异质结商业量产时代

CONTENTS 目录 / 异质结·特刊 太阳谷 中国·泰兴“太阳谷”起航新征程06 降本 异质结电池的经济性及未来发展趋势16 狂奔的设备，进击的异质结18 时代 异质结产业的机遇与挑战08 2021 年异质结企业产能盘点10 异质结电池竞争优势全解析14 技术 钙钛矿组件未来发展方向21 异质结 + 叠瓦的机遇与挑战23 异质结光伏组件户外实证测试与分析25 调研 铸锭单晶天然特性助力异质结电池降本28 东方日升高效电池技术进展30 爱康科技：异质结助力光伏产业开启千瓦时代32 产业链 异质结设备产业链格局及国产化进程解析34 透明导电膜（TCO）设备技术路线分析36 低温银浆：技术攻坚与国产化趋势展望38 异质结靶材技术进展概述40 4 “太阳谷”高效异质结 全球绿色能源新起点 近年来，泰兴高新区主动顺应新一轮科技革命和能源变革趋势，重点 围绕高效异质结太阳能电池产业链培育，抓项目谋划、抓项目储备、抓项 目引进、抓项目实施，推动产业不断发展壮大。 兴旺发达的产业基础 引入国家“863”高效异质结太阳能电池项目总负责人彭德香，集聚陈 金元博士团队等数十位行业高端人才，孵化落地中智电力高效异质结项目； 引入高效异质结太阳能电池制造关键设备专业研发、生产商理想万里晖， 为园区高效太阳能电池产业链发展奠定了坚实基础；成功携手爱康科技、 捷佳伟创，签署相关合作协议，计划实施 6GW 异质结电池及组件项目，共 建高效异质结生产基地…… 去年以来，泰兴高新区不断集聚行业高端人才团队，落地重大产业项目， 在高效异质结产业孵化上动作连连，一副打造高效异质结“太阳谷”的路 线图逐渐明晰。 “近年来，我们主动顺应新一轮科技革命和能源变革趋势，重点围绕 高效异质结太阳能电池产业链培育，抓项目谋划、抓项目储备、抓项目引进、 抓项目实施，推动产业不断发展壮大。一季度，将力促爱康 6GW 高效异质 中国·泰兴“太阳谷” 启航新征程 商业化量产时代 异质结 | 太阳谷 6 结早日开工建设，加快形成投资超百亿元，规模大、配套全的光伏产业集群。” 泰兴高新区党工委书记陈斌说。 作为泰兴市以创新驱动发展，以特色推动集聚，以改革促进跨越的示 范区，泰兴高新区如何全力以赴打好经济发展“主动仗”，乘势而上担当 全市创新特区，奋力冲刺首季“开门红”，力促“全年红”？陈斌直言， 重点还是要攻坚“项目高地”，打造“创新磁场”。 “泰兴高新区将专注节能环保、半导体高端装备、高端传动科技3个 特色产业园打造，综合运用产业招商、资本招商等模式，力争全年新签约 亿元以上项目 35 个。重点推动高效废气处理解决方案、半导体在线检测等 重大项目签约落地。同时，除推动爱康 6GW 高效异质结开工建设外，还将 围绕用地、资金等关键要素开展定向调度，倒排工期，挂图作战，力促绿 能环保产业园等一批签约项目开工建设，推动先进技电半导体、泰隆传动 科技产业园（二期）等一批重点项目快建设、快竣工、快投产。” 陈斌告诉记者，将狠抓项目效益，实行竣工项目“回头看”，全力推 进爱康中智高效异质结太阳电池扩产、中工高效大扭矩永磁电机、泰州远 大智能休闲用品等重要项目加快达产达效，努力形成重点项目扎实推进、 投资拉动强劲有力、经济增长平稳较快发展的格局。 中国·泰兴 “太阳谷”起航新征程 7 面向未来的战略规划 作为高新区，陈斌深知，只有集聚高端创新要素，才能提升科技创新 策源功能，塑造更强产业竞争力。在载体打造上，泰兴高新区将推进产业“苗 圃工程”，提升加速器、中试基地、重点研发载体等运营质态，加快建设 国家级机电产品监督检验中心、长三角先进锂电池创新研究院等一批服务 水平高、辐射带动能力强的公共服务平台，加速高新技术集聚、科技项目 孵化、科技成果转化。同时，瞄准“3+1”主导产业“高精尖缺”人才，深 化落实科技人才招引“1110 工程”，加快一站式服务中心、生活保障中心 建设，为“双招双引”奠定“筑巢引凤”坚实基础。 2021 年，立足十四五开局新起点、异质结发展关键之年，园区将以打 造高效异质结“太阳谷”，开启全球绿色能源发展新起点为目标，进一步 细化完善新能源产业发展规划，优化产业环境，狠抓光伏产业招商，以爱 康科技、捷佳伟创等头部企业为牵引，推进延链、补链、强链，加速优质 项目集聚，加快形成投资超百亿元，规模大、配套全的光伏产业集群。 