誰(shuí)能主導(dǎo)下一代太陽(yáng)能技術(shù)?

太陽(yáng)能發(fā)電正在緊鑼密鼓地技術(shù)迭代。光伏電池從P型到N型是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的技術(shù)發(fā)展方向，在N型電池的四種技術(shù)路線中，TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化鈍化接觸)技術(shù)在量產(chǎn)上走得最快，有望最快步入商業(yè)化應(yīng)用階段。

根據(jù)中信建投的分析，由于TOPCon技術(shù)現(xiàn)階段量產(chǎn)成本相對(duì)較低，預(yù)計(jì)2022年將會(huì)有較大規(guī)模放量，2022年有望成為TOPCon技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的元年。

根據(jù)PV Infolink近期的報(bào)告，在產(chǎn)能方面，預(yù)計(jì)2022年年底TOPCon累計(jì)產(chǎn)能(含在建)有望超過(guò)50吉瓦，2023年年底將接近80吉瓦。在產(chǎn)出方面，2022年將迎來(lái)TOPCon電池產(chǎn)出的明顯增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)全年產(chǎn)出將達(dá)到16.7吉瓦，相比2021年的3.3吉瓦增長(zhǎng)約400%。

此外，值得關(guān)注的是，同為N型電池之一的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池也是一條備受關(guān)注的技術(shù)路線，多家光伏企業(yè)同時(shí)布局了TOPCon和異質(zhì)結(jié)兩個(gè)技術(shù)路線。最終哪個(gè)技術(shù)路線能成為N型電池的主流，有待進(jìn)一步觀察。

優(yōu)缺點(diǎn)喜憂參半

根據(jù)基體材料的特性，太陽(yáng)能電池可以分為有機(jī)太陽(yáng)電池和無(wú)機(jī)太陽(yáng)電池。

其中，無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池可分為晶體硅太陽(yáng)電池和薄膜太陽(yáng)電池，晶體硅太陽(yáng)能電池又分為單晶硅太陽(yáng)能電池和多晶硅太陽(yáng)能電池。目前晶硅太陽(yáng)能電池，特別是單晶硅太陽(yáng)能電池因其效率高、可靠性強(qiáng)、成本下降潛力大而成為市場(chǎng)主流。

根據(jù)基體硅片的摻雜種類，單晶硅太陽(yáng)電能池可分為P型電池和N型電池。P型電池的基體材料為摻雜硼的P型硅，N型電池的基體材料為摻雜磷形成的N型硅片。

P型電池中PERC(Passivated Emitterand Rear，鈍化發(fā)射極和背面)技術(shù)在2017年之后成為主流，疊加SE(選擇性發(fā)射極)技術(shù),電池效率逐漸提升。但是P型電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近其24.5%的理論轉(zhuǎn)化效率極限，提升空間不大;而N型電池效率提升潛力大，單結(jié)的理論轉(zhuǎn)化極限效率為28.7%，投資成本不斷降低，所以被稱為新一代光伏電池發(fā)展方向。

N型電池主要包括 PERT(發(fā)射結(jié)鈍化及背場(chǎng)全擴(kuò)散)、TOPCon(隧穿氧化鈍化接觸)、 IBC(全背電極接觸)、HJT(異質(zhì)結(jié))四種技術(shù)路徑。

其中，PERT技術(shù)可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，技術(shù)難度低，設(shè)備投資較少，但是與雙面 P-PERC 技術(shù)相比沒(méi)有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，已被證明為不經(jīng)濟(jì)的技術(shù)路線;TOPCon技術(shù)具有低衰減、低功率溫度系數(shù)、高雙面率、高弱光響應(yīng)能力等優(yōu)良的特性，但量產(chǎn)較難;IBC技術(shù)目前效率最高，可以達(dá)到 23.5%～24.5%，但技術(shù)難度極高、設(shè)備投資高、成本高，國(guó)內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn);HJT技術(shù)效率高，工序少，可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但成本比較高。

從產(chǎn)業(yè)進(jìn)程來(lái)看，有望最快實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)并得到商業(yè)應(yīng)用的是TOPCon技術(shù)。該技術(shù)是在2013年第28屆歐洲 PVSEC 光伏大會(huì)上由德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能研究所首次提出的，理論轉(zhuǎn)化效率高達(dá)28.7%。

