高效异质结太阳能电池产业化观察

高效异质结太阳能电池产业化观察1 异质结电池的技术前景及产业政策1.1 技术前景从最新的市占率预测来看，异质结（简称 HIT， SHJ， SJT等）电池在 10 年内都将是小众市场，预计 5 年内市占率在 5%-7%之间。按照 2016 年 72GW（中国 53GW）的全球出货量和 15%的平均增长率， 5 年后的 2022 年将达到 144GW（中国 106GW）的年全球出货量，其中 HIT 技术产品占 7-10GW（中国 5-7GW） 。图 1. 晶硅电池技术市占率预测目前国际和国内布局 HIT 电池技术的厂商及其产能情况如下：生产商 电池效率 产能 产业规划松下 22.50% 1GW 因日本产业链不完善，成本居高不下。上澎 21.80% 40MW 国内运营最长的 1 条量产线，计划扩产至 120MW。新日光 22.00% 50MW 2017 年底扩张到 50MW，目标 23%效率。新奥 21.60% 80MW 产能陆续扩张中，计划到 400MW 赛昂 21.50% 30MW 被 Solarcity 收购，在美国有 1GW电池规划。国电 21.50% 80MW 被中环收购，有 1GW扩产计划。钧石 22.50% 100MW 总产能规划 600MW，目前一期调试中。中智 22.00% 200MW 规划 1.2GW产能，目前 2 条线轮调中。晋能 --- 100MW 规划 2GW产能，设备采购中。汉能 --- 60MW 规划 600MW产能。表 1.HIT 电池主要厂商及其产能情况统计按照上表给出的产能计算， 未来 5 年内全球 HIT 电池产能将达到 8GW左右， 其中大陆产能占绝对多数， 约为 7GW。 另外， 国电投、 亿晶光电、 合金盛等公司也在计划上马 HIT 电池技术，实际产能可能会更大。从以上分析来看， 业内业已进入的 HIT 厂家几乎将全球 HIT 产品的市场瓜分殆尽。 新入者必须在着力产品研发的同时， 努力挖掘 HIT 的应用市场。 鉴于 HIT 技术的成本较高， 高昂的产品售价必将令市场开拓存在巨大的困难，其可能的市场领域包括：美日欧等发达市场需求、中国超级领跑者项目、新能源汽车领域、其他高效产品应用领域。1.2 技术路线图图 2.2017 年最新的晶硅电池效率路线图从最新的电池效率路线图来看， HIT 电池技术处于排名第二的高效晶硅技术，仅次于 IBC 技术。但 HIT 电池的效率与 P 型 PERC、 N 型 PERT的效率差异没能显著拉开（高 1%） ，鉴于 P型 PERC技术的规模化应用正在急速扩张之中，而 HIT 电池技术的产业配套尚有很多需要完善。图 3.2017 年最新的晶硅组件功率路线图虽然 HIT 电池有着低温工艺（不高于 250 度）的特点，但当前的红外焊接温度在 180-220度范围，层压工艺最高也在 200 度左右，因此在理论上现有的组件技术工艺可直接进行 HIT电池组件的生产。 当然， 为了更好的体现 HIT 技术的先进性， 尽可能挖掘 HIT 电池技术的优势，新的低温组件封装工艺也需要进行专门的开发工作。HIT 电池的独特优点包括以下几个方面：（ 1）无 PID 现象由于电池上表面为 TCO，电荷不会在电池表面的 TCO上产生极化现象，无 PID 现象。实测数据也证实了这一点。（ 2）低制程温度HIT 电池所有制程的加工温度均低于 250℃，避免了生产效率低而成本高的高温扩散制结的过程，而且低温工艺使得 a-Si 薄膜的光学带隙、沉积速率、吸收系数以及氢含量得到较精确的控制，也可避免因高温导致的热应力等不良影响。（ 3）高效率HIT 电池的效率比 P型单晶硅电池高 1-2%，而且之间的差异在慢慢增大。（ 4）高光照稳定性在 HIT 太阳能电池中不会出现非晶硅太阳能电池中常见的 S-W效应。 同时 HIT 电池采用的 N型硅片，掺杂剂为磷，几乎无光致衰减现象。（ 5）可向薄片化发展HIT 电池的制程温度低， 上下表面结构对称， 无机械应力产生， 可以顺利实现薄型化； 另外，对于少子寿命较高（ SRV<100cm/s）的 N型硅基衬底，片子越薄得到的开路电压越高。（ 6）较低的温度系数HIT 电池的典型温度系数为 -0.29% ，远低于常规晶硅电池的 -0.45% ，这得益于典型的电池结构和很高的开路电压。 在电站应用端， 低的温度系数可以得到更高的发电收益。 据中科院刘正新的研究：同样大小的光伏系统， HIT 电池组件在晴天和高温天的发电量明显优于现有的多晶电池组件。2 异质结电池量产工艺流程及技术重难点2.1 量产工艺流程异质结电池以其工艺过程简洁而著名，下图为其电池工艺流程图：图 4.HIT 电池工艺流程该工艺与普通的 BSF电池技术相比，少了扩散和蚀刻 2 个步骤；与当红的 PERC工艺相比，少了 4 个步骤。