十张图了解异质结电池(HJT)发展概况分析 2020年或将迎HJT产业元年

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20 柯素芳 • 2019-10-21 09:00:25  来源:前瞻产业研究院 E4106G0

REC宣布600MW HJT产线量产 全球0.5GW以上HJT项目取得突破

2019年10月10日,REC宣布其位于新加坡的600MW异质结电池产线开始量产,随着此次600MW异质结电池产线的投产,将推升REC总组件产能至1.8GW。据了解,该项目投资1.5亿美元,采用了瑞士设备商梅耶博格(MB)的设备和技术方案,并使用了梅耶博格先进的智能网栅连接技术(SWCT™)。

此外,该项目使用了今年5月份对外宣布的阿尔法系列HJT组件成为亮点:60片M4半片封装,平均效率达到370W,峰值功率达到380W,组件效率在21.2%左右,电池效率在24.5%左右,较现行的电池片产品有较大的功率增益。除了优异的功率表现外,REC保证25年功率为初始功率92%,光衰指标较当前的产品有比较显著的优势。同时,REC阿尔法系列组件温度系数优势也比较明显,其最大功率(Pmax)的温度系数为-0.26%/°C(好于当前技术-0.37%/℃左右的水平),在高温地区发电量优势会更加突出。

值得注意的是,REC此次新加坡投产产线是全球第一个0.5GW以上的量产HJT项目,具有很大的标杆意义,将推动全球HJT产业实现大规模化生产。

图表1:REC阿尔法系列电池参数

HIT优势显著,成为太阳能电池未来重要发展方向

硅基太阳能电池在2015年之前由铝背场(BSF)电池主导,2015年p-PERC开始起量,目前PERC电池已经成为市场主流电池,但伴随着PERC电池效率提升开始逐渐放缓,以及具备效率高、无光衰、温度系数低、弱光响应高等诸多优势的,基于N型硅片的异质结电池(HIT)产业化已经成熟,光伏电池产业发展的重心正在逐渐从p型PERC电池转向n型HIT电池。

图表2:硅基太阳能电池技术发展路径

异质结电池(HIT)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,因以晶硅材料作为衬底,在材料中占比重较大,业内通常将其列入晶体硅太阳电池类别;又因其制备过程使用薄膜太阳电池技术,也有少数人将其列为薄膜太阳电池。

图表3:太阳能电池分类

从结构上来说,异质结一般以n型单晶硅片为衬底,在经过清洗制绒的n型CZc-Si正面依次沉积厚度为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),从而形成p-n异质结。在硅片背面依次沉积厚度为5-10nm的i-a-Si:H薄膜、n型a-Si:H薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场。在掺杂a-Si:薄膜的两侧,再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO),最后通过丝网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极,构成具有对称结构的HIT太阳电池。也可以用p型单晶硅为衬底,获得对应结构的异质结电池。

图表4:异质结电池(HIT)结构

异质结电池(HIT)综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳能电池的热点方向之一。具体如下:

1、HIT发电效率、发电量优势突出

从原理上,HIT电池由于Voc(开路电压)高,其理论效率高达27%以上,处于目前技术路线的前列。目前,HIT电池的实验室效率在26%以上,现有设施的平均量产效率在23%以上,效率优势显著。

此外,相同功率下,HIT电池发电能力也更强。HIT电池由于其温度系数低、无衰减、弱光响应强等特点,相同功率下,较其类型的组件发电能力更强,较多晶组件高10%以上,较单晶PERC组件高5%-10%。同时,HIT组件双面率更高,若考虑双面发电,HIT组件具备更高的发电增益。

图表5:异质结电池(HIT)电池与其他电池比较优势

2、HIT电池结构相对简单,量产化步骤少

异质结电池(HIT)为天然的对称结构,主要包括:N型晶硅层,本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p型非晶薄膜(p-a-Si:H)、透明导电氧化物薄膜(TCO)、以及金属集电极,结构相对简单。HIT电池生产工序仅需4步,量产具备优势。目前,主流的PERC电池量产需要8道工序,TOPCon需要12道工序,而HIT电池的工序仅为4道。从理论上讲,HIT工艺步骤少,可以极大的降低电池的不良率,以及人工、运维等其他生产成本。

