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光伏行业深度研究报告:HJT商业化量产何时到来?
  • 2021-09-28 13:16:59
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  • 来自:西部证券

  一、为什么HJT的转换效率较高?

  HJT 电池利用晶体硅( c Si )和非晶体硅(α Si )薄膜制成,结合了晶硅太阳能电池 片和薄膜技术的双重优势,由于薄膜具备光吸收强、钝化性能优的特点,HJT 电池转换效 率可达到 25%以上,HJT 电池具备六大优势:1)高开路电压,转换效率高;2)功率衰 减低;3)温度系数低,输出功率稳定;4)结构对称,支持硅片薄片化和双面发电;5) 工艺流程短;6)可结合其他技术,具备转换效率升级空间。

  优势一:HJT开路电压高,转换效率高

  HJT 电池具备较高的转换效率。HJT 电池结构以 N 型单晶硅(c-Si)为衬底光吸收区,经过 制绒清洗后,其正反面依次沉积本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和掺杂的P型非晶硅(p-a-Si:H), 与硅衬底形成 p-n 异质结。双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TCO)不仅可以减少收集电流 时的串联电阻,还能起到类似晶硅电池上氮化硅层的减反作用,从而形成较高的开路电压, 提高转换效率。HJT 理论效率可达 27.5%,目前澳大利亚电镀技术初创公司 SunDrive 联 合异质结设备龙头企业迈为股份,在全尺寸(M6 尺寸,274.5cm²)单晶 HJT 电池上的最高 转换效率达到 25.54%。

  HJT 电池实现高转化效率的核心在于氢化本征非晶硅薄膜。HJT 电池高转换效率源于高开 路电压,HJT 电池的开路电压(VOC)可以接近 750mV,而普通 PERC 电池则普遍低于 700mV。HJT 电池的高开路电压主要因为加入氢化本征非晶硅薄膜,薄膜具备优良的钝化 效果,光生载流子可以贯穿氢化非晶硅薄膜,因此不需要激光开膜或形成欧姆接触,可以 有效减少复合。

  优势二:HJT电池具备结构优势,功率衰减低

  光伏组件在投运一段时间后,最大输出功率会低于投运初始值,衰减率越低,组件发电效 率越高,发电量就越高。衰减类型分为 LID(光热衰减)和 PID(电位诱导衰减)。与 PERC 相比,HJT 在结构方面具备衰减率低的优势。

  HJT 电池采用 N 型硅片,不存在 LID 衰减问题。LID 指组件首次暴露在光照下后功率损 失的百分比,LID 衰减机理为硼氧复合导致,即由 P 型(掺硼)晶体硅片制作的组件,在 光照的作用下,硅片中的硼和氧产生复合体,从而降低了其少子寿命。由于 HJT 电池衬 底通常为 N 型单晶硅,而 N 型单晶硅为磷掺杂,不存在 P 型晶硅中的硼氧复合、硼铁复 合等,所以 HJT 电池对于 LID 效应是免疫的。

  HJT 的 TCO 薄膜可在结构上避免出现 PID 衰减。PID 衰减主要由于晶体硅光伏组件中的 电路与其接地金属边框之间的高电压导致。在高电压的作用下,组件电池的封装材料和组 件表面层的材料出现离子迁移现象,从而导致衰减。HJT 电池的表面沉积有 TCO 薄膜, 无绝缘层,TCO 具有导电特性,电荷不会在表面产生极化现象,无电位诱导衰减 PID,从 结构上避免 PID 现象的发生,而且市场和组件可靠性测试方面也没有发现过 PID 效应。

  HJT 衰减率明显低于 PERC。从首年衰减数据来看,根据隆基泰州实证电站测试的数据, 其单晶 PERC 组件曝晒一年后正面功率平均衰减 0.55%,HJT 组件仅衰减了 0.25%,为 PERC 衰减率的一半。从长期使用的组件衰减率来看,目前常规的 PERC 组件衰减方面, 一般一线企业承诺 10 年衰减 10%,25 年衰减 20%。据三洋公布的 HJT 电池衰减:使用 13 年的组件功率只衰减了 2-3%,HJT 衰减率大幅降低。

  优势三:低温度系数,输出功率稳定

  光伏电池温度系数是影响发电量的重要参数。温度系数是指电池的属性随着温度变化而变 化的比率,由于温度上升,电池电阻升高,开路电压下降,因此电池输出功率随着温度上 升而下降。温度系数越低的电池,越不易受升温的影响,输出功率更加稳定。

  HJT 电池温度系数优于 PERC、TOPCon。目前常规 PERC 电池温度系数一般为-0.45% ~-0.35%/℃,TOPCon 电池温度系数一般为-0.29%~-0.28%/℃,而 HJT 电池的功率温度 系数通常为-0.25~-0.2%/℃,优于 PERC 及 TOPCon 电池。HJT 的低温度系数意味着在组件高温运行环境中,HJT 电池具有相对较高的发电性能,从而实现了发电量增益,并且 降低了系统的度电成本。

  HJT 温度系数低的主要原因是开路电压高以及串联电阻。开路电压随着温度的升高而降低, HJT电池具有较高的开路电压,单片电压达到750mV以上,而PERC电池普遍低于700mV, 因此当温度下降时,HJT 电池开路电压的影响程度相对较小。另一方面,HJT 电池表现出 串联电阻对温度的依赖性,由于 HJT 电池不同薄膜之间的界面处 Rs 成分是一种阻挡层, 在高温下电阻会降低,串阻下降后,电池的转换效率会得到一定提升。

  HJT 电池可大幅降低升温对电池功率的损失。根据坎德拉的测试数据,分别选取-0.24%/℃ 温度系数的 HJT 组件和温度系数为-0.35%/℃的 PERC 组件,放到格尔木、银川、阿布扎 比等温差较大的地区进行试验,采用固定支架的情况下,HJT 电池温度损失率较 PERC 低 0.6%~2.8%,采用跟踪支架的情况下,HJT 电池温度损失率较 PERC 低 0.8%~3%, HJT 输出功率更为稳定。

  优势四:HJT电池结构对称,支持硅片薄片化和双面发电

  HJT 电池结构对称,双面率高。HJT 电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层和 TCO 以及双面印刷电极,HJT 电池具有双面对称性,正反面受光照后都能发电,可以做 成双面组件。PERC 电池的双面率(背面效率与正面效率比值)一般为 60%-70%,并且由于 背面特殊的钝化开槽设计使得其双面率难以进一步提高,而 HJT 高度对称结构使其双面 率能够达到 90%-96%,其年平均发电量比单面电池片组件高出约 10%。

  HJT 的对称结构和低温工艺有利于硅片薄片化应用。HJT 电池片的对称结构减少了电池 制作中的机械应力和热应力,HJT 整个工艺通常不超过 200℃,硅片本身受热损伤和热形 变影响小,可以使用更薄的硅片,因此更适合薄片化发展,日本三洋早年的 HJT 电池厚 度可达 98μm。根据 solarzoom 的数据显示,以 120-130μm 的 HJT 电池与 170μm 的 PERC 电池对比,薄片化的 HJT 电池转换效率的损失不足 0.1%,而且碎片率的上升也不到 2%。 却带来了单瓦硅耗的减少,大幅降低了硅成本。

  优势五:工艺流程短,利于产业化

  HJT 电池生产工艺流程较短。HJT 电池生产过程的核心即为各层薄膜的沉积,不涉及扩散、 注入等工艺,整体而言其工艺流程较短,主工艺仅有 4 步,即清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、 TCO 镀膜、丝网印刷 4 个工艺环节。而 BSF 电池需要 6 道工艺、PERC 需要 8 道工艺、 TOPCON 需要 10 多道工艺,HJT 是目前光伏电池中工艺流程较短的技术路线,较短的工 艺流程降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难度,可以同时提高电池片良率和生产效率, 目前已实现 HJT 量产的产线产品良率可稳定在 98%以上。

