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TOPCon vs. HJT,光伏两大技术谁能接棒?

纵观光伏行业的历史,降本增效是永恒的趋势,目前最成熟的PERC电池已经达到效率的极限,随着新技术Topcon和HJT的日渐成熟,新的一轮技术变革一触即发。6月28日金刚玻璃发布公告宣布投资8.32亿元新建1.2GW的HJT电池及组件项目,可以看出新进入者更愿意选择HJT,而PERC的老牌龙头更愿意去尝试TOPCon,背后的原因是什么?

1、光伏历史复盘

回顾光伏的发展史,如何提高转换效率、降低成本,使得投资收益率接近甚至超过火力发电,是推动行业不断前行的动力。

近10年来,光伏组件产品从多晶硅电池到今天的PERC电池,转换效率从10%到今天的24%,全球光伏度电成本(LCOE)从2009年的350美元/MWh到今天的50美元/MWh以下,助力2020年成为我国光伏发电平价的元年,在没有补贴的情况下成本接近火力发电。在许多海外地区,光伏发电的成本甚至大幅低于火力发电。而我国的光伏产业规模全球第一,出口量不断创下新高。

但是目前PERC电池的转换效率已经接近24%的理论极限,产业界又开始为下一代电池技术量产做准备,目前市场关注的焦点主要集中在Topcon和HJT(异质结电池)。

2、TOPCon:能够在PERC的基础上改造

除了能够突破PERC电池的极限转换效率,TOPCon电池工艺可以在PERC基础上进行改造,与PERC电池工艺的主要区别在于增加了硼扩、隧穿氧化层沉积等步骤。

在4月份,对于TOPCon的关注曾迎来一波高潮。因为德国一家研究所发表了一篇论文,认为TOPCon电池的极限效率是28.7%,高于HJT的理论极限27.5%效率。但是中科院专家王文静认为,TOPCon只有在双面都做氧化硅和多晶硅时才能达到理论最大值28.7%,单背面理论效率只能达到24.9%。但是短期来看,TOPCon可能会卡在多晶硅钝化层的制备等技术环节难以发展;中期来看,TOPCon的增效和降本路径也不如HJT清晰;长期来看,TOPCon电池前表面的同质结结构很难与钙钛矿电池形成匹配的到点结构,很难与钙钛矿电池形成叠层电池,发展前景有限。

但是近期TOPCon的效率也取得了超预期的发展,2021年隆基单晶双面P型TOPCon电池实现25.02%的转换效率,再次激起了产业链对于TOPCon的期望,近期产业呈现加速的状态。背后的重要原因之一就是现在PERC产线庞大,如果直接淘汰,则会造成较大的损失。因此假如TOPCon能够延续现有产线的寿命,厂商进行尝试的动力很强。另外一个原因就是目前HJT的设备成本还是比较高(约4.5亿元),TOPCon改造所需的费用约1.5亿元。

总的来看,业内普遍认为TOPCon大概率成为一个过度的产品。目前各企业的进展如下:

3、HJT:降本路径清晰,未来潜力较大

另外一个种子选手就是HJT,优点是理论转换效率高达27%、仅需4步工艺、无光衰、温度特性好等等。

安徽华晟的中试线转换效率接近24.73%,迈为股份经过国际认证的转换效率达到24.61%。

缺点就是目前设备成本4.5亿元/GW,比较高。但是目前HJT的降本路径非常清晰。

1)硅片:薄片化

按照硅料价格95元/kg来算,硅片占HJT总成本的47%。另外由于HJT使用的是低温工艺,相较于PERC天生更容易实现薄片化。假如厚度下降到150μm,硅片的成本将会和P型一样。

从公开信息来看,目前安徽华晟已经计划开始尝试130μm,证明目前N型的减薄进展值得期待。

但是对于薄片化还是需要辩证来看。硅片做薄了之后,还需要组件厂根据变薄的硅片重新研发设备,这个过程不会一蹴而就,因为对于组件厂来说,产线的成本还没有收回,短期动力不会太强。

另外HJT专用的大硅片还可以通过直接切半棒、切边皮,从而提高出片率,降低硅片成本。

2)非硅材料:降低银浆用量

在HJT非硅材料成本众,与PERC有差异的主要是银浆和靶材,其中银浆占成本56%,是主要的降本目标。银浆主要用于做成栅线,以此来收集获得的电流。

目前业内普遍主要是通过把栅线做细、做多,目前业内在往12BB的方向突破。但是其实无主栅才是最终的降本目标,奈何目前专利掌握在海外,短期内还处在保护期。

另外一个方法就是银包铜,1/3的银用铜来替代。

3)设备降本:2021年底或明年降至3.5亿元/GW

目前HJT的设备成本是4.5亿元/GW,根据产业链调研来看,今年底设备成本有望下降到3.5亿元/GW,届时能够接受的老玩家会更多。

4、HJT降本进行的如何?何时大规模量产?

上文提到了未来HJT努力降本的方向,业内认为在2022年HJT将会实现与PERC电池直接竞争的能力。因此2021年是HJT萌芽的元年,从设备订单情况就是最好的证明。在某龙头设备公司的电话会议中,公司表示2021年的订单将会在10GW以上,2022年的预期是20-30GW,2023年50GW,可以看出订单情况是倍增的,2022年或将是HJT放量的时间节点。

5、HJT未来的想象力:叠层电池

HJT电池技术大概率不会是光伏电池技术的终点,未来HJT/钙钛矿叠层电池或许是未来,转换效率可能会达到29%。而两种电池的特性,也恰好适合做成叠层电池。

1)HJT电池蓝光响应差,需要顶电池来吸收短波光线;2)HJT电池本身的非晶硅/纳米硅镀膜工艺、ITO镀膜工艺与叠层工艺契合;3)HJT电池的低温、无水工艺工程与钙钛矿技术相匹配;4)钙钛矿技术难以实现组件级别面积的均匀沉积,适合在硅片尺寸级别制备;5)钙钛矿薄膜组件采用ITO进行互联,叠层电池可采用铜焊带互联。

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