中國儲能網(wǎng)訊：誰能主導(dǎo)下一代太陽能技術(shù)？
太陽能發(fā)電正在緊鑼密鼓地技術(shù)迭代。光伏電池從P型到N型是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的技術(shù)發(fā)展方向，在N型電池的四種技術(shù)路線中，TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact，隧穿氧化鈍化接觸）技術(shù)在量產(chǎn)上走得最快，有望最快步入商業(yè)化應(yīng)用階段。
根據(jù)中信建投的分析，由于TOPCon技術(shù)現(xiàn)階段量產(chǎn)成本相對較低，預(yù)計2022年將會有較大規(guī)模放量，2022年有望成為TOPCon技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的元年。
根據(jù)PV InfoLink近期的報告，在產(chǎn)能方面，預(yù)計2022年年底TOPCon累計產(chǎn)能(含在建)有望超過50吉瓦，2023年年底將接近80吉瓦。在產(chǎn)出方面，2022年將迎來TOPCon電池產(chǎn)出的明顯增長，預(yù)計全年產(chǎn)出將達(dá)到16.7吉瓦，相比2021年的3.3吉瓦增長約400%。
此外，值得關(guān)注的是，同為N型電池之一的異質(zhì)結(jié)太陽能電池也是一條備受關(guān)注的技術(shù)路線，多家光伏企業(yè)同時布局了TOPCon和異質(zhì)結(jié)兩個技術(shù)路線。最終哪個技術(shù)路線能成為N型電池的主流，有待進一步觀察。
優(yōu)缺點喜憂參半
根據(jù)基體材料的特性，太陽能電池可以分為有機太陽電池和無機太陽電池。
其中，無機太陽能電池可分為晶體硅太陽電池和薄膜太陽電池，晶體硅太陽能電池又分為單晶硅太陽能電池和多晶硅太陽能電池。目前晶硅太陽能電池，特別是單晶硅太陽能電池因其效率高、可靠性強、成本下降潛力大而成為市場主流。
根據(jù)基體硅片的摻雜種類，單晶硅太陽電能池可分為P型電池和N型電池。P型電池的基體材料為摻雜硼的P型硅，N型電池的基體材料為摻雜磷形成的N型硅片。
P型電池中PERC（Passivated Emitterand Rear，鈍化發(fā)射極和背面）技術(shù)在2017年之后成為主流，疊加SE（選擇性發(fā)射極）技術(shù),電池效率逐漸提升。但是P型電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近其24.5%的理論轉(zhuǎn)化效率極限，提升空間不大；而N型電池效率提升潛力大，單結(jié)的理論轉(zhuǎn)化極限效率為28.7%，投資成本不斷降低，所以被稱為新一代光伏電池發(fā)展方向。
N型電池主要包括 PERT（發(fā)射結(jié)鈍化及背場全擴散）、TOPCon（隧穿氧化鈍化接觸）、 IBC（全背電極接觸）、HJT（異質(zhì)結(jié)）四種技術(shù)路徑。
其中，PERT技術(shù)可實現(xiàn)量產(chǎn)，技術(shù)難度低，設(shè)備投資較少，但是與雙面 P-PERC 技術(shù)相比沒有性價比優(yōu)勢，已被證明為不經(jīng)濟的技術(shù)路線；TOPCon技術(shù)具有低衰減、低功率溫度系數(shù)、高雙面率、高弱光響應(yīng)能力等優(yōu)良的特性，但量產(chǎn)較難；IBC技術(shù)目前效率最高，可以達(dá)到 23.5%～24.5%，但技術(shù)難度極高、設(shè)備投資高、成本高，國內(nèi)尚未實現(xiàn)量產(chǎn)；HJT技術(shù)效率高，工序少，可實現(xiàn)量產(chǎn)，但成本比較高。
