光伏HJt「光伏电池HJT」
今年HJT和TOPCon扩产进程加速，龙头企业纷纷加码布局N型电池技术，未来光伏电池的技术发展趋势如何？下面华尔街见闻·见智研究带大家来深度梳理下光伏电池行业的特点以及未来如何演变？
本文看点：
1.复盘光伏电池发展历程
2.分析TOPCon和HJT各自特点，优劣势以及未来电池的发展的可能性
3.跟踪目前N型电池的产业动态，以及对短期和中长期的电池路线进行预判
光伏电池前世今生----P型时代终结，N型时代开启光伏电池行业属于光伏产业链的中游，由硅片通过清洗、制绒等步骤加工制成。光伏电池板在光照下产生电压和电流，进而实现光伏发电，本质上类似于低端的半导体制造。
根据原材料和电池制备技术的不同，光伏电池可分为P型电池和N型电池。P型硅片是在硅料中掺杂硼元素制成；N型硅片是在硅材料中掺杂磷元素制成。P型电池制备技术有传统的AL-BSF（铝背场）和PERC技术。N型电池制备技术较多，包括PERT/PERL、TOPCon、IBC和HJT（异质结）等。
我国光伏电池的发展伊始要追溯到20世纪50年代，1958年我国研制出了首块硅单晶，1998年开始算真正意义上关注太阳能发电，当年拟建了一套3MW多晶硅电池及应用系统示范项目。2001年无锡尚德建立10MW太阳能电池生产线获得成功，算是我国在太阳能电池领域正式拉开帷幕。随后经过6年的发展，2007年我国成为了生产太阳能电池最多的国家。
2015年是光伏电池技术变革的元年。2015年前BSF电池是主流，占总市场的90%。2015年PERC完成商业化验证，电池量产效率首次超过BSF瓶颈20%，正式进入扩产阶段。随后的两年，随着PERC技术进步、效率的提升，以及非硅成本下降，PERC电池的经济效益得到了体现。2018年PERC电池市场份额达到了33%，随后产能爆发式增长，到2020年市场份额已提升到了87%，基本已完胜BSF电池，但PERC电池的效率极限在24.5%，目前PERC电池的转换效率已经接近极限了，故为了降本增效，电池企业必须再次谋求技术突破。
2021年是电池技术变革的拐点之年，光伏行业唯一的主旋律就是降本增效，N型电池由于转换效率高，开始逐步登上舞台，被人们所接纳。根据ISFH的数据，PERC、HJT、TOPCon电池的理论极限效率分别为24.5%、27.5%、28.7%。
整体而言，2017年前铝背场BSF电池占主流，2017年至今PERC电池已接近完全替代了铝背场电池。但由于目前PERC电池已逼近理论极限效率24.5%，提升空间有限。2021年后N型电池开始快速发展，其中以TOPCon和HJT两条路线为主导，两者现阶段处于大规模商业化的前期阶段。未来潜在技术路线还包括HBC和钙钛矿叠层电池，这两者相当于与HJT结合后的升级，故转换效率能实现再次飞跃。
HJT“PK”TOPCon，优缺点有何不同？
尽管N型电池有多种，但目前得到商业化普及的只有TOPCon和HJT两种。下面就重点说下TOPcon和HJT电池各自有什么特点：
1、HJT相比TOPCon工艺更简洁
PERC电池由于金属电极与硅衬底直接接触，会产生大量的少子复合中心，对效率产生负面影响。TOPCon电池就是通过在金属电极接触区域，制备一层超薄隧穿氧化层和高掺杂的多晶硅薄膜，形成钝化接触结构，进而提升发电效率。
图：TOPCon和HJT电池
资料来源：公开资料整理
TOPCon的缺点是工序太过繁杂。PERC的工序基本在9个；TOPCon在PERC的基础上多了3个环节左右，共约12道工序，主要是增加在制结这一环节。
工艺繁杂是TOPCon的痛点，且目前技术路线并不统一，多条技术路线并行。主要有三种，第一种是LPCVD 制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺；第二种是LPCVD 制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺；第三种是PECVD 制备多晶硅膜并原位掺杂工艺。目前虽以PECVD为主，但是成膜速度慢等问题仍然是痛点。工艺繁杂会带来良率的劣势，再加之增加的工序技术路线并不统一且难度较大。导致TOPCon整体良率在93-95%；而PERC电池良率在97-98%之间。
HJT电池又称异质结电池，衬底类型是N型硅片。1990年日本三洋公司研发成功并申请专利，2015年三洋专利保护期到期，HJT技术开始全面推广。HJT相比于PERC和TOPCon工艺步骤少，仅有四步，分别为：制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、电极金属化。理论而言，工艺步骤少，可以提高产品良率以及节约部分生产成本，所以在这方面HJT是优于TOPCon的。
图：TOPcon&HJT工艺路线
资料来源：公开资料
2、HJT相比TOPCon短期成本较高，中长期降本空间大
HJT相比TOPCon而言短期成本更高，因为设备不可在PERC上改造，要上新的。而TOPCon最大的吸引力在于其能最大限度的保留和利用传统P型电池设备制程，可以在传统PERC设备上升级改造，且单GW改造成本在0.6-0.8亿元左右。所以传统企业如隆基、晶科、天合在TOPCon布局上相对更积极。TOPCon主要新增设备为非晶硅沉积的 LPCVD/PECVD设备以及镀膜设备。