中国泰兴“太阳谷”的正式起航，将引领泰兴高新区异质结光伏产业 快速发展，促成泰兴高新区与光伏领军企业、科研机构、行业协会在设计 研发、装备制造、配套服务等环节开展全方位、多层次的交流合作，携手 推动光伏产业规模化、高端化和前瞻性发展。 “十四五”开局之年，国内光伏市场需求旺盛。基于“2030 年碳达 峰”、“2060 年碳中和”的大背景，在新能源发展规划目标上调预期之下 光伏行业长期成长空间良好，“十四五”期间国内装机高速增长愈发明确。 预计 2021 年国内装机 50-55GW， 同比增长 67.3%。其中平价上网项目达 到 40GW 左右。 随着近几年光伏市场的不断发展，光伏建设成本和发电成本不断下降， 平价上网趋势成为业内共识，降本增效成为产业链各环节技术升级的核心 驱动力。从PERC、TOPcon、钙钛矿、异质结，在组件技术不断创新的同时， 高功率组件成为光伏行业的创新趋势。 中国光伏发展十余年间，经历了产业奠基、硅料国产化、金刚线助力 单晶替代多晶等重大革命。而随着PERC技术潜力已被光伏企业开发至接 近理论极限，行业开始寻求下一代更高效的电池技术作为产业可持续发展 的重点，越来越多企业投身异质结阵营。 异质结产业的机遇与挑战 作者：索比咨询 HJT 量产效率已达 25.18% 当前异质结电池量产效率普遍已在 24% 以上，根据公布的数据显示， 前四名中通威异质结电池量产效率达到了25.18%、晋能集团达24.73%、 爱康科技 24.59%、东方日升 24.55%。 据通威介绍，公司的成都异质结生产线目前已经稳定运行近两年，经 过持续研发改进，目前通威HJT电池最高转换效率已达到25.18%，采用 的是国产设备厂商理想万里晖 PECVD 设备。 在设备企业的努力之下，国产PECVD设备已经具备了竞争优势。以 理想万里晖 PECVD 设备为例，目前已升级至第三代，设备产能达 500MW/ 年。据该公司透露，理想万里晖生产产业链已从异质结最初的核心 PECVD 设备延伸至PVD设备、自动化、整线集成及交钥匙服务，量产效率大于 24.5%，并累计获得了异质结客户 10 家，通过验收 7 家，这代表着我国国 商业化量产时代 异质结 | 时代 8 产异质结设备逐渐成熟。 HJT 技术前瞻 与其他电池技术相比较，HJT核心工艺只有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、 TCO 制备、电极制备 4 个步骤，加之 HJT 电池天然的对称结构使其具有更 高的双面率，并有利于自动化生产，更适合大规模生产。 同时HJT的效率提升潜力高，叠加钙钛矿技术最高效率可达30%以上， 自带的低温工艺、N型电池等天然优势更利于实现薄片化，为降低成本带 来了更多的可能性。 虽然工艺简单，但异质结的设备却仍然较PERC生产线昂贵，尤其是 核心设备PECVD设备，在实现国产化之前，于HJT产线设备投资成本中 占比可达50%-60%，因此PECVD国产化与性能进一步提升一直被认为是 HJT 降本之匙。 从目前统计的扩产计划可以看出，在光伏行业的共同努力下，HJT设 备生产迈向成熟与国产化，给了投资企业信心，产能在布局中加速落地， 但作为一个彻底革命性的技术，异质结在成为主流的过程中还需要突破设 备成本、银浆供应等难题。同时，PERC 技术仍有提升空间，光伏行业或将 迎来 PERC、HJT、TOPCON、IBC、钙钛矿等先进电池技术百花齐放、融 合共存的新业态。 异质结产业发展的制约因素 上海交大太阳能研究所所长沈文忠认为，技术成熟度，设备投资成本， 重要辅材价格，市场接受程度是目前异质结电池发展的三大挑战。 异质结的下一代技术，叠层电池可以做到 30% 以上，单层晶体硅理论 极限效率29-30%，钙钛矿理论极限31%现在可以做到25.2%，叠层电池 理论极限效率 43% 空间非常大，市场预期未来可能做到 30-35% 薄片化是未来的趋势，现在可以做到100μm，现有技术极限是50- 80μm，沈文忠认为应用柔性化技术可以将来做到 30μm，同时，减少掺杂 也是未来的趋势之一。 异质结电池技术发展三个重要阶段 试水探索期 : 2019-2021 年。各家光伏企业关注异质结技术，部分电池 企业和新进入者投入百兆瓦级的异质结中试线，进行工艺设备、原辅材料 的验证，实现小规模量产，预计实际产量市场份额占全球电池组件产量（2019 年~130GWp）的1-4%。同时各设备厂家布局异质结电池工艺设备，获得 经验并在国产化方面迈出重要一步。 差异化竞争期 : 2022-2023 年。