四種光伏電(diàn)池IBC、PERC、TOPCon和(hé)HJT全解析

一、電(diàn)池技(jì)術(shù)為(wèi)什麽不斷升級

光伏行(xíng)業得(de)以高(gāo)速發展的本質是度電(diàn)成本的降低(dī)（度電(diàn)成本是指項目單位上(shàng)網電(diàn)量所發生(shēng)的綜合成本，主要包括項目的投資成本、運行(xíng)維護成本和(hé)财務費用）。關于這個(gè)問題，我們首先要了解光伏的前世今生(shēng)，光伏誕生(shēng)于1839年，這一年，貝克勒爾發現了光電(diàn)效應；65年後的1905年，愛(ài)因斯坦發表了一篇論文揭開(kāi)了光電(diàn)效應的神秘面紗；又在50年後的1954年，貝爾實驗室制(zhì)造出第一塊單晶矽光伏電(diàn)池，從此光伏從一個(gè)物理(lǐ)概念變為(wèi)一個(gè)技(jì)術(shù)産品；2004年，在全球能源問題和(hé)環保的雙重壓力下，歐美推出大(dà)量政策，刺激光伏發展，推動能源轉型，這一年被稱為(wèi)光伏産業的元年。此後，光伏行(xíng)業曆經單多(duō)晶轉型（多(duō)晶成本低(dī)，但(dàn)效率也低(dī)；單晶效率高(gāo)，但(dàn)成本也高(gāo)），兩條路線的原料都是多(duō)晶矽料，兩者區(qū)别不在原料，而在技(jì)術(shù)；之後又引入金剛線切割、雙面技(jì)術(shù)、半片技(jì)術(shù)、多(duō)主栅技(jì)術(shù)，組件尺寸逐步做(zuò)大(dà)等等技(jì)術(shù)革新，所有(yǒu)這一切本質上(shàng)均為(wèi)降低(dī)度電(diàn)成本。未來(lái)，組件尺寸已趨于極限，且逐步穩定，要進一步降低(dī)度電(diàn)成本，提升電(diàn)池效率将成為(wèi)主要途徑。P型PERC電(diàn)池經過5年發展，已逐步逼近理(lǐ)論效率極限，目前産線量産效率23%左右，理(lǐ)論極限效率24.5%，未來(lái)提升空(kōng)間(jiān)有(yǒu)限，且提升難度極大(dà)。N型TOPCon技(jì)術(shù)具有(yǒu)高(gāo)達28.7%的效率天花(huā)闆，擁有(yǒu)巨大(dà)的發展潛力，且N型TOPCon技(jì)術(shù)擁有(yǒu)低(dī)衰減、低(dī)功率溫度系數(shù)、高(gāo)雙面率、高(gāo)弱光響應能力等優良的特性，是目前各個(gè)主流廠家(jiā)重點布局的技(jì)術(shù)路線。二、行(xíng)業內(nèi)有(yǒu)哪些(xiē)技(jì)術(shù)

單晶電(diàn)池最早應用的技(jì)術(shù)叫Al-BSF（鋁背場(chǎng)技(jì)術(shù)），是2013年到2016年的技(jì)術(shù)，已于2017年被單晶PERC技(jì)術(shù)替代，PERC技(jì)術(shù)發展過程中，期間(jiān)還(hái)出現過MWT、PERL、PERT、EWT等技(jì)術(shù)，但(dàn)因PERC的規模化擠壓和(hé)性價比不高(gāo)，均未實現大(dà)規模量産。目前公認的可(kě)替代PERC的技(jì)術(shù)有(yǒu)三個(gè)，TOPCon、HJT和(hé)IBC，其中N型IBC技(jì)術(shù)因其成本較高(gāo)，現階段無法與TOPCon與HJT競争（IBC技(jì)術(shù)在未來(lái)是可(kě)以與其他技(jì)術(shù)疊加），故而目前最有(yǒu)可(kě)能替代PERC的是TOPCon與HJT技(jì)術(shù)。

N型HJT也是目前市場(chǎng)熱議的一個(gè)技(jì)術(shù)路線，但(dàn)此技(jì)術(shù)路線存在幾個(gè)問題急需行(xíng)業去解決：首先是設備成本，從PERC技(jì)術(shù)轉向TOPCon技(jì)術(shù)，電(diàn)池産線還(hái)有(yǒu)70%左右可(kě)以兼容，每GW的新增投資額在5000-7000萬左右，而HJT産線需要重新搭建，每GW投資額達3.5億以上(shàng)，現在整個(gè)光伏行(xíng)業有(yǒu)超200GW的PERC産能，轉型做(zuò)HJT後的PERC産能包袱是整個(gè)産業鏈無法接受的。其次，HJT技(jì)術(shù)需要用到200℃低(dī)溫銀漿，價格比正常銀漿更高(gāo)，且目前主要依賴日本進口。還(hái)有(yǒu)就是HJT技(jì)術(shù)需要用到金屬铟，铟的需求量将使得(de)地殼中儲量不高(gāo)的铟價格暴漲，從而推高(gāo)組件價格。TOPCon技(jì)術(shù)擁有(yǒu)着完整的可(kě)持續發展的技(jì)術(shù)路線支撐，未來(lái)的叠代升級空(kōng)間(jiān)廣闊，預計(jì)2024-2025年實現與IBC技(jì)術(shù)的結合，形成TBC技(jì)術(shù)，量産效率可(kě)達26%-28%，“十五五”期間(jiān)實現與鈣钛礦的疊層電(diàn)池量産，将量産電(diàn)池效率推高(gāo)到28%以上(shàng)。

