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十张图了解异质结电池(HJT)发展概况分析 2020 年或将迎 HJT 产业元年

前瞻网 10-21

REC 宣布 600MW HJT 产线量产 全球 0.5GW 以上 HJT 项目取得突破

2019 年 10 月 10 日,REC 宣布其位于新加坡的 600MW 异质结电池产线开始量产,随着此次 600MW 异质结电池产线的投产,将推升 REC 总组件产能至 1.8GW。据了解,该项目投资 1.5 亿美元,采用了瑞士设备商梅耶博格 ( MB ) 的设备和技术方案,并使用了梅耶博格先进的智能网栅连接技术 ( SWCT ) 。

此外,该项目使用了今年 5 月份对外宣布的阿尔法系列 HJT 组件成为亮点:60 片 M4 半片封装,平均效率达到 370W,峰值功率达到 380W,组件效率在 21.2% 左右,电池效率在 24.5% 左右,较现行的电池片产品有较大的功率增益。除了优异的功率表现外,REC 保证 25 年功率为初始功率 92%,光衰指标较当前的产品有比较显著的优势。同时,REC 阿尔法系列组件温度系数优势也比较明显,其最大功率 ( Pmax ) 的温度系数为 -0.26%/ ° C ( 好于当前技术 -0.37%/ ℃左右的水平 ) ,在高温地区发电量优势会更加突出。

值得注意的是,REC 此次新加坡投产产线是全球第一个 0.5GW 以上的量产 HJT 项目,具有很大的标杆意义,将推动全球 HJT 产业实现大规模化生产。

HIT 优势显著,成为太阳能电池未来重要发展方向

硅基太阳能电池在 2015 年之前由铝背场 ( BSF ) 电池主导,2015 年 p-PERC 开始起量,目前 PERC 电池已经成为市场主流电池,但伴随着 PERC 电池效率提升开始逐渐放缓,以及具备效率高、无光衰、温度系数低、弱光响应高等诸多优势的,基于 N 型硅片的异质结电池 ( HIT ) 产业化已经成熟,光伏电池产业发展的重心正在逐渐从 p 型 PERC 电池转向 n 型 HIT 电池。

异质结电池 ( HIT ) 是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,因以晶硅材料作为衬底,在材料中占比重较大,业内通常将其列入晶体硅太阳电池类别 ; 又因其制备过程使用薄膜太阳电池技术,也有少数人将其列为薄膜太阳电池。

从结构上来说,异质结一般以 n 型单晶硅片为衬底,在经过清洗制绒的 n 型 CZc-Si 正面依次沉积厚度为 5-10nm 的本征 a-Si:H 薄膜 ( i-a-Si:H ) 、p 型 a-Si:H 薄膜 ( p-a-Si:H ) ,从而形成 p-n 异质结。在硅片背面依次沉积厚度为 5-10nm 的 i-a-Si:H 薄膜、n 型 a-Si:H 薄膜 ( n-a-Si:H ) 形成背表面场。在掺杂 a-Si: 薄膜的两侧,再沉积透明导电氧化物薄膜 ( TCO ) ,最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极,构成具有对称结构的 HIT 太阳电池。也可以用 p 型单晶硅为衬底,获得对应结构的异质结电池。

异质结电池 ( HIT ) 综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳能电池的热点方向之一。具体如下:

1、HIT 发电效率、发电量优势突出

从原理上,HIT 电池由于 Voc ( 开路电压 ) 高,其理论效率高达 27% 以上,处于目前技术路线的前列。目前,HIT 电池的实验室效率在 26% 以上,现有设施的平均量产效率在 23% 以上,效率优势显著。

此外,相同功率下,HIT 电池发电能力也更强。HIT 电池由于其温度系数低、无衰减、弱光响应强等特点,相同功率下,较其类型的组件发电能力更强,较多晶组件高 10% 以上,较单晶 PERC 组件高 5%-10%。同时,HIT 组件双面率更高,若考虑双面发电,HIT 组件具备更高的发电增益。

2、HIT 电池结构相对简单,量产化步骤少

异质结电池 ( HIT ) 为天然的对称结构,主要包括:N 型晶硅层,本征非晶硅薄膜 ( i-a-Si:H ) 、p 型非晶薄膜 ( p-a-Si:H ) 、透明导电氧化物薄膜 ( TCO ) 、以及金属集电极,结构相对简单。HIT 电池生产工序仅需 4 步,量产具备优势。目前,主流的 PERC 电池量产需要 8 道工序,TOPCon 需要 12 道工序,而 HIT 电池的工序仅为 4 道。从理论上讲,HIT 工艺步骤少,可以极大的降低电池的不良率,以及人工、运维等其他生产成本。

