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异质结:光伏电池未来5年重大技术变革!

   日期:2021-07-30     来源:浙商证券    浏览:4336    评论:0    
光伏电池片未来 5 年将迎重大技术变革!

◼ 光伏行业:由政策+技术驱动,行业发展犹如“长江后浪推前浪”,伴随每一代技术 进步,中国出现了尚德、英利、协鑫、隆基、通威等一批又一批的光伏行业龙头。

◼未来 5 年:电池片是光伏产业链重大技术变革环节,设备受益迭代需求。

◼技术发展史:铝背场 BSF 电池(1 代, 2017 年以前)→PERC 电池(2 代,2017 年至今)→PERC+/TOPCon(2.5 代)→HJT 电池(3 代)→HBC 电池(4 代,可能潜在方向)→钙钛矿叠层电池(5 代,可能潜在方向)。

◼光伏行业的核心是“降本+升效”、降低度电成本。单晶电池技术的不断迭代,带来 转换效率从 2014 年的 19%上升至 2020 年的 23%-24%,预计未来有望迈向 30%。

异质结:“增效+降本”潜力巨大,是光伏未来颠覆性技术

2.1. HJT 电池:产业化临近、规划产能超 60GW,将取代 PERC 成为第 三代电池片技术

◼ 晶体硅异质结太阳电池(HJT)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池 与薄膜电池的优势,具有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发 电等优点,技术具有颠覆性。

◼ 对比 PERC 电池,HJT 潜力巨大,将成为第三代电池片技术主流。据我们综合测算, HJT 在 25 年全生命周期综合发电量较 PERC 高 15%-20%。

1) 转换效率更优:HJT 效率潜力超 28%,远高 PERC 电池。受 P 型单晶电池自身材 料的限制,PERC 电池转换效率已接近天花板,而 HJT 最高转换效率已超 26%(日 本 Kaneka 曾创 26.63%,国内最高为汉能的 25.1%),长期有望超 28%,效率优 势明显。

2) 工艺流程更简化,降本空间更大:HJT 为低温工艺,在硅片成本(利于薄片化 和减少热损伤)和非硅成本(燃料能源节约)上均更优。同时,HJT 只需 4 道 工艺,相比 PERC(8 道工艺)和 TOPCon(9-12 道工艺)成本更低。

3) 光致衰减更低:HJT 电池 10 年衰减率小于 3%,25 年发电量下降仅为 8%,衰减 速度远低于 PERC 及 TOPCon 电池。

4) 低温系数、稳定性高:在 82 摄氏度环境下,HJT 光电转换效率比传统组件高出 13%。

5) 双面率更高:HJT 为双面对称结构,双面率有望提升至 93-98%(PERC 和 TOPCon 均在 80%附近,但很难再提升),可获得 10%以上的年发电量增益。


◼ 回顾历史:异质结(HJT)电池最早由日本的三洋(Sanyo)公司于 1990 年研发,专 利保护于 2010 年过期。在过去 30 年间,产业经历了萌芽期、实验室阶段、初步的 商业化阶段和逐步的产业化阶段。

◼ 据不完全统计,目前 HJT 国内规划产能超 60GW,新老电池片厂商均有开始布局。安 徽华晟(500MW 量产线)、明阳智能(5GW 规划)、金刚玻璃(1.2GW 规划)、爱康科技 (3.4GW 招标规划)、润阳集团(5GW 规划)等已纷纷开始布局,历史包袱较轻。

传 统电池片厂商中,通威(金堂 1GW 量产线)、晶澳、东方日升、阿特斯、天合光能等 也已相继进入,加速从 PERC 向 HJT 的转型。

◼ 展望未来:预计 2020-2021 年将成为 HJT 投资元年,行业扩产规模将达到 10-15GW。 随着设备国产化、银浆和靶材成本的降低、以及转换效率提升带来的“增效+降本” 效益凸显,2022 年行业将进入快速爆发阶段、扩产规模有望达 30GW 以上。

2.2. HJT 设备:多技术路线“百花齐放”,国产设备厂将强力推动产业化进程

 HJT 4 大工艺步骤:制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备,对应的设备 分别为清洗制绒设备、PECVD 设备、PVD/RPD 设备、丝网印刷设备,在设备投资额占 比分别约 10%、50%、25%和 15%。

1)制绒设备:主要是利用化学制剂对硅片进行清洗和表面结构化,核心设备是湿式化 学清洗设备。

➢ 主要厂商:日本 YAC、德国 Singulus、德国 RENA。捷佳伟创的清洗设备已完成样 机并交付。

2) PECVD(非晶硅薄膜沉积):该步骤取代了传统 PERC 工艺中的扩散工艺,是构造异 质结结构的关键,难度、壁垒最高,价值占到全部设备的 50%,为异质结设备的核 心。

从技术路径上:板式 PECVD 是目前主流,管式 PECVD、Cat-CVD 具潜力。国外厂商 包括:梅耶博格(已不对外提供)、应用材料等。国内厂商包括:迈为股份、金辰 股份、捷佳伟创、理想能源、钧石能源等。

