光伏電池HJT產(chǎn)業(yè)化加速

吳新竹

以P型硅片為基礎(chǔ)的PERC光伏電池系目前主流的電池片技術(shù)，但其極限轉(zhuǎn)換效率僅有24.5%，效率提升的瓶頸愈發(fā)明顯。相比之下，HJT電池工藝流程簡化、降本提效路徑清晰，被認(rèn)為是最具長期發(fā)展空間的N型電池技術(shù)路線。HJT電池的雙面率在95%以上，具有天然的雙面發(fā)電優(yōu)勢，電池采用低溫工藝，適宜做薄片化，降本潛力大。而且，HJT制備工序簡單，主要為清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO制備和電極制備，相較于9道工序的PERC電池以及12道工序的TopCon電池，良率較高。

未來，HJT更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化以及產(chǎn)線的流程化，進(jìn)而推動HJT電池技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。HJT電池四個(gè)生產(chǎn)步驟對應(yīng)的設(shè)備分別為清洗制絨設(shè)備、PECVD、PVD以及絲網(wǎng)印刷機(jī)，為國產(chǎn)化替代創(chuàng)造了機(jī)遇;長期來看，硅片薄型化、設(shè)備及漿料國產(chǎn)化會共同促進(jìn)HJT進(jìn)入產(chǎn)能爆發(fā)期。

目前占據(jù)市場主流的光伏PERC電池自2012年起量產(chǎn)，2018年以后呈爆發(fā)式增長，2020年市場份額達(dá)到87%;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%，較上年提高0.3個(gè)百分點(diǎn)，采用PERC技術(shù)的多晶黑硅電池片轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21%，較上年提高0.2個(gè)百分點(diǎn)，距離轉(zhuǎn)換效率極限24.5%越來越近。

考慮到P型硅片最大的問題在于硼氧復(fù)合體的光衰影響轉(zhuǎn)換效率，N型硅片正在接替P型成為下一代電池片技術(shù)的發(fā)展方向。N型硅片的少子壽命長，且金屬污染對少子為空子的N型硅片影響較小，N型硅片摻雜磷而非硼，可以從根源上消除硼氧復(fù)合體的衰減影響，因而轉(zhuǎn)換效率相比較P型硅片更高。

目前市場上較為主流的N型電池技術(shù)包括TOPCon、HJT以及IBC電池等。TOPCon極限效率為27.5%，效率更高，產(chǎn)線改造成本低，已成為未來2-3年電池技術(shù)的發(fā)展方向;HJT量產(chǎn)效率高，降本路線清晰，或?qū)⒊蔀楦L期的電池主流技術(shù);IBC轉(zhuǎn)換上限更高，但尚不具備經(jīng)濟(jì)性。

TOPCon是2013年德國提出的一種N型單晶鈍化接觸太陽能電池，在電池背面先后制備隧穿氧化層和磷摻雜多晶硅層，形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)。在工藝技術(shù)上，TOPCon電池技術(shù)與傳統(tǒng)PERC電池的主要區(qū)別在電池背面先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)，可有效降低表面復(fù)合和金屬接觸復(fù)合。目前雙面TOPCon電池的實(shí)驗(yàn)室最大效率為22.5%，單面TOPCon電池的理論極限效率約為27.1%。TOPCon電池生產(chǎn)線可在原有的PERC電池生產(chǎn)線上改造，據(jù)測算，每GW改造成本在0.5億-0.8億元，出于向N型硅片電池轉(zhuǎn)型的必要性和性價(jià)比考慮，擁有大量PERC電池產(chǎn)線設(shè)備的企業(yè)會傾向于選擇TOPCon電池作為過渡。

HJT電池全稱為本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池，是以N型單晶硅片為襯底，PECVD設(shè)備采用I-IN-P分層高品質(zhì)非晶硅鈍化連續(xù)鍍膜技術(shù)完成鍍膜，通過將N型硅片在正面依次沉積本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，而在背面依次沉積本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成背面場，在電池正背表面沉積透明氧化物導(dǎo)電薄膜TCO層及金屬疊層，利用金屬柵線技術(shù)在電池正背面形成金屬電極，從而形成電流傳輸?shù)腜-N結(jié)。

