光伏设备行业深度研究-光伏电池片趋势及设备空间探讨

光伏设备行业深度研究：光伏电池片趋势及设备空间探讨1

高效晶硅电池迈入新时代1.1

历经两代工艺变革，N型电池产业化呼之欲出晶体硅电池正由

2.5

时代向

3.0

时代前行。太阳电池的工作原理为光生伏特效应，太阳光照射半导体

P-N结，P-N结两端产生电压，即光生电压。晶体硅太阳电池占据太阳电池份额约

95%，是目前产业化水平与可靠

性最高的光伏电池类型。①第一代（2005

年~2018

年）常规

P型电池：2020

年，传统

BSF电池（铝背场电池）市占率已降至

8.8%，

基本面临淘汰。②第二代（2016

年~至今）PERC与

PERC+电池：2016

年前后，随着

PERC电池产业接受度的爆发，行业

进入

2.0

时代。PERC电池在传统铝背场工艺基础上增加了背钝化与激光开槽，其中，背钝化的目的主要为了克

服背表面光学损失与电学损失。更进一步，在

PERC基础上，以扩散后的

PSG层为磷源，利用激光的可选择性

加热的优势，对正表面进行二次掺杂（磷），从而形成选择性重掺的

N++层。SE技术的引入使得

PERC电池进

一步升级为

PERC+，开启

2.5

时代并延续至今（2020

年单晶

PERC/PERC+市占率

86.4%，BSF下降至

8.8%）。

现阶段，PERC+电池产业化配套成熟，仍然是最具经济性的电池技术，量产线转换效率达到

23.0%~23.2%左右。

另一方面，其也逐步逼近量产转换效率上限，行业开始探寻下一代高效晶硅太阳电池。③第三代（即将开启规模产业化）TOPCon、HJT等

N型电池：基于对于更高转换效率的不断追求，N型

电池将逐步开始替代

P型电池，这也正是目前我们所处的阶段。P型电池扩散磷形成

N+/P结构，虽然扩散工艺

简单但是面临转换效率上限较低的问题；N型电池扩散硼形成

P+/N结构，具有高少子寿命、无光致衰减的优点。

N型电池代表包括

TOPCon、HJT等。TOPCon：在电池背表面制备隧穿氧化层与高掺杂的多晶硅薄层。HJT：在晶体硅上沉积非晶硅薄膜，工

艺流程简化、但要求更为严苛，是具有最佳技术延展性的发展方向。IBC为交叉背接触电池，将非晶硅钝化技

术应用于

IBC即演变为

HBC电池；在

IBC基础上叠加钝化接触技术，即演变为

TBC电池。高效晶硅太阳能电池现状综合评价：①PERC+：目前经济性优势最为明显，但是由于

PERC+是

P型电池技术，进一步提升转换效率的空间有限。

同时，光衰相对严重，尤其是背面的衰减问题。②TOPCon：相较于

PERC+工序有所增加，主要为硼扩与多晶硅钝化，但与存量产能具有较好的设备兼容

性。TOPCon电池仍然为高温工艺电池，不适宜做薄片化，而硅片作为电池片成本的最大构成，其未来降本路

径受到一定限制。③HJT：天然的双面发电电池，双面率＞95%；低温工艺电池，适宜做薄片化，降本潜力大；温度系数较

小，高温环境下衰减较小，发电量相对较高；本征非晶硅钝化，开路电压较大。当然，HJT亟待解决的方面主

要在于成本的持续优化，从

2021

年的行业发展来看，设备国产化进展顺利，预计至

2022

年年末有望降至

3.5

亿元/GW水平；薄片化方面，210

半片预计厚度将减薄至

120

微米；2022

年行业将持续探索金属化环节对于银

浆耗量的节省，材料角度包括银包铜、铜电镀等；印刷技术角度包括激光转印、钢板印刷等。④IBC：实现正面完全无栅线遮挡，相较于常规电池可以获得更高的电流，但制作工艺较为复杂。1.2