  HJT 电池生产主工艺分为以下 4 步:

  ① 清洗制绒:对硅片进行清洗并形成绒面以陷光,采用 RAC 工艺或臭氧清洗,清洗制 绒设备约占设备总投资的 10%。

  ② 非晶硅薄膜沉积:非晶硅薄膜沉积是形成 HJT 结构的关键,采用 PECVD 设备完成, 约占设备总投资的 50%。

  ③ TCO 镀膜:双面沉积透明导电氧化物薄膜,具备良好的透光性和导电性,降低了表面 光反射损失,同时弥补非晶硅薄膜导电性差的特点,收集载流子并运输到电极上。工 艺上采用 RPD 或 PVD 设备,约占设备投资额的 25%。

  ④ 丝网印刷:金属极化,与 P-N 结两端形成紧密的欧姆接触,约占设备总投资额的 15%。

  优势六:可结合钙钛矿、IBC提升转换效率,HJT技术生命周期长

  HJT 电池具备转换效率提升空间。HJT 电池转换效率已位居晶硅电池前列,但仍有进一步 的提效空间,可通过提高开路电压、短路电流、填充因子三方面着手提效。HJT 作为底层 平台技术,可搭载 IBC 和钙钛矿等其他工艺进一步提升转换效率,转换效率最高已提升至 30%+,具备较强的延展空间。

  HJT+IBC=HBC,转换效率可提升至 26%+。IBC 是将正负电极移到电池片背面,特点为 P-N 结在背面呈叉指状间隔排列,而正面无栅线遮挡,因此避免了遮光电流损失。HBC 在 IBC 基础上在电池背面插入非晶硅钝化层和透明导电膜层,具有更好的钝化效果。2017 年日本 Kaneka 公司 HBC 电池实验室效率可达 26.63%。

  HJT 是最适合叠钙钛矿的电池,HJT+钙钛矿叠层工艺可将电池转换效率提升至 30%+。 HJT 晶体硅主要吸收太阳的红外光,而钙钛矿可有效利用紫外和蓝绿光,叠层技术用低温 沉积工艺(PVD/CVD 方式)实现短波长吸收(钙钛矿)和长波长吸收(HJT)的结合, 从而拓宽太阳电池对太阳光谱的能量吸收范围,大幅提高转换效率。2020 年 Oxford PV 光伏钙钛矿晶硅叠层电池在 1.12 平方厘米的面积上达到了 29.52%的实验室转换效率,后 续甚至有望进一步提升至 30%以上。

  二、目前HJT的产能和量产情况如何?

  HJT发展历程:经历47年,21年逐步量产

  HJT 发展至今已有 47 年时间,伴随着技术的迭代、转换效率的提升,HJT 发展可分为三 个阶段:

  1974-1996 年,HJT 研发阶段。1974 年 WalterFuhs 提出非晶硅与晶硅结合的 HJT 结构, 并于 1983 年研制出 HJT 电池,但转换效率仅 12.3%。1991 年日本三洋首次在硅异质结 结构的太阳能电池中应用本征非晶硅薄膜,实现了异质结界面钝化作用,其转换效率高达 18.1%,日本三洋申请了专利。

  1997-2014 年,HJT 工艺发展阶段。1997 年日本三洋生产 HJT 光伏组件,此后 HJT 电 池的转换效率不断提高,2003 年三洋 HJT 太阳能电池的实验室效率达到了 21.3%。2013 年,松下(收购三洋)研制了厚度仅有 98μm 的 HJT 电池,效率达 24.7%。2014 年, 松下采用 IBC 技术,将 HJT 电池的转换效率提升到 25.6%。德国光伏设备公司 Roth&Rau (后被梅耶博格收购)以及法国国家太阳能研究所(CEA/INES)也投入 HJT 电池的研发。

  2015-至今,国产商业化阶段。2015 年后,松下对于 HJT 电池的专利已经过期,技术壁垒消除,国产厂商纷纷布局 HJT。2017 年,晋能试生产 HJT 电池,2018 年实际产能已 经达到 50MW,2019 年 3 月,晋能 HJT 电池量产平均效率突破 23.79%;通威、爱康等 厂商宣布 GW 级量产线计划,HJT 电池规模化应用在即。

  HJT产能:量产产能有望快速增长

  2020 年全球 HJT 在产产能已超 5GW,国产厂商产能占比超 30%。根据 PV InfoLink统计,2020 年全球 HJT 在产产能已超过 5GW,包括松下在日本和马来西亚合计 1GW 的产 能、REC 新加坡 600MW 产能、国内钧石 600MW 产能、晋能 120MW 产能、通威合肥 (250MW)、成都(150MW)、华晟 500MW 在产产能等。目前在产的中试线产能 4GW 左右,全球在产的量产线合计产能约为 1.5GW,在产 HJT 产能中国产电池企业产能占比约 50%。

  GW 级投资规划频出,2021 年 HJT 新投资产能有望达 10~15GW。目前华晟新能源、钧 石能源、山煤国际、通威股份、爱康科技、东方日升、明阳智能、金刚玻璃等企业均已宣 布投资新建 GW 级的 HJT 相关项目,据公开资料显示,目前市场上规划 HJT 电池片技术 的产能有近 40GW+。2020 年 10 月,通威完成 1GW 的 HJT 电池招标,标志着 HJT 电池 开启 GW 级建设时代,根据目前的扩建项目情况统计,我们预计 21 年将新增 10GW 的 HJT 招标产能。

  HJT转换效率:量产线最高转换效率已突破25%

  国内中试线转换效率突破 25%+,半年时间转换效率提升近 1pct。中试线方面,HJT 电 池于 2020Q3 开始在国内多条中试线上实现约 24.0-24.3%的平均转换效率(晋能、通威 合肥、通威成都),阿特斯 21 年 3 月末电池效率达 23.9%,备受市场关注的合肥通威线的 最新电池效率稳定在 24%左右。21 年 6 月 1 日隆基 HJT 电池转换效率已达 25.26%。

  国内量产线最高转换效率已达 25%+,量产转换效率快速提升。量产线方面,21 年 3 月 18 日安徽华晟 500MW HJT 电池量产项目正式流片,首周试产 HJT 电池片平均转换效率 达到 23.8%,最高效率达到 24.39%。随着不到 3 个月的产能爬坡,6 月 8 日华晟量产平 均效率已达 24.71%,单片最高效率达 25.06%。21 年 5 月 30 日,经德国哈梅林太阳能 研究所认证,迈为 HJT 量产电池转换效率达 25.05%。

  三、如何提高现有HJT产线的转换效率?

