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光伏 产业动态

N型高效电池技术进展与展望

September 15, 2021 Derek Zhao

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近年来,尽管业内一直认为PERC电池提效空间有限,但是PERC的量产效率依然保持着每年约0.4-0.5%的提效速度,部分电池厂商声称PERC量产效率已实现23.5%且仍有提效后招。PERC电池的高效率,以及近2年来掀起的大尺寸浪潮,让PERC又出现一波巨量扩产,今年年底前PERC大尺寸新增产能将超过200GW,PERC的过渡扩张也极大地压缩了其他电池技术的发展空间。

尽管PERC仍然是未来2-3年甚至5年内主流的电池技术,但是PERC电池越来越迫近其理论极限的事实终究说明电池技术正面临新的技术拐点。目前关于PERC后的下一代电池技术讨论主要集中在N型TOPCon 和HJT 上,两种电池虽然不是非此即彼的关系,但是电池效率提升和成本降低的进步速度将决定二者谁将率先占据PERC后产能扩张的高点。

TOPCon

TOPCon产能与效率现状

210917_1_cn_TOPCon capacity and efficiency

Source: PV InfoLink技术趋势调研报告2021年8月

TOPCon 因为其与PERC均为高温工艺且工序兼容性较高,该技术更受传统电池厂商的青睐,今年许多新增PERC产能都做出预留TOPCon接口以备后续升级。尽管众多企业宣布布局TOPCon 但是受制于技术路线的困扰,下半年除了天合,尚德,BYD计划迈向量产外,以及隆基银川,通威眉山宣布GW级TOPCon 产能筹备中,实际落地的产能仍较少。

目前TOPCon 主流电池量产效率约23.7-23.8%,部分电池厂商宣布已实现24.0%+,但是PERC电池效率提升明显,TOPCon效率仍然未拉开与PERC电池的差距。

TOPCon 主要挑战

硼扩

尽管硼扩与磷扩工艺以及设备相似度极高,但是因为硼在硅中的固溶度较低,导致B扩相较常规的磷扩较难,实际硼扩散的温度需要达到900-1100℃,同时三溴化硼扩散的副产物对石英器件损伤严重。目前越来越多的厂商开始使用三氯化硼作为硼源,虽然三氯化硼的副产物对石英器件基本无损伤,但受制于B-CL键能较大,扩散均匀性又略差于三溴化硼

另外,目前SE暂时又未能应用于TOPCon 正面发射极,方阻的提升空间相对SE+PERC较小,大大影响了短路电流的提升和接触电阻的降低。

多晶硅钝化层制备

TOPCon 和PERC最大的不同即为背面引入了隧穿氧化层+掺杂薄多晶硅层, 当前主流的工艺为通过热氧法生长约1.5-2nm的隧穿氧化层,同时通过LPCVD方法沉积150-200nm的薄多晶硅层,再辅之磷扩进行掺杂,但是该技术路线生产效率低且伴随绕镀的问题导致良率偏低,目前采用此工艺路线的TOPCon 良率也仅为90-95%,与PERC 98%的良率相差较大。针对LPCVD良率提升困难的现状,越来越多的设备厂商开始尝试新的技术路线,如PECVD/PEALD/PVD,尽管新技术路线的设备陆续推向市场,但新技术路线的设备仍缺量产能力验证,TOPCon 技术路线的争论仍将持续为热点话题。

 

210917_2_cn_TOPCon technology route map compare

金属化

尽管TOPCon与PERC均采用高温烧结型银浆,但是TOPCon正反面均使用银浆,典型M6 TOPCon 电池使用银浆约130mg相较PERC M6电池高出约60mg, 同时较低的良率也制约着成本的降低,当前TOPCon 非硅成本仍与PERC有着约0.07-0.12元/W的差距。TOPCon双面均使用银浆决定了其金属化成本不可能低于PERC, TOPCon 唯有进一步提升效率和良率从而缩减与PERC的单瓦差距。

HJT

HJT产能与效率现状

210917_3_cn_HJT capacity and efficiencySource: PV InfoLink技术趋势调研报告_2021年8月
 

HJT凭其较高的效率极限以及工艺相对简单,迅速的吸引了资本市场的目光,近期随着通威1GW HJT项目的落地,华晟二期2GW的开工,JA计划引进HJT中试线,爱康产能的扩张以及金刚玻璃和华润电力布局HJT等相关HJT利好消息的爆出,让HJT的讨论又进入高涨。截至目前,HJT规划产能已超过70GW,但是受制于较高的设备投资成本以及生产制造成本,实际落地的HJT产能仍较低且2021年扩产落地仍较缓慢。