三、四種電(diàn)池概述

1、N型IBC電(diàn)池：潛力無限

總之，IBC電(diàn)池是一種創新的電(diàn)池結構，優勢來(lái)自于全背面電(diàn)極，當然劣勢是增加了設計(jì)和(hé)制(zhì)造難度。從另一個(gè)角度看，設計(jì)和(hé)制(zhì)造難度高(gāo)，也不算(suàn)是壞事，哪家(jiā)能把工藝難度最高(gāo)的IBC做(zuò)出來(lái)，說明(míng)哪家(jiā)的技(jì)術(shù)實力最強。目前主流的幾種第三代太陽能電(diàn)池技(jì)術(shù)，除了IBC電(diàn)池外，就是Topcon電(diàn)池、HJT異質結電(diàn)池，以及更加遙遠的鈣钛礦電(diàn)池。

P型電(diàn)池制(zhì)作(zuò)工藝相對簡單，成本較低(dī)，主要是BSF電(diàn)池和(hé)PERC電(diàn)池。2015年之前，BSF電(diàn)池占據90%市場(chǎng)；2016年之後，PERC電(diàn)池接棒起跑，到2020年，PERC電(diàn)池在全球市場(chǎng)中的占比已經超過85%，且目前以雙面PERC為(wèi)主。PERC電(diàn)池與BSF（鋁背闆）******的區(qū)别就是背鈍化，這個(gè)可(kě)能有(yǒu)點抽象，先看一張PERC電(diàn)池的結構圖：

鈍化的原理(lǐ)實際上(shàng)包括兩方面：一是利用鈍化膜中産生(shēng)的原子與懸挂鍵結合，從而減少(shǎo)其對其他正負電(diàn)荷的複合作(zuò)用；二是鈍化膜也帶有(yǒu)一定電(diàn)荷，會(huì)在接觸面形成內(nèi)建電(diàn)場(chǎng)，從而形成場(chǎng)鈍化效應。鈍化的核心作(zuò)用是提高(gāo)開(kāi)路電(diàn)壓和(hé)短(duǎn)路電(diàn)流，進而提升填充因子，在進而提高(gāo)光電(diàn)轉化效率。

為(wèi)什麽要了解這些(xiē)？

其一，知道(dào)了PERC電(diàn)池的原理(lǐ)，就知道(dào)在電(diàn)池結構中哪部分是最重要的。評估PERC電(diàn)池的優劣，鈍化做(zuò)的好不好就是最重要的評價維度。

其二，知道(dào)以上(shàng)原理(lǐ)，就知道(dào)在工藝中哪個(gè)環節是最重要的，不同的電(diàn)池企業比什麽？就看關鍵工作(zuò)環節控制(zhì)的怎麽樣。從PERC電(diàn)池的核心是鈍化來(lái)看，那(nà)麽對于鈍化膜的制(zhì)作(zuò)這一步就是所有(yǒu)工藝流程中最關鍵的。

其三，知道(dào)以上(shàng)原理(lǐ)，就知道(dào)哪些(xiē)生(shēng)産設備是關鍵的，哪些(xiē)耗材是最關鍵的。PERC電(diàn)池的鈍化膜最核心，所以進行(xíng)鈍化的薄膜沉澱工藝就是最核心步驟，相應的進行(xíng)薄膜沉澱所需的PECVD設備和(hé)ALD設備就是最關鍵設備，這些(xiē)設備在前些(xiē)年一直也被卡脖子，近幾年國內(nèi)企業異軍突起，邁為(wèi)股份、捷佳偉創、理(lǐ)想萬裏晖、鈞石能源等均實現了這些(xiē)關鍵設備的突破。但(dàn)産能情況需要進一步整理(lǐ)，在目前光伏行(xíng)業整體(tǐ)快速發展的背景下，這些(xiē)設備商也具有(yǒu)一定的投資機會(huì)。

PERC電(diàn)池的工藝流程相對簡單且設備成熟，近年來(lái)，标配一些(xiē)提效工藝，如激光SE、堿抛、光注入/電(diàn)注入等。PERC技(jì)術(shù)以背面鈍化層的沉積和(hé)激光開(kāi)槽為(wèi)主，後續在此基礎上(shàng)進行(xíng)工藝改進優化時(shí)增加正面SE激光和(hé)光注入/電(diàn)注入退火(huǒ)等工藝。