相比之下，傳統(tǒng)鍍膜工藝通常采用IN-IP鍍膜工藝，在同一腔體內(nèi)完成多層薄膜沉積，容易產(chǎn)生非晶硅薄膜交叉污染的情形，需要9-10道工序，對應(yīng)良率約為98.5%;TOPCon技術(shù)由于添加LPCVD、硼摻雜以及繞鍍清洗設(shè)備三道工序，工序環(huán)節(jié)的數(shù)量進(jìn)一步提升，尤其是LPCVD環(huán)節(jié)導(dǎo)致電池片的良率僅為90%-95%，而對于1GW的電池片的生產(chǎn)，3.5%良率差異對應(yīng)的生產(chǎn)成本差異在500萬-600萬元。

HJT的良率相對較為可控，主要優(yōu)勢體現(xiàn)在五個(gè)方面。一是低溫工藝，加工溫度低于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熱損傷，有利于硅片薄片化，從而降低成本;二是無PID效應(yīng)，HJT采用N型襯底硅片，摻雜磷，沒有P型硅片面臨的硼氧復(fù)合、硼鐵復(fù)合問題;三是低溫度系數(shù)，HJT高溫與低溫環(huán)境都表現(xiàn)出較好的溫度特性;四是雙面對稱結(jié)構(gòu)，可提高電池發(fā)電收益;五是高開路電壓，本征薄膜能夠有效鈍化晶體硅與摻雜非晶硅的界面缺陷，開路電壓高于常規(guī)電池。

HJT組件效率更高，意味著電站環(huán)節(jié)單位瓦數(shù)組件所需要的支架、線纜等成本可被進(jìn)一步攤薄。從電池本身的結(jié)構(gòu)來看，HJT電池的雙面率大于90%，相比于PERC電池超過70%的雙面率更具優(yōu)勢，有望實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)電量，優(yōu)勢十分突出。據(jù)SolarZoom，2020年HJT電池生產(chǎn)成本為每瓦0.9元，相比于每瓦0.72元的PERC電池，生產(chǎn)成本仍高出0.18元，主要來自硅片、銀漿和設(shè)備三個(gè)方面。HJT電池的硅片和漿料成本分別占總成本的53%和25%。以166電池片為例，單片PERC電池銀耗約90mg，單片HJT電池銀漿耗量約200mg，降低銀漿成本至關(guān)重要。

通過在銅表面包裹銀粉以替代純銀的銀包銅技術(shù)可大幅降低銀耗，通過高精串焊技術(shù)把柵線做細(xì)、做少也可減少銀耗。低溫銀漿市場有望實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，價(jià)格可從進(jìn)口的每千克6500-6800元降低25%左右至5000元以下。據(jù)測算，國產(chǎn)化銀漿的應(yīng)用和銀包銅技術(shù)推廣有望在2022年助力HJT每瓦降本約0.165元，快速縮小與PERC之間的成本差距。此外，生產(chǎn)TCO薄膜的ITO、SCOT、IWO、ICO四種主要靶材的國產(chǎn)化也會大幅降低HJT電池的成本。

中信建投預(yù)計(jì)，2022年年底，每片HJT M6電池銀耗有望下探至100-120mg;薄片化方面，預(yù)計(jì)下半年行業(yè)內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)130微米硅片量產(chǎn)，部分企業(yè)可以下探至120微米;從效率提升角度來看，年底導(dǎo)入雙面微晶的HJT量產(chǎn)線平均轉(zhuǎn)換效率有望提升至25.5%左右。

