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光伏技术路线演变及比较

光伏是中国在全球具有产业链主导优势的行业,且平价革命来临后,光伏电站脱离政策补贴也能变成印钞机,尤其在低碳的全球愿景下,整个光伏产业链摆脱周期性行业的宿命,成为可以长周期展望的行业。

而光伏除了自身体量发展的降本外,新技术的更新换代也会为行业发展带来更多新鲜的动力,而光伏行业专业术语居多,很容易看的一头雾水,故我们整理了相关资料,试图用脱水的方式将新路线的脉络呈现出来。

部分光伏术语概述

1、BSF:一种太阳能电池技术,即铝背场电池(Aluminium Back SurfaceField),为改善太阳能电池的效率,在p-n结制备完成后,在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,称为铝背场电池。

2、PERC:一种太阳能电池技术,即发射极钝化和背面接触(PassivatedEmitter and Rear Contact),利用特殊材料在电池片背面形成钝化层作为背反射器,增加长波光的吸收,同时增大p-n极间的电势差,降低电子复合,提高光电转换效率,是目前的主流技术。

3、HJT/HIT:一种太阳能电池技术,具有本征非晶层的异质结(Heterojunction with Intrinsic ThinLayer),在电池片里同时存在晶体和非晶体级别的硅,非晶硅的出现能更好地实现钝化效果。

4、TOPCon:N型单晶双面TOPCon电池采用超薄二氧化硅隧道层和掺杂多晶硅形成的隧道结来钝化晶体硅界面,能有效避免少子复合,促进多子的传输,显著提高电池的开路电压和填充因子。

5、N型和P型电池区别:按照硅片性质将晶硅电池分为N型电池和P型电池。P型电池只需要扩散一种杂质,成本较低,但少子寿命短,转化效率较低。N型电池少子寿命长,转化效率高,难点在于需要扩散两种杂质,成本较高。电池发展前期受成本因素影响,大多进行P型电池生产,但P型电池在转换效率达到22.5%后,即面临资本及技术投入边际效益率递减效应,转换效率难再有效增加的问题。而N型电池具有更高的效率和无衰减特性,单位面积土地上的发电量大,因此N型电池具有更大的潜力和市场空间。

6、PECVD:Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition,是一种利用等离子体增强化学活性的气相沉积,在基片上形成薄膜的设备。

7、LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition,低压力化学气相沉积法广泛用于氧化硅、氮化物、多晶硅沉积,过程在管炉中执行,要求也相当高的温度。

光伏路线演变和比较

1、电池片行业发展史:

从2015年之前的铝背场(BSF)电池主导,到2015年PERC电池开始起量、并成为目前成为市场主流电池,电池片技术已经历2代变革。目前,PERC电池转换效率已接近天花板,TOPCon提升空间有限,市场的关注热点逐渐向HJT等技术转移。

2、不同电池片路线转换率:

根据CPIA统计,2019年单多晶电池平均转换效率为22.3%和19.3%。N-PERT/TOPCon电池平均转换效率为22.7%,异质结电池平均转换效率为23.0%。从性价比角度来看,PERC电池目前量产转化效率可达23%,与HJT/TOPCon等新型电池转换效率差异并不大,但成本却远低于新型电池,龙头企业成本约0.54-0.57元/W,预计2-3年内PERC仍然是性价比最高的技术。

3、不同电池片路线工艺流程对比:

光伏的下一代技术简介

1、颗粒硅介绍:

多晶硅的生产技术主要为改良西门子法和硅烷法。目前世界上绝大部分厂家均采用改良西门子法生产多晶硅。改良西门子法生产多晶硅是目前最为成熟、应用最广泛、扩展速度最快的技术。

颗粒硅则是硅烷法生产出来的颗粒状多晶硅。其优点在于:1、减少了破碎环节,块状硅需要破碎,破碎成本1-3元/公斤;2、对石英加料筒的内壁冲击损耗低,延长石英筒使用寿命;3、颗粒硅填充性好,加料桶可以多装15-20%的颗粒硅,避免大块料堵塞的问题;4、可以结合自动加料到加料筒,也能使用外置复投装置,节省人力和加料时间。

2、大硅片介绍:

硅片在组件成本构成中占比30-40%,因此硅片技术的提升对于降低组件成本意义重大。2018年以来,硅片尺寸逐渐被优化,出现了157.4、157.75、 158.75、160+、182、210等多种尺寸。光伏硅片的变大、变薄成为各大厂商主攻的技术方向,降本成效显著,组件效率提升明显。

3、TOPCon介绍:

TOPCON基于N型硅片,转换效率达23.5%以上,设备相对成熟,但由于N型硅片和设备都比较贵,综合成本高于PERC+。但有券商认为由于TOPCON是3年左右的过渡技术路线,预计未来高景扩产的大概率是HJT用的N型电池片。

4、HJT/HIT(异质结)介绍:

最早由日本的三洋(Sanyo)公司于1990年研发,专利保护于2010年过期。在过去30年间,产业经历了萌芽期、实验室阶段、初步的商业化阶段和逐步的产业化阶段。

HJT是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有以下优点:

1)转换效率更优:HJT效率潜力超28%,远高PERC电池。受P型单晶电池自身材料的限制,PERC电池转换效率已接近天花板,而HJT最高转换效率已超26%(日本Kaneka曾创26.63%,国内最高为汉能的25.1%),长期有望超28%,效率优势明显。

2)工艺流程更简化,降本空间更大:HJT为低温工艺,在硅片成本(利于薄片化和减少热损伤)和非硅成本(燃料能源节约)上均更优。同时,HJT只需4道工艺,相比PERC(8道工艺)和TOPCon(9-12道工艺)成本更低。

3)光致衰减更低:HJT电池10年衰减率小于3%,25年发电量下降仅为8%,衰减速度远低于PERC及TOPCon电池。

4)低温系数、稳定性高:在82摄氏度环境下,HJT光电转换效率比传统组件高出13%。5)双面率更高:HJT为双面对称结构,双面率有望提升至93-98%(PERC和TOPCon均在80%附近,但很难再提升),可获得10%以上的年发电量增益。

5、钙钛矿介绍:

未来发展方向,理论效率来看,新式钙钛光伏电池的单层理论效率可达31%,钙钛矿叠层电池,包括晶硅/钙钛矿的双节叠层转换效率可达35%,钙钛矿三节层电池理论效率可达45%以上。HJT叠加钙钛矿技术(钙钛矿-晶硅叠层电池),将进一步打开转换效率的天花板,转换效率可提升至30%以上。目前制约钙钛矿光伏产业化的主要问题包括稳定性、大面积制备和环保等问题。

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