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一、 三种电池技术潜力对比 现在为止有3种技术路线，PERC电池是占90%及以上的最主流的技术路线，TOPCon和HJT都在上升期。 最高理论效率：PERC电池是24.5%；TOPCon分成两种，一个是单面（只有背表面做多晶硅钝化）27.1%，双面TOPCon（前表面也做多晶硅）28.7%；HJT双面28.5%。 最高实验室效率：PERC是24%；TOPCon是26%，是德国4厘米的小面积实验室记录，大面积来看晶科商业化最高效率是25.4%；HJT是隆基M6商业化达到26.3%。 产线名义效率（为产线自己宣传报告，可能有些因素未考虑在内）：PERC是23%；TOPCon是24.5%；HJT是24.5%。根据市场上组件功率来推测，有时候说测试效率很高，但是做成组件功率不是很高。一种可能就是CTM低，还有效率虚高。我们如果从CTM=100%反推电池效率，拿M6电池72片来看，不同尺寸硅片不太一样，PERC是22.8%，TOPCon是23.71%，HJT是24.06%，其实真正反映真实从组件端观察的效率。 产线良率：TOPCon是98.5%，现在各个企业播报的差别比较大，从90-95%之间都有宣布；HJT大概98%。 工序数量：PERC是11道工序；TOPCon是12道工序；HJT是7道工序，常规是5道工序，如果做得好，加上前清洗和吸杂就是7道。 薄片适用性：PERC是160-180μm，大尺寸硅片182/210还是170-180μm。小尺寸能做到160μm；TOPCon和PERC很相似，160-180μm；HJT大规模应用150μm，做到130μm没什么问题，往120μm也有企业宣布但是挑战性比较大，但是未来机械手改进后会适应。 硅片尺寸：都是全尺寸，只是根据市场端需求。TOPCon做到210很困难，因为高温制程太多。 兼容性：TOPCon和PERC兼容性是主要部分兼容，就是加了两三台设备。HJT基本不兼容。 设备投资：PERC是1.8亿/GW，TOPCon是2.5亿/GW，HJT是3.5亿/GW。 组件价格：市面上PERC按100%，TOPCon有5%的溢价，HJT有10%溢价。 技术拓展性：现阶段双面PERC，TOPCon能产业化的是单面，我们按照严格CTM100，主要是23.7%-24%之间；双面非晶HJT大规模量产的是24.3%，反推等效效率24%左右。下一阶段HJT2.0可以到25%，3.0到25.5%。TOPCon有些企业宣称今年24.5%，明年25%，后年25.5%，从技术来讲，提高效率不是在产线上积累效率就能提高，而是必须有技术设计才有提高。TOPCon想再提高，如果只是在背表面钝化难度是比较大的，有可能双面钝化，双面钝化前表面也做要做厚，是不可能的，因为吸光太严重了，有一种设想是前表面做的很薄，导电性很差后用ITO，金属浆料不烧进去，可以进一步做双面钝化，所谓POLO电池在海外并不成功，由荷兰还是德国的研究所做的，最高效率只有22.5%。另外一种可能是背面做完钝化后，正表面做局部钝化，不做全表面钝化的原因是多晶硅做的很厚会有比较大的损失，光的吸收损失很大，在有光没电极的地方要去掉，有电极不受光照的地方可以做，要局部的多晶硅钝化膜，难度很大，到目前为止在任何实验室和中试线还没有这种电池被做出来。这只是设计，模型样品没有出来，所以做出来是什么状态没法验证。现在只有HJT技术发展的提效路径最明确。 我要提醒一个点是，从隆基2021年发表结果看，双面TOPCon都用多晶钝化是28.7%，如果只有背表面钝化，另外表面是P+电极，只有27.1%。单面理论极限效率比28.7%低。为什么隆基发表的效率比德国的高，因为隆基新发表的是基于他自己25.1%的新钝化膜机制所导致的接触电阻下降，提升理论效率。现在关注HJT技术路线，HJT三个技术路线，这个是全非晶，24.3%，已经大规模量产。单面微晶（前表面微晶二氧化硅）25%，都中试了。产业化实施是100%全是HJT2.0，华晟初步结果是效率能提升到25.5%-25.6%，还有提升空间，因为还在刚开始调试。今年产业预期很明显，年底HJT效率是25%，而且通威等企业都在原有的生产线上改造成HJT2.0。