作為新一代高效光伏電池中的佼佼者，異質(zhì)結(jié) HJT 電池具備轉(zhuǎn)換效率高、提效空間大、發(fā)電與抗衰減能力強、工藝流程短等多重優(yōu)勢，正開啟光伏新一輪技術(shù)革命。格物致知，過去三年中，中銀證券持續(xù)跟蹤異質(zhì)結(jié)技術(shù)，先后發(fā)表十余篇深度分析報告，趕碳號摘編如下。
01、HJT：電池片環(huán)節(jié)的平臺級技術(shù)
高轉(zhuǎn)換效率得益于電池材料和結(jié)構(gòu)
異質(zhì)結(jié)電池與同質(zhì)結(jié)電池的差異：
廣義而言，p-n 結(jié)由兩種不同類型的半導(dǎo)體材料組成的太陽能電池，均可稱為異質(zhì)結(jié)太陽能電池，與之相對的是同質(zhì)結(jié)電池，即 p-n 結(jié)由同種半導(dǎo)體材料組成。目前實際商業(yè)應(yīng)用的晶硅太陽能電池基本均為同質(zhì)結(jié)電池(p-n 結(jié)由晶體硅材料形成)，而產(chǎn)業(yè)中一般所提到的異質(zhì)結(jié)電池則是指p-n 結(jié)由非晶硅和晶體硅兩種材料形成的電池，其中含本征非晶硅薄膜的異質(zhì)結(jié)電池Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer，HIT/HJT，下稱“HJT 電池”或“異質(zhì)結(jié)電池”)轉(zhuǎn)換效率較為優(yōu)秀，受到的關(guān)注度相對較高，與大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的距離亦相對更近。
鈍化是提高光伏電池轉(zhuǎn)換效率的重要途徑：
一般而言，提升光伏電池片光電轉(zhuǎn)換效率的核心是降低光電轉(zhuǎn)換過程中的能量損失，主要是光損失與電損失。其中降低電損失的主要方法包括選擇高品質(zhì)硅片、提高p-n結(jié)質(zhì)量、提高少數(shù)載流子壽命、降低材料體電阻等。在提高少數(shù)載流子壽命這一途徑中，通過改善晶面缺陷來降低襯底硅片表面的復(fù)合速率(即鈍化接觸)是光伏電池提效的重要研究和產(chǎn)業(yè)化方向。
常見電池結(jié)構(gòu)大多受鈍化思路影響：
良好的鈍化接觸可以在最大化降低接觸表面的載流子負(fù)荷速率 的同時保持電池較好的電學(xué)性能，近年來常見的PERC電池(背面 Al2O3/SiN(x SiO2)疊層鈍化)、以及TOPCon電池(SiO2和多晶/微晶硅層鈍化)、異質(zhì)結(jié)電池(氫化本征非晶硅鈍化)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，均受鈍化接觸思路的影響，而異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)是其中的佼佼者。
02、HJT的技術(shù)特點及可延展性
異質(zhì)結(jié)電池在1997年實現(xiàn)量產(chǎn)：
20 世紀(jì)80-90年代，日本Sanyo(目前已被松下收購)首次將本征非晶硅薄膜用于非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)光伏電池，在P型非晶硅和N型單晶硅的 p-n 異質(zhì)結(jié)之間插入一 層本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)，有效降低了晶硅/非晶硅異質(zhì)結(jié)表面的復(fù)合速率，同時補償了本征非晶硅層自身存在的懸掛鍵缺陷，在硅片表面獲得了令人滿意的鈍化效果，以這一結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的光伏 電池隨后在 1997 年實現(xiàn)量產(chǎn)，即光伏異質(zhì)結(jié)(HIT/HJT)電池。
HJT異質(zhì)結(jié)電池的基本結(jié)構(gòu)：HJT異質(zhì)結(jié)電池以 N 型單晶硅片為襯底，在經(jīng)過清洗制絨的N型硅片正面依次沉積厚度為5-10nm的本征a-Si:H薄膜和P 型摻雜 a-Si:H薄膜以形成 p-n異質(zhì)結(jié)，在硅片背面依次沉積厚度為5-10nm的本征a-Si:H薄膜和N型摻雜a-Si:H薄膜形成背表面場，在摻雜a-Si:H薄膜的兩側(cè)再沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)，最后通過絲網(wǎng)印刷或電鍍技術(shù)在電池兩側(cè)的頂層形成金屬 集電極，其結(jié)構(gòu)具有對稱性。
HJT電池轉(zhuǎn)換效率已在晶硅光伏電池中位居前列：HJT電池量產(chǎn)之后，日本 Sanyo/松下仍在持續(xù)研究 提高其光電轉(zhuǎn)換效率，近年來HJT 電池轉(zhuǎn)換效率已在晶硅光伏電池中位居前列。
生產(chǎn)流程共4步主工藝：從電池結(jié)構(gòu)上看，異質(zhì)結(jié)電池由中心的硅片基底疊加兩側(cè)的數(shù)層薄膜組成， 其生產(chǎn)過程的核心即為各層薄膜的沉積，整體而言其工藝流程較短，主工藝僅有 4 步。相對于同屬于N 型電池、但生產(chǎn)工藝需要10-20 步的IBC和TOPCon電池，異質(zhì)結(jié)電池較短的工藝流程在一定程 度上降低了工藝控制的復(fù)雜程度和產(chǎn)業(yè)化的難度。
