(1)“提效、降本”是光伏產業發展的核心,規模化與技術進步相互促進。我國已在光伏規模化方面全球領先,技術 方面如何“提效”則是下一階段的重點。在投資中,我們需要重點判斷是“某項技術保持超額收益的持續時間” 。
(2)硅料:在電池新技術的引領下,p型料到n型料的發展是大趨勢,對提純的要求更高;顆粒硅雖然在
(1)“提效、降本”是光伏產業發展的核心,規模化與技術進步相互促進。我國已在光伏規模化方面全球領先,技術 方面如何“提效”則是下一階段的重點。在投資中,我們需要重點判斷是“某項技術保持超額收益的持續時間” 。
(2)硅料:在電池新技術的引領下,p型料到n型料的發展是大趨勢,對提純的要求更高;顆粒硅雖然在降本上體現 了一定優勢,但品質也需要進一步提升。硅片:大尺寸、薄片化是重要的發展趨勢,連續拉晶則是提效的重要手段。 電池: TOPCon、HJT、IBC等技術將開啟對PERC的逐步替代,不同廠商基于自身策略進行選擇,呈現各家爭鳴的態 勢;材料及工藝的選擇將持續推動電池技術進步。組件:疊瓦、MBB技術以及適配更多應用場景的組件產品將持續推 出。
2022年n型電池出貨量市占率有望達11%,主要以TOPCon產品放量為主。觀察已投產n型技術的企業,布局HJT的新進企 業多數為中試線水平,HJT中試線生產良率達到98%-99%,大規模量產的良率波動在80%-90%之間,生產良率、稼動率 仍有待改善;而TOPCon進入者多為一體化企業,預計后續擴產計劃也都為TOPCon預留升級空間,且擴產的GW級產線相 對較多,中短期來看TOPCon產能的實際放量將高于HJT的產能。根據CPIA預測2025年TOPCon+HJT產能將達到35%的 比重。
n型硅片技術對比p型硅片更傾向于半導體化,n型電池片可以實現更高的理論轉化效率,且具有壽命高、溫度系數低、光 衰減系數低、弱光響應等綜合優勢,不僅BOS成本更低,n型電池在全生命周期內的發電量也高于p型。n型硅片制備更貼 近于半導體材料,一方面它具有更高的少子壽命、更低的氧碳含量、還有更加集中的電阻率分布,對材料提出了更高的要 求,一般要達到電子級2級要求。在制作n型技術電池上,大家更多采用差異化的產品設計,材料端、電池端、組件端的產 業鏈相互配合,標準和要求才能進一步提高,所以當前更需要建成n型的產品生態。
n型硅片成本和售價一般比p型硅片高出約6-10%。成本高的原因:摻雜磷且均勻性要求提高(分凝系數磷0.35<硼0.8-1)、 純度要求提高、客戶要求各異、工藝難度在增加、硅棒也短一些增加成本。
根據中環股份業績匯報材料:
(一)少子壽命影響因素及改善目標:
(1)從原料方面:1)原生多晶:體表金屬含量控制;2)回收料:清洗質量控制。
(2)單晶工藝方面:1)拉晶棒長設定;2)拉晶顆次設定。
(3)熱場、工裝影響:熱場、工裝夾具純度以及材質的優化都可以降低拉晶過程中對于微量雜質的引入。
(4)電阻率范圍差異化:摻雜劑濃度越高電阻率越低,少子壽命呈降低趨勢,不同電阻率范圍少子壽命差異巨大。
(二)氧含量的控制:
反映出材料的純度,同時在越低的氧含量,越有利于獲得更高的光電轉換效率,可以通過基礎研究、加快氧揮發速率和降 低單晶制備中硅溶液與坩堝的反應速率來改善。 硅料端:n型料前期以海外進口為主,后期以國內產品為主,差距不大,目前改良西門子法可實現,顆粒硅方法需要提升品 質。硅片端:拉棒:n型硅棒更短、少子壽命更高、氧含量降低,品質要求高;切片:薄片化,金剛線更細,熱場及石英坩 堝純度提升,耗量增加。