HJT3.0就是背表面做纳米晶硅，难度更大但是完全可以在实验室实施，华晟在做这方面工作，在试验线上导入HJT，背表面微晶硅。 2021年HJT提效非常明显，迈为、华晟、隆基等企业9次打破世界纪录，所以这么大量打破世界纪录表现技术相对成熟。TOPCon在2021年也不错，不仅是像德国4cm小片不断创造纪录，在国内的大面积商用硅片上也不断创新，中来和晶科也打破了大面积尺寸的效率世界纪录，达到25.4%。2021年确实在TOPCon电池技术上有很大进步。主要电流现在提升的很明显，但是我们说TOPCon有个问题，如果只做单面，是德国人在报道上做的设计，但N型硅片的其实就这两个，国内都是TOPCon开始产业化了，但是POLO二次方背结技术，就是N型双面TOPCon，理论效率比较高但是做起来的工艺难度很大，只是设想，并没有实验室结果。如果产线上这个做出来效率会进一步提升，难度很大，还会进一步增加成本。PERC到2019年1月份从隆基在当时打破新世界纪录24.06%，后面4年没有创造新世界纪录，说明这种电池处于瓶颈，理论效率只有24.5%，实际上效率24点几%已经在实验室做很多功夫了，现在产线也就23%左右，说明PERC电池已经没有太多上升空间了。 二、 三种电池的技术难点 技术难点：PERC工序10/11步，比如两次激光，一次扩磷，双面镀膜；TOPCon加镀二氧化硅和多晶硅工艺，前面还要扩硼，但是没有激光开口，还有湿法；HJT其实原来只是从清洗，双面镀微晶硅或者非晶硅，然后做ITO，再丝印烧结。以前很简单，只有4步，但是现在硅片还需要吸杂，以前都是低温过程，如果硅片不好，杂质多会影响效率，要清洗和吸杂（跟扩磷差不多），所以就变成8步。 TOPCon其实有很多企业也不太说，第一大难点是扩硼，第二大是LPCVD，单面镀背面绕镀比较严重，良率不高。双面扩了之后这个问题基本解决，但是LPCVD还有很多问题，管壁上镀很快，150nm的东西做10炉1.5um，很快镀在管壁上，管壁要经常清洗，但是低压过程的LPCVD要层压，需要厚的石英管，同时也要清洗，这个问题比较大。现在用双套管，外面层压，里面承接镀的那层膜，经常拿出去清洗，虽然这样比较好，但是又费了一些手续，所谓开机率会受影响，因为需要维护。实际扩硼本身很难的一件事情。工艺步骤比较长，导致良率损失比较大，还有一些可能的潜在的造成良率和产线波动问题，扩散烧穿和银浆烧穿多晶硅膜造成钝化破坏，还有高温过程导致硅片损伤；HJT难点一个是PECVD保持净化，要求接近半导体工艺，比TOPCon扩散之前纯度要求严格，还有HJT2.0和3.0之后，因为氢稀释率加大以后需要加快沉积速率，要导入高频，会导致均匀性下降。另外还有成本问题，如何让银浆用量下降，电池稳定性又进一步提升。 成本难点：TOPCon也有痛点，一个是良率比较低，另外就是CTM。良率低增加成本，CTM比较低/和实际组件功率有明显差。效率提升难度也比较大，未来上升空间没有太多，因为设备维护频率比较高；HJT在成本难点是浆料耗量比较大，一个是量如何降低，还有价格如何降低，此外CTM也比较低。微晶制备要求也是，影响成本和技术。 工艺过程：很多人让我列成本分拆，其实我认为分拆成本意义不是很大，你看降本要看逻辑，也就是降本靠什么逻辑。比较这三个工艺过程，比如比较这三个有多少高温。PERC有3个高温过程，一个扩磷850℃，两个镀膜400-450℃，烧结800℃。TOPCon高温过程有扩硼1100-1300℃，扩磷850℃，LPCVD700-800℃，两个镀膜450℃，烧结800℃，高温过程很多，热负荷很高，能耗和成本也很高。光从材料和设备投资方面看不出来，但是其实从电费来看，最起码比PERC高。HJT如果不吸杂，其实就是200℃，PE200℃，烧结200℃，PVD170℃。所以它是非常低温的，低温时间也不长，因为镀膜时间非常短，经常镀2nm、3nm、10nm这样的薄度。但是浸出时间比较长，浸出一个载板从头到尾8min。一个载板的量比一个管式PECVD少，管式PECVD扩散是2400℃或者1200℃，而一个载板12*12=144走得快但是量也少。这是有一定可比性的，总之温度是比较低。