  非晶硅镀膜工艺优化:提升钝化效果

  HJT 电池可获得较高的转换效率,非晶硅薄膜的钝化效果是关键,提升钝化效果的关键是 降低杂质影响,目前可通过改变镀膜顺序和预处理工艺来减少杂质。

  改变 PECVD 镀膜顺序,减少本征层硼污染,转换效率有望提升 0.15%。目前生产 HJT 镀膜一般先完成一面镀膜,再翻面完成另一面镀膜,即 ip+in 或 in+ip 的顺序,该工艺的缺 点在于 p 型掺杂层镀膜完成后,硼残留在腔体及托盘表面,硼污染会影响本征层的钝化效 果,降低转换效率。目前,PECVD 设备采用两次翻面即 i-in-p 镀膜,可有效减少硼污染。 迈为新一代 PECVD 设备已开始使用该技术,由 2台CVD 变为 3 台 CVD,并增加一次翻 片,使得电池转换效率提升 0.15%。

  硅片预处理工艺,减少硅片杂质提升转换效率。可通过氢氟酸或氢等离子体对硅片进行预 处理,减少硅片表面的重金属杂质,从而提升少子寿命、提高电池片效率,优化界面钝化 效果。

  HJT电池膜层优化:非晶微晶相结合

  提升非晶硅薄膜的晶化率可有效提升转换效率。HJT 电池的转换效率与非晶硅薄膜的晶化 率、电导率和吸收率相关,如果把非晶硅的晶化率提高,电导率会大幅提高,而自吸收则 下降,可以减少 ITO 横向电导的压力,实现更好的钝化效果。

  非晶微晶相结合可提升 HJT 转换效率。纳米晶硅/微晶硅是由晶粒和非晶组成的一种混和 材料,其晶化率更高,具有良好的长波响应特性,可与非晶硅组成叠层结构,提高太阳光 谱响应范围,减小寄生吸收、增加横向导电性、减小带隙失配、减小对低温银浆温度的限 制,提升电池转换效率。

  非晶微晶相结合技术目前还处于实验室阶段,规模化应用仍需时日。微晶硅沉积使用 PECVD、HWCVD 或 VHF-PECVD 技术,目前由于微晶硅生长速率较慢,且存在纵向不 均匀,在界面处易生成非晶孵化层,影响电池性能,一般使用 VHF-PECVD 制备微晶硅, 但该技术目前规模化生产的薄膜均匀性较差,纳米晶硅/微晶硅作为未来 HJT 的发展方向,大规模应用仍需解决技术工艺问题。

  电池材料优化:靶材、银浆材料优化,提升转换效率

  靶材的选择决定了薄膜的光电特性,进而影响电池转换效率。目前TCO镀膜主要采用PVD 或 RPD 技术,PVD 主要采用 ITO 和 SCOT 靶材,目前 ITO 靶材已较为成熟,ITO 的锡 含量越低,电池转换效率越高,97/3 和 99/1 低锡含量溅射靶材所制备的异质结电池的转 换效率要优于普通成分比为 90/10 的 ITO 靶材。RPD 主要采用 IWO 和 ICO 靶材,新型 ICO 靶材载子迁移率可达 50-150cm2 /Vs,高于 IWO 的 40-80cm2 /Vs,有望大大优化薄膜 性能,未来靶材材料的创新有望进一步带动电池转换效率的提升。

  HJT 低温银浆电阻率较高。目前 PERC 电池采用的高温银浆是 1-3um 的球形银粉,该种 银粉在烧结过程中部分熔融形成电阻低的银电极,目前晶硅电池电阻率水平是在 2-3*10-6 Ωcm。而 HJT 电池工艺中的电极成型温度达不到可使球形银粉部分熔融烧结的要求,所 以电阻较高,目前 HJT 低温银浆电阻率达到 5-6*10-6Ωcm,是高温银浆的 1.5-2 倍,这 是 HJT 电池串联电阻高的主要原因之一。

  低温银浆材料优化,可降低电阻率提升电池效率。目前,一方面通过对不同尺寸、不同形 貌银粉的复配,使银粉在银浆中达到最优的密堆积状态,减少电极固化后的内部孔洞密度。 另一方面并通过提升银含量,提升电极固化过程的体积收缩率,增加电极固化后银颗粒之 间的接触点及接触有效性,HJT 银浆电阻率有望降低至 3-4*10-6Ωcm,电阻降低可有效 提升 HJT 电池效率。

  组件结构优化:无主栅设计提升转换效率

  无主栅技术具备提升光照面积并降低电阻的优势。光伏栅线的责任在于传导电流,从电阻 率的角度分析,栅线越细则导电横截面积越小,电阻损失越大,而栅线越粗会遮挡部分太 阳光进入电池,因此主栅和副栅设计的核心是在遮光和导电之间取得平衡。无主栅技术保留正面传统的丝网印刷,制作底层细栅线,然后通过不同方法将多条垂直于细栅的栅线覆 盖在细栅之上,形成交叉的网格结构,以金属线代替传统焊带,汇集电流的同时实现电池 互联,从而减少阳光遮挡,降低电阻。

  无主栅技术可提升 0.3%的电池转换效率。梅耶博格的 SWCT 技术将内嵌铜线的聚合物薄 膜覆盖在 HJT 电池正面,在组件层压过程中,依靠层压机的压力和温度使铜线和丝网印 刷的细栅线直接结合在一起,铜线代替了银主栅,节省了材料成本。预计 SWCT 可将组 件封装后的电池片转换效率提升 0.3%,耗银量最高可减少 83%。

  转换效率提升路径清晰:预计2025年HJT量产平均转换效率达26%+

  预计 2025 年 HJT 量产平均转换效率达 26%+,HJT+钙钛矿中试线效率可达 28%。按照 目前 HJT 电池厂对 HJT 技术升级的规划,预计 21 年通过改变 PECVD 镀膜顺序、吸杂工 艺等方式,HJT 量产稳态效率可达 24.7%+;22 年可通过银浆、靶材的材料优化将 HJT 平价量产效率提升到 25%;23 年可通过非晶微晶相结合,将量产平均转换效率提升到 25.5%;24 年通过无主栅等技术将 HJT 电池量产效率提升到 26%;25 年通过 HJT 叠层 钙钛矿中试线效率达 28%,HJT 量产线效率有望达 26%+。

  四、如何看待HJT和TOPCon两种技术路线?

  电池转换效率:TOPCon理论效率高,HJT中试和量产线效率更优

  TOPCon 电池通过背面钝化提升发电效率。TOPCon 即隧穿氧化层钝化接触电池,前表 面与 N-PERC 电池没有本质区别,主要区别在于采用超薄二氧化硅(SiO2)隧道层和掺杂非 晶硅钝化背面,二者共同形成了钝化接触结构,可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻 挡少子空穴的复合,进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集,从而极大地降低了金属接 触复合电流,提升了电池的开路电压和短路电流,从而提升电池的转换效率。

  双面钝化TOPCON电池理论效率极限高,单面钝化TOPCON电池理论效率与HJT接近。 根据 ISFH 的测算,PERC、HJT、TOPCon 电池的理论极限效率分别为 24.5%、27.5%、 28.7%。TOPCon 电池理论效率高于 HJT,但是 28.7%的理论效率需要实现双面多晶硅钝 化,正表面多晶硅钝化吸光严重,电池生产难度非常大,双面多晶硅钝化 TOPCon 电池 实验室效率仅 22.5%。目前常用的背表面钝化技术 TOPCon 电池理论效率极限为 27.1%, 与 HJT 理论效率差异不大。

  HJT 中试线和量产线效率更优。目前 PERC、HJT、TOPCon 电池中试线最高效率纪录依次为 24.09%(隆基)、25.18%(通威)、25.07%(隆基),量产效率最高纪录分别为 23.05%(隆 基)、25.06%(华晟)、23.85%(中来)。目前 PERC 电池量产效率已越来越接近理论极 限,HJT 中试线和量产线效率优于 PERC 和 TOPCon。

