光伏行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)最激烈的莫過(guò)于光伏電池。電池領(lǐng)域不僅受到上游價(jià)格壓力和下游需求的制約，還面臨著技術(shù)迭代的持續(xù)壓力。

技術(shù)迭代的不斷演繹，共同鋪就了中國(guó)光伏電池的崛起之路。談?wù)劰夥姵氐陌l(fā)展與演變。

 

光伏電池的技術(shù)演進(jìn)

光伏產(chǎn)業(yè)可分為硅材料、硅片、電池片、組件和光伏系統(tǒng)，其中硅材料和硅片是產(chǎn)業(yè)的上游，光伏電池和光伏組件是產(chǎn)業(yè)的中游，下游是發(fā)電系統(tǒng)。更多有用信息，請(qǐng)參見(jiàn)全球十大太陽(yáng)能組件制造商。

作為光伏產(chǎn)業(yè)第一大國(guó)，中國(guó)如何降本增效？光伏發(fā)電的成本約等于光伏電站的成本，其中光伏電池是決定發(fā)電效率和成本的關(guān)鍵部件。因此，要想降本增效，就必須從光伏電池入手，不斷提升光伏電池的研發(fā)水平。其升級(jí)方向大致分為兩種：一種是吸收更多的太陽(yáng)光，另一種是盡可能地將光能轉(zhuǎn)化為電能。

 

 

光伏電池從技術(shù)路線(xiàn)上主要分為晶體硅電池和薄膜電池，其中晶體硅光伏電池占據(jù)目前市場(chǎng)的絕對(duì)主流。晶體硅電池按襯底材料分類(lèi)，可分為P型電池和N型電池。P型電池是指以P型硅片為襯底的電池，N型電池是指以N型硅片為襯底的電池。P型硅片制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，而N型硅片通常壽命較長(zhǎng)、電池效率較高，但工藝較為復(fù)雜。

這主要是因?yàn)?N型硅片摻雜磷元素，磷與硅的相容性差，容易分布不均。而P型硅片摻雜硼元素，硼和硅的偏析系數(shù)相當(dāng)，分散均勻性容易控制，成本較低。因此，目前光伏行業(yè)的主流產(chǎn)品是P型硅片，相應(yīng)的P型電池也較多。

 

P型電池

典型的P型電池包括BSF電池、PERC電池、PERC+電池等

 

 

在這些類(lèi)別中，它們出現(xiàn)的時(shí)間不同，市場(chǎng)對(duì)它們的評(píng)價(jià)也不同。早期的光伏發(fā)電技術(shù)以BSF電池為主，隨后PERC電池技術(shù)開(kāi)始取代BSF技術(shù)。之后，PERC電池技術(shù)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，形成了PERC+技術(shù)。

 

 

BSF電池

在晶體硅光伏電池PN結(jié)上制作BSF電池后，通過(guò)在硅片背光表面沉積鋁膜制備P+層，從而形成鋁背電場(chǎng)。鋁作為背電場(chǎng)有很多優(yōu)點(diǎn)，如降低表面順應(yīng)率、增加對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)的吸收等，但鋁背場(chǎng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有一定的局限性。在工藝上，BSF電池的制備要經(jīng)過(guò)清洗制絨、擴(kuò)散結(jié)、蝕刻去磷硅酸鹽玻璃、PECVD、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、檢測(cè)分選等環(huán)節(jié)。BSF電池的工藝是光伏電池片制備的一般工藝，后續(xù)的升級(jí)都是在此工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

 

 

PERC電池

PERC電池是在傳統(tǒng)BSF電池的基礎(chǔ)上，增加了背面鈍化和激光啟動(dòng)兩道工藝，性能得到了顯著提高。相應(yīng)的應(yīng)用核心設(shè)備包括清洗機(jī)、制絨機(jī)、擴(kuò)散爐、激光燒蝕機(jī)、刻蝕機(jī)、PECVD、絲網(wǎng)印刷設(shè)備、燒結(jié)爐、測(cè)試分選機(jī)等。如果增加背面拋光工序，還需要水槽清洗機(jī)。

 

 

N型電池

雖然PERC電池是目前的主流，但N型電池的光電轉(zhuǎn)換效率更高。盡管技術(shù)難度較高，但為了降低成本、提高效率，各公司都在加速研發(fā)。N型電池包括IBC電池、HJT電池、HBC電池和TOPcon電池。

 

 

其中，TOPcon和HJT是主要技術(shù)路線(xiàn)，已經(jīng)開(kāi)始擴(kuò)大生產(chǎn)。而IBC和HBC還處于試驗(yàn)驗(yàn)證階段，被稱(chēng)為 “未來(lái)技術(shù)”。

 

TOPcon電池

TOPCon電池結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)電池表面的完美鈍化。它使用了超薄氧化層，還摻雜了薄膜硅，這兩種技術(shù)都能提高效率。最終，其理論極限轉(zhuǎn)換效率可達(dá)26.6%。與PERC電池相比，TOPCon工藝增加了兩個(gè)環(huán)節(jié)，即硼的擴(kuò)散和接觸鈍化層的沉積。

 

 

其中一個(gè)主要環(huán)節(jié)是LPCVD氧化沉積i型多晶硅，分為兩個(gè)子類(lèi)，一類(lèi)是全擴(kuò)散工藝，另一類(lèi)是磷工藝。另一個(gè)主要環(huán)節(jié)是P型多晶硅的PECVD氧化沉積。這種方法工藝流程較短，有望大大降低成本，也是技術(shù)的發(fā)展方向。

 

HJT電池

HJT電池又稱(chēng)異質(zhì)結(jié)電池，是一種混合太陽(yáng)能電池和雙面電池。

 

 