但是如果做快速磷吸杂，工艺可以达到1000℃，但是持续时间短，只有1min，整个热负荷远低于TOPCon。我们再看湿法过程：PERC是3次，TOPCon5次，HJT原来没有吸杂就只有一次制绒，只有一台设备，很简单。如果有吸杂，在吸杂之前要洗/去损伤，后面有个制绒，湿法过程非常短。真空过程PERC有扩磷和两次PECVD，也都是真空的，但真空度要求比较低，杆泵就够。TOPCon真空度就比较高，扩磷、扩硼、LPCVD和PECVD各2次，真空度要求不高，5次真空杆泵就够。HJT有两次，一次是PECVD，一次是PVD，PVD要求真空度比较高，用的是分子泵，所以这个在真空的要求上会比较费能量。整个工艺过程就看现在的成本和未来降本过程来看，会由于工艺简单所导致的各种能耗和损耗低很多。 三、 HJT产业化 有很多企业都做出来了，虽然规模都不大，CTM等效效率很接近，都在23.9%-24%之间，我们去掉这些企业各自宣布的24.6%和23.9%的都有，最终要横向比较，从CTM反推。CTM从主要功率反推等效效率大概是23.9%-24.1%，在这个范围内波动，大家都比较平均。我们看浆料在不断下降，去年初华晟M6是220mg，去年底已经做到150mg，现在140mg。现在已经在试验钢板印刷，钢板印刷还可以再降低10-15mg，当然钢板印刷也有自己的问题，还在改进中。140mg再下降可以下降到130mg或者125mg，那就已经下降很多了。其实我们发现很重要的现象是银浆在不断下降过程中，组件功率并没下降。如果银浆下降，组件功率下降是有问题的。虽然测试效率下降了但是组件功率保持住了，所以这就确保了银浆用量是很正面的方面。HJT的2.0效率提升非常明显，实验室中试线2.0单面微晶组件功率，先不说效率，其实效率可以达到25.3%，我们拿出组件功率来比，PERC是450W，HJT1.0的475W，TOPCon是465W，2.04是90W就比PERC高出40W，这个就看的很明显。以前做组件功率认证其实最高是493W，我们也做过490W，我们现在实验室做出来的494W比较多。HJT企业其实并不多，现在TOPCon上的这么猛的情况下，HJT企业都是比较行外的。非龙头企业做HJT也是有原因的，行业外的企业比较多，龙头企业反而很谨慎做HJT，今年年底应该能达到15-16GW左右，也可能下半年突然增加，宣称的是很高的，因为有些说了还没建或者说了不建。 另外降本逻辑，拆分成本不能太说明问题，我们来看太阳能电池降本基本逻辑，有很多种降本，银浆价格、耗量和硅片价格等，但是我提出提效是最根本的降本方法。一个电池的成本由硅料、硅片、电池组件、电站BOS投入构成。当然电站还有另外一些成本包括维护和日常损耗成本。最后有电站收益，所以会产生利润。但是我们说HJT和TOPCon其实有一些所谓的不确定性发电量增益，好多人说到底多少，我认为和电站建设情况有关，跟温度高不高，日照情况和地面反射情况都有关。双面辐照的增效，我们无法明确说出来；低衰减，不能马上看出来，需要长期使用；还有温度系数、寿命增长都是不确定增益，只能在建电站一事一议。提效是在太阳电池制造过程中有所增加，银浆用的多一些，或者设备贵一些，都是指在电池制造中非硅片的BOM（原材料）成本和非BOM成本可能有所增加，这是提效的代价。在这个代价付出以后，在硅片和BOS端会有大量所得，在组件端没有什么增加。同样的组件，BOM和非BOM成本都是一样的，但是由于效率提高了，成本就下降了，同时电站BOS也下降，硅料和硅片也下降。功率一大，这些的成本就会低。所以我说提效是最大的降本，就在于提效可以使这些地方下降。 这个是很早期2011美国国家能源实验室的结果，要想说明这个问题，很少人从逻辑来说降本逻辑，还是老的文章说的比较清楚。这篇文章说不同电池效率是黑线，黄线、蓝线、绿线是每瓦功率，纵坐标是度电成本，横坐标是每平方米组件价格，我们看组件效率提升价值在哪，假如我们都是1.9元/W的价格，如果效率低，只有9%效率，组件价格一样，则度电成本算出来是1毛2到1毛3。如果效率到25%，度电成本只有8-9分。所以价格一样，只要效率提升，度电成本就会下降，这就是人们不断追求效率的原理。