  生产工艺:HJT工艺简单,TOPCon有待工艺改进提升良率

  生产工艺方面,TOPCon 电池工艺最难最复杂,PERC 次之,HJT 工艺最简单。PERC、 HJT、TOPCon 电池生产分别需要 10/6/13 步。相较于 PERC,TOPCon 多了 3 道工序, 包括硼扩、非晶硅沉积、镀氧化层膜,该三大工艺均存在较多技术挑战,因此目前 TOPCon 电池良率约为 90%以下,低于 PERC 98~99%的良率。HJT 由于工艺仅 6 步,电池良率 约 98~99%,随着工艺的改进,HJT 和 TOPCon 的生产良率有望持续提升。

  TOPCon 电池良率提升主要需要解决硼扩散难题,以及 LPCVD 多晶硅薄膜制备难题。

  硼扩散面临的问题:

  ① 硼在硅中的浓度难以把握,浓度低不易得到高浓度发射区,浓度高会导致硼原子不激 活,难于制备选择性发射层。

  ② 扩散对管材要求高,硼扩散过程容易出现黏舟、黏管、腐蚀管壁的情况。

  ③ 扩散温度高,温度达 950 度,扩散时间较长。

  LPCVD 多晶硅薄膜制备面临的问题:① 热壁沉积问题,在沉积非晶硅膜的同时在管壁上也沉积同样厚度的膜层,经常要清洗 管道,降低了生产效率。

  ② 原位掺杂较难。有死层、会降低沉积温度。因此一般需要沉积本征非晶硅,再进行磷 扩散。

  ③ 存在绕镀,导致良率下降,需要后续使用湿法清洗正面绕镀。

  ④ 后扩散过程中,杂质原子会透过 SiO2 层进入单晶硅区域,导致钝化失效。

  成本:TOPCon电池非硅成本低,HJT降本路线清晰

  目前 TOPCon 电池成本低于 HJT 约 0.13 元/W。以 166 的电池为例,假设 Topcon 银耗 150mg,HJT240mg,PERC、TOPCon、HJT 非硅成本约为 0.2/0.29/0.42 元/W,TOPCon 和 HJT 非硅成本较 PERC 高 45%/110%。TOPCon 电池中非硅成本占比 38%,其中银浆、 设备折旧、辅材和其他在总成本占比分别为 16%/4%/9%/9%。HJT 电池中非硅成本占比 47%,其中银浆、设备折旧、辅材和其他在总成本占比分别为 25%/5%/6%/11%。HJT 与 TOPCON 相比成本差距主要体现在银浆上,银浆、设备折旧、辅材和其他 HJT 分别高于 TOPCON 电池 0.1/0.02/0.01/0.01 元/W。

  HJT 银浆降本路线更为清晰。银耗是导致 HJT 和 TOPCon 电池成本差异的核心,20 年底 HJT 银耗约 240mg,而 TOPCon 银耗约 150mg。通过多主栅技术以及新款副栅材料的应 用,可将 HJT 银耗降至 160mg,达到与 TOPCON 银耗差不多的水平。此外,HJT 可通 过银包铜技术,将银耗降至 106mg。由于银包铜是低温工艺,无法在 TOPCON 电池应用,目前 TOPCON 电池正在研发电镀铜工艺,由于铜容易氧化,过程涉及湿化学,拉力较难 控制,因此电镀铜工艺较难,目前还处于实验室阶段。

  TOPCon 可在 PERC 产线上改造升级,设备投资额低。由于 TOPCon 和 PERC 工艺相似, 因此在 PERC 产线上新增非晶硅沉积的 LPCVD/PECVD 设备以及镀膜设备,可将 PERC 产线升级至 TOPCon。目前 PERC 设备投资在 1.2-1.5 亿元/GW,TOPCon 投资约 2-2.5 亿元/GW,将 PERC 改造为 TOPCon 仅需 0.8 亿元/GW,可大幅降低电池设备投资成本, 拥有 PERC 电池产能的企业投资意愿更强。而 HJT 是低温工艺,因此需要重新新建产线, 投资额在4-4.5亿元/GW。但目前HJT设备折旧上与TOPCon相比成本差异仅0.02元/W, 未来通过设备零部件国产化,以及 HJT 规模的上量,设备投资额有望降至 4 亿元以内, 进一步降低设备折旧成本差异,拉动投资意愿。

  五、HJT产业链配套情况如何?

  硅料:退火吸杂工艺有望解决硅料纯度瓶颈

  N 型硅片对硅料纯度要求高,因此 N 型硅片成本高于 P 型。N 型硅片对于多晶硅原料以 及部分辅材的纯度要求更高,同时因为磷在硅中的分凝系数仅为 0.35,在以其为掺杂剂的 N 型单晶拉制过程中,杂质分布的均匀性较难控制,因此 N 型硅片较 P 型硅片溢价约 8%。

  退火吸杂技术将降低 N 型硅片对硅料纯度的要求,有望降低 N 型硅片成本。目前迈为等 企业已研发出退火吸杂设备,在硅片生产过程中采用退火吸杂的工艺,减少硅片表面的重 金属杂质,从而提升少子寿命、提高电池片效率的均值并减小其方差,采用退火吸杂技术 只需增加扩散炉,成本增加不到 0.01 元/W,但可使用生产 P 型硅片所用的杂质含量较高 的硅料,可大幅降低 N 型硅片成本,有望实现 N 型硅片和 P 型硅片同价。

  硅片:薄片化有望加速HJT渗透

  目前现有硅片产能均可生产 N 型硅片。PERC 电池用的是 P 型硅片,即在硅片中掺入硼 的硅片,而 HJT 电池用的是 N 型硅片,是指硅片中掺入磷。目前隆基、中环、晶科、晶 澳、上机数控等硅片企业的现有产能均可生产 N 型硅片。20 年 12 月,高景太阳能的 50GW 光伏大硅片项目明确技术路线为 N 型。由于 20 年 PERC 电池为主流,因此 N 型硅片产 量约为 5%,随着 HJT 和 TOPCon 电池技术的日益成熟,N 型硅片产量有望快速增长。

  硅片薄片化发展已成为趋势,HJT 优势明显。HJT 电池由于其对称结构较 PERC 更适合 薄片化硅片,而硅片薄片化可大幅降低硅料用量,降低硅成本。根据中环股份的测算,硅 片厚度从 175μm 减薄至 160μm,可以覆盖多晶硅料 8 元/KG 的价格涨幅,减轻硅料的 成本压力。目前光伏硅片主流厚度从 180μm 转向 175μm,21 年 2 月中环股份表示愿意 配合下游客户逐步推动 170μm、165μm 和 160μm 厚度单晶硅片的应用,硅片薄片化 将加速 HJT 电池的渗透。

  组件:半片渗透率提升,促进HJT电池发展

  半片组件渗透率快速提升。半片电池组件与传统组件相比,由于减少了内部电路内耗,封 装效率提高,且组件工作温度降低,提高了组件的可靠性和安全性。2020 年半片组件渗 透率快速提升,半片组件渗透率达 71%,同比提升 50pct。

  HJT 电池多为半片,半片组件渗透率提升有望促进 HJT 电池发展。目前国产的 HJT 电池 多为半片电池,阿特斯 250MW 产线已采用 182 半片,通威合肥 250MW 中试线采用 210半片,半片 HJT 电池可使用更薄的硅片来实现降本目的,并且半片电池可降低切损,降 低隐裂,提升电池可靠性,理论上 HJT 若采用半片工艺,硅片厚度可低至 120μm,可大 幅降低硅耗。目前半片组件渗透率快速提升,有望促进 HJT 电池的快速发展。

  六、如何来降低HJT的成本?

