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能源环境新闻

光伏电池深度解析:N型电池将成为下一代主流方向

星之球科技 来源:乐晴智库2021-06-28 我要评论(0 )   

随着P型电池接近效率极限,N型电池技术料将成为未来发展的主流方向,其中TOPCon和HJT技术为产业投资和市场关注的重点。#光伏电池晶硅电池技术是以硅片为衬底,根据硅片...

随着P型电池接近效率极限,N型电池技术料将成为未来发展的主流方向,其中TOPCon和HJT技术为产业投资和市场关注的重点。#光伏电池

晶硅电池技术是以硅片为衬底,根据硅片的差异区分为P型电池和N型电池。

P型电池(左)和N型电池(右)结构示意图:

资料来源:solarzoom

两种电池发电原理无本质差异,都是依据PN结进行光生载流子分离,但是由于扩散B元素和P元素在实际工艺上差异、以及晶体硅内部缺陷对光照的响应和对少子的捕获能力差异,导致二者在实际工业生产中面临不同的挑战和发展前景。

P型硅片制作工艺相对简单,成本较低,主要是BSF电池和PERC电池,为目前主流。

N型效率更高,但是工艺复杂,目前投入比较多的主流技术为HJT电池和TOPCon电池,2020年仅占比约3.5%。根据CPIA预测,2030年,N型电池的市占率或将达到56%左右,前景十分广阔。

光伏电池片技术路线:

资料来源:PVinfolink, 中信证券

P型电池:PERC电池仍为主流

传统单晶和多晶电池主要技术路线为铝背场技术(Al-BSF),目前主流的P型单晶电池技术为PERC电池技术,该技术制造工艺简单、成本低,叠加SE(选择性发射技术)提升电池转换效率。

PERC电池技术的推广主要得益于单晶硅片的大规模推广,设备国产化率快速提升等因素。根据CPIA数据,2020年新建量产产线仍以PERC电池为主,PERC电池市场占比达到86.4%。

从目前电池效率看,隆基24.1%的转换效率已经接近PERC电池24.5%的极限效率,电池厂商研发重心已经逐步转向新的技术,PERC技术正式进入变革后周期,市场存在明显的“效率焦虑”。

光伏电池技术及效率演进发展史:

资料来源:NREL

N型电池转换效率高,有望替代P型电池成为发展主流

理论上来说N型电池优势明显:与传统的P型单晶电池和P型多晶电池相比,N型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点。

从目前技术发展来看,P型PERC电池已经迫近效率天花板,降本速度也有所放缓。而N型电池效率天花板较高,电池工艺和效率提升明显加快,未来转换效率提升空间更大。

根据光伏协会产业发展路线报告,N型高效电池2030年转换效率或超过25.5%,比P型电池高出1个百分点以上。

随着国产化设备成本不断降低,且N型电池效率提升空间具备优势,对更高效电池的追求也成为市场的选择,有望成为下一代电池技术的发展方向。

各种电池技术平均转换效率变化趋势:

资料来源:《中国光伏产业发展路线图(

N型电池主流技术:HJT电池和TOPCon电池

目前实现小规模量产(>1GW)的新型高效电池主要包括TOPCon、HJT和IBC三种。

HBC、叠层电池暂时还处于实验室研发阶段。同时,N型电池技术组成的叠层电池,转换效率将有进一步提升的空间。

HJT电池:生产工艺相对简单但技术难度高

HJT电池对称结构使得电池本身受到内部应力的影响更小,低温工艺进一步保护了晶体内部结构和器件界面接触,使得电池良品率不会因硅片减薄而受到较大影响。

在此基础上,HJT电池结合预切半刀技术可以将电池片厚度从160-170μm降低到120-130μm。

HJT的高效率来源于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。非晶硅由无规则网络构成,含有大量的断键可以起到饱和硅基底表面悬挂键的作用。

HJT只需4步工艺但技术难度较大:制绒清洗设备(投资占比10%)、非晶硅沉积设备(投资占比50%)、透明导电薄膜设备(投资占比25%)和丝网印刷设备(投资占比15%)。

其中制绒清洗设备和丝网印刷设备已经实现国产替代;迈为股份、捷佳伟创、理想万里辉和钧石能源均有PECVD设备销售;迈为股份、捷佳伟创、钧石能源均有PVD设备销售,理想万里辉正在推进样机研发。

HJT与PERC工艺路线完全不同,无法延伸,只能新投产线,且HJT与主流的PERC生产设备不兼容,因此PECVD等制膜和真空设备的投入会给企业带来较高的转换成本。

HJT电池设备企业及对应工艺环节:

资料来源:兴业证券

TOPCon:电池设备企业国产化程度高

TOPCon相比PERC工艺流程增加2-3步,但可在PERC工艺技术上延伸。目前TOPCon所使用的的PECVD均为管式,与HJT的板式不同。

TOPCon仅需在PERC产线基础上增加硼扩、LPCVD和湿法刻蚀机台,新增投资额约5000万元/GW。

TOPCon关键设备目前已经实现国产化,拉普拉斯、捷佳伟创、北方华创、48所均有相关设备生产。

TOPCon电池设备企业国产化程度高:

资料来源:兴业证券

国内各大光伏企业均在积极布局N型电池。

根据隆基股份2020年以来的投产公告推测,其新建的电池项目中约有33GW将要布局TOPCon,包括银川5GW、西咸15GW、宁夏3GW、曲靖19GW。

通威股份金堂(一期)7.5GW高效太阳能电池片项目和眉山(二期)7.5GW高效太阳能电池片项目均预留了TOPCon新型高效电池技术升级空间。

晶科能源2021年1月7日宣布,其大面积N型单晶硅单结TOPCon电池效率达到24.9%,再破世界纪录。目前已有部分产能。

天合光能2015年开始布局公司i-TOPCon电池研发,2018年技术实现产业化,目前量产平均转换效率23%,2019年5月公司i-TOPCon电池转换效率还一度达到24.58%,打破了世界纪录。

在光伏行业持续降本的进程中,过去五年是P型和N型同步赛跑和效率提升的阶段,N型电池的工艺、设备及材料等因素不具备性价比。

但站在目前时点,P型电池接近其效率极限,设备成本下降接近其极限,而随着光伏设备和材料的国产化日趋成熟,对于更高效电池的追求也成为市场的选择,N型电池提效降本空间更大的优势便体现出来,预计2021年有望成为N型电池加速量产的关键时点。



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