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PERC扩产尚未叫停 HJT号角已然吹起

光伏电池组件  来源:​ 光伏领跑者创新论坛    2020/2/11 10:28:29  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:电池片环节技术路线较多,根据硅片种类可以分为单晶电池和多晶电池,多晶技术路线主要向黑硅多晶、铸锭单晶路线发展;单晶根据衬底掺杂元素不同分为P型电池和N型电池。P型硅片制作工艺简单,成本较低,是目前单晶电池主流产品;N型硅片通常少子寿命较长,电池效率可以更高,但是工艺更加复杂。

(来源:微信公众号“光伏领跑者创新论坛” ID:PV_top-runner_forum)

◆ 在纯硅上先掺杂硼(最外层含有3个电子),可以得到P型硅,在P型硅上面扩散磷元素,形成n+/p型结构的太阳电池即为P型硅片。

◆ 在纯硅上先掺杂磷(最外层含有5个电子),可以得到N型硅,向N型硅其注入硼元素,形成p+/n型结构的太阳电池即为N型硅片。

传统单晶和多晶电池主要技术路线为铝背场技术(Al-BSF),P型单晶的新型技术包括PERC路线,N型单晶的新型技术路线包括PERT(可以进一步升级为TOPCON)、HJT、IBC等路线。

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电池片技术创新的主要动力是追求更高的转换效率。我们认为,未来P型高效电池技术发展路线为:Al-BSF——>PERC单面——>PERC双面。N型高效电池技术发展路线为:PERT——>TOPCON;HJT——>HBC;IBC——>HBC/TBC。其中,PERC、PERT、HJT几种新型技术与传统的Al-BSF生产流程类似,属于渐进式创新,而IBC技术制作流程差别较大,属于革命性创新。

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光伏电池技术路线众多,最具有市场影响力的主要是铝背场电池、PERC电池和下一代技术HJT电池。

2015年之前,铝背场电池是最主流的电池,市占率超过90%。

2015-2019年,随着金刚线切割降低单晶成本,以及转换效率优势,PERC电池快速崛起。

2020年,平价上网节点临近,转换效率更高的HJT电池有望加速进入导入期。

(1)Al-BSF电池

Al-BSF(常规铝背场电池)指在PN结制备完成后,在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层的光伏电池。铝背场的作用有:1)表面钝化,降低背表面复合速率;2)作为背反射器,增加光程,提高短路电流;3)作为电极输出端。

Al-BSF电池片生产工艺包括制绒清洗、扩散制结、刻蚀、制备减反射膜、印刷电极、烧结及自动分选七道工序,各道工序采用自动化程度较高的生产设备。除此之外,晶体硅太阳能电池生产过程中还涉及其他非关键的自动化等设备,如自动化装卸片机和自动化上下片机、硅片清洗设备等。

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Al-BSF光伏电池片制造环节需要用到六大设备,这些设备均有国内供应商。其中,捷佳伟创是电池片设备商龙头(核心产品包括制绒清洗设备、扩散设备和管式PECVD),迈为股份是丝网印刷设备龙头,罗伯特科是自动化设备的领先企业。

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(2)PERC电池

Al-BSF(常规铝背场电池)铝背层的红外辐射光只有60-70%能被反射,产生较多光电损失,因此在光电转换效率方面具有先天的局限性。PERC技术通过在电池背面附上介质钝化叠层(Al2O3+SiNx),产生更多反射光增加额外电流,可以较大程度减少这种光电损失。

PERC,即发射极钝化和背面接触(Passivated emitter and rear contact),利用特殊材料在电池片背面形成钝化层作为背反射器,增加长波光的吸收,同时增大P-N极间的电势差,降低电子复合,提高效率。PERC不仅可以做成单面,还可以做成双面电池。

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PERC工艺主要在常规电池生产工艺中增加了两道额外工序,一是沉积背面钝化叠层(增强背面钝化反射能力),二是背面钝化层激光开槽(打通钝化叠层形成电学通路)。PERC电池不需要另开生产线,在常规电池生产流程中增加两道工序即可完成升级,需要增加的设备是背部钝化设备(PECVD)和激光开槽设备。近几年,PERC产能快速扩张过程中,PECVD和激光开槽设备业绩弹性最大。PERC设备基本国产化,PECVD主要由捷佳伟创、北方华创、丰盛装备等公司供应,激光开槽设备主要由帝尔激光等公司供应。

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据统计,2017-2019年全球PERC新增产能分别为20GW、40GW、59GW。据PV Infolink统计,2020年国内PERC还将有约40GW的PERC扩产。PERC电池设备供应商依然有不错的订单支撑。

国内设备厂商积极布局

HJT(异质结)电池是N型电池,是一种利用晶体硅(c-Si)和非晶体硅(α-Si)薄膜制成的光伏电池。Al-BSF和PERC采用P型硅制造,普遍存在光致衰减(LID,指组件首次暴露在光照下后功率损失的百分比)现象,主要是硼氧复合引起。其次,由于PERC电池中常用的掺杂水平较高,因此采用PERC技术后,LID的负面效应会增加。N型电池不存在LID现象,同等掺杂情况下,N型电池光电转换效率高于P型电池。随着市场对光电转换效率重视度的提升,N型电池有望成为未来趋势。HJT有望成为下一代N型电池的主流。