  降低HJT电池非硅成本是关键

  HJT 非硅成本占比高于 PERC。HJT 电池的成本主要由硅片、浆料、靶材、设备折旧和其 他构成,成本占比分别为53%/25%/6%/5%/11%。目前HJT非硅成本占比约47%,而PERC 电池非硅成本占比约 43%,主要是 HJT 低温银浆、靶材、设备等非硅成本较高。

  HJT 电池成本较 PERC 每瓦高 0.18 元,94%的成本增加在非硅成本上。假设 PERC 和 HJT 电池转换效率分别为 22.7%/24%,产品良率分别为 98.9%/98.5%,单片银耗分别为 90/120mg。由于 N 型硅片较 P 型硅片溢价 8%,预计 HJT 单瓦硅片成本为 0.48 元,较 PERC 高 2.1%。由于低温银浆较高温银浆溢价 30%,且 HJT 银耗更高,HJT 单瓦银浆成 本约为 0.23 元,较 PERC 高 130%。由于 HJT 设备单位 GW 需要 4.5 亿元投资,而单位 GW的PERC设备投资约1.7亿元,因此HJT设备单瓦折旧约0.05元,较PERC高150%。 此外,HJT 靶材成本每瓦约 0.05 元,而 PERC 无靶材成本。由于 HJT 生产工序少,制造 费用等预计每瓦较 PERC 低 0.03 元。综合以上,HJT 电池生产成本约为 0.9 元/W,与 PERC 0.72 元/W 的成本相比高出 0.18 元/W,高出的成本中硅片、银浆、靶材、设备折 旧成本增加的占比分别为 6%/72%/28%/17%。未来 HJT 降本主要依靠硅耗减少、银浆降 本、靶材国产化、设备降本来实现。

  银浆降本:银包铜技术有望大幅降本,栅线工艺优化降低银耗

  目前 HJT 电池银耗约为 PERC 的 2 倍多。PERC 的银浆通过高温烧结固化,银粉熔融在 一起,容易形成导电通路。而 HJT 是低温工艺,低温银浆的导电性能弱于高温银浆,因 此需要提高银的含量来提高导电性。以 166 电池片为例,单片 HJT 电池银浆耗量超过 200mg,而 PERC 电池银耗约为 90mg。

  银包铜技术可大幅降低银耗,单瓦成本降低 0.12 元。银包铜是在铜的表面包裹银粉,低 温加工工艺使得铜作为导电材料,从而降低银的使用量。一般低温银浆中银含量约 92%, 8%为有机物玻璃粉等,而银包铜中银、铜、有机物的含量分别为 41%/51%/8%,使得银 含量占比降低近一半。以 166 电池片为例,银包铜技术可使 HJT 电池银耗降至 106mg, 达到与 PERC 接近的银耗水平。而银包铜技术需采用低温工艺,对于 PERC、TOPCON 的高温工艺不适用,可快速降低 HJT 的银耗差距。考虑到低温银浆相比高温银浆 30%的 溢价,在其他条件不变的情况下,若银耗相同,HJT 的电池的单瓦成本将由 0.9 元降至 0.78 元,较 PERC 成本高 8%。

  银包铜技术有望得到量产验证。目前京都 KE 公司可实现银包铜量产,华晟将于 21 年 6 月采用银含量 62%的银包铜浆料进行试验,若试验通过,HJT 电池单位银耗与 PERC 电 池单位银耗之间的差距将从 2020 年的 100%左右急剧缩小到 20%以内。若华晟通过银包 铜试验,21Q4 将采用银包铜技术进行量产,HJT 银耗仍有进一步下降空间,贴近甚至低 于 PERC 银耗量,真正开启 HJT 技术的低成本量产时代。

  高精串焊技术可降低银耗,单瓦成本降低 0.08 元。目前主栅银耗约为 20mg,细栅银耗约 110mg,通过高精度串焊减少主栅 pad 点大小,使得主栅变细、变短,副栅变少,减少细 栅及主栅银耗,银耗有望从 180mg/片降至 120mg/片,电池单瓦成本有望降低 0.08 元。 目前高精串焊技术已在华晟量产线上进行使用,预计 21 年 6 月底前会有 4 台高精串焊设 备进行量产试用。

  无主栅技术可降低银耗,每瓦成本降低 0.11 元。得益于 HJT 电池表面导电的特性,取消金属栅线电极,直接贴合低温合金包覆的铜丝到 TCO 上,形成欧姆接触,可制造无主栅 电池,无主栅后银浆耗量有望从 180mg 降至 100mg,每瓦成本降低 0.11 元。

  低温银浆有望实现进口替代,大幅降低银浆价格。高温银浆市场已逐步实现进口替代,国 产厂商于 2017 年对高温银浆进行进口替代,到 2020 年国产品牌帝科股份、苏州固锝、 匡宇科技、常州聚合高温银浆市占率约 40%+,海外供应商日本 KE、杜邦、汉高、贺利 氏由于成本劣势,正逐步被国产品牌替代。目前低温银浆由于对原料要求高,90%的低温 银浆由日本KE供应,未来随着国产HJT投资规模的扩大,低温银浆也有望实现进口替代,常州聚和、苏州晶银已经实现低温银浆小批量生产,浙江凯盈进入产品测试阶段。目前进 口银浆价格约 6500-6800 元/kg,国内低温银浆价格约为 5000-5500 元/kg,随着国产化量 产,低温银浆价格有望降至 5000 元/kg 以下,与高温银浆平价。

  靶材降本:国产化有望大幅降低靶材成本

  靶材是 TCO 薄膜生产的核心材料。TCO 薄膜生产主要采用 ITO、SCOT、IWO、ICO 四 种靶材,溅射是制造 TCO 薄膜的主要工艺,利用离子源产生的离子,在真空中经过加速 聚集,形成高速离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体 表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体称为溅射靶材。TCO 薄膜沉积主 要采用 PVD 和 RPD 两种技术,PVD 技术以 ITO、SCOT 作为靶材,RPD 以 IWO、ICO 作为靶材。

  靶材的生产制造具有一定的技术壁垒。由于靶材的质量直接影响 TCO 薄膜的一致性和均 匀性,因此靶材的纯度、致密度和均匀性等要求较高,靶材的金属纯度要求达到 99.995% 以上,靶材的致密度对 TCO 薄膜的电学和光学性能有显著影响,靶材的成分、晶粒度直 接影响薄膜的一致性和均匀性,因此靶材的材料和制造工艺具有一定的技术壁垒。

  大尺寸高纯靶材市场被日韩企业占据。高纯溅射靶材上游的高纯金属市场主要被日韩企业 垄断,目前高纯溅射靶材的主要供应商为日本三井、东曹、日立、三星、康宁,国内企业 在大尺寸高纯靶材的生产能力与外资相比仍有差距,日韩企业可做出长 3000 毫米、宽 1200 毫米的靶材,但国产靶材的长度不超过 1000 毫米。

  ITO、IWO 靶材已逐步实现国产化,国产化有望将电池的靶材成本降低 57%。目前国内先 导、映日等企业 ITO 靶材已较为成熟,先导通过收购优美科国际公司,其靶材生产的纯度、 密度大幅提升,长度可达 4000 毫米,目前 SCOT 靶材正在研发,IWO 壹纳光电已实现国 产。以 IWO 靶材为例,在同样是 4-4.5g/cm³的密度下,进口靶材价格为 3200 元/kg,对 应电池靶材成本 0.6-0.7 元/片,国产靶材价格约 2000 元/kg,对应电池靶材成本 0.2-0.3 元/片,采用国产靶材电池单片成本可降低 57%。