虽然工艺流程大大简化，但对工艺的要求却更为严苛，如洁净度、真空度、温度控制、镀膜质量等，比现有的电池技术要求都要高出一个量级。2.2 技术重难点HIT 电池技术的核心和难点如下图所示：制绒清洗CVD镀膜PVD或溅射丝印烧结图 5.HIT 电池技术重点及难点解析图即需要从非晶硅界面钝化、 TCO光吸收损失、金属化电阻损耗三方面进行努力，对应的工艺流程为 CVD、 PVD、丝印三个步骤。这个三大难点克服，不仅仅是工艺的问题，还涉及到设备和材料的配套和改进。表 2. 松下（三洋） HIT 电池效率异质结电池技术的核心特点是高开路电压，这来自于构成其 PN结的材料是不同种类的，理论上就比同质结电池的电压要高。但其特殊的晶硅 / 非晶硅界面态钝化，对设备、工艺、环境、 操作水平等要求非常高。 虽然 HIT 电池的实验室效率很高， 但商业化量产的效率并不高：图 6.HIT 电池的实验室效率与量产效率对比3 市场及其技术水平以下是对全球各研究所的 HIT 电池的技术研发情况的汇总：表 3. 全球 HIT 电池技术研发及量产水平由此可见， 在商业化和最高效率方面， 日本的研究机构和企业有着巨大的优势。 这也是国内现有的 HIT 技术路线和产线设备主要都和日本有关的原因。全球企业的 HIT 技术量产情况，可参看表 1. 4 产业配套情况4.1 生产设备目前可以提供 HIT 电池关键设备的厂商列表如下：设备厂商 设备类型 特点 购买厂家Kaneka CVD、 PVD、整线 技术成熟 松下、中智Meyer Burger CVD、 PVD、整线 出货不多 瑞士 Eco 精曜科技 PECVD、 RPD（ PVD） 可协助客户建置完整产线 NSP、 SolarCity 、晋能理想能源 CVD 实验室机型 尚德、正泰VON ARDENNE PVD 未知 未知以 Meyer Burger （ Roth & Rau ）的 HIT 整线为例，详细介绍如下 : 1）制绒清洗设备2） CVD镀膜设备3） PVD/Sputter 设备4）丝印电极设备4.2 原辅材料HIT 电池涉及的最主要的原辅材料为硅片和电极浆料。硅片目前国内以隆基和中环为绝对主力， 电池片厚度在 165-175 微米之间， 比常规 P 型单晶硅片更薄。而电极浆料主要以日本厂商为主， 国际浆料巨头杜邦、 贺利氏等均未有相关成熟的产品推出。另外， 三星电子已推出可用于 HIT 电池的量产浆料， 其性能与日本厂商相媲美。 国内浆料厂商尚在努力开拓常规 BSF的正银市场，暂时不具备技术实力进行 HIT 低温浆料的研发。5 总结综合以上内容， HIT 电池目前主要面临以下问题：A：成本问题：A1：设备成本：100MW的 HIT 项目：总投资月 4.1 亿，其中设备投资 2.4 亿100MW的 PERC项目，总投资月 2.7 亿，其中设备投资 1 亿100MW的 N型双面项目，总投资月 2.5 亿，其中设备投资 0.75 亿A2: 辅材成本HIT 项目在 ITO 靶材和浆料方面比 PERC项目多 0.4-0.6RMB/W A3 硅片成本目前市场上 N型硅片比 P 型硅片贵 10-15%左右B：效率问题2017 年 HIT 的实验室最高效率达到 25.3%， P 型 PERC技术的实验室最高效率也到达了 23.5%。但在大规模量产中 HIT 电池的效率与 P 型 PERC、 N型 PERT的效率差异没能显著拉开。目前HIT 量产的效率在 22%左右，而 PERC单晶量产效率也在 21.3%左右。 HIT 技术没有效率方面的优势。C：市场问题目前高效电池在国内的市场份额有限， 主要集中在美日欧等发达市场需求、 中国超级领跑者项目、新能源汽车领域、其他高效产品应用领域。解决思路和方法：1：设备国产化，主要在 PECVDPVD/Sputter 设备国产化，最终目标是 100MW的设备在 1 亿RMB左右。这个过程应该还需要 2-3 年2：薄片化， HIT 及其他 N 型电池的一个重要特点就是可以采取较为薄的硅片。在设备国产化需要较长时间的情况下， 薄片工艺是目前较为有效的技术路线。 应该采取一定的技术措施，在现有设备条件下，使用 120-140 的 N型硅片，降低材料成本。总体来看， 国内 HIT 电池技术的产业化配套还有待完善， 需要有实力的设备厂商和浆料厂商介入， 并与下游电池和组件厂商长期合作， 才能像 BSF电池技术一样， 开发出高效低成本的异质结整体配套方案。 因此 HIT 电池技术目前不适合大规模开发投入， 只适合做小规模研发，如一条 100-300MW中试线。后续如何投入，需待产业链相关配套完善后，再做评估。