在前期验证的基础上，国产设备逐渐成 型并使得整线设备投入降低、原辅材料逐渐形成一定规模使得价格下降、 工艺逐步掌握与成熟，这样探索期投入的企业将适当扩大规模量产，预计 实际产量市场份额占5-10%，以提供差异化的双面异质结产品参与市场竞 争。 成熟与爆发期:2024年及以后。经过前面3-4年的培育，①在设备厂 商的协同合作下，设备国产化并使得整线投入大幅下降，可与PERC产线 成本相比较（一般认可高 20% 以内）；②辅材（低温银浆、靶材等）国产 化并形成规模效应，可使非硅成本较大幅度下降；③市场接受程度提高。 9 据索比咨询统计，目前19家企业异质结产能规划达49.95GW。预计 2021 年底异质结初步形成规模 25GW，对未来产业逐步成熟，异质结技术 进一步降本起到积极作用，异质结投资金额将在 3.5-4.5 亿元 /GW，预计异 质结设备投资额将达到 200 亿。 在已有产能的11家异质结企业中，除隆基和新日光、联合再生能源 两家台湾企业没有扩产计划之外，其余已投产的企业均制定了数百MW到 最高6GW的扩产计划。分别是钧石5GW、中智电力1.2GW、晋能集团 2GW、爱康科技 6GW、通威 1GW、国家电投 5GW、安徽华晟 2GW、汉能 600MW，其中爱康计划 6GW 异质结之外，还配套了 6GW 的组件。 据了解，通威、爱康科技计划2021年底异质结产能分别达1GW、 2021 年异质结企业产能盘点 作者：索比咨询 4GW，其中，爱康科技正于泰兴高新区规划 6GW 高效异质结太阳能电池及 组件项目，预计分三期建设，每期 2GW。 此外，在以上 20 家异质结投资企业中，不乏山煤国际、国家电投、彩 虹集团、宝峰时尚等跨界玩家，这些跨界玩家在异质结领域均是“大手笔” 投资。其中，山煤国际异质结产能规划高达10GW，目前一期3GW项目 正在分步实施，投资金额32亿;国家电投计划投资约40亿元在莆田建设 5GW 异质结电池项目 ; 彩虹集团拟投资 35 亿在嘉兴新建 2GW 异质结电池 项目。 从规划布局来看，异质结规划产能多分布在福建、安徽、浙江、山西等地。 编者按：2020年起，异质结项目接连落地，产业化进度超预期。新进入者正加速入场，已进入者设备调试进入关键阶段，设备验证、工艺摸索均在进行中， 目前异质结电池正在朝大规模产业化逐步迈进，国内外异质结相关企业新建、扩建，投产、转型，合作中止等动作不断，索比咨询对异质结头部企业最 新产能进展进行了梳理。 商业化量产时代 异质结 | 时代 10 序号 企业 异质结现有产能 异质结规划产能 产能规划地点 投资额（亿元） 异质结电池转换效率 1 钧石能源 600MW 5GW（一期 2GW 在建） 福建晋江 / 浙江舟山 50 - 2 中智电力 160MW 1.2GW 山东东营 - - 3 晋能集团 100MW 2GW 山西晋中 59 24.73% 4 爱康科技 200MW 6GW 电池 +6GW 组件 浙江湖州 50 24.59% 5 通威 400MW 1GW - - 25.18% 6 隆基 60MW - - - - 7 山煤国际 - 10GW（一期 3GW 在建） 山西晋中 31.88（一期） - 8 晋锐能源 - 5GW（一期 2GW 在建） 福建晋江 125 25% 9 东方日升 500MW 2.5GW（一期 500MW 在建） 浙江宁海 33 24.55% 10 比太科技 - 6GW 安徽蒙城（1GW）、颍 上（5GW） 13.2（1GW） - 11 国家电投 100MW 5GW( 国家电投 并且2.4GW组件产线已经全部投产。项目一期第一条线电池产能220MW; 第二条线为国产设备，电池产能260MW，后续设备持续安装中，计划 2021 年底湖州基地实现 2GW 产能 (8 条线 ) 的全部投产计划。 通威 2021年2月18日，通威董秘回复投资者提问表示，公司会通过持续 降本增效、品质提升及产品结构的进一步优化，使电池非硅成本进一步下降。 同时继续加大研发投入，在聚焦PERC主流技术在产品转换效率与可靠性 的进一步提升和优化基础上，积极开展包括 HJT、TOPCON 等有可能成为 下一代量产主流技术路线的中试与转化，同时保持对前瞻性技术的跟踪与 研发论证。 隆基 2021 年 1 月，隆基公布叠层电池专利，该叠层电池包括底电池、空穴 传输层、钙钛矿吸收层以及透明导电层。 