目前PERC单GW设备投资在1.2-1.5亿元；TOPCon约2-2.5亿元；HJT投资额在4-4.5亿元左右。
HJT成本为什么这么高？第一是因为设备成本高。尤其是PEVCD、PVD设备主要依赖进口；第二是因为银浆成本高。HJT用低温银浆,而PERC和TOPCon用的都是高温银浆。由于低温银浆生产工艺难度高，同时需要冷链运输，价格通常较常规银浆高10-20%。
所以目前看HJT最大的缺点就是成本比TOPCon要高些。但是未来随着工艺进一步成熟，下游需求放量，国产化进程加速，低温银浆会逐渐国产化，成本有望持续下降，2019年低温银浆成本在0.17元/W，2025年有望降至0.06元/W。
3、HJT增效空间更广阔
理论而言，HJT的转化效率极限在27.5%-29%。主要是因为其能与钙钛矿电池形成叠层电池进而达到29%的效率；而TOPCon技术很难与钙钛矿电池形成叠层，所以短期看TOPCon因为可以沿用目前的生产线，改造成本较低，使其具备一定优势，但中期看TOPCon的降本和增效路径都不如HJT清晰。所以目前N型电池市场主流更倾向于HJT的路线。
TOPCon和HJT扩产均加速，未来会是谁的时代？目前行业主流观点认为“TOPCon赢在当下，而HJT赢在未来”。纵观今年情况看，今年以TOPCon和HJT为代表的N型技术路线均陆续得到突破，产业化进程持续提速。
根据PV Infolink数据，预计2021/2022年电池片产能454/549GW，其中N型电池片产能分别为25/45GW。
TOPCon由于可以与PERC产线有更好的兼容性，所以业内老玩家更愿意布局TOPCon技术，国内主要布局TOPCon的企业有隆基、中来、晶科、天合光能、东方日升等。目前TOPCon公布的最高实验室转换效率为2021年10月13日晶科能源公布的25.4%；从布局的进度看，中来股份是最早对TOPCon电池布局的企业之一，目前其TOPCon 电池量产批次平均转换效率为24.2%，部分产品达到24.5%，处于业内领先地位。电池产能建设，根据PVInfoLink的统计，TOPCon的产能将在未来加速提升，2022年全行业TOPCon产能有望超40GW，预计到2023年底，将达到接近80GW的水平。但由于其技术路线有多种，虽然目前最成熟的是LPCVD路线，但整体而言技术路线的问题是制约TOPCon量产的重要风险点。
图：TOPCon扩产情况（不完全统计）
资料来源：公开资料整理
HJT是独立于PERC和TOPCon的技术路线，也是业内目前关注度最高的电池技术路线。HJT相较于TOPCon而言新玩家布局更为积极，因为新玩家没有旧有PERC设备的包袱，所以更倾向布局HJT。转换效率方面，隆基10月28日公布，经德国哈梅林太阳能研究所（ISFH）测试，其异质结电池转换效率高达 26.3%，是目前实验室最高转换效率。量产转化效率目前最高达到了25.31%。今年下半年开始HJT产线招标加速，扩产节奏明显加快，很多电池厂与设备厂商签订设备采购协议，落地速度有望加快。截止到目前，全球HJT的规划产能已超过100GW。
图：HJT产能布局情况（不完全统计）
资料来源：公司公告、公开资料整理
IBC电池也作为N型电池的一种，相比于HJT和TOPCon而言目前布局的企业不算多，IBC电池由于是叉指式背接触的优良结构，所以是当前各电池技术中效率最高的，平均效率能达到25%以上，但是由于其缺点是工艺更复杂，难度更大，成本更高，所以短期量产会有一定的困难，但是为什么很多企业都在布局研发呢？主要是因为长期看其在叠加工艺上具备潜力，如其可以与HJT进行结合，制备成HBC电池，能够继续提升效率至26%以上，所以相比于TOPCon和HJT，IBC的布局更多的是布局未来。国内现在布局IBC的企业主要是爱旭，SUNPOWER等，今年6月爱旭推出最新N型ABC电池新品，其布局两处产能，一处是2022年规划建设在珠海的6.5GWN型电池生产基地，第二处是浙江的2GW基地。
华尔街见闻·见智研究认为，短期看TOPCon可能更占优，因为很多电池企业都是PERC的生产线，技术改造升级成本相较于新建而言更低。但是由于TOPCon技术路线的不确定，也给量产带来了一定的困难，所以短期虽然性价比占优，但是中长期不如HJT。而HJT是业内目前相对更认可的技术路线，其最大的痛点便是成本问题，一是上新设备的成本；二是银浆的成本。但是伴随着低温银浆以及设备的国产化，成本会大幅下降；同时HJT的优点在于其可以和IBC电池结合形成HBC电池；也可以和化合物电池如钙钛矿等结合形成叠层电池，进而可以把效率提升至27%-29%，这些特点都是业内更看好HJT的原因。
但对于2022年，华尔街见闻·见智研究认为光伏电池片技术迭代会加速，TOPCon和HJT仍将并行发展，招标量均有望较今年大幅放量，短期不存在谁绝对占优的问题，但由于短期而言HJT成本仍较高，故难以呈现出对TOPCon压倒性的优势，所以就明年而言HJT的量产速度大概率不如TOPCon。
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