電池片3.0時(shí)代：HIT如何成為未來(lái)電池“基底”

:光伏行業(yè)中，電池片“實(shí)驗(yàn)室技術(shù)”的產(chǎn)業(yè)化擁有豐富的理論基礎(chǔ)及實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)， 光伏轉(zhuǎn)換效率依然有翻倍空間。美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)是光伏世界 各類產(chǎn)品效率比拼最權(quán)威的平臺(tái)機(jī)構(gòu)，2020 年1月這家在業(yè)內(nèi)聲名顯赫的實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了一份報(bào)告，這份報(bào)告中有一張 1976 年到現(xiàn)在的一系列光伏技術(shù)研究電池 的最高確認(rèn)轉(zhuǎn)換效率圖表，從這張表上可以看到太陽(yáng)能電池技術(shù)發(fā)展最前沿的科研成果。

（來(lái)源：微信公眾號(hào)“光伏測(cè)試網(wǎng)”）

在 NREL 發(fā)布的太陽(yáng)能電池效率圖表中，晶體硅電池技術(shù)、薄膜技術(shù)和新興光電技術(shù)是最為人所關(guān)注的四類效率曲線，目前光伏產(chǎn)業(yè)中能夠?qū)崿F(xiàn) 產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)均出自這四類電池技術(shù)，分別用紫色、綠色、藍(lán)色和橙色區(qū)分。紫色為多結(jié)電池是目前實(shí)驗(yàn)室中可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率最高的路線，也是未來(lái)產(chǎn)業(yè)化的主要方向；藍(lán)色為晶硅太陽(yáng)能電池技術(shù)路線，BSF、PERC、IBC、HJT（異質(zhì)結(jié)）均屬于此路線，目前 95%的光伏市場(chǎng)份額被晶硅太陽(yáng)能電池所占據(jù)；綠色為薄膜電池，是未來(lái)光伏建筑一體化應(yīng)用的主要研發(fā)方向；橙色為有機(jī)體 電池，以鈣鈦礦電池為代表，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)極致成本優(yōu)化，而接下來(lái)最直接的應(yīng)用則是可以與 HJT 異質(zhì)結(jié)電池結(jié)合，升級(jí)成為疊層電池，即升級(jí)為紫色路線。

電池片 3.0 代：HJT（異質(zhì)結(jié)）不遠(yuǎn)，成本降幅可期

異質(zhì)結(jié)電池兼顧藍(lán)色與紫色研發(fā)路線，異質(zhì)結(jié)為未來(lái)電池的“基底”。一方面，采用 IBC 與 HJT 技術(shù)結(jié)合的 HBC 技術(shù)可以使電池效率進(jìn)一步提升，日本松下和夏普公司目前取得了 25.6%和 25.1%的電池效率，這將成為未來(lái) IBC 電池的 重要方向。

另一方面，目前實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的最優(yōu)的晶硅太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到 26.6%，非常接近它的理論光電轉(zhuǎn)化效率極限 29.4%，而異質(zhì)結(jié)可為疊層電池做基礎(chǔ)，可以突破30%轉(zhuǎn)化效率理論限制。目前，疊層電池實(shí)驗(yàn)室研發(fā)已經(jīng)取 得重要進(jìn)展，其中，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所目前通過(guò)將半透明鈣鈦礦電池與高效硅異質(zhì)結(jié)薄膜電池結(jié)合，組成光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到 27.0%的鈣鈦礦硅疊層太陽(yáng)能電池。

綜上所述，HJT 與 IBC 電池結(jié)合可生產(chǎn) HBC 電池，效率可提高至 25%以上， 且生產(chǎn)設(shè)備可在異質(zhì)結(jié)（HJT）的生產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行改造；未來(lái)疊層電池，異質(zhì)結(jié)與鈣鈦礦的疊層電池目前被證明是最可能產(chǎn)業(yè)化的方向，且可以基于異質(zhì) 結(jié)電池向雙結(jié)電池甚至多結(jié)電池進(jìn)發(fā)。

3代異質(zhì)結(jié)電池屬性各方面領(lǐng)先現(xiàn)有電池。

異質(zhì)結(jié)電池作為第 3 代電池，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝溫度低、鈍化效果好、開路電壓高、溫度特性好、雙面發(fā)電等 優(yōu)點(diǎn)，是高轉(zhuǎn)換效率硅基太陽(yáng)能電池的熱點(diǎn)方向之一。異質(zhì)結(jié)電池的核心特點(diǎn) 就是高開路電壓，這來(lái)自于構(gòu)成其 PN 結(jié)的材料是不同種類的，理論上就比同質(zhì)結(jié)電池的電壓要高。但其特殊的晶硅/非晶硅界面態(tài)鈍化，對(duì)設(shè)備、工藝、環(huán)境、操作水平等要求非常高。需要從非晶硅界面鈍化、TCO 光吸收損失、金屬化電阻損耗三方面進(jìn)行努力，對(duì)應(yīng)的工藝流程為 CVD、PVD、絲印三個(gè)步驟。這個(gè)三大難點(diǎn)克服，不僅僅是工藝的問題，還涉及到設(shè)備和材料的配套和改進(jìn)。