TOPCon:22年量產提速,產品實現溢價
(1)TOPCon即隧穿氧化層鈍化接觸電池,是2013年在第28屆歐洲 PVSEC 光伏大會上德國 Fraunhofer太陽能研 究所首次提出的一種新型鈍化接觸太陽能電池。
(2)大多數TOPCon是基于n型硅,正面采用氧化鋁和氮化硅電解質層來鈍化p+硼擴散發射極,在背面擁有~1nm 隧穿氧化層——“氧化硅”是其核心特點 ,而后分別鍍n+多晶硅層和氮化硅層,最后在電池正反面刷上銀電極。
(3)氧化硅提供極好的化學鈍化作用,重摻雜的多晶硅截面排斥“少子”,隧穿氧化層可以使“多子”在非常低的 結電阻下隧穿通過,由于載流子選擇性,在摻雜層之間,載流子形成快速輸運能力,使得電阻損失減少、載流子復 合率降低,而達到提升效率的目的。
(4)TOPCon電池具有全新的表面鈍化體系、全新的金屬接觸體系(金屬/半導體之間隔離/半隔離狀態、多晶硅高 摻雜濃度表面形成較好的歐姆接觸)、完美的光學匹配(多晶硅膜位于背面,最大化光吸收利用能力)、較好的體 材料匹配(n型料)。
技術難點一:隧穿氧化層制備及非晶硅膜沉積
(1)氧化硅制備采用濕化學氧化法與氣相氧化法,非晶硅薄膜采用化學沉積法(LPCVD、PECVD、PVD、PEALD、 APCVD等)。
(2)LPCVD優勢:技術較為成熟,兼容現有產線;同時集成度較高,氧化硅與非晶硅可以單管集成;無脫膜現象;設備 產能大、成本不高、占地面積小;電池效率高。
(3)LPCVD不足:非晶硅成膜速率低,且厚度均勻度控制難度大;通常需要結合二次磷擴散;非晶硅繞鍍嚴重,部分解 決方案會降低產能,刻蝕繞鍍需要增加設備且控制難度大;石英舟目前需要2個月換一次,石英管需要3-6個月更換,備件 成本比PERC高。
技術難點二:硼擴散
(1)磷和硼在硅中固溶度隨溫度提升,磷比硼的固溶度更高;磷擴散較為成熟,硼擴散則是TOPCon的技術難點之一, 需要溫度更高,循環時間更長。
(2)硼擴通常在低壓管式爐中進行,BBr3是傳統的前驅體,但其副產物黏連石英件,導致減少設備正常運行時間,耗費 程度也較高;Semco、拉普拉斯、捷佳偉創均推薦使用BCl3,可減少損耗,但在腐蝕性及安全性要求更高。
(3)根據TaiyangNews 2021報告及ITRPV數據,BCl3在 2022年底市場份額有望達20%,未來10年增加至30%。離 子注入方式采用的依然比較少。
技術難點三:SE選擇發射極
(1)采用SE技術后,轉化效率可以提升約0.4%,若設備、工藝成本能夠較低,則具有較好性價比。采用一次硼擴+激光 摻雜是未來不錯的選擇。目前問題主要在于,硼擴推進需要更高能量,會導致絨面損傷。
(2)可進行分步硼擴法進行SE,減少一次硼擴帶來的高溫過程,減少對絨面損傷,但工藝時間有所增長。
技術難點四:控制鈍化層燒穿
鈍化層面臨兩種類型燒穿:摻雜元素燒穿、金屬漿料燒穿,背表面就會鈍化失效、正表面則會短路,因此對于摻雜工藝以 及金屬化工藝精度要求較高。(報告來源:未來智庫)
HJT :設備、生產工藝提升、降本進行中
