuǎn)大于空穴，根據(jù)普樂科技，在相同金屬雜質(zhì)污染的情況下，N型電池片表面復(fù)合速率低，少子壽命比P型電池片高1-2個數(shù)量級，能極大提升電池的開路電壓，電池轉(zhuǎn)換效率更高；2）N型電池片摻雜的元素為磷元素，晶體硅中硼含量極低，本質(zhì)上削弱了硼氧對的影響，光致衰減效應(yīng)接近于零；3）N型電池片工作溫度低，紅外透過率高，電流通道多，根據(jù)摩爾光伏，N型電池片工作溫度較常規(guī)單玻組件低3-9℃，減小因溫度提高帶來的功率下降；4）N型電池片弱光響應(yīng)好，根據(jù)摩爾光伏，N型電池片在輻照強(qiáng)度低于400W/m2的陰雨天及早晚仍可發(fā)電。N型電池的轉(zhuǎn)換效率更高，未來將成為光伏電池片的主流技術(shù)。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會CPIA統(tǒng)計(jì)，2021年，規(guī)?；a(chǎn)的P型單晶電池均采用PERC技術(shù)，平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.1%，較2020年+0.3pct；采用PERC技術(shù)的多晶黑硅電池片轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.0%，較2020年+0.2pct；N型TOPCon電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.0%，HJT電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.2%，兩者較2020年均有較大提升，IBC電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.1%。未來隨著生產(chǎn)成本的降低及良率的提升，N型電池將會是電池技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。3.TOPCon電池：接軌PERC產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快3.1.簡介：采用量子隧穿效應(yīng)，LPCVD為當(dāng)前主流工藝路線3.1.1.N型硅襯底，采用隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)TOPCon電池技術(shù)利用隧穿氧化層，極大降低少子復(fù)合速率。TOPCon是（TunnelOxidePassivatedContact）的縮寫，TOPCon電池屬于一種鈍化接觸型電池。由于PERC電池金屬電極仍與硅襯底直接接觸，金屬與半導(dǎo)體的接觸界面由于功函數(shù)失配會產(chǎn)生能帶彎曲，并產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，對太陽電池的效率產(chǎn)生負(fù)面影響。若采用薄膜將金屬與硅襯底隔離，則可以減少少子復(fù)合。在電池背面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(gòu)，即是TOPCon技術(shù)。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層，同時阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，極大地降低復(fù)合速率，提升了電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池轉(zhuǎn)換效率。3.1.2.TOPCon技術(shù)概念起源于2013年，規(guī)?；瘧?yīng)用或?qū)㈤_啟TOPCon電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、產(chǎn)品布局期和商業(yè)推廣期三個階段。1）2015-2017年：TOPCon技術(shù)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。TOPCon技術(shù)概念最早由德國Frauhofer研究所于2013年提出，并于2015年研發(fā)出效率達(dá)到25.1%的新一代TOPCon電池。