山煤国际 2020年8月21日，山煤国际发布公告称，与湖州珺华思越股权投资 合伙企业、宁波齐贤企业管理咨询有限公司签署《关于组建山煤国际光电 科技有限公司的合资协议》，约定共同出资设立合资公司山煤国际光电科 技有限公司 ( 暂定名，最终以市场监督管理部门核定名称为准 ) 开展 10GW 高效异质结 (HJT) 太阳能电池产业化一期 3GW 项目。 10GW高效异质结(HJT)太阳能电池产业化一期项目拟建地点为山西 转型综合改革示范区晋中开发区。根据公告，合资公司组建完成后，拟先 行启动10GW高效异质结(HJT)太阳能电池产业化一期项目建设，一期项 目投资金额约人民币 318,878 万元，建设规模 3GW，分步实施。 东方日升 2021 年 2 月，东方日升宣布最新研发的高功率异质结组件，经权威第 三方机构TUV 南德实验室测试，组件最高功率达到606.656W，将异质结 组件功率最高世界纪录提升了160W以上，是东方日升在异质结电池组件 应用技术道路上的新突破。 2021 年 3 月 29 日，东方日升宣布计划投资 23.95 亿元，新建 N 型高 效太阳能电池及组件生产线，本项目完成后新增 4GW 高效电池片、6GW 高效组件的产能。该项目新购置制绒清洗设备、PECVD 设备、PVD 设备、 丝网印刷线机、划片串焊设备、叠焊机、层压机等生产及辅助设备 885 台/套。 本项目主要原材料为硅片，辅助材料有银浆、EVA/POE、ITO 靶材、玻璃、 边框、接线盒及其他辅助材料等。 国家电投 2020年12月，国家电投与福建省莆田市政府就在莆田市共同打造异 质结电池及其生产装备产业园区签订战略合作框架协议。同时，国家电投 集团福建新能源公司与福建钜能电力有限公司签订合作框架协议，计划在 莆田建设总投资约 40 亿元的 5GW 异质结太阳能电池片项目。 此外，经行业权威检测机构检测认证，国家电投中央研究院所属新能 源科技有限公司研发的、具有完全自主知识产权的“高效晶体硅铜栅线异 质结光伏电池 (C-HJT)”最高量产效率已达 24.53%，比国际上异质结光伏 电池量产平均效率高出 0.5 个百分点，达到国际领先水平。 厦门神科 2020年9月，由浙江省发改委、省商务厅、上饶市人民政府联合主 办，以 “打造内陆开放新高地，共建赣浙合作示范区” 为主题的 2020 衢 饶示范区 ( 杭州 ) 招商推介会在杭州举行，首批签约项目 26 个，总投资达 106.8 亿元。推介会上，厦门神科太阳能有限公司相关负责人表示，企业将 在“衢饶”示范区投资18亿元建设年产2GW异质结太阳能电池生产线项目。 腾晖光伏 2020年3月，中利集团披露定增预案再次加码光伏板块，拟非公开 发行不超过2.62亿股，募资总额不超15.75亿元，扣除发行费用后，将 全部用于新建年产1GW高效异质结太阳能电池及组件生产项目、1GW高 效TOPCon太阳能电池及组件技术改造项目。据了解，中利集团(腾晖光 伏 ) 常熟异质结太阳能电池及组件生产项目预计总投资 12 亿元，将新建高 效异质结太阳能电池与组件生产线各4条，合计新增高效太阳能组件产能 1GW。 安徽华晟 2021年3月29日，华晟新能源500MW异质结电池项目正式投产， 首周试产最高电池效率达到24.39%。此前的2021年3月18日，全球首 个低成本智能化量产HJT项目——安徽华晟宣城500MW异质结电池组件 项目正式开始流片。此后经近1周的调试、试产，25日华晟电池事业部 面向所有关注 HJT 异质结技术进展的机构和行业企业公开了第一周的试产 结果：在已正式投产的500MW量产线上的HJT电池片平均转换效率达到 23.8%，最高效率达到 24.39%! 安徽华晟 500MW 异质结电池组件项目于 2020 年 7 月开始启动，2020 年 11 月 11 日开工建设，2020 年 12 月 25 日首台设备搬入。经过华晟公司 旗下200多人及各配套设备厂商、主辅材料供应商团队以及工程建设单位 中电二公司团队 4 个月的努力，500MW 异质结电池产线已于 2021 年 3 月 18日正式投产出片。6月份达产后，还将于下半年立即启动2GW规模的 HJT 电池 + 组件扩产。 宝峰时尚 2021年3月11日，宝峰时尚宣布，为推进单铸硅片技术在异质结太 阳能电池的应用，于 2021 年 3 月 11 日，公司间接全资附属新峰二维与钜 能电力订立厂房及设备租赁框架协议，有关租赁位于福建省莆田市的一处 厂房及500兆瓦高效异质结太阳能电池生产线的所有相关设备，试产期6 个月免费，试产期由2021年3月11日至9月10日。