图表6:三大类型电池量产工艺步骤对比

HIT电池成本下降空间大 未来3-5年有望下降50%

尽管当前异质结电池(HIT)成本相较于其他电池仍然偏高,如HIT电池进口设备约为8-10亿元/GW,国产设备约为5-8亿元/GW,而PERC只需要2.5-3亿元/GW。但随着近年来异质结电池技术不断成熟,其成本也在不断降低,如2017年为1.81元/M,2018年就下降至了1.22元/M,降幅达33%。

从2018年成本构成来看,主要包括硅片成本0.575元/M,占比47.13%;浆料成本0.297元/M,占比24.34%;折旧0.150元/M,占比12.30%、靶材0.053元/M,占比4.34%。还包括其他材料、动力、人工等,具体如下:

图表7:2017-2018年异质结电池(HIT)成本构成(单位:元/M,%)

根据当前发展趋势,未来HIT电池成本有望3-5年内降低至目前的50%左右,到2023年达到0.65元/M。主要下降的手段包括:硅片薄片化降低硅片成本,银浆用量减少及国产化降低浆料成本,单机生产设备产能提高以及国产化降低折旧成本。具体为:

1)硅片薄片化。HIT电池采用的是N型单晶硅片,与P型单晶硅片不同,N型硅片薄片化以后不影响硅片的电性能,硅片厚度有望从目前的180um降低至120um,甚至100um。硅片薄片化以后,能够降低每片硅片的硅耗量,同时提升硅片生产环节的生产效率,从而有效的降低硅片的生产成本。如果考虑电池效率每年提升0.5%,HIT电池的硅片成本有望从目前的0.488元/w降低至0.295元/w左右,降低40%左右。

2)减少银浆用量。不同于PERC电池,HIT电池由于生产工艺温度较低,只能采用价格更高的低温银浆。低温银浆由于生产工艺难度更高,同时需要冷链运输,价格较常规银浆要高10-20%。通过无主栅电池和组件的封装技术,银浆消耗量有望降低50%-60%。且随着低温银浆产能提升,HIT电池浆料成本有望持续降低。

3)规模化减低设备成本。规模化是设备成本下降的主要路径之一,当前HIT电池设备的单机产能相对较低,清洗机、PVD、丝网印刷机单机产能大约在200MW/台左右,PECVD只有100MW/台左右的产能。未来随着单机产能提高,设备成本有望持续下降,与PERC持平。

图表8:2017-2023年HIT电池成本及下降趋势预测(单位:元/M)

图表9:2018-2023年HIT电池成本下降途径(单位:元/M)

HIT电池规划产能达30GW,2020年有望成HIT电池产业元年

此前,由于设备初期投资高以及对制程工艺要求严格,大部分厂商对异质结电池技术仍在观望阶段。近年来,随着高效电池已经成为了市场的主流,以及异质结电池技术不断提高,成本持续下降。各市场主体加快HIT电池的投资布局。国际方面,现有产能1GW、量产效率达23%的日本三洋可谓是HIT中的领头羊,除此之外,具有较成熟HIT技术的还有REC、Keneka、Solarcity等。

国内方面,尽管当前我国异质结电池产量较低,2017年为60MW,2018年为约为886MW,但国内企业布局正在加快。数据显示,目前已有10多家企业参与到异质结电池研发、生产中,规划总产能已超过30GW。其中作为异质结领域较早的“拓荒者”之一,晋能科技早在2017年就已实现中试线投产,现有产能100MW,异质结电池量产最高效率达23.85%,量产平均良率达98.29%,未来的规划产能为1GW。而布局较早的中智、汉能及钧石现有产能也分别达到了160 MW、150 MW和600 MW,规划产能分别为2GW、2GW、5GW。通威、爱康、彩虹等新进入的企业自2018年起纷纷宣布了GW级的异质结产能布局,目前产线多在建设中。

随着企业加大HIT电池投资布局,一批标杆企业与项目可能在年底到2020年投运,预计将有2020年将有4-7GW以上的HIT新增产能投放,超前几年累计产能。而这也将进一步提升行业对异质结电池的信心,2020年可能是HIT的产业化元年。

图表10:2018年中国7家HIT厂商实际产量(单位:MW)

图表11:截至目前国内HIT投资及产能规划情况(单位:亿元,MW、GW、%)

图表12:截至目前部分企业国外HIT投资及产能规划情况(单位:MW、GW)

以上数据及分析均来自于前瞻产业研究院《中国太阳能电池行业市场前瞻与投资战略规划分析报告

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