HJT（異質(zhì)結(jié)）工序大幅簡(jiǎn)化，不兼容性為設(shè)備商提供更大發(fā)揮舞臺(tái)。從工序 數(shù)量看，目前主流的 PERC+SE 工藝需要 9 步，HJT（異質(zhì)結(jié)）工藝只需要 4 步，TOPCon 工藝經(jīng)過(guò)研發(fā)和設(shè)備的整合集成化，預(yù)計(jì)在 10 步以上。而 HJT （異質(zhì)結(jié)）的步驟最少，且 HJT（異質(zhì)結(jié)）與現(xiàn)有的晶硅電池工藝設(shè)備不兼容， 這也構(gòu)成了 HJT（異質(zhì)結(jié)）投產(chǎn)將引發(fā)新一輪設(shè)備狂歡的基礎(chǔ)。而值得注意的是，異質(zhì)結(jié)工藝流程大大簡(jiǎn)化，但對(duì)工藝的要求卻更為嚴(yán)苛，如潔凈度、真空度、溫度控制、鍍膜質(zhì)量等，比現(xiàn)有的電池技術(shù)要求都要高出一個(gè)量級(jí)。

異質(zhì)結(jié)電池成本下降路徑清晰可期。截至 2018 年底，異質(zhì)結(jié)電池生產(chǎn)成本約 為 1.22 元/W，主要包括，硅片成本（47.13%）、漿料成本（24.34%）、折舊 （12.30%）、靶材（4.34%），以及其他材料、動(dòng)力、人工等。異質(zhì)結(jié)電池的生 產(chǎn)成本有望在未來(lái)的 3-5 年內(nèi)降低至目前的 50%左右，主要下降的手段包括：N 形硅片產(chǎn)業(yè)化及薄片化降低硅片成本，銀漿用量減少及國(guó)產(chǎn)化降低漿料成本，單機(jī)生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)能提高以及國(guó)產(chǎn)化降低折舊成本。

當(dāng)前全球 HJT（異質(zhì)結(jié)）已有產(chǎn)能約 3GW，業(yè)內(nèi)新老參與者均多在密切關(guān)注 HJT（異質(zhì)結(jié)）進(jìn)展。PERC 規(guī)模適中的企業(yè)投入 HJT（異質(zhì)結(jié)）意愿相對(duì)更強(qiáng)一些，參與方規(guī)劃 HJT（異質(zhì)結(jié)）產(chǎn)能超過(guò)15GW，部分企業(yè)已開始中試或小批量投運(yùn)，預(yù)計(jì)2020年將有 4-7GW 以上的 HJT（異質(zhì)結(jié)）新增產(chǎn)能投放，一批標(biāo)桿企業(yè)與項(xiàng)目可能在年底到明年投運(yùn)，將進(jìn)一步提升行業(yè)對(duì)異質(zhì)結(jié)電池 的信心，2020 年可能是 HJT（異質(zhì)結(jié)）的產(chǎn)業(yè)化元年。

在已投產(chǎn)的異質(zhì)結(jié)電池產(chǎn)線中，捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、鈞石能源、上海理想等設(shè)備商已經(jīng)出貨相應(yīng)設(shè)備產(chǎn)品。與PERC時(shí)代各設(shè)備廠商在不同環(huán)節(jié)發(fā)力不同， 異質(zhì)結(jié)時(shí)代由于產(chǎn)線步驟較短、國(guó)內(nèi)外研發(fā)同比，所以各設(shè)備廠商基本為異質(zhì)結(jié)整線制造模式。其中，捷佳偉創(chuàng)應(yīng)用于 HJT（異質(zhì)結(jié)）電池產(chǎn)線的 RPD 設(shè)備，是捷佳偉創(chuàng)獲得住友重工（中國(guó)大陸地區(qū)）獨(dú)家授權(quán)后進(jìn)行研發(fā)制造的核心工藝設(shè)備，這種透光導(dǎo)電膜設(shè)備設(shè)計(jì)獨(dú)特，相對(duì)傳統(tǒng)的 PVD 設(shè)備具有表面損傷少、 載子遷移速度高等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)于 HJT（異質(zhì)結(jié)）電池轉(zhuǎn)換效率的提升具有較 大的貢獻(xiàn)。RPD設(shè)備應(yīng)用廣泛，除應(yīng)用于 HJT（異質(zhì)結(jié)）電池產(chǎn)線外，還可應(yīng)用于 OLED、鈣鈦礦電池等諸多領(lǐng)域。

拆解異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線投資，其中非晶硅膜沉積及 TCO 鍍膜占據(jù)研發(fā)實(shí)力及價(jià)值鏈制高點(diǎn)。其中，非晶硅鍍膜 PECVD 及 TCO 鍍膜的 RPD/PVD 設(shè)備合計(jì)占整線投資 60-75%。早期在異質(zhì)結(jié)投入較大的裝備企業(yè)有鈞石能源、梅耶博格，近年來(lái)捷佳偉創(chuàng)、邁為股份、金辰股份、鉑陽(yáng)精工、江松科技、江蘇中智、德國(guó)新格拉斯等也在加大投入。而設(shè)備商加速研發(fā)布局，核心在于下游客戶接受化程 度。需要面對(duì)多種挑戰(zhàn)，一方面來(lái)自異質(zhì)結(jié)設(shè)備廠商之間競(jìng)爭(zhēng)，另一方面也是與存量 PERC 電池設(shè)備投資及生產(chǎn)成本的競(jìng)爭(zhēng)。

原標(biāo)題:電池片3.0代：HIT如何成為未來(lái)電池“基底”