2017年美國喬治亞理工學(xué)院對TOPCon電池的電性能模擬研究將其電池效率進(jìn)一步提高到了25.7%，同年德國Frauhofer研究所的ArminRichter團(tuán)隊(duì)在P型FZ（區(qū)熔）硅片上首次應(yīng)用了TOPCon技術(shù)并達(dá)到24.2%的電池效率；2）2018-2020年：國內(nèi)廠商積極布局TOPCon技術(shù)。2018年晶科能源在大面積商用硅片襯底上制備的N型TOPCon電池最高效率達(dá)到了24.19%，2019年天合光能自主研發(fā)的i-TOPCon技術(shù)在大面積單/多晶電池上都打破了實(shí)驗(yàn)室紀(jì)錄，轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了24.58%和23.22%；3）2021年-至今：電池效率屢創(chuàng)新高，TOPCon有望規(guī)?；瘧?yīng)用。國內(nèi)廠商加大對TOPCon技術(shù)的布局并步入行業(yè)前列，2021年隆基綠能在單晶硅片商業(yè)化尺寸TOPCon電池效率上首次突破25%，N型TOPCon轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.21%，2022年晶科能源自主研發(fā)的182N型高效單晶硅電池最高效率達(dá)到了25.7%，TOPCon電池或?qū)㈤_始啟動規(guī)模化應(yīng)用。3.1.3.多種技術(shù)路線并進(jìn)，LPCVD工藝為當(dāng)前主流從TOPCon技術(shù)路線來看，LPCVD是目前主流TOPCon工藝路線。TOPCon電池主要包括三種工業(yè)化路線：路線1）本征+擴(kuò)磷：LPCVD制備多晶硅薄膜結(jié)合傳統(tǒng)的全擴(kuò)散工藝。優(yōu)勢：工藝目前相對成熟且耗時短，生產(chǎn)效率高，厚度均勻性好，致密度高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，為目前TOPCon廠商選取的主流路線。劣勢：過度的繞鍍，石英件沉積問題，成膜速度慢。目前晶科能源和天合光能都有布局。路線2）原位摻雜：PECVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝。優(yōu)勢：沉積速度快，沉積溫度低，輕微的繞鍍，可以用PECVD直接制備多晶硅層，流程相對簡化。劣勢：厚度均勻性較差，純度低，存在氣泡爆膜問題，導(dǎo)致致密度和良率較低。目前產(chǎn)業(yè)化程度較慢，根據(jù)Solarzoom，目前拉普拉斯、捷佳偉創(chuàng)、金辰股份、無錫微導(dǎo)等國內(nèi)設(shè)備廠商已經(jīng)布局，后續(xù)有望受益于技術(shù)迭代。路線3）離子注入：LPCVD制備多晶硅膜結(jié)合擴(kuò)硼及離子注入磷工藝。優(yōu)勢：離子注入技術(shù)是單面工藝，摻雜離子無需繞鍍，工藝溫度低，成膜速度快。劣勢：擴(kuò)硼工藝要比擴(kuò)磷工藝難度大，需要更多的擴(kuò)散爐和兩倍的LPCVD，設(shè)備成本高，靶材用量大，方阻均勻性有偏差，目前主要是隆基綠能有布局。總體來看，目前TOPCon電池工藝還是以LPCVD本征+擴(kuò)磷法制備為主流，該方法成熟度最高，但繞鍍問題較嚴(yán)重；LPCVD+離子注入工藝路線目前占地面積較大，幾乎沒有繞鍍問題但是設(shè)備成本昂貴，正逐漸被邊緣化；PECVD原位摻雜法原則上沒有繞鍍問題，與PERC產(chǎn)線不兼容，更適合新的產(chǎn)線，后續(xù)有望通過工藝的成熟改善鍍膜穩(wěn)定性，成為主流技術(shù)。3.2.轉(zhuǎn)換效率：理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.7%，量產(chǎn)效率為24%~24.5%TOPCon電池理論轉(zhuǎn)換效率居各種類電池之首，極限效率高達(dá)28.7%。從理論極限效率來看，根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)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(dá)到28.7%，高于HJT的27.5%和PERC的24.5%，且最接近晶體硅太陽能電池理論極限效率29.43%。