  设备降本:国产化+提升效率,设备投资额有望不断下降

  HJT 设备国产化可大幅降低成本。2017-2018 年 HJT 设备主要由梅耶博格、YAC、AMAT、 日本住友等外资品牌提供,设备成本约 10-20 亿/GW;2019 年迈为、钧石、捷佳伟创等 开始进行进口替代,设备成本降至 5-10 亿/GW;2020 年 6 月欧洲老牌光伏设备龙头梅耶 博格退出 HJT 的竞争,国内设备商加码研发,迈为和钧石具备了 HJT 整线设备供应能力, 20 年 HJT 设备成本降至 5 亿/GW 左右,随着量产产能的投放,以及设备国产化率的提升, 预计 21 年 HJT 设备成本有望降至 4 亿/GW。

  非晶硅沉积和 TCO 制备设备降本是关键。HJT 生产包括清洗制绒、非晶硅沉积、TCO 制 备、丝网印刷和光注入退火,以上五个环节设备成本占比分别 10%/50%/20%/15%/5%, 非晶硅沉积和 TCO 制备的设备占到整个设备成本的 70%,是降本的关键。

  非晶硅沉积设备降本主要依靠设备国产化和提升生产效率。目前非晶硅沉积主要采用 PECVD 设备,有量产供应能力的 PECVD 设备商有梅耶博格(自用)、应用材料、迈为股 份、理想万里晖。目前PECVD进口设备的价格约4.8亿/GW,国产设备的价格仅2亿/GW,价格为进口设备一半。国产设备成本低主要是生产效率较高,2018 年梅耶博格 PECVD 生产效率是2400片/小时,整线年产能只有110MW,导致整线设备投资额高达10亿/GW。 2019 年迈为给通威提供的设备将 PECVD 生产效率提升至 6000 片/小时,整线年产能达 250MW,整线成本降至 6 亿/GW。PECVD 生产效率的提升可大幅降低设备成本,目前迈 为 PECVD 设备生产效率可达 8000 片/小时,年产能提升至 400MW,整线成本降至 4 亿 /GW 左右。

  TCO 设备有望通过国产化进一步降本。TCO 膜的生产采用 PVD 和 RPD 技术,PVD 工艺 较为成熟,主要进口设备供应商包括冯阿登纳、梅耶博格、新格拉斯,国产厂商包括迈为、 钧石能源、捷佳伟创、捷造光电等。冯阿登纳和新格拉斯 PVD 设备效率可达 8000/6000 片/小时,迈为 PVD 设备效率也达到了 8000 片/小时,未来有望提升至 10000 片/小时, 可进一步降低成本。RPD 方面,国内捷佳伟创已获得住友公司 RPD 授权,每小时生产效 率由梅耶博格的 3000 片提升到每小时 5500 片,随着国产设备的降本增效,TCO 设备有 望持续降本。

  硅片降本:HJT相比PERC更适合硅片薄片化,可大幅降低硅成本

  PERC 电池薄片化面临压力。硅片薄片化可降低硅成本,硅片每减薄 20μm,对应组件成 本降低约 5-6 分/W。目前 PERC 电池厚度一般在 170-180μm,由于 PERC 电池是非对称 结构,若降到 160μm 以下容易发生硅片碎片,PERC 电池也容易发生弯曲,导致转换效 率的降低,甚至短路现象,理论上 PERC 电池厚度不能低于 110μm。

  HJT 电池结构对称,适合硅片薄片化发展。HJT 电池片的对称结构减少了电池制作中的机 械应力,因此硅片的碎片率更低;由于 HJT 是低温工艺,生产工艺在 200°C 以下,硅片 在低温下也不容易发生翘曲,薄片化电池的良品率更高。此外,HJT 电池在硅片变薄的 情况下,开路电压上升,短路电流下降,电池的效率能够基本维持不变,HJT 更适合薄片 化硅片。

  HJT 正不断探索薄片化进程。日本三洋早年的 HJT 电池厚度仅 98μm,实验室转换效率可 达到 24.7%。目前理想万里晖 PECVD 产品可使硅片厚度降低到 130-150μm,相比 170μm 的普通电池片,薄片化电池不仅转换效率的损失不足 0.1%,而且碎片率的上升也不到 2%, HJT 产业将在未来几年进一步探索 120-130μm 的薄片化进程。

  硅片薄片化可降低电池硅耗。按照 PERC 电池 175μm 厚度计算,166/182/210 出片量分 别为 62/51/38 片。若 HJT 电池厚度降至 160μm,166/182/210 出片量将分别增加至 68/56/42 片,硅耗较 175μm 的 PERC 电池降低 8.57%,若 HJT 电池厚度降至 150μm, 166/182/210 出片量将分别增加至 72/60/44 片,硅耗较 175μm 的 PERC 电池降低 14%

  效率提升:带来各环节的成本摊薄

  电池转换效率的提升可摊薄光伏全生命周期成本。由于 HJT 电池发电效率比 PERC 高 1.0%-1.5%,因此 HJT 组件功率可以比 PERC 更大,大功率组件一方面具有价格溢价, 另一方面可以带来电站建设成本的摊薄。考虑到全生命周期的成本摊薄,HJT 电池修正成 本优势=HJT 电池生产成本差异+组件非硅成本差异+BOS 成本差异+发电量溢价。

  HJT 较 PERC 具备全生命周期成本优势。以 3.5 元/W 的光伏系统为例,假设 HJT 转换效 率高于 PERC 1.3pct,HJT 比 PERC 全生命周期每瓦发电量将多出 7%,HJT 电池会带来 0.26 元/W 的含税销售溢价,虽然 HJT 电池成本较 PERC 高 0.18 元/W,但发电量的增加, HJT 技术可以带来组件 BOS 成本下降 0.015 元/W,组件非硅成本下降 0.025 元/W,综合 以上,HJT 较 PERC 有 0.12 元/W 的修正成本优势。

  七、HJT规模化量产时代何时到来?

  硅成本:2021实现硅片N、P同价,2022年N型硅片成本有望低于P型

  2021 年 HJT 电池硅成本可实现 NP 同价,2022 年 N 型硅片成本有望低于 P 型。按照 M6 175μm P 型硅片不含税价格 3.59 元/片,由于 N 型硅片硅料纯度要求高,因此 N 型硅 片价格一般较 P 型高 7%。P 型硅片价格约 3.84 元/片,硅片每减薄 5μm,单片价格下降 约 5 分。当 HJT 电池厚度达 150μm 时,HJT 硅片价格达 3.59 元/片,可实现 P、N 硅片 同价。目前华晟量产线生产的硅片为 150μm,并计划生产 130μm 的硅片,130μm 的 N 型硅片成本将低于 P 型 5%,2022 年 N 型硅片成本有望低于 P 型。

  未来 HJT 硅成本降本空间大。①吸杂降本:增加不到 0.01 元/W 工序成本,可降低 N 型 硅料纯度要求,缩减 N、P 硅片价差,提高电池转换效率 0.2%。②半片化:目前迈为的 HJT 设备生产的电池片均为半片,210 半片电池可兼容硅片薄片到 100-120μm,可进一 步降低硅成本;③边皮料利用:从圆棒到方棒的加工过程中,增加四个半圆中的硅材料利 用,收料率可大幅提升 8%+。此外,目前硅料价格快速上涨,HJT 薄片化优势更加凸显, 有望加速 HJT 薄片化进程。