要想提效，我在讲降本逻辑是这样的，降本是降低电池全寿命周期的成本（LCOE），由四个因素决定LCOE的下降：发电增益、系统效率、系统成本、组件寿命。只要把寿命增加一倍就行，LCOE就会下降一半。系统成本是我们最熟知的，但如果我们看到系统效率的提升会有很明显问题。比如比较这三种电池的发电量增益，是70、80、95，这个是从双面率来看不一样，它的收益率就会不一样。从温度系数来看，PERC是0.38，TOPCon是0.31，HJT是0.26。温度系数的差别决定于开压，开压来看HJT最高，TOPCon第二，PERC第三，开压决定了温度系数的差别。关于衰减，PERC是有明确衰减模型，另外两个并没完全模型，所以有待后续研究。效率来看是23、24.6、24.5，但反推效率就不一样，这就带来了组件功率的不一样，一系列组件功率不一样，整个电站投资会下降。 从HJT来看降本情况是这样的，设备成本在不断下降，设备国产化从原来的15亿9亿5亿4亿到3.5亿；从银浆用量来看，有几个台阶：多主栅，硬靠主栅和网版改进，已经降低到140mg在大生产，130mg是用钢板后的未来预期，或者说是近期的预期。如果银包铜有30%-50%，就又会降低一块，比如预期是100mg银。SmartWire专利2023-2024过期，这块会有所降低，甚至降低一半或者40%。把主栅全部替代，那就可能到70mg，镀铜直接没了。所以异质结降本是有不断下降的台阶的。另外我们看所谓的银浆降本其实真正比较的是所谓的单瓦组件成本，比如PERCM6是80mg，算成单瓦是12.8，除的是450W而不能除组件功率。现在有人把PERC电池和TOPCon电池算的很低，原因是已经把电池效率提得很高了，那它一除上银耗就很低了，但其实要做到组件有的大损失，这块应该算成120mg一片乘以72再除以650W，这算出来才是单瓦的银耗。HJT1.0，130mg是很可以预期的，乘以72再除以475W，那就是19.7。如果功率提高了，银耗没有提高，那就除以490，就会进一步下降。如果能增到500W，还是保持130mg一片，那除以500一下就能降下来。如果效率提高，在银耗量不变情况下，都可以把银浆单瓦成本下降。另外硅片来讲，高效这块是肯定的，我们要比较的是厚度和效率，这些都可以造成用硅料量的下降，就意味着整个成本的下降。比如说TOPCon，从160mg降到130mg，正是因为硅片厚度下降，当然效率也在提升，猛然将硅耗量从1.3-1.4mg一下降0.54mg，这是用料的下降。 如果效率提升它的用量也会进一步下降，但我们其实看硅片厚度下降是更明显的，效率提升导致硅量节省不大，厚度下降导致硅量节省很大。所以130mg作为未来HJT小硅片标配，210硅片第一步还是150μm，将来也可以把它变成130μm。 ITO这块也有一些方案，后面用AZO，用ITO氮化硅复合膜等，也有所下降。我们用130μm的硅片，发现工艺并没下降，做成组件后CTM反而上升，它是薄片，开压会上升，整个电池和组件来讲反而上升。银包铜稳定性也是不错，可以达到6倍IEC标准，后面就是大规模导入问题。镀铜其实国内，包括龙头企业通威和隆基，都在做电镀铜的不断改进，除了传统地用种子层掩膜来镀，现在改善了以后可以直接镀，像澳洲Sundrive公司等，这样节省了很多成本。HJT想大规模也要与整个产业链匹配。 设备我给大家看下，HJT这块很简单，就是CVD多层膜，INIP和IINP的两种镀法，IINP效率会提高一些。镀膜设备厂家有迈为、理想、捷佳伟创和钧石。PVD这个设备很多企业比如国内的迈为、钧石、捷佳伟创，当然还有一些新冒出来的PVD的企业也都能做，因为这个其实是很简单的设备。PVD在电子行业，镀平板显示和大规模玻璃是很成熟的技术了，所以设备成本下降空间是巨大的。TOPCon扩散是难点，TOPCon主要是做LPCVD和扩散设备，扩散设备各家都能做，LPCVD是比较新型的，现在有PECVD、管式的PEALD，还有中来的PVD这几种技术。管P也有很多家，之前的CT的，在国内就是和拉普拉斯有合作，还有捷佳伟创，荷兰的Tempress，后面就有北方华创、赛瑞达、拉普拉斯和48所。现在拉普拉斯供货好像比较多。 |
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