根據(jù)隆基最新測算，TOPCon電池理論極限效率維持28.7%，HJT理論極限效率提升至28.5%，仍小幅低于雙面TOPCon極限效率，雙面TOPCon電池極限效率居各種類電池之首。3.3.成本端：兼容PERC產(chǎn)線設(shè)備，大硅片+銀鋁漿進(jìn)一步推動成本下降3.3.1.兼容并延長PERC產(chǎn)線的生命周期，短期看最具性價比TOPCon電池和PERC電池的技術(shù)和產(chǎn)線設(shè)備兼容性極高。從設(shè)備角度來看，大部分的TOPCon產(chǎn)線可以從PERC產(chǎn)線升級得來，極大降低設(shè)備投資成本。此外，TOPCon產(chǎn)線延長了PERC產(chǎn)線生命周期，有助于降低折舊費(fèi)用。TOPCon和PERC產(chǎn)線均為高溫工藝，且TOPCon技術(shù)最大程度保留和利用了現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，主要新增的設(shè)備包括：多晶硅/非多晶硅沉積的LPCVD/PECVD/PVD設(shè)備、硼擴(kuò)散設(shè)備等。短期來看，TOPCon技術(shù)的產(chǎn)能釋放最具性價比。從設(shè)備投資額來看，1）新建：根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計(jì)，2021年TOPCon電池線設(shè)備投資成本約2.2億元/GW，略高于PERC電池的1.94億元/GW，但較其他N型電池更具經(jīng)濟(jì)性；2）改造：根據(jù)深圳市拉普拉斯能源技術(shù)有限公司披露，電池產(chǎn)線從PERC升級至TOPCon單GW投資成本在5000~8000萬元左右。目前TOPCon產(chǎn)能大都為新建產(chǎn)線，很少從PERC產(chǎn)線升級而來，主要原因系1.新建產(chǎn)線可以自由選擇產(chǎn)能最大、性能最優(yōu)的設(shè)備，在產(chǎn)能方面更具優(yōu)勢；2.并非所有PERC產(chǎn)線均可以進(jìn)行改造；3.待新建產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)效益顯現(xiàn)后，再估算老線改造的性價比更為合理。從折舊費(fèi)用來看，在面臨大規(guī)模PERC產(chǎn)線設(shè)備資產(chǎn)折舊計(jì)提的條件下，改造為TOPCon產(chǎn)線將拉長設(shè)備的使用周期，降低折舊費(fèi)用。從設(shè)備投資角度來看，TOPCon技術(shù)產(chǎn)能釋放較其他N型技術(shù)更具性價比。3.3.2.非硅成本逐漸逼近PERC，良率仍有提升空間從非硅成本上來看，可以通過使用多主柵技術(shù)或使用銀鋁漿替代銀漿來降低成本。根據(jù)Solarzoom，TOPCon電池成本結(jié)構(gòu)中，主要包括硅片、銀漿、水電和折舊，分別占總成本比重的62%、16%、6%和4%。目前TOPCon的成本仍顯著高于PERC電池，主要原因系新增的工藝設(shè)備和高雙面率導(dǎo)致銀漿耗量提升。根據(jù)PVInfoLink統(tǒng)計(jì)，截至2021年底，TOPCon電池的非硅成本已經(jīng)有能力低于0.3元/瓦，對比PERC電池仍然有0.18-0.22元/瓦的差距，主要原因系銀漿單耗高，TOPCon的雙面率高，正反面都需要使用銀漿，根據(jù)PVInfoLink，M6型TOPCon電池使用的銀漿約130mg，較M6型PERC電池高出約60mg，預(yù)計(jì)未來可以通過多主柵或背面使用銀鋁漿來降低非硅成本。TOPCon電池的良率整體低于PERC，仍有提升空間。TOPCon電池的整體良率在93%-95%左右，而PERC電池的整體良率在97%-98%之間。TOPCon電池良率整體低于PERC電池良率，主要原因系：1）隧穿氧化層和多晶硅層的制備工藝路線不統(tǒng)一，且加工步驟較多，TOPCon生產(chǎn)流程共12~13步，PERC為10步左右，HJT為6步左右；2）TOPCon技術(shù)低壓隧穿氧化的均勻性導(dǎo)致暗片、臟污的情況仍有待改善。