  非硅成本:2022年HJT非硅成本有望与PERC持平

  2021 年 12BB 成熟应用,HJT 和 PERC 电池的非硅成本差异较 2020 年降低一半。2020 年 HJT 非硅成本约 0.42 元/W,PERC 电池非硅成本约 0.2 元/W,HJT 非硅成本高于 PERC 电池 110%。2021 年通过 12BB 栅线的应用,银耗可由 240mg/片降至 190mg/片,通过 应用新款 KE132 副栅浆料,加上图形优化,银耗可进一步降低至 160mg/片,按照 1 万元 的进口浆料价格计算,预计银浆成本降低 0.11 元/W,HJT 非硅成本有望降至 0.31 元/W, 非硅成本高于 PERC 电池 59%。目前华晟量产线已成功导入 12BB,M6 硅片银耗已降至 160mg,预计到 21 年底 HJT 和 PERC 电池的非硅成本差异将较 2020 年降低一半。

  2022 年银包铜和浆料、靶材国产化,HJT 非硅成本有望与 PERC 持平。银包铜浆料的导 入可将银耗由 160mg/片降至 106mg/片,银浆成本有望降低 0.072 元/W,随着 HJT 规模 化量产,以及国产浆料替代进口,浆料价格有望由 1 万元/kg 降至 0.7 万元/kg,银浆成本 有望降低至 0.11 元/W,基本与 PERC 持平。此外,靶材国产化、加上新材料应用,靶材 价格有望降低 25%,靶材成本有望降低 0.014 元/W。基于以上降本路径,2022 年 HJT 非硅成本有望达 0.19 元/W,届时将与 PERC 非硅成本持平。

  八、如何看待HJT设备行业的竞争格局?

  产业化:HJT设备国产替代进行中,降本增效是关键

  HJT 设备需平衡设备稳定性和成本,PECVD 和 RPD/PVD 设备是核心。HJT 电池生产工 艺主要包括清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO 膜沉积、电极金属化,四个工艺流程对应 的设备价值量分别占比 10%/50%/20%/20%,PECVD 价值量占比最高。由于 HJT 电池对 设备要求较高,真空度、洁净度、膜厚度、压力、沉积速率等各种因素都会对镀膜质量产 生影响,非晶硅薄膜沉积、TCO 膜沉积是影响电池效率和稳定性的核心工艺,因此 PECVD 和 RPD/PVD 是 HJT 的关键设备。

  HJT 设备正进行国产替代,拥有整线交付能力的企业优势明显。早期 HJT 产线以梅耶博 格、YAC、Rena 等外资品牌设备为主,2017-2018 年 HJT 设备投资额在 9-12 亿/GW, 设备投资额较高。2019 年起通威、爱康、华晟等电池厂商开始在部分设备上选取国产厂 商,仅用 2 年时间,设备投资额快速降至 5 亿元/GW 以下,与此同时外资品牌因经营情 况差,Amtech、梅耶博格、REC 等相继退出光伏设备市场。目前迈为、钧石、捷佳伟创 成为国内竞争实力较强的 HJT 设备供应商,迈为和钧石已具备整线交付能力。由于 HJT 设备技术门槛高,拥有整线设备交付能力的供应商将有更强的成本控制和议价能力,未来 整线设备商市场集中度有望持续提升。

  清洗制绒:国产替代是必然趋势,捷佳伟创和迈为具备潜力

  清洗制绒直接决定 HJT 电池特性。清洗制绒是 HJT 电池生产的第一步,清洗制绒是利用 KOH 腐蚀液对 N 型硅片进行各项异性腐蚀,即在硅片表面形成绒面,可将硅片表面反射 率降低至 12.5%以下,从而产生更多的光生载流子。由于 HJT 是低温工艺,无法通过高 温工艺除去杂质,因此清洗制绒制备较为关键。

  臭氧清洗工艺更具备发展潜力。制绒清洗工艺包括 RCA 清洗法和臭氧清洗法,RCA 清洗 通硫酸和过氧化氢制成高浓度混合溶液来进行清洗,优点是清洗效果好,但清洗成本较高, 成本约 0.32 元/片。臭氧清洗是通过臭氧超纯水来进行清洗,既可实现硅片表明的高效清 洗,同时可节省化学品用量,成本约为 0.25 元/片,成本更优,臭氧清洗已逐步取代 RCA 清洗并在量产中推广。

  YAC 清洗制绒设备性能强,但价格较贵。目前制绒清洗海外设备商主要是日本 YAC 株式会社、德国 Singulus 和德国 Rena,外资设备中 YAC 实力较强。YAC 设备节拍可达 8000~10000wph,碎片率低于 0.03%,单晶制绒反射率在 11.1%-11.4%。目前已建成的 HJT 产线中 60%以上采用的是 YAC 的清洗制绒设备,但进口设备价格较贵,一台进口的 250MW 的清洗制绒设备价格约 1000 万元,对应 1GW 产线设备投资额约 4000 万元。

  捷佳伟创清洗制绒设备具备较高性价比。国产设备商主要是捷佳伟创、北方华创。目前捷 佳伟创已形成清洗制绒供货能力,通威、中威、金石能源的 HJT 生产线均有采用捷佳伟 创的清洗制绒设备。捷佳伟创设备节拍达 3200~6400 wph,碎片率低于 0.05%,单晶制 绒反射率低于 11%。公司研制了最新全自动配液、高精度补液术以及硅片表面预脱水技术, 设备性能与外资品牌差距正不断缩小。国产设备价格便宜,一台国产的 330MW 的清洗制 绒设备价格约 500 万元,对应 1GW 产线设备投资额约 1500 万元,约为进口设备价格的 37%,具备较强的性价比优势。

  清洗制绒设备国产替代是必然趋势。目前捷佳伟创已顺利实现清洗制绒设备的国产化,其设备性能有望通过研发投入持续提升。迈为股份也通过与参股江苏启威星引进 YAC 全套 技术,并结合了自有的半导体湿法技术,突破了 HJT 清洗设备,加入整线解决方案中。 由于清洗制绒设备技术门槛不高,加上国产设备厂商技术迭代快、成本低,捷佳伟创和迈 为股份均具备较强的国产替代实力。

  PECVD:设备降本的关键,迈为实力强

  PECVD 为主要的非晶硅薄膜沉积技术。HJT 电池生产的第二道工序非晶硅薄膜沉积,主 要有 PECVD 和 HWCVD 两种工艺,HWCVD 是日本三洋选择的方案,优点是沉积非晶硅 质量较好,缺陷更少;缺点是镀膜均匀性较差,碎片率较高,电耗偏高。因此,PECVD 凭借良好的质量和稳定性成为主流薄膜沉积技术。

  PECVD 设备技术壁垒高。PECVD 通过微波或射频波使腔室内的反应气体分子电离,形 成的高化学活性等离子体,在基片表面发生化学反应,沉积成膜。PECVD 在传统晶硅电 池中沉积的薄膜厚度均大于 100 nm,而在 HJT 中 PECVD 在硅片正反面先后沉积两层非 晶硅薄膜用作钝化层,钝化层的厚度需控制在 5-10 nm,对薄膜的均匀性、致密度、容错 率要求非常高,直接影响电池片的转换效率,因此是 HJT 设备中技术难度最大的设备。

  PECVD 有多种技术路线,核心为保证质量、提升效率。根据等离子发射源的运作情况,可分为动态和静态 PECVD;根据设备结构,可分为线列式和团簇式;根据射频频率的不 同,可分为 RF-PECVD 和 VHF-PECVD。不同的路线核心都是为了在保证镀膜质量的同 时,提升产能、降低成本。

  RF-PECVD 技术是目前主流技术。气体分子在射频场下被电离成等离子体,按照射频频 率可分为 RF-PECVD 和 VHF-PECVD,其中 13.56MHz 为 RF-PECVD,30-300MHz 之 间为 VHF-PECVD。VHF-PECVD 高频下薄膜致密性佳,导电率高,但是薄膜均匀性变差, 容易出现脱落或纹路,目前理想能源应用此技术。RF-PECVD 虽然沉积速度慢,但薄膜 均匀性好,透光率高,目前为主流技术,迈为、钧石、应材、梅耶博格均采用此技术。

