(整理自中金公众号)
一、HJT技术有望成为下一代主流技术
光伏电池片是典型的“技术驱动型”行业,提效和降本是企业不断的追求。传统PERC技术降本面临瓶颈,市场开始把目光投向新兴技术。
光伏电池片发电原理
若将P型半导体和N型半导体进行紧密接触,则在交界处会形成内建电场。在光照激发下,电池内部将产生光生载流子(电子空穴对),并在内建电场的作用下发生分离,并由电极引出,形成电流。
影响光伏电池片转化效率的因素主要包括光学损失和电学损失。其中,降低少子表面复合在提高转化效率中起着非常关键的作用。表面钝化技术可以降低少子复合,提高转化效率。
无论是PERC电池,还是HJT技术,其核心工艺环节的目的都是实现更好的表面钝化,延长少子寿命,提高转化效率。
二、HJT电池的结构和原理
HJT电池结构:
HJT全称Heterojunction with Intrinsic Thin Layer,也被称为HIT,中文名为本征薄膜异质结。HJT电池为对称双面电池结构,中间为N型晶体硅,然后在正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜,形成P-N结。而硅片背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜形成背表面场。而由于非晶硅的导电性比较差,因此在电池两侧沉积透明导电薄膜(TCO)来进行导电,最后采用丝网印刷技术形成双面电极。
HJT电池实现高转化效率的原理:
HJT技术很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题。该技术的核心在于,其在P-N结之间插入了本征非晶硅层作为缓冲层,而本征非晶硅层对晶体硅表面有很好的钝化作用,可以大幅避免载流子的复合,实现较高的少子寿命和开路电压。
HJT电池的发展历程
HJT电池的工艺及设备
制绒清洗: 制绒清洗设备以YAC、Singulas等国外厂商主导,捷佳伟创已顺利实现该环节设备的国产化,迈为股份也通过与参股公司江苏启威星(引进YAC异质结制绒清洗全套技术,并结合自有半导体湿法技术研发)合作的方式突破了HJT清洗设备,加入整线解决方案中。
非晶硅薄膜沉积:我们估计该阶段的设备价值量占比达到~50%,是HJT设备中价值量占比最高的设备。国产厂商中,捷佳伟创、迈为股份、钧石、理想万里晖、金辰股份均在PECVD有布局,但技术的细节方向上有所不同。
透明导电膜沉积:我们估计该阶段的设备价值量占比达到25%。目前两种技术路线并存,捷佳伟创的RPD设备已经顺利在爱康科技的产线装机,而迈为股份自主研发的PVD也已获得产线订单。
丝网印刷:近年也出现了激光转印技术,通过激光无接触地将浆料挤压到电池表面,可降低银浆损耗并印刷更细的栅线,有望替代丝印的部分环节,帝尔激光有该技术储备。对于丝印设备而言,迈为股份和捷佳伟创均实现了国产化。
HJT技术本身的优势较为明显:
1、HJT具有更高的单瓦发电量,为下游带来发电增益。
主要由于:1)衰减率低。2)温升损失低。3)双面率高。4)弱光效应。
2、HJT良好的界面层钝化效果,使其具有更高的转换效率,有助于产业链全面降本。
3、HJT降本空间大
HJT后续可作为底层平台型技术,与其他先进工艺叠加。“HJT+”技术有望进一步提升转换效率至26%乃至30%以上,目前研发进展较快的主要有背接触以及钙钛矿叠层,后续升级空间广阔。
三、异质结的提效路径:
常规异质结电池具有多种提效路径。
1、PECVD环节:改进钝化及掺杂效果
1)本征层的改进:优化界面层钝化及降低内部缺陷
预处理工艺,反应过程中的氢等离子处理工艺,富氢离子处理引入i/p缓冲层,改变镀膜顺序(捷佳伟创与迈为股份的PECVD量产机型已应用该技术)
2)掺杂层的改进,纳米晶硅/微晶硅替代非晶硅。
2、其他电池环节,多种材料与工艺优化方式。
透明导电膜环节:靶材优化与多层TCO膜技术,丝网印刷环节低温银浆优化、激光转印技术,整体电池环节光注入(帝尔激光已推出用于HJT电池的激光修复设备)。
3、组件环节,无主栅技术等
四、异质结的降本路径
1、HJT电池成本拆分。HJT电池的生产成本可拆分为硅片成本、非硅材料(包括银浆、靶材、气体及化学品)、设备折旧及产生的利息费用,以及其他制造费用(包括人工、动力成本)。HJT电池成本较高主要体现在浆料、靶材以及设备环节。
2、HJT降本之关键环节。目前产业界对HJT电池的降本手段已较为清晰。除了解决HJT电池的成本“痛点”浆料、靶材及设备环节降本外,硅片减薄、提升整体转化效率也是重要的降本方式。
3、异质结降本路径推演
基于M6尺寸和PVD的技术路线,我们做一系列中性假设进行测算,我们估计HJT电池成本2021~2023年分别降低至0.82元/W、0.74元/W和0.63元/W,较2020年下降37%。
五、异质结的发展路径推演
1、我们估计PERC技术仍有提效降本的空间。
2、全生命周期理论测算,高效HJT电池有望享受溢价。
3、异质结产能拓展路径推演:2023年或可迎来HJT的大规模量产时代。
1)2020年是HJT产业化的开端。基于对HJT技术前景的看好,下游电池厂商纷纷布局加速,目前已经进行设备订单招标或采购的下游已有通威、阿特斯、爱康科技、东方日升、开盛集团等,且润阳集团也与捷佳伟创签署了5GW HJT战略合作框架协议。
2)2021~22年HJT有望开始GW级产线的扩产,同时我们认为存量PERC线的改造也将延长PERC寿命周期。
3)2023年之后有望进入真正的HJT时代。与PERC时代不同,在HJT时代,我们认为国产厂商无论在推动工艺改进还是设备降本方面,都起到了引领行业的作用。目前在设备端布局比较快的有捷佳伟创、迈为股份,以及钧石、理想万里晖、金辰股份等。
基于以上的路径推演,我们预测到2023年行业有望释放出超过150GW的HJT设备订单,单GW设备投资额有望降至3亿元/GW,总市场空间达450亿元,是PERC时代投资高峰(2020年)的2倍以上。
目前捷佳伟创和迈为股份都具备提供HJT整线的能力,钧石、理想万里晖和金辰股份则在核心设备PECVD有较大突破。
风险提示:
1、技术风险
2、下游需求不及预期风险
3、设备价格下降风险