HIT 电池成本下降空间大 未来 3-5 年有望下降 50%

尽管当前异质结电池 ( HIT ) 成本相较于其他电池仍然偏高,如 HIT 电池进口设备约为 8-10 亿元 /GW,国产设备约为 5-8 亿元 /GW,而 PERC 只需要 2.5-3 亿元 /GW。但随着近年来异质结电池技术不断成熟,其成本也在不断降低,如 2017 年为 1.81 元 /M,2018 年就下降至了 1.22 元 /M,降幅达 33%。

从 2018 年成本构成来看,主要包括硅片成本 0.575 元 /M,占比 47.13%; 浆料成本 0.297 元 /M,占比 24.34%; 折旧 0.150 元 /M,占比 12.30%、靶材 0.053 元 /M,占比 4.34%。还包括其他材料、动力、人工等,具体如下:

根据当前发展趋势,未来 HIT 电池成本有望 3-5 年内降低至目前的 50% 左右,到 2023 年达到 0.65 元 /M。主要下降的手段包括:硅片薄片化降低硅片成本,银浆用量减少及国产化降低浆料成本,单机生产设备产能提高以及国产化降低折旧成本。具体为:

1 ) 硅片薄片化。HIT 电池采用的是 N 型单晶硅片,与 P 型单晶硅片不同,N 型硅片薄片化以后不影响硅片的电性能,硅片厚度有望从目前的 180um 降低至 120um,甚至 100um。硅片薄片化以后,能够降低每片硅片的硅耗量,同时提升硅片生产环节的生产效率,从而有效的降低硅片的生产成本。如果考虑电池效率每年提升 0.5%,HIT 电池的硅片成本有望从目前的 0.488 元 /w 降低至 0.295 元 /w 左右,降低 40% 左右。

2 ) 减少银浆用量。不同于 PERC 电池,HIT 电池由于生产工艺温度较低,只能采用价格更高的低温银浆。低温银浆由于生产工艺难度更高,同时需要冷链运输,价格较常规银浆要高 10-20%。通过无主栅电池和组件的封装技术,银浆消耗量有望降低 50%-60%。且随着低温银浆产能提升,HIT 电池浆料成本有望持续降低。

3 ) 规模化减低设备成本。规模化是设备成本下降的主要路径之一,当前 HIT 电池设备的单机产能相对较低,清洗机、PVD、丝网印刷机单机产能大约在 200MW/ 台左右,PECVD 只有 100MW/ 台左右的产能。未来随着单机产能提高,设备成本有望持续下降,与 PERC 持平。

HIT 电池规划产能达 30GW,2020 年有望成 HIT 电池产业元年

此前,由于设备初期投资高以及对制程工艺要求严格,大部分厂商对异质结电池技术仍在观望阶段。近年来,随着高效电池已经成为了市场的主流,以及异质结电池技术不断提高,成本持续下降。各市场主体加快 HIT 电池的投资布局。国际方面,现有产能 1GW、量产效率达 23% 的日本三洋可谓是 HIT 中的领头羊,除此之外,具有较成熟 HIT 技术的还有 REC、Keneka、Solarcity 等。

国内方面,尽管当前我国异质结电池产量较低,2017 年为 60MW,2018 年为约为 886MW,但国内企业布局正在加快。数据显示,目前已有 10 多家企业参与到异质结电池研发、生产中,规划总产能已超过 30GW。其中作为异质结领域较早的 " 拓荒者 " 之一,晋能科技早在 2017 年就已实现中试线投产,现有产能 100MW,异质结电池量产最高效率达 23.85%,量产平均良率达 98.29%,未来的规划产能为 1GW。而布局较早的中智、汉能及钧石现有产能也分别达到了 160 MW、150 MW 和 600 MW,规划产能分别为 2GW、2GW、5GW。通威、爱康、彩虹等新进入的企业自 2018 年起纷纷宣布了 GW 级的异质结产能布局,目前产线多在建设中。

随着企业加大 HIT 电池投资布局,一批标杆企业与项目可能在年底到 2020 年投运,预计将有 2020 年将有 4-7GW 以上的 HIT 新增产能投放,超前几年累计产能。而这也将进一步提升行业对异质结电池的信心,2020 年可能是 HIT 的产业化元年。

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《中国太阳能电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告

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