(1)光伏電池片行業(yè)規(guī)模情況
2012年至2022年,全球光伏電池片產(chǎn)量持續(xù)增長,由38GW增長至330GW,其中中國光伏電池片產(chǎn)量由 21GW 增長至 318GW,全球光伏電池片產(chǎn)量增長的主要來自于中國。
2012 年至 2022 年,我國光伏電池片產(chǎn)量逐年上升,復(fù)合增長率達(dá) 31.23%,我國光伏電池片生產(chǎn)規(guī)模自 2007 年開始已連續(xù) 16 年居全球首位。
(2)光伏電池片行業(yè)發(fā)展階段
降本增效是推動光伏行業(yè)不斷發(fā)展的內(nèi)在牽引動力,隨著光伏各個產(chǎn)業(yè)鏈的日趨成熟,光伏電池片作為光電轉(zhuǎn)換效率的決定性影響因素,是現(xiàn)階段光伏產(chǎn)業(yè)鏈最核心的技術(shù)變革領(lǐng)域。光伏電池片技術(shù)的技術(shù)迭代與光伏設(shè)備的技術(shù)演進(jìn)以及應(yīng)用相互推動和成就,共同推動光伏電池片生產(chǎn)的降本增效。
①光伏電池片技術(shù)發(fā)展和迭代情況
從光伏電池片的技術(shù)發(fā)展和迭代來看,整體可分為四個階段:
第一個階段是 2015 年以前,光伏電池片市場主要采取多晶 Al-BSF 技術(shù),單晶 PERC 電池片處于技術(shù)驗證階段,以試驗產(chǎn)能為主,增長迅速但總量較小,隨著單晶 PERC 電池片技術(shù)逐漸成熟,其商業(yè)化的可行性得到確認(rèn);
第二階段是 2015-2017 年,單晶 PERC 電池片投資吸引力凸顯,國內(nèi)廠商開始加碼 PERC 電池片生產(chǎn),但從整個光伏電池片市場發(fā)展過程來看,多晶 Al-BSF技術(shù)此階段仍占據(jù)著市場主要份額;
第三階段是 2018-2021 年,PERC 電池片產(chǎn)能實現(xiàn)爆發(fā)式增長,根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù),2019 年至 2021 年的新建量產(chǎn)產(chǎn)線以 PERC 電池片產(chǎn)線為主,PERC 電池片在 2021 年的市場份額超過 90%;在這個階段內(nèi),主流電池片廠商的設(shè)備廠商開始逐步布局 TOPCon、XBC 及 HJT 等新型高效光伏電池片技術(shù),并共同推動產(chǎn)業(yè)化落地;
第四階段是 2022 年至今,隨著 PERC 電池片轉(zhuǎn)換效率接近理論極限值,以TOPCon、XBC、HJT 為代表的轉(zhuǎn)換效率更高的新型高效電池片技術(shù)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。從實際落地的情況來看,TOPCon、XBC 在突破設(shè)備、工藝、材料等瓶頸后,技術(shù)日趨成熟并實現(xiàn)成本和性能的平衡,率先完成量產(chǎn);相較于 TOPCon和 XBC,目前主流廠商在 HJT 領(lǐng)域產(chǎn)能布局尚不廣泛,HJT 電池片投產(chǎn)和量產(chǎn)規(guī)模仍較小。
②具有多方面優(yōu)勢的 N 型光伏電池片技術(shù)已日趨成熟
光伏電池片的生產(chǎn)是以硅片為基礎(chǔ)材料,通過擴散摻雜元素、多層鍍膜等多步驟處理后,形成基本發(fā)電單元的過程。其中,以 P 型硅片作為襯底通過磷元素擴散或摻雜最終制作出的電池片為 P 型電池片,代表性是基于 PERC 技術(shù)產(chǎn)品;以N型硅片作為襯底通過硼元素擴散或摻雜最終制作出的電池片為N型電池片,具有代表性的為 N 型 TOPCon、N 型 IBC、N 型 HJT 等新型高效光伏電池片。N型電池片相較于 P 型電池片具有較為顯著的優(yōu)勢:
A、高轉(zhuǎn)換效率:N 型電池片的少數(shù)載流子壽命顯著高于 P 型電池,能夠極大提升電池的開路電壓和短路電流,帶來更高電池轉(zhuǎn)化效率,如 N 型 TOPCon的轉(zhuǎn)換效率理論可達(dá) 28.7%,顯著高于 PERC 的 24.5%;
B、低衰減率:N 型電池片襯底硅片主要摻入磷元素,在材料中不會形成硼氧原子對(導(dǎo)致 P 型電池光致衰減的主要因素),因而 N 型電池片的初始光誘導(dǎo)衰減幾乎為零,整體衰減率較低;
C、弱光效應(yīng)好:N 型電池片弱光條件下光譜響應(yīng)好,提升早晚等弱光情況下的發(fā)電能力;
D、高雙面率:雙面率高達(dá) 85%以上,有效提升發(fā)電增益;
E、低溫度系數(shù):傳統(tǒng) P 型電池片溫度每升高一度,輸出功率就降低0.4%~0.5%,而 N 型電池溫片度系數(shù)僅有前者一半左右,發(fā)電量顯著高于 P 型電池片。
從光伏電池片技術(shù)降本增效的發(fā)展目標(biāo)和趨勢來看,在解決了生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)攻關(guān)、生產(chǎn)工藝提升、成本優(yōu)化等關(guān)鍵問題后,TOPCon 和 XBC 兩種技術(shù)路線下的 N 型電池片已實現(xiàn)落地量產(chǎn),其中已量產(chǎn) TOPCon 的代表性主流廠商包括晶科能源、鈞達(dá)股份、中來股份等,已量產(chǎn)或投產(chǎn) XBC 的廠商為愛旭股份及隆基綠能。