從產(chǎn)業(yè)進程來看，有望最快實現(xiàn)量產(chǎn)并得到商業(yè)應(yīng)用的是TOPCon技術(shù)。該技術(shù)是在2013年第28屆歐洲 PVSEC 光伏大會上由德國弗勞恩霍夫太陽能研究所首次提出的，理論轉(zhuǎn)化效率高達(dá)28.7%。
從原理上來看，該技術(shù)首先在電池背面制備一層1～2納米的隧穿氧化層，然后再沉積一層摻雜多晶硅，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，為硅片的背面提供了良好的界面鈍化。
從應(yīng)用上來看，TOPCon技術(shù)具備三個優(yōu)點。
第一，發(fā)電效率更高，提效路徑明確，速度快，空間大。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2018年以來 TOPCon電池效率提升2.5個百分點，同期PERC技術(shù)提效幅度為1.3個百分點，PERC電池在周期中后段接近理論極限，提效進程不及TOPCon電池。
第二，高雙面率、低衰減等特性提升全周期發(fā)電量。TOPCon電池雙面率可以達(dá)到85%，較PERC電池70%左右的雙面效率明顯提高，折算至綜合效率端大致形成約1個百分點的效率優(yōu)勢。實例測算全周期發(fā)電量優(yōu)勢達(dá)到4%～5%。
第三，生產(chǎn)線切換成本低。TOPCon技術(shù)最大的優(yōu)勢在于可以基于現(xiàn)有PERC生產(chǎn)線升級改造實現(xiàn)技術(shù)的平滑切換。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前市場上前十家光伏電池廠的存量PERC產(chǎn)能超過200吉瓦?；赑ERC技術(shù)的生產(chǎn)線只需要增加硼擴散、非晶硅沉積以及刻蝕等幾道工序，增加0.5億～1億元/吉瓦的投資即可切換為TOPCon生產(chǎn)線，這一技術(shù)路線更容易被現(xiàn)有企業(yè)接受。
同時，TOPCon技術(shù)也存在三個缺點。
首先，工藝路線不清晰。TOPCon主流技術(shù)路線有三種：低壓氣相沉積法、等離子體增強氣相沉積法和物理氣相沉積法（PVD），但每種技術(shù)路線都有缺陷，未來哪種技術(shù)路線會成為主流尚無法確定。
其次，工序繁多，良品率較低。TOPCon的生產(chǎn)工序達(dá)到12步，較PERC增加了4步，較HJT增加8步，這也使得其良品率目前只有92%～95%，遠(yuǎn)低于PERC和異質(zhì)結(jié)的98%以上的良品率，直接影響到其成本和生產(chǎn)線效率。
第三。降成本路線難度大。TOPCon電池的成本結(jié)構(gòu)大頭是硅片和銀漿。從硅片來看，降成本的核心技術(shù)是薄片化，但由于高溫工藝下鈍化層存在摻雜元素?zé)?、金屬漿料燒穿情況，厚度做到160微米以下存在一定困難（目前TOPCon電池所用的182尺寸硅片對應(yīng)180微米，166 尺寸硅片對應(yīng)在170微米左右），未來還需進一步優(yōu)化工藝找到實現(xiàn)薄片化的方法。從銀漿來看，TOPCon電池使用的銀漿含量也比PERC電池要高。
量產(chǎn)和應(yīng)用加速
根據(jù)招商證券的統(tǒng)計，2021年P(guān)ERC電池市占率約為91%，BSF（鋁背場）電池市占率降至5%，N型電池份額僅為3%。但隨著TOPCon電池開始由中試向規(guī)模化發(fā)展，2022年將成為TOPCon技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用拐點，其性價比逐漸顯示。
