光伏電池HJT產業化加速

吳新竹

以P型硅片為基礎的PERC光伏電池系目前主流的電池片技術，但其極限轉換效率僅有24.5%，效率提升的瓶頸愈發明顯。相比之下，HJT電池工藝流程簡化、降本提效路徑清晰，被認為是最具長期發展空間的N型電池技術路線。HJT電池的雙面率在95%以上，具有天然的雙面發電優勢，電池采用低溫工藝，適宜做薄片化，降本潛力大。而且，HJT制備工序簡單，主要為清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO制備和電極制備，相較于9道工序的PERC電池以及12道工序的TopCon電池，良率較高。

未來，HJT更容易實現設備的標準化以及產線的流程化，進而推動HJT電池技術快速實現產業化應用。HJT電池四個生產步驟對應的設備分別為清洗制絨設備、PECVD、PVD以及絲網印刷機，為國產化替代創造了機遇;長期來看，硅片薄型化、設備及漿料國產化會共同促進HJT進入產能爆發期。

目前占據市場主流的光伏PERC電池自2012年起量產，2018年以后呈爆發式增長，2020年市場份額達到87%;2021年，規模化生產的P型單晶電池均采用PERC技術，平均轉換效率達到23.1%，較上年提高0.3個百分點，采用PERC技術的多晶黑硅電池片轉換效率達到21%，較上年提高0.2個百分點，距離轉換效率極限24.5%越來越近。

考慮到P型硅片最大的問題在于硼氧復合體的光衰影響轉換效率，N型硅片正在接替P型成為下一代電池片技術的發展方向。N型硅片的少子壽命長，且金屬污染對少子為空子的N型硅片影響較小，N型硅片摻雜磷而非硼，可以從根源上消除硼氧復合體的衰減影響，因而轉換效率相比較P型硅片更高。

目前市場上較為主流的N型電池技術包括TOPCon、HJT以及IBC電池等。TOPCon極限效率為27.5%，效率更高，產線改造成本低，已成為未來2-3年電池技術的發展方向;HJT量產效率高，降本路線清晰，或將成為更長期的電池主流技術;IBC轉換上限更高，但尚不具備經濟性。

TOPCon是2013年德國提出的一種N型單晶鈍化接觸太陽能電池，在電池背面先后制備隧穿氧化層和磷摻雜多晶硅層，形成鈍化接觸結構。在工藝技術上，TOPCon電池技術與傳統PERC電池的主要區別在電池背面先制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結構，可有效降低表面復合和金屬接觸復合。目前雙面TOPCon電池的實驗室最大效率為22.5%，單面TOPCon電池的理論極限效率約為27.1%。TOPCon電池生產線可在原有的PERC電池生產線上改造，據測算，每GW改造成本在0.5億-0.8億元，出于向N型硅片電池轉型的必要性和性價比考慮，擁有大量PERC電池產線設備的企業會傾向于選擇TOPCon電池作為過渡。

HJT電池全稱為本征薄膜異質結電池，是以N型單晶硅片為襯底，PECVD設備采用I-IN-P分層高品質非晶硅鈍化連續鍍膜技術完成鍍膜，通過將N型硅片在正面依次沉積本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，而在背面依次沉積本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜形成背面場，在電池正背表面沉積透明氧化物導電薄膜TCO層及金屬疊層，利用金屬柵線技術在電池正背面形成金屬電極，從而形成電流傳輸的P-N結。

相比之下，傳統鍍膜工藝通常采用IN-IP鍍膜工藝，在同一腔體內完成多層薄膜沉積，容易產生非晶硅薄膜交叉污染的情形，需要9-10道工序，對應良率約為98.5%;TOPCon技術由于添加LPCVD、硼摻雜以及繞鍍清洗設備三道工序，工序環節的數量進一步提升，尤其是LPCVD環節導致電池片的良率僅為90%-95%，而對于1GW的電池片的生產，3.5%良率差異對應的生產成本差異在500萬-600萬元。

HJT的良率相對較為可控，主要優勢體現在五個方面。一是低溫工藝，加工溫度低于200℃-250℃，一方面可以降低能耗，更重要的是可以大幅降低硅片的熱損傷，有利于硅片薄片化，從而降低成本;二是無PID效應，HJT采用N型襯底硅片，摻雜磷，沒有P型硅片面臨的硼氧復合、硼鐵復合問題;三是低溫度系數，HJT高溫與低溫環境都表現出較好的溫度特性;四是雙面對稱結構，可提高電池發電收益;五是高開路電壓，本征薄膜能夠有效鈍化晶體硅與摻雜非晶硅的界面缺陷，開路電壓高于常規電池。