于同日，与福建钧 石能源订立授权意向书，据此新峰二维获授权于试产期内使用钧石能源拥 有的有关异质结太阳能电池的专利及工艺技术，毋须支付任何授权费用。 天合光能 2021 年 3 月 31 日，天合光能年报信息显示，公司研发团队就 HJT 电 池技术、组件材料、可量产技术路线及装备 非晶硅 制造放大没有形成优势，一是因为非晶硅技术本来就没有希望，二是因为 过高的工艺温度导致玻璃的变形很难避免。 重点企业 协鑫纳米的技术团队是国内最早从事钙钛矿组件生产线开发的团队， 经过数年的开发，团队共有 21 项专利获得授权，其中发明专利 6 项，实用 新型专利15项，另有26项发明专利、2项实用新型专利在审，专利涵盖 原料制备、关键设备设计、关键工艺等重要方面。 极电光能是长城控股集团投资的一家专注于钙钛矿技术产业化开发的 企业，2021年4月，其自主研发的大面积钙钛矿组件效率再破纪录，在 63.98cm²的钙钛矿光伏组件上实现了20.5%的光电转换效率，稳态效率 达到了20.1%。该效率也是目前全球范围内大面积钙钛矿组件效率的最高 纪录，已经与当前主流晶硅产品效率相当。 纤纳光电是新型钙钛矿薄膜太阳能组件及相关高端装备的全球领军企 业，纤纳光电衢州钙钛矿生产基地规划产能 5GW。2021 年 1 月，纤纳光电 宣布完成C轮融资，共计3.6亿元，由三峡资本领投，京能集团、衢州金 控、三峡招银等资方跟投。本轮融资将用于钙钛矿光伏百兆瓦级产线扩建、 叠层产品升级、应用产品研发和生产等项目。 23 异质结电池与叠瓦组件，可谓分别是电池端与组件端高效产品的研究 热点，两者叠加得到的异质结叠瓦超高效组件更是受到广泛关注。 叠瓦组件利用切片技术将栅线重新设计的电池片切割成数片(通常1 切5或1切6)，将每小片叠加排布，用特殊的专用导电胶材料将其焊接成串， 再经过串并联排版后层压成组件。这样使得电池以更紧密的方式互相连结， 在相同的面积下，叠瓦组件可以放置多于常规组件 13% 以上的电池片，同 时采用无焊带设计，减少了组件的线损，降低了电池片互联电阻，大幅提 高了组件的输出功率。 常规组件中各电池串运行电流为 9A，叠瓦组件中各电池串运行电流为 1.8A。因而叠瓦组件内部损耗远低于常规组件，同时当某部分电池受阴影 遮挡时，叠瓦组件的热斑效温度将更低。 组件受到同等面积的阴影遮挡时 （绿色方框），常规组件的旁路二极 管将舍弃三分之一的电池片（左侧黄色方框），叠瓦组件的并联电路将舍 弃相对应的支路（右侧黄色方框），仅占全部电路的十二分之一。因而叠 瓦组件在应对阴影避挡时具有巨大优势。 作为国内最早批量生产叠瓦组件的光伏企业，赛拉弗一直保持着探路 者的领先优势，为后来者提供了大量的数据和应用支持。 异质结 + 叠瓦的机遇与挑战 图片来源：赛拉弗 图片来源：赛拉弗 产品功率对比 电池片尺寸 组件版型 日食组件 半片组件 功率提升 最高功率（W） 最高效率（%） 最高功率（W） 最高效率（%） 提升瓦数 比例 156.75 72 片版型 420 20.3 385 19.7 35W 9.1% 158.75 72 片版型 450 21.3 410 20.3 40W 9.8% 表：叠瓦组件功率提升比例 数据来源：赛拉弗 注：以下为理论值计算 电池片尺寸 组件版型 叠瓦组件最高功率（W） 半片组件最高功率（W） 功率提升 提升比例 166 72 片版型 475 445 30W 6.7% 182 72 片版型 580 540 40W 7.4% 210 72 片版型 700 600 100W 16.6% 数据来源：赛拉弗 商业化量产时代 异质结 | 降本 24 异质结叠瓦的优势 硅太阳电池发电的关键结构是PN结，而HJT是一种特殊的异质结， 也称为HIT、 HDT、SHJ，意为”本征薄层异质结”。最初由日本三洋公 司于1990年成功开发并申请专利（2015年已过期）。HJT电池的结构使 之非常适合制作双面电池，且高效而稳定。 叠瓦组件平台具有非常好的兼容性，可与众多电池片工艺叠加，例如 PERC、黑硅、HJT 电池、双面电池等，实现功率进一步升级。其中，异质 结电池的诸多特性导致叠瓦封装技术成为其最佳选择。 异质结电池要求低温工艺，叠瓦使用导电胶，无需焊接，不产生高温； 异质结电池可做超薄，但容易破片，叠瓦柔性封装，超低破片率，降低隐裂； 异质结电池难控制焊带拉力稳定性，叠瓦封装无需焊带；异质结电池成本高， 叠瓦封装可使用更细的主栅，节省银浆；异质结的高双面率匹配叠瓦的高 增益，无限推高系统发电量。 