(1)封裝材料:隨著HJT市場興起, EPE市場占比將增大。由于HJT采用n型硅片需要較好抗PID膠膜,低溫銀漿和非晶硅 層耐濕性、耐鈉性較差,需要膠膜等材料具有一定的阻水性能,同時ITO層的膠黏型一般。POE 膠膜具有高抗 PID 的性能, 共擠型 EPE 膠膜不僅有 POE 膠膜的高阻水性能,同時具有 EVA 的高粘附特性,可作為 POE 膠膜的替代產品。因此HJT提 升有助于POE和EPE 膠膜用量提升;2021 年 POE 膠膜和共擠型 EPE 膠膜合計市場占比提升至 23.1%,綜合膠黏性和阻水 性,EPE市占率將提升。背板可以采用鋁箔或者PET阻水層,邊緣采用阻水膠帶來封裝。
(2)電池互連技術持續革新:更高的FF,導致更低的CTM。成熟的熱焊接法對HJT并不是最優選擇,HJT由于采用低溫焊 接工藝,低溫型漿料的體電阻率較高和焊接后粘附性也較低,拉力降低,容易出現脫焊,造成可靠性降低;激光劃片隨半 片出現,給降低損耗帶來難度。新的電池互連技術,例如使用導電粘合劑(ECA)粘合帶,或者使用嵌入式InSn涂層電線 的箔帶實現低溫粘黏來進行多線互連(Meyer Burger的SmartWire連接技術)—SWCT。
IBC:組合應用潛力大,HPBC有望成黑馬
IBC( Interdigitated back contact,指交叉背接觸)。正負金屬電極呈叉指狀方式排列在電池背光面的一種背結背接 觸的太陽電池結構,它的p-n結位于電池背面。IBC電池的特點:
(1)電池正面無柵線遮擋,避免了金屬電極遮光損失,最大化吸收入 射光子,實現良好短路電流。
(2)電池背面制備呈叉指狀間隔排列的p+區和n+區,以及在其上面分 別形成金屬化接觸和柵線;由于消除了前表面發射極,前表面復合損失 減少。
(3)p+和n+區接觸電極的覆蓋面積幾乎達到了背表面的1/2,大大降 低了串聯電阻
(4)前表面遠離背面p-n結,為了抑制前表面復合;采用鈍化接觸或減 少接觸面積,大幅減少背面p+區和n+區與金屬電極的接觸復合損失。
IBC電池的核心問題是如何在電池背面制備出質量較好、呈叉指狀間隔排列的p區和n區,以及在其上面分別形成金 屬化接觸和柵線。
(1)可在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴散氧化硅掩蔽層,掩蔽層可采用PECVD設備實現、圖形化采用光刻或 者激光消融實現。掩模、開槽、摻雜和清洗才能完成制備背面PN區;
(2) P型襯底的磷摻雜是形成PN結,硼摻雜是形成高低結;N型襯底的硼摻雜是形成PN結,磷摻雜是形成高低結, 工藝要求是完全不一樣的,p型襯底擴散工藝相對容易;
(3)IBC若進一步與TOPCon或HJT結合,則需要在相關環節疊加關鍵工藝步驟。
由于IBC電極均在背面,封裝方式也將發生一定改變:根據《背接觸MWT與IBC電池組件封裝工藝研究》,目前有 兩種方式:(1)導電膠+柔性電路背板封裝方式;該方式能充分發揮背接觸電池結構特點,取消焊接工藝降低碎片 率,易于生產厚度更小的電池,缺點需要特殊的印刷設備及鋪設設備,導電膠和柔性電路背板價格也較貴;(2) 涂錫銅帶焊接和普通背板封裝方式,使用特殊形狀焊帶,材料成本低,實現較簡單,但無法避免焊接造成的碎片, 難以適應電池厚度降低的發展需要。
作者:殷中樞/郝騫 來源:光大證券
責任編輯:jianping