從非硅成本來看，PERC電池非硅成本每瓦有望降至0.2元以下，TOPCon的非硅成本也將逐步趨近于PERC，由于銀漿及靶材耗用以及設(shè)備折舊相對較高等原因，HJT的非硅成本預(yù)計(jì)仍明顯高于PERC和TOPCon;據(jù)測算，2022年年底HJT非硅成本每瓦或?qū)⒈萈ERC高出0.105元，而組件端的HJT電池合計(jì)制造成本有望達(dá)到每瓦1.8925元，略低于PERC組件成本的每瓦1.8933元。華安證券認(rèn)為，未來HJT進(jìn)入擴(kuò)產(chǎn)階段，設(shè)備、工藝都將趨于成熟，HJT設(shè)備的革新升級都將基于一定的技術(shù)儲備和客戶基礎(chǔ)上進(jìn)行，后入者面臨更高的客戶認(rèn)證壁壘和技術(shù)壁壘，領(lǐng)先廠商的市場份額將持續(xù)擴(kuò)大。

針對HJT電池的特性及市場前景，產(chǎn)業(yè)鏈內(nèi)多家企業(yè)已布局相關(guān)產(chǎn)品。設(shè)備商方面，寶馨科技2021年圍繞HJT制絨清洗機(jī)和電鍍設(shè)備進(jìn)行了研發(fā)投入和試生產(chǎn)，相關(guān)設(shè)備正在試生產(chǎn)過程中，并已取得意向訂單。邁為股份預(yù)計(jì)2022年HJT整體市場訂單規(guī)模將在20-30GW，擬投入23.12億元用于異質(zhì)結(jié)太陽能電池片設(shè)備產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。

電池片方面，通威股份基于2019年投建的400MWHJT試驗(yàn)研發(fā)成果，2021年新增投產(chǎn)1GWHJT中試線，并開啟了基于210尺寸的TOPCon量產(chǎn)中試;2022年4月，通威HJT產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換效率超過25%。晶澳科技則投資3億元用于新型金屬化工藝開發(fā)、新型鈍化膜開發(fā)以及新型透明導(dǎo)電膜開發(fā)等課題的研究，并對異質(zhì)結(jié)電池研發(fā)中試線進(jìn)行建設(shè)，中試線于2022年5月份投產(chǎn)。2022年年初，阿特斯嘉興研究院250MW異質(zhì)結(jié)電池項(xiàng)目處于建設(shè)中。金剛玻璃已投資建設(shè)1.2GW大尺寸半片超高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池及組件項(xiàng)目，2022年5月相關(guān)產(chǎn)線在產(chǎn)能爬坡階段，微晶線HJT電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.95%，電池最高轉(zhuǎn)換效率已達(dá)25.2%，異質(zhì)結(jié)組件量產(chǎn)功率穩(wěn)定達(dá)到700W以上，已交付部分客戶異質(zhì)結(jié)電池銷售訂單。

雙良硅材料（包頭）有限公司近日與安徽華晟新材料有限公司簽訂了異質(zhì)結(jié)專用單晶方錠框架供應(yīng)合同，約定2022年至2025年買方向賣方采購單晶方錠7800噸，預(yù)計(jì)2022-2025年銷售金額總計(jì)為30.24億元。隆基綠能近日宣布公司M6全尺寸電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.50%，異質(zhì)結(jié)電池效率領(lǐng)先優(yōu)勢進(jìn)一步擴(kuò)大。

組件廠商則超前布局了大規(guī)模產(chǎn)能。愛康科技在浙江長興規(guī)劃高效異質(zhì)結(jié)光伏電池及組件項(xiàng)目，預(yù)計(jì)總投資15.32億元，一期工程的生產(chǎn)線將在2022年內(nèi)陸續(xù)轉(zhuǎn)固，二期工程的生產(chǎn)線正在投入。2021年6月，中建材在江陰臨港規(guī)劃建設(shè)5GW異質(zhì)結(jié)太陽能電池項(xiàng)目，總投資30億元。同年8月，華潤電力12GW高效異質(zhì)結(jié)太陽能電池及組件制造項(xiàng)目于舟山啟動，該項(xiàng)目總投資110億元，總建筑面積56萬平方米，預(yù)計(jì)到2025年建成達(dá)產(chǎn)。