异质结叠瓦的挑战 异质结叠瓦会出现组串偏高（铜制程更明显），还需要进一步优化电池； 异质结切割损过大，需要无损切割技术的配合；异质结加叠瓦，高成本匹 配高成本，市场定价高。 相信随着产业化深入，异质结和叠瓦的技术会不断完善，制造成本会 不断降低，异质结叠瓦组件未来发展前景可期。 25 1、引言 随着我国“碳达峰”、“碳 中和”等目标的提出，光伏发 电在未来将得到更大的发展。 光伏组件作为光伏发电重要部 件，其在不同地区的运行性能 将决定光伏系统在该地区的发 电能力。 自 2015 年起，我国光伏新增装机容量和累计装机容量均全球首位，国 家能源局为了促进光伏产品降本增效，尽快实现光伏平价上网，也于这一 年提出了光伏先进技术“领跑者”基地计划，并要求在领跑者基地中建设 光伏实证平台，采用长期实证监测手段，对光伏电站关键部件能否满足领 跑者性能要求进行长期监管，同时为提高光伏电站关键部件效率提供数据 支撑。 异质结电池光伏组件作为一种光伏电池新技术，首先在第三批光伏“领 异质结光伏组件 户外实证测试与分析 作者：董颖华，李红涛，张双庆，李源 跑者”项目白城光伏“领跑者”基地应用，本文基于白城光伏实证平台对 光伏组件的测试与分析，介绍异质结光伏电池组件在实际运行过程中的性 能。 2、异质结光伏组件发展简述 异质结（Heterojunction with Intrinsic Thin Layer 简称 HJT，又称 HIT）光伏电池即在电池片中同时存在晶体和非晶体级别的太阳能电池，该 技术最初由日本三洋公司与1990年成功开发并申请专利（专利已于2015 年过期）。近年来，随着各大光伏组件厂商的研发与投产，异质结光伏组 件得到了长足的发展。 根据相关研究，相较于其他类型光伏组件技术，异质结组件具备量产 效率高、可薄片化、无光致衰减、工艺流程简单、更高双面率、温度系数低， 高温下衰减少。中国光伏行业协会（CPIA）将异质结光伏组件相关指标与 其他技术路线组件指标进行对比： 主要方面 HIT 常规单晶 常规多晶 单晶 Perc 黑硅多晶 N-pert/Topcon IBC 量产效率 23-24% 20.50% 18.70% 22-23% 20.80% 23-24% 23.60% 双面效率 95% 0% 0% 60% 60% 80% 0% LID 0% 1%/ 年 1%/ 年 1%/ 年 4%/ 年 0% 0% LETID 无 有 有 有 有 有 有 温度系数 -0.25% -0.42% -0.45% -0.37% -0.39% -0.35% -0.35% 工艺步骤 4 6 6 8-10 8 11-12 20 弱光响应 高 低 低 低 低 高 高 资料来源：CPIA、前瞻产业研究院，申万宏源研究 商业化量产时代 异质结 | 技术 26 由上表可以看出，由于异质结电池本身为双面发电的电池结构，双面 率可超过 95%，同时其温度系数为各技术路线中最低。在未来多年内，异 质结电池效率仍将保持较高的增长： 数据来源：CPIA 相关报告 随着光伏系统在不同气候区域、不同安装方式应用时，异质结光伏组 件将有着更加广泛的应用，并在光伏系统装机中的占比有着显著提升： 数据来源：CPIA 相关报告 3、白城光伏户外实证平台介绍 白城光伏“领跑者”基地为第三批光伏领跑者项目，在该基地中，异 质结光伏组件首次应用于“领跑者”项目，总体装机容量约为 4MW。 按照相关文件要求，需要针对光伏“领跑者”基地中光伏组件与光伏 逆变器长期运行性能开展户外实证监测。其中对于光伏组件户外实证监测， 通常采用如下流程： 白城光伏发电应用领跑基地镇赉小微型系统实证中 心，位于白城光伏发电应用领跑基地富兴 220kV 升压站北 侧。镇赉小微实证中心共布署光伏板 160 块。每种型号光 伏组件选取 16 块光伏板，按照 5 度、45 度、42 度、46 度 4 个角度进行实证监测。 4、异质结户外实证结果分析 在该实证平台中，包含了异质结组件、双面单晶、单 晶无主栅、单晶 PERC、双面半片等十种光伏组件，如下表所示： 序号 组件技术 标称功率 标称效率 1 双面单晶 370 19.00% 2 单晶无主栅 310 19.10% 3 单晶 PERC 310 18.94% 4 单晶无主栅 310 19.10% 5 单晶 PERC 310 18.94% 6 异质结电池 320 19.50% 7 单面单晶 310 18.97% 8 双面半片单晶 375 18.80% 9 双面单晶 370 18.80% 10 双面单晶 370 18.90% 针对这十种组件的等效满发时长以及转换效率进行对比分析。