HJT組件效率更高，意味著電站環節單位瓦數組件所需要的支架、線纜等成本可被進一步攤薄。從電池本身的結構來看，HJT電池的雙面率大于90%，相比于PERC電池超過70%的雙面率更具優勢，有望實現更高的發電量，優勢十分突出。據SolarZoom，2020年HJT電池生產成本為每瓦0.9元，相比于每瓦0.72元的PERC電池，生產成本仍高出0.18元，主要來自硅片、銀漿和設備三個方面。HJT電池的硅片和漿料成本分別占總成本的53%和25%。以166電池片為例，單片PERC電池銀耗約90mg，單片HJT電池銀漿耗量約200mg，降低銀漿成本至關重要。

通過在銅表面包裹銀粉以替代純銀的銀包銅技術可大幅降低銀耗，通過高精串焊技術把柵線做細、做少也可減少銀耗。低溫銀漿市場有望實現進口替代，價格可從進口的每千克6500-6800元降低25%左右至5000元以下。據測算，國產化銀漿的應用和銀包銅技術推廣有望在2022年助力HJT每瓦降本約0.165元，快速縮小與PERC之間的成本差距。此外，生產TCO薄膜的ITO、SCOT、IWO、ICO四種主要靶材的國產化也會大幅降低HJT電池的成本。

中信建投預計，2022年年底，每片HJT M6電池銀耗有望下探至100-120mg;薄片化方面，預計下半年行業內可以實現130微米硅片量產，部分企業可以下探至120微米;從效率提升角度來看，年底導入雙面微晶的HJT量產線平均轉換效率有望提升至25.5%左右。

從非硅成本來看，PERC電池非硅成本每瓦有望降至0.2元以下，TOPCon的非硅成本也將逐步趨近于PERC，由于銀漿及靶材耗用以及設備折舊相對較高等原因，HJT的非硅成本預計仍明顯高于PERC和TOPCon;據測算，2022年年底HJT非硅成本每瓦或將比PERC高出0.105元，而組件端的HJT電池合計制造成本有望達到每瓦1.8925元，略低于PERC組件成本的每瓦1.8933元。華安證券認為，未來HJT進入擴產階段，設備、工藝都將趨于成熟，HJT設備的革新升級都將基于一定的技術儲備和客戶基礎上進行，后入者面臨更高的客戶認證壁壘和技術壁壘，領先廠商的市場份額將持續擴大。

針對HJT電池的特性及市場前景，產業鏈內多家企業已布局相關產品。設備商方面，寶馨科技2021年圍繞HJT制絨清洗機和電鍍設備進行了研發投入和試生產，相關設備正在試生產過程中，并已取得意向訂單。邁為股份預計2022年HJT整體市場訂單規模將在20-30GW，擬投入23.12億元用于異質結太陽能電池片設備產業化項目。

電池片方面，通威股份基于2019年投建的400MWHJT試驗研發成果，2021年新增投產1GWHJT中試線，并開啟了基于210尺寸的TOPCon量產中試;2022年4月，通威HJT產品的轉換效率超過25%。晶澳科技則投資3億元用于新型金屬化工藝開發、新型鈍化膜開發以及新型透明導電膜開發等課題的研究，并對異質結電池研發中試線進行建設，中試線于2022年5月份投產。2022年年初，阿特斯嘉興研究院250MW異質結電池項目處于建設中。金剛玻璃已投資建設1.2GW大尺寸半片超高效異質結太陽能電池及組件項目，2022年5月相關產線在產能爬坡階段，微晶線HJT電池平均轉換效率達到24.95%，電池最高轉換效率已達25.2%，異質結組件量產功率穩定達到700W以上，已交付部分客戶異質結電池銷售訂單。

雙良硅材料（包頭）有限公司近日與安徽華晟新材料有限公司簽訂了異質結專用單晶方錠框架供應合同，約定2022年至2025年買方向賣方采購單晶方錠7800噸，預計2022-2025年銷售金額總計為30.24億元。隆基綠能近日宣布公司M6全尺寸電池光電轉換效率達26.50%，異質結電池效率領先優勢進一步擴大。

組件廠商則超前布局了大規模產能。愛康科技在浙江長興規劃高效異質結光伏電池及組件項目，預計總投資15.32億元，一期工程的生產線將在2022年內陸續轉固，二期工程的生產線正在投入。2021年6月，中建材在江陰臨港規劃建設5GW異質結太陽能電池項目，總投資30億元。同年8月，華潤電力12GW高效異質結太陽能電池及組件制造項目于舟山啟動，該項目總投資110億元，總建筑面積56萬平方米，預計到2025年建成達產。