從原理上來(lái)看，該技術(shù)首先在電池背面制備一層1～2納米的隧穿氧化層，然后再沉積一層摻雜多晶硅，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，為硅片的背面提供了良好的界面鈍化。

從應(yīng)用上來(lái)看，TOPCon技術(shù)具備三個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

第一，發(fā)電效率更高，提效路徑明確，速度快，空間大。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年以來(lái) TOPCon電池效率提升2.5個(gè)百分點(diǎn)，同期PERC技術(shù)提效幅度為1.3個(gè)百分點(diǎn)，PERC電池在周期中后段接近理論極限，提效進(jìn)程不及TOPCon電池。

第二，高雙面率、低衰減等特性提升全周期發(fā)電量。TOPCon電池雙面率可以達(dá)到85%，較PERC電池70%左右的雙面效率明顯提高，折算至綜合效率端大致形成約1個(gè)百分點(diǎn)的效率優(yōu)勢(shì)。實(shí)例測(cè)算全周期發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)達(dá)到4%～5%。

第三，生產(chǎn)線切換成本低。TOPCon技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于可以基于現(xiàn)有PERC生產(chǎn)線升級(jí)改造實(shí)現(xiàn)技術(shù)的平滑切換。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前市場(chǎng)上前十家光伏電池廠的存量PERC產(chǎn)能超過(guò)200吉瓦。基于PERC技術(shù)的生產(chǎn)線只需要增加硼擴(kuò)散、非晶硅沉積以及刻蝕等幾道工序，增加0.5億～1億元/吉瓦的投資即可切換為TOPCon生產(chǎn)線，這一技術(shù)路線更容易被現(xiàn)有企業(yè)接受。

同時(shí)，TOPCon技術(shù)也存在三個(gè)缺點(diǎn)。

首先，工藝路線不清晰。TOPCon主流技術(shù)路線有三種：低壓氣相沉積法、等離子體增強(qiáng)氣相沉積法和物理氣相沉積法(PVD)，但每種技術(shù)路線都有缺陷，未來(lái)哪種技術(shù)路線會(huì)成為主流尚無(wú)法確定。

其次，工序繁多，良品率較低。TOPCon的生產(chǎn)工序達(dá)到12步，較PERC增加了4步，較HJT增加8步，這也使得其良品率目前只有92%～95%，遠(yuǎn)低于PERC和異質(zhì)結(jié)的98%以上的良品率，直接影響到其成本和生產(chǎn)線效率。

第三。降成本路線難度大。TOPCon電池的成本結(jié)構(gòu)大頭是硅片和銀漿。從硅片來(lái)看，降成本的核心技術(shù)是薄片化，但由于高溫工藝下鈍化層存在摻雜元素?zé)?、金屬漿料燒穿情況，厚度做到160微米以下存在一定困難(目前TOPCon電池所用的182尺寸硅片對(duì)應(yīng)180微米，166 尺寸硅片對(duì)應(yīng)在170微米左右)，未來(lái)還需進(jìn)一步優(yōu)化工藝找到實(shí)現(xiàn)薄片化的方法。從銀漿來(lái)看，TOPCon電池使用的銀漿含量也比PERC電池要高。

量產(chǎn)和應(yīng)用加速

根據(jù)招商證券的統(tǒng)計(jì)，2021年P(guān)ERC電池市占率約為91%，BSF(鋁背場(chǎng))電池市占率降至5%，N型電池份額僅為3%。但隨著TOPCon電池開(kāi)始由中試向規(guī)?；l(fā)展，2022年將成為TOPCon技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用拐點(diǎn)，其性價(jià)比逐漸顯示。

今年1月，晶科能源控股有限公司在安徽的8吉瓦TOPCon電池項(xiàng)目投產(chǎn)。該項(xiàng)目為全國(guó)首個(gè)大規(guī)模量產(chǎn)的TOPCon生產(chǎn)線，電池平均量產(chǎn)效率為24.5%，最高效率已經(jīng)達(dá)到25.4%。2月，該公司海寧基地產(chǎn)出首片TOPCon電池，預(yù)計(jì)到年中TOPCon電池產(chǎn)能將逐步爬升至16吉瓦，成為量產(chǎn)規(guī)模最大的N型電池/組件企業(yè)。