HJT电池工艺比PERC和PERT简单,主要流程包括制绒清洗、生长非晶硅薄膜、双面镀TCO(透明导电薄膜)、丝网印刷、烧结。

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HJT电池技优势包括:1)光电转换效率更高。PERC电池转换效率为22%-23%,HJT电池量产效率已经达到23%-24%,理论效率更是高达27%。

2)工艺流程短。相比PERC电池7步的核心工艺,HJT电池核心工艺仅有4步。

3)衰减性低。首先HJT采用N型电池,不存在LID现象;其次HJT电池表面沉积TCO薄膜,没有绝缘层,因此无表面带电机会,因此不存在PID(电势诱导衰减)效应。

4)双面率更高。HJT电池双面率可以达到90%以上,PERC一般为75%。60版型电池组件有效功率比PERC多出10W。

HJT电池凭借非常高的转换效率等优势,被市场给予厚望,但目前HJT电池生产设备价格昂贵,投资成本高,降低成本是首要任务。目前1GW的HJT电池设备造价8-10亿元,远高于PERC单GW约3亿元的设备投资。综合来看,我们认为HJT电池具备转换效率高、工艺流程短、衰减性低等优势,有望成为下一代主流电池,建议关注具备竞争优势的HJT电池设备供应商。

HJT电池具有四大核心工艺依赖四类主要设备:

  • 制绒清洗设备和PERC电池设备略有差别,HJT清洗设备兼容双氧水和臭氧,其中进口设备商包括YAC、新格拉斯和Rena,国产设备商捷佳伟创研发的设备正在验证。

  • 非晶硅镀膜工艺可以采用Cat-CVD和PECVD两种设备,其中Cat-CVD主要由日本爱发科提供,PECVD海外供应商包括应用材料和梅耶博格,国内供应商主要是理想万里晖,迈为股份设备正在通威合肥公司验证,捷佳伟创仍处于研发期。

    TCO镀膜工艺可以选用PVD和RPD两类设备。RPD专利归属于日本住友,授权给台湾精曜和捷佳伟创,RPD效率更高,但是价格更贵,同时材料主要依赖进口。相比而言,PVD在产能、价格、稳定性等方面优于RPD,被更多厂商采纳。PVD海外设备供应商主要是冯阿登纳和新格拉斯,国产设备商包括上方电子、宏大真空。

    HJT电池丝网印刷工艺和PERC电池略有差别,其中印刷工艺相似,后道的烘干/烧结工艺有差别。主要是因为PERC电池使用的是高温银浆,而HJT电池使用低温银浆。迈为股份已经研发出HJT电池丝网印刷设备,正在通威股份产线上验证,捷佳伟创处于研发阶段。

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    2020年是HJT电池大规模扩产的元年,国内多家厂商将投建大规模量产线。我们假设2020-2023年HJT新建产能分别为10GW、40GW、60GW、80GW,每GW投资分别为7亿元、5亿元、4亿元、3.5亿元,则2020-2023年HJT设备市场规模分别为70亿元、200亿元、240亿元、280亿元,4年的市场空间接近800亿元。

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从光伏电池行业来讲,2015年之前,铝背场电池是最主流的电池;2015-2019年,PERC电池快速崛起。2017-2019年全球PERC新增产能分别为20GW、40GW、59GW,预计2020年还将有40GW的扩张,扩张周期尚未结束,相关设备商继续受益。相较于PERC电池,HJT电池(异质结电池)转换效率更高、衰减性更低、工艺流程更短,但此前一直受限于设备成本过高。随着国产设备陆续成熟,设备降本迅速,2020年HJT电池有望加速进入导入期。

HJT电池分为四道工艺,制绒清洗、非晶硅镀膜、TCO镀膜和丝网印刷。丝网印刷是生产光伏电池片最后一道工序,通常包括丝网印刷、烧结和分选三道工序,分别需要用到丝网印刷机、烧结炉和太阳模拟器三类设备。公司核心产品为丝网印刷机,既可以单机销售,也可以配合烧结炉、太阳模拟器做成整线设备统一销售。

丝网印刷:制作太阳能电池的一种方法,使银浆透过已制好栅线图形的网膜漏印在已扩散过程过的硅片上形成上、下电极,加热后使浆料中有机溶剂挥发,形成太阳能电池电极。

烧结:固态分子间存在相互吸引,通过加热使质点获得足够的能量进行迁移,使粉末体产生颗粒黏结,产生强度并导致致密化和再结晶过程。

太阳模拟:模拟太阳光谱和辐照度的一种光源设备,通常用做测试光伏电池电性能的光源。

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我国光伏设备制造业起步较晚,早期丝网印刷设备主要通过进口,以Baccini为首外国厂商一度占据垄断地位。2014年以后,国产单通道的丝网印刷机开始成熟;以迈为为主的国内设备制造厂商研发的二次印刷设备目前也已经达到国际领先水平,并填补了国产设备在二次印刷领域的空白。部分节选自评安机械PAJX

原标题:PERC扩产尚未叫停, HJT号角已然吹起

投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
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