HJT 因为没有良率问题的困扰,当前技术路线已经较明确,PECVD法其中主要以RFCVD因为技术成熟度较高且镀膜均匀性较好已经成为制备非晶硅层的主流工艺路线,热丝CVD因为其沉积速率高和对硅片钝化效果好的优势,部分厂商也在开始尝试该路线;TCO制备环节,磁控溅射PVD法因为工艺简单,膜层均匀易控制且靶材利用率高制造成本低等优势已然成为制备TCO的主流工艺,而反应等离子体沉积RPD法因为凭借沉积的IWO光电性能更优异的优势,部分设备厂商一直也未放弃该路线的研究。总体来说,PECVD+PVD已然成为HJT最主流的路线组合。

当前,HJT生产效率已完全步入24%+时代,且后续提效路线较多如SMBB,微晶硅替代非晶硅等,新的提效路线设备依赖程度均较高,随着设备的不断升级,设备厂商和制造商均声称2022年HJT有望实现25.00%+的量产效率。

HJT 主要挑战

设备投资

随着HJT设备国产化的普及,HJT投资成本已经降到4.5亿元/GW左右甚至4亿元/GW以内,但是相较PERC的1.5-2亿元/GW和TOPCon 的2-2.5亿元/GW仍高出较多,高设备投资成本不仅影响前期投入积极性,也意味着后期非硅成本中折旧更高,另外,目前HJT生产商开工率均不足,导致HJT的折旧成本高出PERC至少0.03元/W.。

制造成本

金属化

区别于PERC和TOPCon 均使用高温烧结型银浆,HJT使用的是低温固化型银浆,受制于低温固化银浆的成熟度较低导致的销售价格较高,同时,低温银浆因为其较高的电阻率和HJT双面均需使用银浆导致银浆单耗相较PERC高出较多, 如HJT M6使用银浆约200mg, 高出PERC M6使用银浆量约130mg, 按照当前的HJT银浆使用量以及高HJT浆料售价,金属化环节HJT成本高出PERC约0.12元/W。

为了进一步降低金属化环节的成本,新的技术路线如银包铜和铜电镀被行业讨论研究最多,其中铜电镀因为需要额外近1.8亿/GW的投入以及良率,环保的考虑,目前进展仍较缓;银包铜已有厂商完成试验目前已进入可靠性阶段,预期2021Q4小批量量产。关于银包铜,目前传闻若铜占比30%左右电池片效率相当,但成本方面仍不够有竞争力,但若铜占比40%以上,电池片效率可能会出现0.1-0.3%的下降,且最大的问题是铜外露产生的可靠性问题。

含銦靶材

HJT中因为使用含铟靶材,TCO环节产生额额外非硅成本约0.05元/W,尽管国产靶材陆续实现进口靶材的替代,但是因为金属铟为稀有金属,未来如果HJT电池出现爆发性增长,金属铟的价格将出现井喷,近日已传出因为光伏电池企业铟的催生需求,9月份铟价相比8月份已上涨了约60%,如何降低铟的使用也是HJT降本的一大核心。目前提出的省铟技术路线为AZO替代以及铟的回收利用,目前因为HJT产能尚低且多数制造商在产能爬坡中,省铟环节的工作仍无实质性进展。

N型高效电池技术展望

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尽管N型高效电池仍有较多待解决的问题,但是N型电池先天的高转换效率、低衰减和更低LCOE潜力决定其势必成为继PERC后下一代电池主流技术。目前N型电池不管是TOPCon 还是HJT都取得了高于PERC的效率,而成本因素是制约N型能否快速增长的关键。随着越来越多的设备和制造厂商加入对TOPCon和HJT电池的研究,TOPCon 良率问题有望通过新的技术路线如PECVD或PVD解决;近年来HJT通过引入SMBB和银包铜亦可实现与PERC非硅成本相差0.2元/W,届时TOPCon 和HJT将更有竞争力,产能的扩张将加速落地。

目前预期TOPCon、HJT在近1-3年内仍是呈现产能、产量都持续扩张的情势,但TOPCon能较多的接轨原有的PERC产能,在扩产进展上相比HJT有优势,短期内TOPCon产能、产量发展速度优于HJT。

成本是制约HJT发展的最核心因素,待银包铜或铜电镀技术验证成熟后,HJT GW级别的扩张将越来越多,预期HJT仍需2-3年的降本(省硅省铟省银)沉淀,2023年后实际产出才能出现较大规模。

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