深耕N型電池多年的中來(lái)股份在江蘇泰州已有3.6吉瓦電池產(chǎn)能，并在山西太原規(guī)劃了16吉瓦電池產(chǎn)能，目前該項(xiàng)目正在建設(shè)中。在轉(zhuǎn)化效率方面，該公司TOPCon電池的量產(chǎn)平均效率達(dá)到24%。

一道新能源科技(衢州)有限公司2022年預(yù)計(jì)產(chǎn)能將達(dá)到20吉瓦，其TOPCon電池最高效率達(dá)到25%，在工藝流程不增加或者少量增加的情況下，極限效率可能達(dá)到25.5%以上，量產(chǎn)效率達(dá)到24.5%。

從價(jià)格來(lái)看，基于當(dāng)前的工藝、效率水平測(cè)算，TOPCon電池從硅料到組件端各環(huán)節(jié)合計(jì)成本增加大致為0.06～0.1元/瓦，實(shí)際能夠提供的溢價(jià)合理區(qū)間在0.1～0.15元/瓦(單雙面略有差異)。從行業(yè)實(shí)際招標(biāo)情況看，TOPCon組件價(jià)格較同版型PERC組件高出0.1～0.14元/瓦，意味著率先實(shí)現(xiàn)TOPCon產(chǎn)品批量供應(yīng)的電池企業(yè)、組件企業(yè)能夠享受額外紅利。

隨著光伏生產(chǎn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的提高，TOPCon技術(shù)的投資成本也在迅速下降。根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2021年P(guān)ERC生產(chǎn)線投資額約為1.94億元/吉瓦，TOPCon生產(chǎn)線投資額約為2.2億元/吉瓦，二者新建生產(chǎn)線的投資強(qiáng)度逐漸接近。

而券商調(diào)研反饋則顯示，當(dāng)前實(shí)際的PERC生產(chǎn)線投資額已經(jīng)降至1.5億元/吉瓦以下，而TOPCon生產(chǎn)線投資額也降至2億元/吉瓦上下，疊加生產(chǎn)線生命周期造成的折舊年限差異以及供需造成的排產(chǎn)差異，新建 TOPCon生產(chǎn)線平攤至單瓦折舊額已經(jīng)接近PERC。

市場(chǎng)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，TOPCon技術(shù)是當(dāng)下N型電池中最具有成本優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線之一，可能從今年開(kāi)始實(shí)現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，預(yù)計(jì)明年將全面具備與PERC技術(shù)相當(dāng)?shù)木C合優(yōu)勢(shì)。

從國(guó)內(nèi)企業(yè)布局來(lái)看，中來(lái)股份、晶科能源、隆基股份、一道新能源、天合光能、國(guó)家電投、通威股份、阿特斯、無(wú)錫尚德、晶澳、東方日升等傳統(tǒng)晶硅企業(yè)都布局了TOPCon技術(shù)，隆基股份、天合光能、通威股份、阿特斯、晶澳、阿特斯等企業(yè)也同時(shí)布局了異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池。換句話說(shuō)，諸多企業(yè)都在同時(shí)下注兩條技術(shù)路線。

同樣值得關(guān)注的是，越來(lái)越多的太陽(yáng)能設(shè)備企業(yè)以及新進(jìn)入光伏行業(yè)的企業(yè)傾向于選擇布局異質(zhì)結(jié)電池，表示了對(duì)異質(zhì)結(jié)技術(shù)路線的長(zhǎng)期看好。

伴隨著低溫銀漿以及光伏設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率的提升，異質(zhì)結(jié)電池自身的成本會(huì)大幅下降，其工藝簡(jiǎn)單、可以和其他電池(IBC電池和鈣鈦礦電池)疊層實(shí)現(xiàn)更高效率的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加受到關(guān)注。

因此，預(yù)計(jì)TOPCon電池在未來(lái)兩三年會(huì)有一個(gè)短暫的紅利期，從中期來(lái)看其將面臨與異質(zhì)結(jié)電池的激烈競(jìng)爭(zhēng)。

免責(zé)聲明：本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章，目的在于弘揚(yáng)科技創(chuàng)新精神，傳遞更多科技創(chuàng)新信息，宣傳國(guó)家科技政策，展示國(guó)家科技形象，參與國(guó)際科技輿論競(jìng)爭(zhēng)，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以崇高敬意。如果您認(rèn)為本網(wǎng)文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除。