表面钝化是提效的核心路径，HJT实现双面无接触太阳能电池工作的原理为光生伏特效应，光吸收后产生电子—空穴对，电子与空穴漂移至相应电荷选择界

面处，在界面处分开形成正负电荷，电荷的收集使界面两边形成电势差，即电压。外接电路时，电荷流动形成

通路，从而产生电流。表面钝化技术的优化是高效晶硅电池提效的核心路径。切割硅片过程中会发生硅片表面晶格的破坏。硅原

子周期性排列的破坏导致悬挂键的存在，从而形成复合中心。钝化即通过技术优化将上述缺陷失去活性，达到

减少电荷载流子表面复合的目的。高效晶硅电池技术升级，包括

TOPCon、HJT等电池工艺在内，均是围绕表

面钝化技术展开。从技术演变路径来看，①BSF电池升级为

PERC电池即背面接触升级为背面线接触；②PERC电池升级为

TOPCon电池即背面线接触升级为背面无接触；③TOPCon电池升级为

HJT电池即背面无接触升

级为双面无接触。目前产业化（或未来有望产业化）的高效晶体硅太阳能电池在表面钝化方面的技术特点分别为：①PERC（P型）：发射极和背面钝化电池，在常规

BSF电池基础上加入背面钝化层（氧化铝）降低背表面

复合，通过激光开槽形成局部背电极。②TOPCon（N型）：隧穿氧化层钝化接触电池，在

N型硅片背面沉积一层极薄的氧化硅层，再沉积一层重

掺多晶硅薄膜，实现背面的隧穿钝化提高开路电压。③HJT（N型）：在

N型硅片基底基础上采用非晶硅形成异质结并作为钝化层，异质结开路电压相对更高，

最外层制备透明导电氧化物层（TCO）。④TBC（N型）：IBC（指交叉背接触电池）的优点为正面无栅线遮挡，电流有所提高。IBC与

TOPCon结

合，叠加钝化接触技术形成

TBC电池。⑤HBC（N型）：IBC（指交叉背接触电池）的优点为正面无栅线遮挡，电流有所提高。IBC与

HJT结合，

采用非晶硅钝化层形成

HBC电池。1.3

高效晶硅电池下游客户接受度最终由

LCOE决定高效晶硅电池下游客户接受度取决于核心指标度电成本（LCOE）。度电成本=（全生命周期成本）÷（全

生命周期发电量）。光伏发电项目的成本包括初期投资成本、运营维护成本、财务成本、税务成本。对于终端客

户而言，LCOE的追求意味着全生命周期中电站对于组件稳定性、可靠性、发电效率的综合评判。LCOE影响因素众多，核心是围绕系统成本（初期投资成本主要构成）与发电量。终端消费者倾向于选择

拥有全生命周期内更高发电效益、更低

BOM成本的技术路线。以

HJT组件为例，现阶段初始投资相对较高，

但也必须重视其

90%~95%的高双面率、低衰减、弱光效应良好、无

LID/PID效应等特性，从全生命周期维度来

看，上述优势将摊薄其

LCOE。N型电池组价成本高于

P型，海外市场接受度高于国内。我们强调，对于终端客户而言，最终比较的是

LCOE，

相对而言海外市场对于

N型电池组件的接受度更高一些。作为初始投资成本重要构成的组件产品价格，我们采

用

PVinfoLink的最新数据进行比较分析：①组件产品价差：目前

TOPCon组件产品价格相较于

PERC高

0.13

元/W~0.15

元/W；HJT组件产品价格相

较于

PERC高

0.35

元/W以上。对于

N型电池组件而言，尽快通过降本增效降低其初始投资成本，从而更大程

度体现其

LCOE优势至关重要。②双面组件渗透率持续提升，预计

2022

年占比达到

50%：预计未来将有更多的双面项目选择

N型组件，

主要由于其较高的双面率、更低的温度系数优势等。2021

年

12

月，一道新能行业首发

N型电池组件报价。单晶

N型

182

双面电池（主流效率＞24.5%），人民

币报价

1.21

元/W，美金报价

0.169

美元/W；单晶

N型

182

双面双玻组件（主流功率＞550W），人民币报价

1.99

元/W，美金报价

0.278

美元/W。1.4

预计

2022

年

PERC+将接近量产效率上限晶硅电池转换效率实现质的飞跃。1954

年，贝尔实验室

G.Pearson与

D.Charpin研制成功

6%转换效率的首

个具备实用价值的单晶硅太阳电池。1985

年，澳大利亚新南威尔士大学硅太阳电池效率突破

20%，1999

年其宣

布单晶硅太阳电池转换效率达到

24.7%，2009

年太阳光谱修正后达到

25%并将此记录保持了

15

年，其为单晶硅

太阳电池研究的里程碑事件。2014

年，日本

Panasoni