➢ 板式 PECVD:将多片硅片放置在一个石墨或碳纤维支架上,放入一个金属的沉积 腔室中,腔室中有平板型的电极,与样品支架形成一个放电回路,在腔室中的工 艺气体在两个极板之间的交流电长的作用下在空间形成等离子体,分解 SiH4 中的 Si 和 H,以及 NH3 中的 N 形成 SiNx 沉积到硅表面。优势:技术最成熟,易实现大 面积均匀性,材料缺陷态密度低。

➢ 管式 PECVD:使用像扩散炉管一样的石英管作为沉积腔室,使用电阻炉作为加热 体,将一个可以放置多篇硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。优势:相比板式 PECVD,成本端有更大的下降空间。

➢ CAT-CVD:源气体分子在真空室中通过加热的催化剂进行催化裂化反应分解,并将 裂解的物质输送到基材上形成薄膜。

优势:相比传统 PECVD,转换效率提升潜力 大,对于源气体的利用率在 80%以上。且 Cat-CVD 理论上可在热丝两侧同时沉积, 生产速度更快。


3)TCO 薄膜设备-PVD/RPD:技术壁垒低于 PECVD,主要包括 RPD 和 PVD 两种的技术 路径设备。目前主流技术路线是用 PVD(物理气相沉淀),相较于 PVD,RPD 的效率和 质量更高,但是受制于日本住友公司对设备和靶材的垄断,成本较高。

➢ 国外厂商包括:瑞士 Meyerburger、德国 Vonardenne、德国 Singulus、日本住 友等。

➢ 国内厂商包括:迈为股份 PVD(MUP8K)设备已达到 8000 片/小时产能。捷佳伟 创通过与日本住友合作也具备了 RPD 设备的供应能力,工艺成熟,并推出了 PAR (RPD+PVD)二合一设备、在转换效率和成本端取得平衡。钧石能源、理想万里 晖均有 PVD 设备布局。

4)丝网印刷机:包括丝网印刷(包括丝网印刷机,烧结炉,分选机)和电镀铜电极 两种技术路线,目前以丝网印刷为主流。

电镀铜电极相较而言更便宜,但是工序较 多、工艺复杂、有废水处理难等问题,目前参与厂商较少。

➢ 国外厂商包括 Baccini(AMAT 的子公司)等。

➢ 国内厂商:迈为股份占主导地位,捷佳伟创、金辰股份也推出了相关产品。

◼ 目前,HJT 设备 4 大环节均已实现国产化。国内电池设备厂商(迈为、捷佳、金辰、 钧石、理想)已纷纷在 HJT 不同工序环节布局,实现小批量订单销售,推动 HJT 电 池行业加速前进。

◼ HJT 技术壁垒高、成本优化空间大,只有将设备做到极致的企业能最终胜出。行业可 能类似 PERC 时代,形成 2-3 家寡头垄断的竞争格局。

3.3. 展望未来:成本降低是核心!预计 2022 年将具备产业化性价比、行 业将爆发

◼ 电池片核心看单 W 成本:我们预计各项成本均有望在未来下滑,预计到 2022 年 HJT 将达到与 PERC 旗鼓相当的成本区间。4 大降本方向分别为:

1) 硅片:目前 N 型硅片对比 P 型具有约 8%左右的溢价空间,未来有望通过 2 方面降本。

➢ HJT 为低温工艺,利于硅片的薄片化(从 170um 降低至 120-130um)。预计硅片 每减薄 20um 价格可下降 10-15%,对应组件价格降低 5-6 分/瓦。

➢ 随着未来 N 型硅片需求起量,规模效应将缩小 N 型与 P 型硅片之间的溢价空间。

2) 设备折旧:随着国产设备的“降本+提效”,目前 4-5 亿/GW 的设备投资额仍有较大的 降本空间。

3) 浆料:HJT 需使用低温银浆,目前主要依赖进口,有望通过 4 大方向降本。

➢ 无主栅、多主栅技术在 HJT 电池、组件上的应用,使得银浆的耗量快速减少。

➢ “银包铜技术”商业化量产,将降低银浆耗量 30%。

➢ 通过对串焊设备精度的提升,减小银浆主栅上焊接点的大小(银浆主栅上耗银 量较高的部分),从而节省主栅上的银浆耗量。

➢ 国产低温银浆起量(常州聚和、苏州晶银、浙江凯盈等),打破日本垄断,相比 高温浆料的溢价将大幅消失。

4) 靶材:目前主要被日本住友垄断,未来将通过提升靶材利用率、规模化回收、背面 AZO 替代和国产化(广东先导、壹纳光电等)降本等方式解决。


◼ 据测算,对比 PERC 电池目前约 7 毛/瓦的不含税总成本,HJT 电池仍有 2 毛/W 的成 本劣势。

预计随着设备厂商的技术进步(如转换效率和节拍的提升)、银浆、靶材的 国产化(已有多家国产厂家布局)、硅片的薄片化(N 型硅片厚度降至 120-130μm), 将共同推动 HJT 技术的真实降本,使得经济性进一步凸显,预计到 2022 年 HJT 将达 到与 PERC 旗鼓相当的成本区间。

◼ 伴随 HJT 电池产业化经济性逐步接近、超越 PERC 电池,预计 2021 年将有 10-15GW 的 HJT 扩产潮,2022 年将迎来 30GW 以上扩产潮,产线建设进入加速期。 
 

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