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十張圖了解異質結電池(HJT)發展概況,2020年或將迎HJT產業元年

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HIT優勢顯著,成為太陽能電池未來重要發展方向

 

矽基太陽能電池在2015年之前由鋁背場(BSF)電池主導,2015年p-PERC開始起量,目前PERC電池已經成為市場主流電池,但伴隨著PERC電池效率提升開始逐漸放緩,以及具備效率高、無光衰、溫度係數低、弱光響應高等諸多優勢的,基於N型矽片的異質結電池(HIT)產業化已經成熟,光伏電池產業發展的重心正在逐漸從p型PERC電池轉向n型HIT電池。


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異質結電池(HIT)是在晶體矽上沉積非晶矽薄膜,因以晶矽材料作為襯底,在材料中占比重較大,業內通常將其列入晶體矽太陽電池類別;又因其製備過程使用薄膜太陽電池技術,也有少數人將其列為薄膜太陽電池。


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從結構上來說,異質結一般以n型單晶矽片為襯底,在經過清洗製絨的n型CZc-Si正麵依次沉積厚度為5-10nm的本征a-Si:H薄膜(i-a-Si:H)、p型a-Si:H薄膜(p-a-Si:H),從而形成p-n異質結。在矽片背麵依次沉積厚度為5-10nm的i-a-Si:H薄膜、n型a-Si:H薄膜(n-a-Si:H)形成背表麵場。在摻雜a-Si:薄膜的兩側,再沉積透明導電氧化物薄膜(TCO),最後通過絲網印刷技術在兩側的頂層形成金屬集電極,構成具有對稱結構的HIT太陽電池。也可以用p型單晶矽為襯底,獲得對應結構的異質結電池。


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異質結電池(HIT)綜合了晶體矽電池與薄膜電池的優勢,具有結構簡單、工藝溫度低、鈍化效果好、開路電壓高、溫度特性好、雙麵發電等優點,是高轉換效率矽基太陽能電池的熱點方向之一。具體如下:

 

1、HIT發電效率、發電量優勢突出

 

從原理上,HIT電池由於Voc(開路電壓)高,其理論效率高達27%以上,處於目前技術路線的前列。目前,HIT電池的實驗室效率在26%以上,現有設施的平均量產效率在23%以上,效率優勢顯著。

 

此外,相同功率下,HIT電池發電能力也更強。HIT電池由於其溫度係數低、無衰減、弱光響應強等特點,相同功率下,較其類型的組件發電能力更強,較多晶組件高10%以上,較單晶PERC組件高5%-10%。同時,HIT組件雙麵率更高,若考慮雙麵發電,HIT組件具備更高的發電增益。

 

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2、HIT電池結構相對簡單,量產化步驟少

 

異質結電池(HIT)為天然的對稱結構,主要包括:N型晶矽層,本征非晶矽薄膜(i-a-Si:H)、p型非晶薄膜(p-a-Si:H)、透明導電氧化物薄膜(TCO)、以及金屬集電極,結構相對簡單。HIT電池生產工序僅需4步,量產具備優勢。目前,主流的PERC電池量產需要8道工序,TOPCon需要12道工序,而HIT電池的工序僅為4道。從理論上講,HIT工藝步驟少,可以極大的降低電池的不良率,以及人工、運維等其他生產成本。

 

 

HIT電池成本下降空間大 未來3-5年有望下降50%

 

盡管當前異質結電池(HIT)成本相較於其他電池仍然偏高,如HIT電池進口設備約為8-10億元/GW,國產設備約為5-8億元/GW,而PERC隻需要2.5-3億元/GW。但隨著近年來異質結電池技術不斷成熟,其成本也在不斷降低,如2017年為1.81元/M,2018年就下降至了1.22元/M,降幅達33%。

 

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從2018年成本構成來看,主要包括矽片成本0.575元/M,占比47.13%;漿料成本0.297元/M,占比24.34%;折舊0.150元/M,占比12.30%、靶材0.053元/M,占比4.34%。還包括其他材料、動力、人工等,具體如下:


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根據當前發展趨勢,未來HIT電池成本有望3-5年內降低至目前的50%左右,到2023年達到0.65元/M。主要下降的手段包括:矽片薄片化降低矽片成本,銀漿用量減少及國產化降低漿料成本,單機生產設備產能提高以及國產化降低折舊成本。具體為:

 

1)矽片薄片化。HIT電池采用的是N型單晶矽片,與P型單晶矽片不同,N型矽片薄片化以後不影響矽片的電性能,矽片厚度有望從目前的180um降低至120um,甚至100um。矽片薄片化以後,能夠降低每片矽片的矽耗量,同時提升矽片生產環節的生產效率,從而有效的降低矽片的生產成本。如果考慮電池效率每年提升0.5%,HIT電池的矽片成本有望從目前的0.488元/w降低至0.295元/w左右,降低40%左右。

 

2)減少銀漿用量。不同於PERC電池,HIT電池由於生產工藝溫度較低,隻能采用價格更高的低溫銀漿。低溫銀漿由於生產工藝難度更高,同時需要冷鏈運輸,價格較常規銀漿要高10-20%。通過無主柵電池和組件的封裝技術,銀漿消耗量有望降低50%-60%。且隨著低溫銀漿產能提升,HIT電池漿料成本有望持續降低。

 

3)規模化減低設備成本。規模化是設備成本下降的主要路徑之一,當前HIT電池設備的單機產能相對較低,清洗機、PVD、絲網印刷機單機產能大約在200MW/台左右,PECVD隻有100MW/台左右的產能。未來隨著單機產能提高,設備成本有望持續下降,與PERC持平。


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HIT電池規劃產能達30GW,2020年有望成HIT電池產業元年

 

此前,由於設備初期投資高以及對製程工藝要求嚴格,大部分廠商對異質結電池技術仍在觀望階段。近年來,隨著高效電池已經成為了市場的主流,以及異質結電池技術不斷提高,成本持續下降。各市場主體加快HIT電池的投資布局。國際方麵,現有產能1GW、量產效率達23%的日本三洋可謂是HIT中的領頭羊,除此之外,具有較成熟HIT技術的還有REC、Keneka、Solarcity等。

 

國內方麵,盡管當前我國異質結電池產量較低,2017年為60MW,2018年為約為886MW,但國內企業布局正在加快。數據顯示,目前已有10多家企業參與到異質結電池研發、生產中,規劃總產能已超過30GW。其中作為異質結領域較早的“拓荒者”之一,晉能科技早在2017年就已實現中試線投產,現有產能100MW,異質結電池量產最高效率達23.85%,量產平均良率達98.29%,未來的規劃產能為1GW。而布局較早的中智、漢能及鈞石現有產能也分別達到了160 MW、150 MW和600 MW,規劃產能分別為2GW、2GW、5GW。通威、愛康、彩虹等新進入的企業自2018年起紛紛宣布了GW級的異質結產能布局,目前產線多在建設中。

 

隨著企業加大HIT電池投資布局,一批標杆企業與項目可能在年底到2020年投運,預計將有2020年將有4-7GW以上的HIT新增產能投放,超前幾年累計產能。而這也將進一步提升行業對異質結電池的信心,2020年可能是HIT的產業化元年。

 

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以上數據及分析均來自於前瞻產業研究院《中國太陽能電池行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》

2020年2月16日 20:29
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