低溫度系數(shù)提高發(fā)電穩(wěn)定性：光伏電池在發(fā)電的過程中由于太陽光的照射和自身電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)， 電池表面溫度會有一定程度的上升。一般情況下當(dāng)溫度上升時，光伏電池的開路電壓下降、短路電流上升，且電壓降幅一般大于電流升幅，因此溫度上升一般會導(dǎo)致電池轉(zhuǎn)換效率下降。目前主流的單晶PERC電池的溫度系數(shù)一般在-0.4%/℃(即溫度每升高 1℃，發(fā)電功率相對于基準(zhǔn)功率降低 0.4%) 左右，而異質(zhì)結(jié)電池的溫度系數(shù)僅約-0.25%/℃，因此在長時間光照溫度升高的情況下，使用異質(zhì)結(jié)電池的光伏電站發(fā)電量和發(fā)電穩(wěn)定性都更高。
高雙面率提高發(fā)電增益：異質(zhì)結(jié)電池為正反面對稱結(jié)構(gòu)，且背面無金屬背場阻擋光線進(jìn)入，因此其天然具備雙面發(fā)電能力，且雙面率可超過 90%，可在擴展應(yīng)用范圍(沙地、雪地、水面等)的同時進(jìn)一步提升發(fā)電量。
基本無光衰且可薄片化：目前在產(chǎn)的異質(zhì)結(jié)電池基本均為N 型硅片襯底，因此也具備N型硅片相對于目前主流P型硅片的固有優(yōu)勢，如無光致衰減(LID)和可薄片化(異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)本身亦對可薄片化 有所貢獻(xiàn))。N 型硅片摻雜物質(zhì)為磷，硼含量極低，因此由硼氧對(B-O)導(dǎo)致的光衰(LID)基本可以忽略，可提升電池片使用壽命和長期發(fā)電量。同時，可薄片化意味著同片數(shù)的電池對應(yīng)更少的硅用量，有助于在硅成本方面形成比較優(yōu)勢。
異質(zhì)結(jié)疊加鈣鈦礦進(jìn)一步提升效率上限：異質(zhì)結(jié)電池同時比較適合疊加鈣鈦礦成為疊層/多結(jié)電池。疊層技術(shù)需要用低溫沉積工藝(PVD/CVD 方式)實現(xiàn)短波長吸收(鈣鈦礦)和長波長吸收(HJT)的結(jié)合，其所應(yīng)用的TCO膜層已然在異質(zhì)結(jié)電池中采用，而在HJT單結(jié)中損失的藍(lán)光可被上層鈣鈦礦收集利用。
HJT 組件將已用于領(lǐng)跑者項目：東方日升成功中標(biāo)吉林白城光伏(100MW)領(lǐng)跑者獎勵1號項目，為項目提供約25MW異質(zhì)結(jié)組件，意味著HJT技術(shù)開始在國內(nèi)成規(guī)模投入實際應(yīng)用。
03、轉(zhuǎn)換效率再創(chuàng)紀(jì)錄，降本顯著，經(jīng)濟性拐點已至
HJT 電池全尺寸轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 26.5%：
根據(jù)隆基綠能官方信息，近日經(jīng)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)測試，隆基 M6 全尺寸電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.50%，創(chuàng)造了大尺寸單結(jié)晶硅光伏電池效率新的世界紀(jì)錄。
HJT 電池非硅成本已顯著下降：
銀漿降本是 HJT成本下降的核心抓手。東方日升正致力于把降低銀漿耗量到100mg/片以下，華晟已通過對SMBB 等技術(shù)的應(yīng)用將M6單片銀漿耗量降低至 150mg/片以下。疊加電池轉(zhuǎn)換效率與產(chǎn)線產(chǎn)量的提升，中銀證券測算，近期HJT電池非硅成本已下降至約0.35-0.4元/W區(qū)間，相比于2021年同期降幅約40%。
后續(xù)降本路徑清晰可行：
展望后續(xù)成本下降路徑，在漿料耗量方面，隨著SMBB的進(jìn)一步成熟與鋼板印刷的應(yīng)用，預(yù)計2022年底前，HJT電池銀漿耗量有望下降至120-130mg/片;在銀耗量方面，銀銅混合漿料預(yù)計年內(nèi)逐步開始批量應(yīng)用，預(yù)計有望將銀耗降至100mg/片以下;此外隨著漿料國產(chǎn)化的推進(jìn)，低溫漿料與高溫漿料之間的價格差亦有望縮進(jìn)。
整體而言， 中銀證券測算，HJT電池非硅成本有望在2022年底降低至約0.3 元/W，后續(xù)有望進(jìn)一步降低至0.25元/W。
薄片化有望降低硅成本：
在硅成本方面，由于基底N型硅片具備更高的減薄潛力，且HJT的電池結(jié)構(gòu)對薄硅片的兼容能力較強，硅片薄片化有望為HJT電池提供進(jìn)一步的降本空間。目前，部分國產(chǎn)HJT電池片廠商已開始將120-140μm厚度的硅片投入量產(chǎn)，在當(dāng)前硅料價格下預(yù)計可降低硅成本0.04 元/W。
組件端成本差距有望進(jìn)一步縮小，經(jīng)濟性拐點臨近：
據(jù)中銀證券測算，HJT電池轉(zhuǎn)換效率每提升1%，在不同應(yīng)用場景下可增加組件溢價空間0.05-0.15元/W不等，且對組件整體功率的提升亦可攤薄組件環(huán)節(jié)的單位 制造成本。結(jié)合電池非硅成本、硅成本以及效率提升對組件端成本降低 的促進(jìn)，中銀證券預(yù)計，HJT組件端整體成本有望在2022年底至2023H1貼近PERC組件，從而降低應(yīng)用HJT 組件的光伏電站的平準(zhǔn)化度電成本，進(jìn)一步擴大終端電站業(yè)主的接受面，并逐步進(jìn)入大規(guī)模替代周期。
評論