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光伏電池深度解析:N型電池將成下一代主流方向

 rwm1110 2021-06-26
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隨著P型電池接近效率極限,N型電池技術(shù)料將成為未來發(fā)展的主流方向,其中TOPCon和HJT技術(shù)為產(chǎn)業(yè)投資和市場關(guān)注的重點。
晶硅電池技術(shù)是以硅片為襯底,根據(jù)硅片的差異區(qū)分為P型電池和N型電池。
P型電池(左)和N型電池(右)結(jié)構(gòu)示意圖:
圖片資料來源:solarzoom
兩種電池發(fā)電原理無本質(zhì)差異,都是依據(jù)PN結(jié)進(jìn)行光生載流子分離,但是由于擴散B元素和P元素在實際工藝上差異、以及晶體硅內(nèi)部缺陷對光照的響應(yīng)和對少子的捕獲能力差異,導(dǎo)致二者在實際工業(yè)生產(chǎn)中面臨不同的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。
P型硅片制作工藝相對簡單,成本較低,主要是BSF電池和PERC電池,為目前主流。
N型效率更高,但是工藝復(fù)雜,目前投入比較多的主流技術(shù)為HJT電池和TOPCon電池,2020年僅占比約3.5%。根據(jù)CPIA預(yù)測,2030年,N型電池的市占率或?qū)⑦_(dá)到56%左右,前景十分廣闊。
光伏電池片技術(shù)路線:
圖片資料來源:PVinfolink, 中信證券

圖片P型電池:PERC電池為主流


傳統(tǒng)單晶和多晶電池主要技術(shù)路線為鋁背場技術(shù)(Al-BSF),目前主流的P型單晶電池技術(shù)為PERC電池技術(shù),該技術(shù)制造工藝簡單、成本低,疊加SE(選擇性發(fā)射技術(shù))提升電池轉(zhuǎn)換效率。
PERC電池技術(shù)的推廣主要得益于單晶硅片的大規(guī)模推廣,設(shè)備國產(chǎn)化率快速提升等因素。根據(jù)CPIA數(shù)據(jù),2020年新建量產(chǎn)產(chǎn)線仍以PERC電池為主,PERC電池市場占比達(dá)到86.4%。
從目前電池效率看,隆基24.1%的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近PERC電池24.5%的極限效率,電池廠商研發(fā)重心已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向新的技術(shù),PERC技術(shù)正式進(jìn)入變革后周期,市場存在明顯的“效率焦慮”。
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光伏電池技術(shù)及效率演進(jìn)發(fā)展史:
圖片資料來源:NREL

N型電池轉(zhuǎn)換效率高,有望替代P型電池成為未來光伏電池主流技術(shù)。

理論上來說N型電池優(yōu)勢明顯:與傳統(tǒng)的P型單晶電池和P型多晶電池相比,N型電池具有轉(zhuǎn)換效率高、雙面率高、溫度系數(shù)低、無光衰、弱光效應(yīng)好、載流子壽命更長等優(yōu)點。
從目前技術(shù)發(fā)展來看,P型PERC電池已經(jīng)迫近效率天花板,降本速度也有所放緩。而N型電池效率天花板較高,電池工藝和效率提升明顯加快,未來轉(zhuǎn)換效率提升空間更大。
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根據(jù)光伏協(xié)會產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線報告,N型高效電池2030年轉(zhuǎn)換效率或超過25.5%,比P型電池高出1個百分點以上。
隨著國產(chǎn)化設(shè)備成本不斷降低,且N型電池效率提升空間具備優(yōu)勢,對更高效電池的追求也成為市場的選擇,有望成為下一代電池技術(shù)的發(fā)展方向。
各種電池技術(shù)平均轉(zhuǎn)換效率變化趨勢:
圖片資料來源:中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖(2020版)

圖片N型電池主流技術(shù):HJT電池和TOPCon電池


目前實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)(>1GW)的新型高效電池主要包括TOPCon、HJT和IBC三種。
HBC、疊層電池暫時還處于實驗室研發(fā)階段。同時,N型電池技術(shù)組成的疊層電池,轉(zhuǎn)換效率將有進(jìn)一步提升的空間。
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HJT電池:生產(chǎn)工藝簡單技術(shù)難度高圖片

HJT電池對稱結(jié)構(gòu)使得電池本身受到內(nèi)部應(yīng)力的影響更小,低溫工藝進(jìn)一步保護了晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)和器件界面接觸,使得電池良品率不會因硅片減薄而受到較大影響。
在此基礎(chǔ)上,HJT電池結(jié)合預(yù)切半刀技術(shù)可以將電池片厚度從160-170μm降低到120-130μm。
HJT的高效率來源于N型硅襯底以及非晶硅對基底表面缺陷的雙重鈍化作用。非晶硅由無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,含有大量的斷鍵可以起到飽和硅基底表面懸掛鍵的作用。
HJT只需4步工藝但技術(shù)難度較大:制絨清洗設(shè)備(投資占比10%)、非晶硅沉積設(shè)備(投資占比50%)、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備(投資占比25%)和絲網(wǎng)印刷設(shè)備(投資占比15%)。
其中制絨清洗設(shè)備和絲網(wǎng)印刷設(shè)備已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)替代;邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、理想萬里輝和鈞石能源均有PECVD設(shè)備銷售;邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、鈞石能源均有PVD設(shè)備銷售,理想萬里輝正在推進(jìn)樣機研發(fā)。
HJT與PERC工藝路線完全不同,無法延伸,只能新投產(chǎn)線,且HJT與主流的PERC生產(chǎn)設(shè)備不兼容,因此PECVD等制膜和真空設(shè)備的投入會給企業(yè)帶來較高的轉(zhuǎn)換成本。
HJT電池設(shè)備企業(yè)及對應(yīng)工藝環(huán)節(jié):
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圖片資料來源:興業(yè)證券

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