光伏电池变革:N型电池步入产业化元年

作者: 韩旭阳
随着光伏行业内焦点的转变,中信建投认为,N型电池中尤其是TOPCON电池技术在低成本的推动下,明年将迎来产业化量产元年。

随着光伏行业成为今年的一大热门赛道,光伏行业的焦点,正在从“硅料”转向“电池”。

业内人士指出,在上游和下游产业格局相对明朗的背景下,中游电池片环节的技术仍在不断迭代,新技术和新势力涌现,竞争充满活力,电池技术走向也决定了光伏行业未来的广度和深度。

光伏电池环节将是未来一段时间光伏行业的最大变数,“并有望演绎最美的主旋律。”

中信建投认为,这一趋势将推动N型电池步入产业化元年。目前主流的TOPCON、HJT、IBC等电池均具备较好发展前景。而在三者之中,TOPCON现阶段成本相对较低,未来效率具备潜力,明年将迎来产业化量产元年。

高效N型电池片技术势在必行

光伏电池片技术发展来自于技术迭代,由于当前主流的PERC电池效率迫近其瓶颈且提效进度放缓,而N型电池效率提升潜力大、投资成本不断降低,目前转化效率已突破平均24%以上,中信建投认为,本轮光伏技术变革将由P型电池转向N型电池,电池片企业亟需技术升级优化成本改善盈利能力。

中信建投指出,P型电池最主要的问题在于硼氧对引起的衰减,而掺磷的N型电池硼含量极低,从本质上消除了硼氧对带来光致衰减的影响。

此外,采用N型硅作衬底,具有少子寿命高、对金属杂质的容忍度高,适合双面电池设计(双面率90%)等优点。

而N型电池技术主要分为TOPCON、HJT以及IBC三种,均具备较好发展前景:

  • TOPCON是在N型电池工艺的基础上研发出的隧穿氧化层钝化接触技术,该技术可提升N型电池的VOC和转换效率。
  • HJT是通过增加一层非晶硅异质结来提高VOC开路电压,从而提高电池片的转换效率。
  • IBC的叉指式背接触的优良结构,使其在当前各电池技术中效率最高,同时量产化难度也极高。

三者之中,TOPCON现阶段成本相对较低,未来效率具备潜力,且可基于现有庞大产能改造,头部企业将会持续探索,明年将迎来产业化量产元年。HJT电池参数性能最优、降本增效路径最为清晰,较大概率成为下一代主流技术。

但考虑到HJT降本仍需上下游、供应商全产业链的配套,渗透率提升还将循序渐进,预计未来3年TOPCON将会与HJT并存。而IBC电池具备最高的转化效率,并可叠加工艺继续扩大优势,预计技术领先的企业也会布局。

TOPCON电池技术:明年实现大规模量产

TOPCON是在电池背面制备一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构。

TOPCON可以极大地降低金属接触复合电流,提升了电池的开路电压和短路电流,从而提升转化效率。 

中信建投指出,TOPCON最大的优势,是可以基于现有PERC产线升级改造。

国内PERC产能主要自2018年开始投产,其中60%约有200GW可改造为TOPCON产线,因此面临异质结等高效电池的竞争压力。在三年内PERC产线折旧未完成,将其改造成TOPCON拉长设备应用周期是较优选择。

TOPCON的另一个优势在于电池参数的性能优异。TOPCON理论效率28.7%接近晶硅极限29.43%,甚至高于HJT极限。目前TOPCON量产平均效率在24%以上,最高效率纪录已经突破25.4%。

同时,TOPCON电池还具备高双面率、低温系数好、低衰减等优点。

中信建投认为,由于TOPCON相对于PERC又多了3-4道工序,同时需要导入高温工艺,导致TOPCON良率相对于PERC有所下降。PERC电池良率基本在98%以上,目前行业TOPCON整体良率在93-95%,但布局领先的企业良率已经接近于PERC,将具备较强的核心竞争力。 

由于TOPCON电池具备上述的若干优势,生产成本相较于HJT、IBC电池更低,同时可基于现有产线改造,因此TOPCON电池成为目前大部分主流电池厂商的首选技术路线。

虽然TOPCON量产难点在于良率相对较低,但目前头部电池组件已提升至接近PERC水平,并有望于2022年实现大规模量产。

中信建投预计,2021和2022年TOPCON扩产将分别有望达到20、40GW以上,新增设备市场空间分别为36、72亿元。

HJT电池技术:具备较强发展潜力

中信建投指出,HJT电池技术的最大优势在于——光电转换效率高。

根据中科院数据,目前HJT产线量产转换效率基本24.3%以上,目前最高为隆基2021年10月实现的25.82%。

此外, HJT电池天然适合与钙钛矿叠层,最高效率可达30%以上。

另外,HJT电池还具有光致衰减低、双面率高、温度系数低、弱光效应等优势。

随着硅片、非硅、产能成本持续降低,中信建投预计,2022和2023年底HJT成本可分别达到0.79和0.68元/W,其中2022年与TOPCON成本相当,2023年与PERC成本相当。

中信建投认为,HJT电池高转化效率带来的成本摊薄和高端市场溢价,以及全生命周期内发电量的增益,将推动HJT电池性价比持续凸显,从而有望成为下一代电池主流技术路线。

IBC电池技术:高效率但难度、成本极高

IBC是目前商业化晶体硅电池中工艺最复杂、结构设计难度最大的技术。

中信建投指出,IBC最大优势在于转化效率极高,由于其叉指式背接触的优良结构,早期就实现转化效率25%以上

但IBC电池的工艺流程相比传统太阳能电池更为复杂,短期量产存在一定难度。

但中信建投认为,由于可以与HJT/TOPCON电池技术相结合,制备HBC/POLO-IBC电池,IBC电池技术能够继续提升效率至26%以上,代表晶硅电池最高效率水平,在特定应用场景具备较强优势,需要继续关注产业化进程。

本文作者:中信建投崔逸凡、朱玥,原文标题:《变革之春,N型电池片的新篇章正在展开 ——光伏行业技术变革2022年展望》

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