(3)光伏電池片行業(yè)發(fā)展趨勢
①各類電池市場份額情況
從各類電池的市場占有率看,2019 年 PERC 電池片技術(shù)超過 BSF 電池,占據(jù)了超過 65%的市場份額,2020 年,PERC 電池片市場占比達(dá)到 86.4%,2021年進(jìn)一步提升至 91.2%。
根據(jù) CPIA 預(yù)測情況來看,以 TOPCon、XBC 以及 HJT 為代表的新型高效光伏電池片從 2022 年將處于快速發(fā)展階段,市場份額不斷擴大,PERC 的市場占比則不斷下降。
②PERC 電池片技術(shù)面臨轉(zhuǎn)換效率理論極限值
PERC 技術(shù)背面鈍化工藝是在硅片背面沉積 Al2O3和 SiNx,Al2O3由于具備較高的負(fù)電荷密度,可以提供良好的場鈍化,SiNx主要作用是保護(hù)背部鈍化膜,保證電池正面的光學(xué)性能,并釋放氫原子提升界面鈍化效果。背面鈍化可實現(xiàn)兩點價值,一是顯著降低背表面少數(shù)載流子的復(fù)合速度,從而提高少子的壽命,增加電池開路電壓;二是在背表面形成良好的內(nèi)反射機制,增加光吸收的幾率,減少光損失,提高短路電流。
根據(jù) CPIA 數(shù)據(jù)顯示,PERC 電池的理論極限值為 24.5%,現(xiàn)有的主流 PERC技術(shù)量產(chǎn)發(fā)電效率面臨理論極限,因此以 TOPCon、XBC 為代表的轉(zhuǎn)換效率更高的新電池片技術(shù)在突破設(shè)備、工藝、材料等瓶頸后逐步開始規(guī)模化應(yīng)用,可以預(yù)期未來 PERC 的資本化開支將會顯著下降。
③TOPCon 和 XBC 是已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)的 N 型光伏電池片技術(shù)
新型高效電池片技術(shù)主要包括 TOPCon、XBC 和 HJT 三種,其中 TOPCon、XBC 因技術(shù)成熟、成本和性能可平衡,已率先量產(chǎn);相較于 TOPCon 和 XBC,目前主流廠商在 HJT 領(lǐng)域產(chǎn)能布局尚不廣泛,HJT 電池片投產(chǎn)和量產(chǎn)規(guī)模仍較小。相關(guān)情況如下:
A、TOPCon
TOPCon 是一種基于選擇性載流子傳輸原理的隧穿氧化鈍化接觸電池片技術(shù),相較于 PERC,其在電池的背面采用了鈍化接觸技術(shù),結(jié)構(gòu)包括隧穿氧化和摻雜多晶硅層,二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu),為電池的背面,尤其是金屬接觸區(qū)域提供了優(yōu)異的表面鈍化,從而提升轉(zhuǎn)換效率。
最近幾年,經(jīng)過行業(yè)內(nèi)主流企業(yè)持續(xù)的產(chǎn)業(yè)化探索,憑借成本和性能的有效平衡,TOPCon 在設(shè)備端、材料端以及生產(chǎn)端均已達(dá)到較為成熟的階段,在新型高效光伏電池片中率先完成量產(chǎn),量產(chǎn)效率已突破 25%。
根據(jù)上市公司公開披露的定期報告、投資者交流紀(jì)要等相關(guān)公開信息,截至 2023 年 5 月末,主流代表廠商方面,晶科能源一期 16GW TOPCon 已達(dá)到滿產(chǎn)狀態(tài),二期累計 19 GW 的TOPCon 中 8GW 已經(jīng)滿產(chǎn),剩余部分均已投產(chǎn);中來股份已完成 7.6GW TOPCon的產(chǎn)線建設(shè),待建 12 GW;鈞達(dá)股份 18GW TOPCon 已達(dá)滿產(chǎn),待投產(chǎn) 26GW;隆基綠能和林洋能源已分別公開投資建設(shè) 30GW TOPCon及 20GW TOPCon 的計劃。后續(xù),隨著技術(shù)及配套設(shè)備的不斷成熟,預(yù)期 TOPCon 領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀鄡?yōu)質(zhì)參與者。
B、XBC
XBC 電池最大的特點是 PN 結(jié)和金屬接觸都處于電池的背面,正面沒有金屬電極遮擋的影響,因此具有更高的短路電流,同時背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯(lián)電阻從而提高填充因子,加上電池前表面場以及良好鈍化作用帶來的開路電壓增益,使得這種正面無遮擋的電池?fù)碛辛烁咿D(zhuǎn)換效率。
鑒于 XBC 電池在外觀(表面無柵線)、發(fā)電增益等方面具有競爭優(yōu)勢,適用于對價格接受度更高的中高端分布式市場和 BIPV 市場。隆基綠能和愛旭股份分別推出 HPBC 電池片以及 ABC 電池片,截至 2023 年 5 月末,隆基綠能兩個基地累計投產(chǎn)33GW;愛旭股份已投產(chǎn)6.5GW,并于2023年4月新增投資3.5GW,累計達(dá) 10GW。
C、HJT
根據(jù) CPIA 的相關(guān)報告,HJT 電池片中同時存在晶體和非晶體級別的硅,非晶硅的存在能夠更好地實現(xiàn)鈍化。HJT 電池的制備工藝步驟簡單,且工藝溫度較低,可避免高溫工藝對硅片的損傷,并有效降低碳排放,但是工藝難度大。相較于 TOPCon 和 XBC,目前主流廠商在 HJT 領(lǐng)域產(chǎn)能布局尚不廣泛,HJT電池片投產(chǎn)和量產(chǎn)規(guī)模仍較小。