與PERC電池和TOPCon電池相比，HJT的工藝流程大大縮短，有利于縮短生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。其制備工藝大致包括清洗制絨、非晶硅沉積、TCO膜制備和絲網(wǎng)印刷。其中，非晶硅沉積和TCO膜制備是兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有兩種制備方法。

非晶硅沉積的方法有PECVD和CAT-CVD兩種。與前者相比，后者的成膜質(zhì)量更高，對(duì)硅片的鈍化效果更好，但均勻性差，維護(hù)成本高。TCO膜的制備方法有PVD和RPD兩種。后者設(shè)備生產(chǎn)能力低，價(jià)格高。目前專(zhuān)利權(quán)在日本住友公司手中，有專(zhuān)利保護(hù)。相對(duì)而言，前者PVD更有可能成為主流工藝。

 

未來(lái)的光伏電池技術(shù)

IBC電池

IBC電池又稱(chēng)互嵌背接觸電池，是高效大面積太陽(yáng)能電池之一，也是典型的N型電池。這里的背接觸電池包括MWT、EWT和IBC電池。MWT和EWT電池的轉(zhuǎn)換效率有限，IBC電池的理論轉(zhuǎn)換效率較高。

 

 

IBC電池的正面沒(méi)有金屬柵線(xiàn)，背面的組件相互交錯(cuò)。這種結(jié)構(gòu)可以增大發(fā)電面積，提高發(fā)電效率。IBC電池還可與HJT電池技術(shù)集成，即HJBC和HBC電池技術(shù)，效率分別為25.1%和25.6%。

 

過(guò)氧化物太陽(yáng)能電池

隨著TOPCon、HJT、IBC等技術(shù)的逐漸成熟和接近其光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限，業(yè)界開(kāi)始尋找新一代的太陽(yáng)能技術(shù)。

如果說(shuō)以上提到的都是晶硅電池，那么按照另一種標(biāo)準(zhǔn)，還有薄膜電池。包晶體太陽(yáng)能電池就是其中之一，它利用包晶體金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光層材料，吸收光子，產(chǎn)生電子對(duì)，驅(qū)動(dòng)電池。

 

 

在早期，perovskite指的是一種金屬礦物?，F(xiàn)在，透輝石通常指具有與鈦酸鈣相同或相似晶體結(jié)構(gòu)的離子晶體。作為光電轉(zhuǎn)換材料，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

首先，光電轉(zhuǎn)換效率非常高。在過(guò)去的十年中，過(guò)氧化物電池的效率已從3%提高到28%。甚至有實(shí)驗(yàn)室可以達(dá)到31.3%的轉(zhuǎn)換率，增長(zhǎng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅基電池的發(fā)展速度。用13年時(shí)間完成了硅基電池40年的發(fā)展歷程。二是材料制造成本低，合成方法簡(jiǎn)單。三是可以自由調(diào)節(jié)光吸收帶隙，從而提高光能的利用效率，甚至串聯(lián)電池的極限效率有望超過(guò)40%。

 

 

然而，目前大規(guī)模制備過(guò)氧化物層的技術(shù)還不成熟，材料的穩(wěn)定性也不足。要想進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需要對(duì)器件的性能和穩(wěn)定性進(jìn)行更深入的研究。

 

目前的技術(shù)格局和龍頭企業(yè)的生產(chǎn)能力

從目前的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，由于技術(shù)與P型時(shí)代的主流Perc技術(shù)一脈相承，TOPcon技術(shù)自然呈現(xiàn)短期高確定性。

以HJT為代表的顛覆性技術(shù)在性能上有很多優(yōu)勢(shì)，但生產(chǎn)線(xiàn)和工藝與Perc時(shí)代并不兼容。作為平臺(tái)級(jí)技術(shù)，HJT與下一代包晶電池技術(shù)融合形成串聯(lián)電池更為順利。

目前，HJT和TOPCon技術(shù)在電池制造端已經(jīng)進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)階段，總體來(lái)看，TOPcon技術(shù)短期優(yōu)勢(shì)明顯，HJT未來(lái)勝出的潛力較大。不同的技術(shù)路線(xiàn)對(duì)不同的設(shè)備有不同的要求，技術(shù)迭代會(huì)影響廠商的設(shè)備需求，也會(huì)影響廠商的業(yè)績(jī)。

總之，迭代使得技術(shù)不斷完善，產(chǎn)品不斷降本增效，但相應(yīng)的廠商也將同時(shí)面臨諸多風(fēng)險(xiǎn)。”說(shuō)到廠商，以前光伏設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模較小，每個(gè)細(xì)分市場(chǎng)從10億到幾十億不等，對(duì)行業(yè)外的廠商吸引力不大。但隨著設(shè)備規(guī)模的逐步擴(kuò)大，吸引了更多的設(shè)備制造商進(jìn)入，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也隨之加劇。從歷史發(fā)展進(jìn)程來(lái)看，中國(guó)光伏電池產(chǎn)業(yè)在迭代中成長(zhǎng)壯大。

我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模在全球處于絕對(duì)領(lǐng)先地位。如果以產(chǎn)能計(jì)算，到2023年，中國(guó)太陽(yáng)能電池制造商前十名中將形成通威、隆基、愛(ài)旭、天合、晶澳、晶科、潤(rùn)陽(yáng)等企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)格局。

近期，各行業(yè)半年報(bào)也陸續(xù)出爐。下面筆者就給大家盤(pán)點(diǎn)一下這些公司上半年的表現(xiàn)。業(yè)績(jī)翻番的通威股份，其TOPCon即將量產(chǎn)，明年有望為電池業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)超額利潤(rùn)。已經(jīng)扭虧為盈的愛(ài)旭股份，其ABC電池即將量產(chǎn)，業(yè)務(wù)將大增。