TOPCon良率較低導(dǎo)致成本有所上升，未來隨著TOPCon產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度加速，技術(shù)不斷迭代，TOPCon良率較低的問題或?qū)⒌玫街鸩礁纳啤?.4.產(chǎn)能規(guī)劃：預(yù)計(jì)2022年TOPCon落地產(chǎn)能有望超過50GW預(yù)計(jì)2022年TOPCon落地產(chǎn)能有望超過50GW。從產(chǎn)能角度來看，根據(jù)各公司生產(chǎn)規(guī)劃統(tǒng)計(jì)，我們預(yù)計(jì)2022年TOPCon落地產(chǎn)能有望超過50GW。具體來看，2022年，晶科能源安徽合肥和浙江海寧項(xiàng)目預(yù)計(jì)投產(chǎn)規(guī)模將達(dá)到16GW，公司也是最早實(shí)現(xiàn)GW級TOPCon電池出貨的廠商；從電池效率角度來看，目前公司N型TOPCon實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.7%，處于行業(yè)之首，量產(chǎn)效率則達(dá)24.5%，處于行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先地位。中來股份作為最早布局TOPCon的企業(yè)，目前山西一期8GW產(chǎn)線正處于設(shè)備安裝階段，預(yù)計(jì)2022年新增產(chǎn)能將達(dá)到6GW；從電池效率角度來看，目前公司N型TOPCon實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率高達(dá)到25.4%，量產(chǎn)效率則再24%以上。天合光能將TOPCon作為公司主打產(chǎn)品，宿遷8GWTOPCon項(xiàng)目預(yù)計(jì)將于今年下半年投產(chǎn)；從電池效率角度來看，N型i-TOPCon實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.5%，量產(chǎn)平均效率達(dá)24.5%，此外，公司聚焦于高效N型TOPCon/鈣鈦礦疊層電池，擬達(dá)到鈣鈦礦/晶體硅兩端疊層太陽電池效率大于29%的目標(biāo)。根據(jù)我們預(yù)計(jì)，2022年TOPCon落地產(chǎn)能有望超50GW。從產(chǎn)能規(guī)劃總量來看，根據(jù)EnergyTrend統(tǒng)計(jì)，截至目前TOPCon總產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)到162GW，目前新建的TOPCon產(chǎn)能都為新建產(chǎn)線，很少從PERC產(chǎn)線升級而來。4.HJT電池：顛覆性技術(shù)異軍突起，產(chǎn)業(yè)化降本路徑清晰明確4.1.簡介：采用異質(zhì)結(jié)替代同質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)電池誕生逾30年4.1.1.異質(zhì)結(jié)替代同質(zhì)結(jié)，本征富氫非晶硅膜為核心工藝HJT將PN結(jié)改為異質(zhì)結(jié)，擁有良好的雙面對稱結(jié)構(gòu)。異質(zhì)結(jié)太陽電池縮寫為HIT（HeterojunctionwithIntrinsicThin-layer），中文全稱為本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池。異質(zhì)結(jié)電池最早由日本三洋公司于1990年研發(fā)成功，并被注冊為商標(biāo)，后續(xù)進(jìn)入異質(zhì)結(jié)領(lǐng)域的企業(yè)為避免專利糾紛而采用了不同的稱謂，如HJT/SHJ/HDT。HJT電池具備雙面對稱結(jié)構(gòu)，電池正面依次為透明導(dǎo)電氧化物膜（TCO）、P型非晶硅薄膜和本征富氫非晶硅薄膜；電池背面依次為TCO，N型非晶硅薄膜和本征富氫非晶硅膜；最后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)形成雙面電極。