  线列式 VS 团簇式,线列式串列是目前主流技术,团簇式具备发展潜力。线列式串列是指 单一腔室内仅进行单一类型薄膜的沉积,各沉积腔室呈链状直线排开,此工艺占地面积较 大,但传递简单,目前迈为、钧石、理想、日本真空均采用此工艺。线列式并列技术工艺 易调整,但是传递过程中容易污染,目前梅耶博格、精矅采用此技术。团簇式设备以中央 传输室为中心,各腔室相互独立、互不干扰,可同时处理较多硅片,产能较大,但需要采 用机械手进行硅片传送,传输过程易造成碎片,自动化要求极高,目前应用材料、INDEO 采用了这种技术。

  静态 VS 动态,迈为准动态技术具备优势。静态镀膜是指硅片在成膜期间静止不动,等离 子体需要不断的开启和关闭进行镀膜,优点是运行稳定、成品率高,缺点是生产效率低、 成本高,目前梅耶博格、应材、钧石、理想采用静态镀膜,生产节拍在 2400-5000wph 之 间。动态镀膜是硅片按照特定的速度移动,等离子体在腔室内不间断生产,优点是生产效 率高,但生产不稳定,产品质量难以保证,目前迅力光电采用动态镀膜。迈为股份结合动 态和静态两种工艺优势,研发出准动态镀膜技术,在稳定生产的情况下,生产节拍达 5000-8000wph,大幅提升效率,降低成本。

  与外资品牌相比,内资 PECVD 设备具备较强性价比优势。PECVD 在 HJT 产线中成本占 比 50%,是设备降本的关键,外资 PECVD 设备商主要是梅耶博格、应材、INDEOtec, 由于外资 PECVD 设备是内资价格的近 2 倍,近年来新投的 HJT 产线普遍采用内资设备, 主要设备商是迈为、理想、钧石,捷佳伟创积极布局 PECVD 设备。

  理想设备抽屉式反应腔可提升产能,频率自适应技术镀膜质量优异。理想万里晖的抽屉式 反应腔为独家核心技术,沉积腔室内部被分割成多个子腔室,可实现工艺并行运行,使产 能翻倍,公司运用频率自适应技术,提升了镀膜均匀性。目前理想的 PECVD 设备节拍达 4000-5200 wph,uptime≥90%,碎片率小于 0.1%,产品质量优异。理想设备主要应用 在通威、华晟、中威产线上。

  钧石设备镀膜均匀性好,产品稳定性高。钧石能源模块化链式 PECVD 系统采用独特的 RF 电极设计,电极间距可调节,稳定性好,载板温度均匀,沉积薄膜厚度均匀性好,可 兼容 M6、M10、G12 硅片,设备 uptime 超过 90%,目前节拍最高达 5200wph。钧石 PECVD 目前主要用在通威、金石能源产线上。

  迈为设备生产效率高,规模化量产具备高性价比优势。迈为 PECVD 设备核心优势是准动 态镀膜工艺,目前节拍最高达 8000 wph,在华晟量产线上各项指标突出,量产转换效率达 24.7%,uptime≥98%,碎片率小于 0.25%,各项指标优异,且产能较高,具备量产的 性价比优势。通威、华晟、阿特斯已采用迈为 PECVD 设备。5 月 28 日,经德国哈梅林 太阳能研究所(ISFH)测试认证,迈为股份研制的异质结太阳能电池片,其全面积(大尺 寸 M6,274.3cm2)光电转换效率达到了 25.05%,刷新了异质结量产技术领域的最高纪 录。

  PVD与RPD:国产化率高,提升靶材利用率是设备竞争关键

  在硅片表面沉积非晶硅薄膜后,下一个步骤是在硅片正反面沉积透明导电氧化物(TCO) 薄膜,该薄膜作用是实现导电、减少反射、并保护非晶硅薄膜。导电性好、透过率高是 TCO 薄膜需要具备的关键特性。

  PVD 镀膜稳定,RPD 效率高但存在专利限制。TCO 膜的生产主要采用 PVD 和 RPD 两种 方式,PVD 利用加速的高能粒子轰击靶材形成薄膜,是目前的主流技术,镀膜均匀易于 控制,工艺稳定,缺点是销量较 PERC 未拉开差距。RPD 是利用等离子体枪产生氩等离 子体轰击靶材形成薄膜,较 PVD 技术有 0.3-1%的效率优势,但是设备价格高,且关键部 件和靶材、专利受日本住友限制,目前规模化应用较少。捷佳伟创获得日本住友授权,可 制造 RPD 设备。

  PVD 国产化率高,降本空间有限。PVD 在 HJT 设备成本占比约 10%,外资厂商主要有冯 阿登纳、Singulus、梅耶博格,国产厂商主要有捷佳伟创、迈为、钧石、捷佳光电。PVD 设备产能目前已达较高水平,冯阿登纳、Singulus、迈为产能分别达到 8000/6000/8000 片/小时,通过提升产能来降本的空间不大。PVD 设备技术门槛低,目前迈为、捷佳伟创、 钧石设备性能优异,已成为主流设备商,冯阿登纳等外资厂商也通过在国内设厂来降低成 本,PVD 国产化进展顺利,降本空间相对有限。

  提升靶材利用率是未来 PVD 设备竞争的核心。靶材的选择决定了薄膜的光电特性,进而 影响电池转换效率。目前大部分企业的 PVD 设备靶材利用率达 80%,PVD 主要采用 ITO 和 SCOT 靶材,RPD 主要采用 IWO 和 ICO 靶材,未来靶材利用率的提升可进一步提高 转换效率,靶材利用率是 PVD 设备商竞争的关键。

  捷佳伟创 RPD 设备转换效率高,RPD+PVD 一体机具备潜力。捷佳伟创获得日本住友 RPD 专利授权后,自主研发 RPD5500A 设备,uptime>90%,膜厚均匀度可控制在 5%以内, 碎片率≤0.05%,产能可达到 5500 片/小时,结合新一代的靶材技术和工艺,带来更高的 效率和导电性。19 年 6 月为通威 HJT 产线提供了 RPD 设备。20 年公司推出了 PAR5500 设备,正面用 RPD,背面采用 PVD,成本较低,镀膜质量更好,具备量产潜力。

  丝网印刷:国产设备商优势明显

  HJT 电池在完成 TCO 薄膜沉积后,需要进行电极的生产,电极生产是通过与硅形成良好 导电性能和高电流收集效率的欧姆接触,收集光生载流子并导出到电池,目前主要使用丝 网印刷工艺。

  HJT 丝网印刷设备较 PERC 增量技术少。异质结电池的丝网印刷与 PERC 的丝网印刷工 艺接近,唯一的差别是 HJT 是低温工艺,丝网印刷需要将温度控制在 200-220℃,目前主 流的 PERC 丝网印刷设备商均可提供 HJT 丝网印刷设备,HJT 丝网印刷设备增量技术较 少。

  丝网印刷国产化率高。丝网印刷设备在 HJT 设备成本占比 10%,目前丝网印刷进口品牌 以应材为主,国产品牌以迈为为主,其余厂商包括 mcrotec、捷佳伟创、金辰股份。目前 国产厂商的丝网印刷设备成本低于 1 亿元/GW,国产厂商具备明显优势。迈为在 PERC 丝网印刷市占率超过 70%,有望成为 HJT 丝网印刷龙头。

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