從PERC電池提效降本之路看新技術(shù)的導(dǎo)入

:回望單晶PERC電池的發(fā)展歷程，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)換效率的快速提升是其廣泛應(yīng)用的核心動(dòng)力。隨著各種新技術(shù)的導(dǎo)入，PERC電池的實(shí)現(xiàn)快速降本增效。

（一）從PERC電池的應(yīng)用看新技術(shù)的導(dǎo)入

以前太陽(yáng)能電池效率大都通過(guò)改進(jìn)電池正面獲得，因此當(dāng)正面帶來(lái)的效率提升越來(lái)越難，研發(fā)人員將目光轉(zhuǎn)向了電池背面的鈍化。由于切割硅片會(huì)在其表面產(chǎn)生大量懸空鍵，引起載流子在此大量復(fù)合從而影響電池效率，鈍化就是通過(guò)降低表面載流子的復(fù)合，來(lái)提升電池的效率。

鈍化可通過(guò)化學(xué)鈍化和場(chǎng)效應(yīng)鈍化兩種方式實(shí)現(xiàn)?；瘜W(xué)鈍化主要是使懸空鍵飽和，可以通過(guò)提供一個(gè)可使表面硅原子達(dá)到飽懸空鍵狀態(tài)的表層，或沉積高氫介質(zhì)膜，使氫填補(bǔ)懸空鍵的空穴，從而實(shí)現(xiàn)鈍化目的。場(chǎng)效應(yīng)鈍化是指在表面附近制造一個(gè)電場(chǎng)，以排斥相同極性的少數(shù)載流子，從而降低載流子的復(fù)合。

PERC電池（Passivated Emitterand Rear Cell，PERC）結(jié)構(gòu)從常規(guī)鋁背場(chǎng)電池（BSF）結(jié)構(gòu)演變而來(lái)，通過(guò)在BSF的背面疊加鈍化層（AlOx）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的大幅提升。最早起源于上世紀(jì)八十年代，由澳洲新南威爾士大學(xué)的Martin Green研究團(tuán)隊(duì)首次正式提出，當(dāng)時(shí)即達(dá)到22.8%的實(shí)驗(yàn)室電池效率。

2006年P(guān)ERC電池背鈍化材料AlOx的鈍化性能引起學(xué)界重視，之后隨著AlOx產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和設(shè)備的成熟，加上激光技術(shù)的引入，PERC技術(shù)開(kāi)始逐步走向產(chǎn)業(yè)化。2012-2013年開(kāi)始有廠家對(duì)其產(chǎn)線進(jìn)行PERC升級(jí)，2015年新增電池產(chǎn)能采用的基本都是PERC架構(gòu)，2018年開(kāi)始PERC電池產(chǎn)能加速擴(kuò)張，現(xiàn)已成為最主流的高效電池技術(shù)。

回望單晶PERC電池的發(fā)展歷程，我們認(rèn)為轉(zhuǎn)換效率的快速提升是其廣泛應(yīng)用的核心動(dòng)力。

2012年P(guān)ERC電池剛剛引起產(chǎn)業(yè)界關(guān)注，最高效率是尚德的20.3%，當(dāng)時(shí)常規(guī)單多晶效率約為19%和17%。

2015年ISFH通過(guò)優(yōu)化電池模型參數(shù)，提出PERC電池效率可達(dá)到24%以上，并給出相應(yīng)的技術(shù)路線。同年德國(guó)HELENE研究團(tuán)隊(duì)宣布計(jì)劃在2017年底前將PERC單晶硅電池效率提升至22.5％，PERC電池產(chǎn)業(yè)化成為研究熱點(diǎn)。

2016年底，天合光能創(chuàng)下22.61%的最高PERC電池效率紀(jì)錄，提前一年達(dá)到HELENE目標(biāo)。

2017-2018年隆基和晶科輪番刷新PERC效率紀(jì)錄，到2018年底晶科達(dá)到23.95%的最高效率。與此同時(shí)PERC電池的擴(kuò)產(chǎn)達(dá)到了前所未有的高峰，到2018年底單晶PERC產(chǎn)能達(dá)到接近80GW，較2016年底翻了四倍。

2019年1月隆基在244.59cm2的P型硅片上實(shí)現(xiàn)了24.06%的轉(zhuǎn)換效率，高出行業(yè)平均量產(chǎn)效率近2個(gè)百分點(diǎn)。到2019年底單晶PERC電池市占率達(dá)到60%左右，反超BSF電池成為市占率第一的電池技術(shù)。

