異質結:下一代最熱門候選電池技術之一

一、異質結電池行業概況

光伏電池行業本質上一個技術密集型的產業,作為戰略性新興行業,科學技術發展是光伏行業發展的根本。目前行業內主流的先進技術有異質結太陽能電池(HJT)、TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸)、金屬穿透(MWT)技術、全背電極接觸晶矽光伏電池(IBC)技術、濕法黑矽(MCCE)技術、背面鈍化(PERC)技術等等。

異質結電池具備高轉換效率、工藝結構簡單等多重優勢,異質結技術具備更高的轉換效率,雙面率可以達到98%;更低的衰減,無PIDLID問題;較低的溫度系數,可以達到-0.25%,常規晶矽電池為-0.46%;更適合與疊瓦技術相結合,HJT電池柔性不易隱裂。另外,還存低度電成本、壽命周期長、產品應用范圍廣等特點。

首先,與常規電池處理一致,對機械切割後的矽片表面進行蝕刻、制絨處理。隨後,開始在矽片兩側沉積本征非晶矽薄膜,然後再沉積極性相反的摻雜非晶矽薄膜。再下一步,開始制備TCO薄膜,TCO的制備主要通過物理氣相沉積(PVD)技術的濺射來完成。最後,在TCO頂部進行表面金屬化處理,便可得到異質結電池。

在政策和技術的推動下,行業的迭代猶如“後浪推前浪”,光伏行業也不例外。在不斷追求“降本提效”的光伏行業,電池片的迭代需求尤顯重要。異質結電池(HJT)以其“增效降本”的巨大潛力,成為光伏行業的“後浪”,推動光伏產業技術變革。

近年來光伏行業技術路線持續迭代,2021年以來電池技術路線逐漸迭代到以HJT、TOPCon為主的N型電池片路線,其中TOPCon因為其生產工藝的綜合成本更低而成為相對優先級更高的主流路線。

長期來看HJT路線是相對更優的選擇,主要表現為:(1)HJT 電池可避免 LID 光致衰減和 PID 電位誘導衰減;(2)HJT電池溫度系數優於 PERC、TOPCon,輸出功率穩定;(3)HJT 電池結構對稱,雙面率高;(4)HJT 電池適合薄片化發展,降低矽片成本;(5)HJT 轉換效率高;HJT 制備流程短,利於產業化。

光伏行業主流路線電池片效率度對比

二、上遊成本占比情況

HJT除人力成本外,其他所有成本支出目前均高於PERC。與目前主流的高效光伏電池PERC相比,異質結電池核心工藝隻有制絨清洗、非晶矽薄膜沉積、TCO制備、電極制備4個步驟,因此人工成本相對較低。

HJT電池的成本主要由矽片、漿料、設備折舊、電力、靶材等構成,2022年成本占比分別為71%、12%、5%、3%和1%。其中,HJT電池中矽成本占比71%,為HJT電池成本第一大項。未來通過矽片薄片化和導入矽片吸雜工藝可以降低矽成本和提升轉換效率。

2022年HJT電池成本占比情況

HIT電池采用n型單晶矽片。2022年,全國矽片產量約為357GW,同比增長57.5%。其中,單晶矽片(p型+n型)市場占比約97.5%,p型單晶矽片市場占比87.5%,n型單晶矽片占比10%。隨著下遊對單晶產品的需求增大,單晶矽片市場占比將進一步增大,n型單晶矽片占比將持續提升,預計到2023年其市場占比將達到25%。

2020—2023年中國n型單晶矽片市場占比趨勢變化圖

三、異質結電池行業市場現狀

2022年,新投產的電池片量產產線仍以PERC電池產線為主,市場占比為88%。n型電池片占比合計達到約9.1%,其中n型TOPCon電池片市場占比約8.3%,異質結電池片市場占比約0.6%,XBC電池片市場占比約0.2%。目前,異質結電池市場占比較小。

2022年不同電池技術路線市場占比情況

得益於N型矽襯底以及非晶矽對基底表面缺陷的雙重鈍化作用,目前HJT電池的轉換效率要優於其他電池技術的轉換效率。數據顯示,2022年異質結電池平均轉換效率達到24.6%。從最高轉換效率來看,近日德國哈梅林太陽能研究所的最新認證報告顯示,隆基綠能自主研發的p-HJT電池轉換效率達到26.81%,是目前全球矽基太陽能電池效率的最高紀錄。其優勢主要有:(1)效率提升潛力高,通過疊加IBC或鈣鈦礦技術,最高效率可分別達25%、28%以上;(2)降本空間大,低溫工藝+N型電池更容易實現矽片薄片化;(3)其雙面對稱具有更高的雙面率,雙面電池組件可獲得10%以上的年發電量增益;(4)較PERC電池更低的光致衰減。