2017-2021，将近五年時(shí)間(jiān)，PERC從初露鋒芒到獨樹(shù)一幟，由于P型單晶矽PERC電(diàn)池理(lǐ)論轉換效率極限為(wèi)24.5%，導緻P型PERC單晶電(diàn)池效率很(hěn)難再有(yǒu)大(dà)幅度的提升，現在已經快到極限；并且未能徹底解決以P型矽片為(wèi)基底的電(diàn)池所産生(shēng)的光衰現象，這些(xiē)因素使得(de)P型電(diàn)池時(shí)代即将面臨壽終正寝，2021年以前，都以P型矽片做(zuò)襯底，與傳統的P型單晶電(diàn)池和(hé)P型多(duō)晶電(diàn)池相比，N型電(diàn)池具有(yǒu)轉換效率高(gāo)、雙面率高(gāo)、溫度系數(shù)低(dī)、無光衰、弱光效應好、載流子壽命更長等優點，之後趨勢開(kāi)始往N型襯底來(lái)轉換。

3、N型TOPCon：技(jì)術(shù)過渡最優選擇

該結構可(kě)以阻擋少(shǎo)子空(kōng)穴複合，提升電(diàn)池開(kāi)路電(diàn)壓及短(duǎn)路電(diàn)流。超薄氧化層可(kě)以使多(duō)子電(diàn)子隧穿進入多(duō)晶矽層同時(shí)阻擋少(shǎo)子空(kōng)穴複合，超薄氧化矽和(hé)重摻雜矽薄膜良好的鈍化效果使得(de)矽片表面能帶産生(shēng)彎曲，從而形成場(chǎng)鈍化效果，電(diàn)子隧穿的幾率大(dà)幅增加，接觸電(diàn)阻下降，提升了電(diàn)池的開(kāi)路電(diàn)壓和(hé)短(duǎn)路電(diàn)流，從而提升電(diàn)池轉化效率。光伏電(diàn)池TOPCon的能量轉換效率大(dà)概在25.5%，理(lǐ)論上(shàng)極限轉換率約28.5%。

又稱HIT電(diàn)池（三洋核心專利期間(jiān)名稱），HIT電(diàn)池最早由日本三洋公司于1990年成功開(kāi)發，因HIT已被三洋注冊為(wèi)商标，因此又被稱為(wèi)HJT、HDT、或SHJ（Silicon Heterojunction），當時(shí)轉換效率可(kě)達到14.5%（4mm2的電(diàn)池），後來(lái)在三洋公司的不斷改進下，三洋HJT電(diàn)池的轉換效率于2015年已達到25.6%。2015年三洋的HJT專利保護結束，技(jì)術(shù)壁壘消除，是我國大(dà)力發展和(hé)推廣HJT技(jì)術(shù)的大(dà)好時(shí)機。HJT電(diàn)池是由晶矽材料和(hé)非晶材料形成，在晶體(tǐ)矽上(shàng)形成非晶體(tǐ)薄膜，并通(tōng)過特殊技(jì)術(shù)讓P型和(hé)N型半導體(tǐ)構成一種特殊的PN結，本身屬于N型電(diàn)池的一種，是單晶雙面電(diàn)池，具有(yǒu)工藝簡單、發電(diàn)量高(gāo)、度電(diàn)成本低(dī)的優勢，可(kě)能會(huì)成為(wèi)繼PERC電(diàn)池之後的行(xíng)業熱點。

以N型單晶矽(C-Si)為(wèi)襯底光吸收區(qū)，經過制(zhì)絨清洗後，其正面依次沉積厚度為(wèi)5-10nm的本征非晶矽薄膜(i-a-Si:H)和(hé)摻雜的P型非晶矽(P-a-Si:H),和(hé)矽襯底形成P-N異質結。矽片的背面又通(tōng)過沉積厚度為(wèi)5-10nm的i-a-Si:H和(hé)摻雜的N型非晶矽(n-a-Si:H)形成背表面場(chǎng)，雙面沉積的透明(míng)導電(diàn)氧化物薄膜(TCO)，最後通(tōng)過絲網印刷在兩側的頂層形成金屬基電(diàn)極，即為(wèi)異質結電(diàn)池的典型結構。

我國前三大(dà)光伏電(diàn)池片廠商分别為(wèi)愛(ài)旭股份、通(tōng)威股份和(hé)隆基綠能，2021年合計(jì)市占率達36.5%。其中，通(tōng)威股份在HJT電(diàn)池方面是絕對龍頭，國內(nèi)市占率在20%以上(shàng)。

光伏的核心指标是效率，最終目标一定時(shí)平價上(shàng)網，即光伏發電(diàn)的成本要低(dī)于火(huǒ)電(diàn)等傳統能源。我們也可(kě)以說，光伏的生(shēng)命就在于更高(gāo)的效率（光能轉換成電(diàn)能的效率），更低(dī)的價格（制(zhì)造成本的價格，使用的價格）。

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