PERC和TOPCon電池均是由摻雜不同的同一種材料（晶體硅）組成，HJT電池由摻雜不同的兩種不同的材料（晶體硅和非晶硅）組成，使得硅片和非晶硅層組成PN結(jié)，減少了PN結(jié)處載流子復(fù)合。本征富氫非晶硅膜是HJT異質(zhì)結(jié)電池的核心工藝。異質(zhì)結(jié)電池中，單晶硅層和摻雜非單晶硅層中間處會嵌入一層鈍化材料，高質(zhì)量的鈍化層會對異質(zhì)界面缺陷鈍化、減少載流子復(fù)合、增大開路電壓。在各鈍化材料中，本征富氫非晶硅薄膜為當(dāng)前的最佳選擇，由于H原子的存在，界面處形成的Si-H鍵能使界面態(tài)懸掛鍵得到有效的飽和，界面態(tài)密度降低，少子壽命提高，增大開路電壓。同時，異質(zhì)結(jié)界面兩端具有較大的界面勢壘，富氫非晶硅膜能提供緩沖作用，調(diào)節(jié)能帶偏移，降低隙態(tài)密度，減少漏電流，提高電池的輸出性能。4.1.2.HJT電池技術(shù)起源于1974年，國內(nèi)廠商加快產(chǎn)業(yè)化步伐HJT電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、專利壟斷期、工業(yè)化期和產(chǎn)業(yè)化期四個階段。1）1974-1996年：HJT技術(shù)成功研發(fā)并專利化。1974年德國馬爾堡大學(xué)的WaltherFuhs在論文中首次提出HJT（HeterojunctionwithIntrinsicThin-Layer，即異質(zhì)結(jié)）結(jié)構(gòu)，并于1983年成功研制出HJT電池，其轉(zhuǎn)換效率為12.3%，90年代日本三洋通過技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)效率突破15%并申請了HJT結(jié)構(gòu)專利；2）1997-2010年：三洋開啟HJT技術(shù)壟斷期。1997年開始三洋開始向市場提供HJT系統(tǒng)，其電池片和組件效率分別達(dá)到16.4%和14.4%，2003年其實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到了21.3%。此后HJT技術(shù)一直被三洋壟斷，期間各國也在積極開展對HJT技術(shù)的研究；3）2010-2015年：多廠商步入HJT工業(yè)化進(jìn)程。2010年松下（收購三洋）的HJT專利到期后，國內(nèi)外諸多廠商紛紛開啟了HJT的工業(yè)化進(jìn)程，期間松下于2011年達(dá)到23.7%的效率，于2014年轉(zhuǎn)換效率最高已達(dá)24.7%，KANEKA于2015年突破記錄達(dá)到25.1%的實(shí)驗(yàn)室效率；4）2017-2022年：國內(nèi)廠商加快HJT產(chǎn)業(yè)化步伐。2017年晉能科技成為了國內(nèi)最早試生產(chǎn)HJT電池的廠商，此后越來越多的企業(yè)開始進(jìn)入中試生產(chǎn)階段，到2019年已有多家國內(nèi)廠商宣布GW級HJT產(chǎn)能規(guī)劃。2021年隆基綠能的研究團(tuán)隊(duì)更新HJT電池的理論極限效率至28.5%，并刷新紀(jì)錄達(dá)到26.3%的實(shí)驗(yàn)室效率。4.2.轉(zhuǎn)換效率：理論轉(zhuǎn)換效率為28.5%，量產(chǎn)效率為24%~24.5%HJT電池理論極限效率為28.5%，目前量產(chǎn)效率在24%~24.5%，最高實(shí)驗(yàn)室效率高達(dá)26.5%。從理論極限效率來看，根據(jù)隆基最新測算，HJT理論極限效率為28.5%，仍小幅低于雙面TOPCon電池的28.7%。從量產(chǎn)效率來看，根據(jù)EnergyTrend，目前國內(nèi)多條HJT中試線上平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)24%~24.5%，HJT電池產(chǎn)業(yè)化效率仍有較大的提升空間。從最高效率來看，截至目前，HJT電池最高效率由隆基綠能于2022年6月創(chuàng)造，由德國ISFH研究所認(rèn)證，M6全尺寸電池光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)26.5%。