2022—2030年異質結電池技術平均轉換效率預測趨勢圖

四、技術專利分析

我國異質結電池專利申請數量在2015-2022年呈上漲趨勢。2022年中國異質結電池專利專利申請數量為143項;截止到2023年8月8日,我國異質結電池專利專利申請數量為44項。目前,我國異質結電池專利申請數量專利662項。

2015-2023年8月中國異質結電池申請專利申量趨勢分析

五、下遊分析

2022年,在碳達峰、碳中和目標引領和全球清潔能源加速應用背景下,中國光伏產業總體實現高速增長。根據中國光伏協會數據,2022年,全國組件產量達到288.7GW,同比增長58.8%。隨著光伏組件各大廠商持續擴增產能,預計未來產量將繼續增長,到2023年組件產量將達到433.1GW。

2017—2023年中國光伏組件產量預測趨勢圖

發佈的《2023年中國異質結電池行業市場現狀及未來五年投資規劃分析報告》是異質結電池行業最新研究成果。介紹瞭異質結電池行業市場發展環境、全球及中國異質結電池行業整體運行態勢,分析瞭異質結電池市場競爭格局及異質結電池重點企業經營狀況、產業鏈發展現狀等,並對異質結電池行業未來投資前景做瞭預期及判斷。

電池片是光伏行業降本增效的關鍵環節,更高的轉換效率可攤薄下遊電站的面積相關成本。地面光伏系統投資中,組件價格占比 40.70%,而電池又占到組件成本構成的 67.5%,系統成本的下降主要依賴於組件價格及電池成本的下降。

更高的轉換效率可帶來更高的發電增益率,單晶 P-PERC、中來股份 TOPCon、鈞石能源異質結相比單晶 BSF 發電增益率分別為 3.0%、8.3%、11.0%。同時光伏電站的運輸、安裝、線纜、支架、運維、土地等成本均與面積成正相關關系,因此采用更高效的電池組件,可節省光伏電站面積,進而節約面積相關成本。

光伏組件成本構成比例分佈

六、異質結電池發展趨勢

中國光伏行業協會名譽理事長王勃華在7月舉辦的“光伏行業2021年上半年發展回顧與下半年形勢展望研討會”上表示,光伏已成為全球最具競爭力的電力產品,並認為我國“十四五”年均增長70GW~90GW,預計2021全年新增55GW~65GW。

光伏已經成為我國實現“碳達峰”“碳中和”雙碳目標的重要環節。而異質結電池的大規模量產,是光伏行業增效降本、實現技術變革的重要推動力,是國傢新能源系統大戰略中光伏能源占比持續提升的保證。

異質結電池在電池轉換效率、多結電池、工藝步驟、溫度系數、雙面率、低衰減性和抗PID等方面都具有比常規晶矽電池無可比擬的明顯優勢,因此異質結電池被認為是可能替代PERC電池的最熱門的下一代候選電池技術之一。

然而光伏行業本質上是個追求低單瓦成本和度電成本的綠色產業。當前階段下,異質結電池的初始投資明顯高於PERC和TOPCon,並且不能利用已有的PERC產線。同時,異質結電池隻能使用低溫銀漿做電極,這就導致瞭異質結電池的單瓦成本遠高於PERC電池,限制瞭異質結電池的產業推廣速度。

光伏產業正處於蓬勃發展階段,相關技術隨之不斷提升。2021年全球異質結電池規劃產能已接近150GW。在異質結電池行業展現出巨大發展潛力的背景下,國內眾多企業紛紛加入賽道,在其產能上超前佈局。

根據中科院電工所數據顯示,截止2021年底,國內異質結電池已建產能5.57GW,2022年待建產能4.8GW,2022年底至少具備10GW的異質結電池產能。在國內企業加快佈局異質結電池領域同時,領先企業在電池效率方面不斷突破新高,2021年7月華晟新能源研發的166尺寸異質結電池最高轉化效率已達25.23%;2021年10月隆基科技轉化效率已達25.82%,成為全球最高。

未來在本土企業不斷提效降本下,國內異質結電池量產速度將不斷加快,行業發展前景較好。在國內異質結電池相關技術日趨成熟,相關設備、材料等國產化水平不斷提高背景下,異質結電池行業已進入產能迅速擴張時期,行業發展前景較好。

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