除了具有更高的效率和更大的提效空間以外，PERC電池能快速擴(kuò)大市占率，還因其只需在原有產(chǎn)線上增加兩道工序（背鈍化和激光開(kāi)槽），可以在獲得1個(gè)百分點(diǎn)以上效率提升的同時(shí)保持有競(jìng)爭(zhēng)力的生產(chǎn)成本。

從量產(chǎn)效率看，2010-2019年單晶電池效率從17.5%提升到22.3%，平均每年提升約0.48個(gè)百分點(diǎn)，而同期多晶電池效率從16.5%提升到19.3%，平均每年提升0.28個(gè)百分點(diǎn)，單多晶效率差從1個(gè)百分點(diǎn)拉開(kāi)到3個(gè)百分點(diǎn)。在效率提升的同時(shí)，單晶電池價(jià)格卻一路下跌，單多晶電池片價(jià)格差從2012年的0.4美元/片下降到0.11美元/片，單晶電池性價(jià)比凸顯。

回顧PERC產(chǎn)能的投放節(jié)奏不難發(fā)現(xiàn)，2017-2018年之所以成為PERC產(chǎn)能集中爆發(fā)期，一方面是因?yàn)閱味嗑щ姵剞D(zhuǎn)換效率差不斷拉大，PERC溢價(jià)最高可達(dá)到近0.4元/W；另一方面是因?yàn)殛P(guān)鍵設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，使得PERC改造成本和新建成本分別降至1億元/GW和4.2億元/GW，改造產(chǎn)線在高溢價(jià)下一年即可收回資金成本，從而刺激企業(yè)加大PERC產(chǎn)能布局。因此，我們認(rèn)為相對(duì)較高的效率溢價(jià)和相對(duì)較低的成本是新型電池技術(shù)被廣泛認(rèn)可的必要前提。

（二）大尺寸硅片助力PERC電池繼續(xù)降本

近十年電池片尺寸經(jīng)歷過(guò)幾輪變革，從100/125mm到156mm，再到2013年底隆基、中環(huán)等聯(lián)合發(fā)布的M2-156.75mm，大尺寸電池片可以有效提高組件發(fā)電功率，降低光伏發(fā)電系統(tǒng)成本，成為光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。

2019年隆基、中環(huán)相繼推出M6-166mm、M12-210mm大尺寸硅片，面積較目前主流的M2分別提升12.2%、80.5%，組件封裝功率可提升到450W+、600W+，較M2 72片組件分別高出60W+、200W+。假設(shè)電池產(chǎn)線每小時(shí)出片量不變，M6、M12可以使產(chǎn)能相應(yīng)提升12.2%和80.5%，從而攤薄人工、折舊等除輔材外的非硅成本。根據(jù)測(cè)算，我們預(yù)計(jì)可以使電池片每瓦非硅成本降低1-5分錢。

M6的優(yōu)勢(shì)在于現(xiàn)有產(chǎn)線兼容性好，硅片環(huán)節(jié)的拉棒和切片設(shè)備均可兼容，電池和組件環(huán)節(jié)需要對(duì)產(chǎn)線升級(jí)改造，預(yù)計(jì)改造成本約2500萬(wàn)元/GW。此外電站考慮到冗余設(shè)計(jì)也可直接兼容M6組件。

M12由于尺寸提升更多，硅片、電池、組件產(chǎn)線均需新建，但M12帶來(lái)的降本空間可使全平臺(tái)受益。除電池端降本5分錢外，組件端和電站端還可攤薄支架、接線盒、匯流箱等成本。

1）東方日升數(shù)據(jù)顯示，M12單晶50半片的500W高效組件可使組件單線產(chǎn)能提升30%，BOS成本降低9.6%，度電成本(LCOE)下降6%。

2）天合光能數(shù)據(jù)顯示，M12單晶50三分片組件在黑龍江某大型地面電站測(cè)算結(jié)果顯示，500W的210雙玻雙面組件相比常規(guī)410W（應(yīng)為M2）雙玻雙面組件，BOS成本下降6%~8%，LCOE成本下降3%~4%。

得益于強(qiáng)大的降本能力，大尺寸硅片得到了下游的積極響應(yīng)，通威、愛(ài)旭、東方日升、天合光能等電池組件廠商積極推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)能投建，目前已公告的大尺寸電池規(guī)劃產(chǎn)能約80GW。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)2020年2月發(fā)布的《中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2019）》，預(yù)計(jì)2020年底大尺寸硅片占比有望達(dá)到40%左右，2021年有望取代M2成為主流尺寸。