今年1月，晶科能源控股有限公司在安徽的8吉瓦TOPCon電池項目投產(chǎn)。該項目為全國首個大規(guī)模量產(chǎn)的TOPCon生產(chǎn)線，電池平均量產(chǎn)效率為24.5%，最高效率已經(jīng)達(dá)到25.4%。2月，該公司海寧基地產(chǎn)出首片TOPCon電池，預(yù)計到年中TOPCon電池產(chǎn)能將逐步爬升至16吉瓦，成為量產(chǎn)規(guī)模最大的N型電池/組件企業(yè)。
深耕N型電池多年的中來股份在江蘇泰州已有3.6吉瓦電池產(chǎn)能，并在山西太原規(guī)劃了16吉瓦電池產(chǎn)能，目前該項目正在建設(shè)中。在轉(zhuǎn)化效率方面，該公司TOPCon電池的量產(chǎn)平均效率達(dá)到24%。
一道新能源科技(衢州)有限公司2022年預(yù)計產(chǎn)能將達(dá)到20吉瓦，其TOPCon電池最高效率達(dá)到25%，在工藝流程不增加或者少量增加的情況下，極限效率可能達(dá)到25.5%以上，量產(chǎn)效率達(dá)到24.5%。
從價格來看，基于當(dāng)前的工藝、效率水平測算，TOPCon電池從硅料到組件端各環(huán)節(jié)合計成本增加大致為0.06～0.1元/瓦，實際能夠提供的溢價合理區(qū)間在0.1～0.15元/瓦（單雙面略有差異）。從行業(yè)實際招標(biāo)情況看，TOPCon組件價格較同版型PERC組件高出0.1～0.14元/瓦，意味著率先實現(xiàn)TOPCon產(chǎn)品批量供應(yīng)的電池企業(yè)、組件企業(yè)能夠享受額外紅利。
隨著光伏生產(chǎn)設(shè)備國產(chǎn)化率的提高，TOPCon技術(shù)的投資成本也在迅速下降。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2021年P(guān)ERC生產(chǎn)線投資額約為1.94億元/吉瓦，TOPCon生產(chǎn)線投資額約為2.2億元/吉瓦，二者新建生產(chǎn)線的投資強度逐漸接近。
而券商調(diào)研反饋則顯示，當(dāng)前實際的PERC生產(chǎn)線投資額已經(jīng)降至1.5億元/吉瓦以下，而TOPCon生產(chǎn)線投資額也降至2億元/吉瓦上下，疊加生產(chǎn)線生命周期造成的折舊年限差異以及供需造成的排產(chǎn)差異，新建 TOPCon生產(chǎn)線平攤至單瓦折舊額已經(jīng)接近PERC。
市場機構(gòu)預(yù)測，TOPCon技術(shù)是當(dāng)下N型電池中最具有成本優(yōu)勢的技術(shù)路線之一，可能從今年開始實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，預(yù)計明年將全面具備與PERC技術(shù)相當(dāng)?shù)木C合優(yōu)勢。
從國內(nèi)企業(yè)布局來看，中來股份、晶科能源、隆基股份、一道新能源、天合光能、國家電投、通威股份、阿特斯、無錫尚德、晶澳、東方日升等傳統(tǒng)晶硅企業(yè)都布局了TOPCon技術(shù)，隆基股份、天合光能、通威股份、阿特斯、晶澳、阿特斯等企業(yè)也同時布局了異質(zhì)結(jié)太陽能電池。換句話說，諸多企業(yè)都在同時下注兩條技術(shù)路線。
同樣值得關(guān)注的是，越來越多的太陽能設(shè)備企業(yè)以及新進入光伏行業(yè)的企業(yè)傾向于選擇布局異質(zhì)結(jié)電池，表示了對異質(zhì)結(jié)技術(shù)路線的長期看好。
伴隨著低溫銀漿以及光伏設(shè)備國產(chǎn)化率的提升，異質(zhì)結(jié)電池自身的成本會大幅下降，其工藝簡單、可以和其他電池（IBC電池和鈣鈦礦電池）疊層實現(xiàn)更高效率的優(yōu)點將會更加受到關(guān)注。
因此，預(yù)計TOPCon電池在未來兩三年會有一個短暫的紅利期，從中期來看其將面臨與異質(zhì)結(jié)電池的激烈競爭。