根據(jù)PVInfoLink預(yù)計(jì)，隨著設(shè)備的不斷升級，2022年HJT有望實(shí)現(xiàn)25%+的量產(chǎn)效率。HJT電池是中期最適合的發(fā)展方向之一，效率潛力明顯優(yōu)于PERC電池。相比PERC電池，HJT電池主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：1）雙面率高：HJT是雙面對稱結(jié)構(gòu)，并且最外層的TCO薄膜是透光膜，整體結(jié)構(gòu)形成天然的雙面電池，雙面電池的發(fā)電量要超出單面電池10%+，目前HJT電池雙面率已經(jīng)達(dá)到95%（最高達(dá)到98%），雙面PERC電池的雙面率僅為75%+，相比其他工藝路線有明顯的發(fā)電增益優(yōu)勢。根據(jù)Solarzoom數(shù)據(jù)，考慮10%~20%的背面輻照及電池片雙面率的差異，HJT電池每W發(fā)電量較雙面PERC電池高出2.0%~4.0%；2）溫度系數(shù)絕對值低：光伏系統(tǒng)實(shí)際工作的溫度是要高于實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)室溫，故高溫下的電池性能尤為重要。根據(jù)Solarzoom，HJT電池的功率溫度系數(shù)約為-0.25%/℃，相比PERC電池-0.38%/℃的溫度系數(shù)存在0.13%/℃的優(yōu)勢。根據(jù)Solarzoom測算，如果考慮電池工作溫度超出環(huán)境溫度10~40℃，而全年平均環(huán)境溫度相比實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)工況低5~10℃，則HJT每W發(fā)電量高出雙面PERC電池約0.6%~3.9%。從溫度系數(shù)角度來看，HJT電池能更好地減少太陽光帶來的熱損失；3）低衰減：HJT電池中通常用N型單晶硅作為襯底，而N型單晶硅為磷摻雜，故不存在P型電池中硼氧對導(dǎo)致LID光致衰減的問題。同時，HJT電池表面沉積TCO薄膜，無絕緣層，因此無表面層帶電的機(jī)會，避免了PID發(fā)生。無LID和PID特征使HJT衰減率較低，根據(jù)Solarzoom，HJT電池首年衰減1%~2%，此后每年衰減0.25%，遠(yuǎn)低于PERC電池首年衰減2%，此后每年衰減0.45%的衰減情況。HJT低衰減特征使得其全生命周期每W發(fā)電量高出雙面PERC電池約1.9%~2.9%；4）工藝流程簡化&低溫工藝使得降本空間大：HJT電池的核心工藝包括：制絨、非晶硅沉積、TCO薄膜沉積和絲網(wǎng)印刷，全套工藝流程共計(jì)6個環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)少于PERC電池的10個環(huán)節(jié)和TOPCon的12-13個環(huán)節(jié)。其中非晶硅沉積主要用PECVD方法，TCO薄膜沉積用RPD（反應(yīng)等離子體沉積法）或PVD（物理化學(xué)氣相沉積法）。工藝流程簡化使得HJT電池從生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率上更有優(yōu)勢和提升空間，目前TOPCon電池良率在93%~95%的水平，而HJT電池良率在97%以上。此外，HJT采取低溫工藝，采用硅基薄膜形成PN結(jié)，最高工藝溫度在200℃以內(nèi)，相比于傳統(tǒng)的熱擴(kuò)散型P-N結(jié)在900℃高溫下制備，一方面有利于薄片化（未來可實(shí)現(xiàn)100μm厚度）和降低熱損傷進(jìn)而降低硅片成本，另一方面因能源節(jié)約等因素非硅成本也表現(xiàn)更優(yōu)。4.3.成本端：成本仍處高位，多種降本路線齊頭并進(jìn)4.3.1.高成本導(dǎo)致競爭力不足，限制HJT電池規(guī)?；a(chǎn)HJT電池生產(chǎn)成本相較于PERC電池每瓦高0.18元。從HJT電池總生產(chǎn)成本來看，我們假設(shè)：1）稅率為13%；2）設(shè)備折舊年限為6年；3）根據(jù)CPIA預(yù)計(jì)，2022年P(guān)ERC電池轉(zhuǎn)換效率將達(dá)23.3%，2022年HJT電池轉(zhuǎn)換效率將達(dá)24.6%；4）根據(jù)硅業(yè)分會，上周硅片均價為5.72元/