分别如 下图所示： 对比异质结电池组件与其他组件等效满发时长，在该实证平台中，除 异质结外的各双面光伏组件标称功率仅为正面标称功率。因此，异质结电 池组件的等效满发时长低于所有双面组件等效满发时长，但优于所有单面 光伏组件。 对比异质结电池组件与其他组件实证转换效率，受双面组件标定影响， 异质结电池在实证监测期间内的转换效率低于双面组件，但其转换效率要 远高于单面光伏组件。 27 此外，根据白城光伏组件实证监测结果，分别对比各类型光伏组件衰 减情况。以 2019 年底白城首次组件实证监测结果为基准，分析在 2020 年 中以及 2020 年底各组件衰减情况，如下图所示： 可以看出，在各种类型光伏组件中，异质结电池组件在实证中衰减较低， 性能表现优于其他组件，进而可以确保光伏系统在全寿命周期内的发电量。 5、结语 异质结光伏组件依靠其自身较高的双面率以及低温度系数，使得异质 结光伏组件在近年成为光伏组件厂家关注的重点。根据光伏组件户外实证 测试结果的分析，异质结组件在现场也有着较为优异的表现性能。随着我 国 30·60 目标的提出，在未来新能源发展过程中，相信异质结光伏组件在 未来有着较大的发展潜力。 2011 年，铸锭单晶风靡一时。 2020 年，直拉单晶占据 80% 以上的市场。 2021 年，铸锭单晶重新被提出，与异质结技术相结合，助力降本。 铸锭单晶(cast-mono wafer)，在常规多晶铸锭的基础上，在硅料的 底部加入单晶籽料，用单晶替代原有的多晶籽晶，定向凝固后形成方型硅 锭，并通过开方、切片等环节，最终制成单晶的硅片。设备上，多晶硅铸 锭炉加少量的改造可以做成铸锭单晶炉。铸锭单晶在市场上被称为准单晶 （quasi-mono wafer）或类单晶（mono-like wafer）。铸锭单晶天然更 适合异质结，这是因为PERC技术对硅片的要求更高，而异质结却对硅片 表面的电子跃迁更为关注。成本低的单铸硅片（用铸锭单晶生产的硅片） 与高效率的异质结技术相结合，产出高效率低成本的单铸异质结硅片。因 此铸锭单晶对于异质结的硅片降本有重要意义。 低成本原料 单铸硅片对原材料的要求被认为是没有要求，边角料、回收料都是单 铸硅片原材料。根据索比咨询统计，今年我国市场上有53-55万吨的硅料 可用于生产，其中10%会变成生产单晶硅片过程的废料，3%成为切片 产生的废料，2%是单晶硅片不可用的回收料，取中位数进行计算，即有 54*15%=8.1 万吨的硅料不能为单晶硅片所用，对应可生产组件约 27GW。 这些“废弃料”都可以作为单铸硅片的原料，且成本不超过 40 元 /kg。 铸锭单晶 天然特性助力异质结电池降本 作者：索比咨询 发电高，衰减低 有两个因素对发电量的影响最大，一是氧含量，二是电阻分布。氧含 量越低，衰减就越小。 由于工艺的不同，铸锭工艺氧含量低于6ppma，天然比直拉工艺低 50%左右，可以有效降低硼氧复合体带来的光致衰减，这是工艺本身的 特性决定的。电阻率分布也是如此，铸锭单晶的电阻率分布更窄，有利于 PERC 电池效率优化。撇开 PERC 不谈，单看单铸异质结与单晶异质结的发 电量对比，可以发现尽管单铸异质结电池片比单晶异质结效率低 0.3%，但 发电量几乎相同。 数据来源：宝峰时尚 商业化量产时代 异质结 | 调研 28 电站类别 装机量（KW） 统计项 9月 10 月 11 月 12 月 单晶异质结 9BB 4.71 发电量（kwh） 445.99 521.41 437.34 335.62 等价发电时（kWh/ kWp） 94.77 110.8 92.93 71.32 单铸异质结 9BB 4.69 发电量（kwh） 438.56 511.46 434.63 332.55 等价发电时（kWh/ kWp） 93.51 109.05 92.67 70.91 数据来源：宝峰时尚实证数据 测试项目 单铸异质结组件（钧石测试） 单铸异质结组件（协鑫测试） 单晶异质结组件（钧石测试） TC200 -0.68% -0.19% -0.93% DH1000+ML 机械载荷 -1.80% -2.26% -1.88% PID192 -0.33% -1.84% -1.25% LID60 -0.60% -0.80% -0.65% UV15+TC50+HF10 -1.15% -1.49% -1.19% 户外短路热斑 5KW 0.24% —— -0.20% 户外短路 30 天 -0.01% —— -0.66% 表：单铸异质结与单晶异质结组件的功率衰减比率对比 数据来源：宝峰时尚 29 宝峰时尚接手协鑫铸锭炉 铸锭单晶并非新兴技术。