谁将胜出?中国光伏电池的内卷与进化

极度“内卷”的光伏行业,最为悲壮非“电池”莫属。电池片环节,不仅受到上游的价格打压、下游的需求制约,还有技术迭代的持续压力。

内卷加速与技术迭代的不断推演,共同铺就了中国光伏电池的崛起之路。

本文给大家讲述光伏电池的发展进化史,内容上主要涵盖以下内容:

光伏产业可以分别为硅料、硅片、电池、组件和光伏系统等环节,其中硅料与硅片环节为产业上游,电池片与光伏组件为行业中游,下游为发电系统。

光伏发电成本约等于光伏电站成本,其中电池片是这其中的关键器件,决定发电效率和成本,所以,想要降本增效,切入点就是电池片,不断的将电池片研发升级。

它的升级方向大概分为两种:一是可以吸收更多的太阳光,二是尽可能的将光能转换为电能。

光伏电池从技术路线上主要分为晶硅电池和薄膜电池,当前市场晶硅电池占据绝对主流。

晶硅电池以衬底材料进行分类,可以分成P型电池和N型电池。P型电池指的是以P型硅片为衬底的电池片,N型电池指N型硅片为衬底的电池片。

这主要是因为:N型硅片掺磷元素,磷与硅相溶性差,容易分布不均,而P型硅片掺硼元素,硼与硅分凝系数相当,分散均匀度容易控制,成本也就更低。所以,目前,光伏行业主流产品是P型硅片,对应的P型电池也就更多。

这些分类里,它们出现的时间不同,市场对他们的评价也不同。

早期的光伏发电技术是以BSF电池为主,随后PERC电池技术开始取代BSF技术,之后,PERC电池技术经过优化形成了PERC+技术。

BSF电池在晶硅光伏电池PN结制造完成后,通过在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,从而形成铝背场。

铝作为背电场有诸多好处,如减小表面符合率和增加对长波的吸收等,但铝背场电池的光电转换效率也有一定的局限性。

从工序上来讲,BSF电池的制备要经过清洗制绒、扩散制结、刻蚀去磷硅玻璃、PECVD、丝网印刷、烧结、测试分选等环节。

BSF电池的工序为光伏电池片制备的一般工序,之后再升级,都是以该工序为基础。

PERC电池是在传统BSF电池的基础上,增加了背面钝化以及激光开工两道工艺,而性能就实现了明显提升。

虽然目前PERC电池占据主流,但是N型电池的光电转换效率更高,即使技术难度大,但为了降本增效,企业们也在加快研发。

其中TOPCON和HJT是主要的技术路线,已经开始扩产。而IBC、HBC还在处于实验和验证阶段,被成为“未来技术”。

TOPCON电池结构对电池表面可以实现完美钝化。其使用一层超薄的氧化层,还掺杂了薄膜硅,都是提高效率的操作。最终,其转换效率理论极限可以达到26.6%。

与PERC电池相比,TOPCON工艺增加了硼扩散与接触钝化层沉积两个环节。

一大环节是LPCVD氧化及沉积I型多晶硅,这下面又分为两小类,一种是全扩散工艺,另一种是磷工艺。

另一个大环节是PECVD氧化和沉积P型多晶硅,这种方式的工艺流程更简短,有望大幅降低成本,也是技术的发展方向。

HJT电池也叫做异质结电池,是一种混合型太阳能电池,也是一种双面电池。

相比于PERC电池和TOPCON电池,HJT的工艺流程大大缩短,更有助于缩短生产时间,提高生产效率。

它的制备工艺大概包括清洗制绒、非晶硅沉积、TCO膜制备和丝网印刷。其中的非晶硅沉积和TCO膜制备是两大关键环节,并且均有两种制备方式。

非晶硅沉积采用的方法是PECVD或CAT-CVD,后者相比于前者成膜质量高,对硅片钝化效果好,但其均匀性较差且维护成本较高。

TCO膜制备所用的方法是PVD或RPD。后者的技术的装备产能低,售价高,目前专利在日本住友手中,有专利保护。相对来说,前者PVD更有希望成为主流工艺。

IBC电池也叫交指式背接触电池,是高效大面积太阳能电池之一,也是一种典型的N型电池。

这里背接触电池包括MWT、EWT和IBC电池,MWT和EWT电池的转换效率受到一定限制,IBC电池的理论转化效率更高。

IBC电池的正面无金属栅线,背面的各组件是呈叉指状,这种结构可以增加发电面积,提升发电效率。

IBC电池还可以与HJT电池技术融合,也就是HJBC、HBC电池技术,二者效率分别达到了25.1%和25.6%。

如果说上述说的均是晶硅电池,那按照另一个标准划分,还有薄膜电池。

早期,钙钛矿指一种金属矿物。现在,钙钛矿泛指具有和钛酸钙相同或类似晶体结构的离子晶体。作为光电转换材料,其具有以下优势:

一是光电转换效率很高,过去十几年,钙钛矿电池效率从3%提升到28%,甚至有实验室可以实现31.3%的转换,增速远高于硅基电池的发展速度,13年时间走完了硅基电池40年的发展历程。

三是它可以实现自由调控吸光带隙,从而增大光能的利用效率,甚至,叠层电池的极限效率有望突破40%。

但目前大规模制备钙钛矿层技术还不成熟,材料的稳定性也不足,如果要进一步走向产业化,还需要针对器件性能和稳定性开展更为深入的研究。

从当前的市场竞争格局看,因工艺与P型时代主流的PERC技术一脉相承,TOPCON技术已顺理成章呈现短期高确定性。而以HJT为代表的颠覆性技术,性能上具有众多优势,但产线、工艺与PERC时代互不相通,对主流电池片厂商而言,大规模投产暂不经济。作为平台级技术,HJT与下一代钙钛矿电池技术融合形成叠层电池更加顺畅。

目前 HJT 与 TOPCON 技术在电池片制造端已进入实战对垒阶段,二者孰优孰劣,市场声音莫衷一是。整体看,TOPCON技术短期优势明显,HJT胜在未来潜力更大。

不同的技术路径对不同设备的需求构成有区别,技术迭代就会影响厂商的设备需求,从而也影响到厂商的业绩。

简而言之,迭代使得技术不断进步,产品不断降本增效,但相应的厂商也同时会面临很多风险。

说到厂商,之前的光伏设备市场规模较小,具体到每个细分领域也就十几亿到几十亿的规模,对行业外厂商的吸引力并不大。但随着设备规模的逐步扩大,吸引更多的设备厂商进入,行业竞争也加剧了。

从历史发展进程看,我国的光伏电池产业就是在迭代中发展壮大的。

2021年我国光伏累计装机量为 306.56GW,同比增长21%,连续7年全球第一。光伏组件产量为 182GW,连续15 年全球第一。由此可见,我国光伏产业规模处于全球绝对的领先地位。

最近,各板块的半年报也在陆续出炉,这里我给大家盘点了这几家公司上半年的业绩情况,有个别还没出来数据,但公布的公司表现都还不错,扭亏、翻倍的都有。

业绩翻倍的通威股份,它的TOPCON 即将量产,有望为明年电池片业务贡献超额利润。

扭亏的爱旭股份,其ABC电池也即将进入量产,增厚业务。