早在 2011 年，保利协鑫就已经开始该类产品 的研发。除协鑫的第一代、第二代铸锭单晶产品之外，赛维LDK、晶澳、昱辉、 凤凰光伏等企业都陆续推出过类似产品。在市场上，这类产品被称之为准 单晶（quasi-mono wafer）或类单晶（mono-like wafer）硅片。第一代 铸锭单晶硅片曾在 2011 年至 2012 风靡一时，由于出色的性能表现，在市 场上供不应求，售价甚至一度超过了直拉单晶。 宝峰时尚购买了协鑫290台铸锭炉，对应7GW的硅片产能，预计 2022 年形成 20GW 以上产能，成本比常规单晶低 1 元 / 片。宝峰在协鑫对 于铸锭单晶的研究基础上进行创新，把原有多晶硅铸锭炉热场的设计重新 做了一个技术方案，针对单晶率低的问题从温场控制、石英坩埚、大籽晶 技术、硅片的后期修复等方面进行研究升级。目前单铸异质结电池的量产 效率已达 24.07%。 宝峰时尚铸锭单晶成本 据调研，宝峰时尚一代非硅成本，含设备在内的镀铜0.36-0.37元/W， 对应银价 8000-9000,150mg 每片（158.75）。镀铜的成本在 0.28-0.29 元 /W。单铸硅片带来的结果是更便宜，可以进一步降低一代的成本，甚至做 到跟 PERC 平价。 去税成本（元 / 片） 158.75 预期 166 预期 籽晶 0.1 0.11 硅料 0.5 0.53 坩埚 0.09 0.1 钢线 0.06 0.07 冷却液 0.01 0.01 次辅 0.08 0.09 人工 0.11 0.12 水电 0.2 0.21 其他 0.04 0.04 硅片总成本 1.18 1.28 数据来源：宝峰时尚、中泰证券 注： ▶ 所有价格均不含税 ▶ 不含折旧 ▶ 如电价从当前高电价区域的 0.7 元 / 度降低到低电价区域的 0.3 元 / 度，成本可 进一步下降约 0.1 元 / 片 ▶ 大尺寸 166 相比 158.75 成本仅增加约 0.1 元 / 片，发电功率增加 9% ▶ 目前按照单片厚度 180μm 测算，如下降至 140μm，约有 0.1 元 / 片成本下降空 间 ▶ 长期来看，硅料仍有下降空间 ▶ 长期来看，良率提升，更大炉体设计，非硅可继续降低至 0.35 元 / 片以下 钧石能源目前异质结的发展现状 钧石是从薄膜太阳能电池开始做，最核心的就是PECVD和PVD的相 关设备，整个团队以美国回归的王博士为主，2016年建了第一个100MW 的中试线，2018年钧石在莆田建设了500MW的示范线，希望通过这个示 范线来验证设备的量产性，生产出来的电池和组件也将投放给终端市场进 行验证。 目前钧石一代是常规异质结，转换效率做到24.3%，已经大规模量产 (500MW，莆田项目)。二代新型异质结，包括十道工艺制程，做HBC+电镀， 转换效率可以做到26%(可现场参观验证)，每GW的设备投资增加到6亿， 二线目前处于中试水平。 PERC 发展现状 PERC电池全称为“发射极和背面钝化电池”，是从常规铝背场电池 (BSF) 结构自然衍生而来。与常规电池相比， PERC 电池背面增加了氧化铝 AlOx，氧化硅 SiOx 和氮化硅 SiNx 等钝化叠层， 因此电池的表面复合速率 大大的降低，电池的开压 VOC 可以提升 15-20mV。而且，由于背面钝化层 可以增加光学内反射作用，因此电池的电流 ISC 也会有显著的提升。 随着自 2017 年以来隆基股份、晶科股份等国内企业在电池片领域实现 快速进步，产品效率方面，2020 年我国规模化生产的 P 型单晶电池均采用 PERC技术，平均转换率达到22.8%，已经逐步接近24.5%的效率极限， 目前处于后PERC时代。近年来国内新建产线基本全部采用PERC技术， 东方日升高效电池技术进展 作者：索比咨询 编者按：2021年中国进入“十四五”开局之年，国家主席习近平近期曾出席领导人气候峰会，并向做出“中国将力争2030年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和”的庄