深度报告 | 太阳能电池、组件技术升级百花齐放 光伏设备需求景气延续

TOPCon采用超薄氧化硅隧道层和掺杂多晶硅形成的隧道结来钝化晶体硅表面，1-2nm 的超薄隧穿氧化层具有很好 的选择性，可使多数载流子隧穿进入多晶硅层，并阻止少数载流子复合，提高开路电压并有效降低电阻损失，具有 较好的钝化效果。多子在掺杂多晶硅层的横向传输中被金属收集，电流损失微乎其微。TOPCon 电池结构无需背面 开孔和对准，极大地简化了电池生产工艺，相较于 PERC 电池，TOPCon 仅需增加氧化硅及多晶硅叠层钝化、绕镀 清洗工序，同时将扩磷改为扩硼，便可与当前的量产工艺兼容。值得注意的是，TOPCon 技术不仅可以在 N 型衬底 上应用，在 P 型硅片衬底上也可实现良好应用。

Fraunhofer ISE TOPCon 电池实验室研发效率可达 25.8%±0.5%的水平，目前工业领域量产效率能够达到接近 23%~23.5%的水平。LG、REC、中来、天合、林洋、阿特斯、晶科、国电投、中利腾晖等多家厂商均拥有 TOPCon 电池技术储备，并实现了较高的研发或量产转换效率。

相比其他技术路线的电池，HIT 电池优势在于：1）具有天然的双面对称结构，双面受光，双面率高于 90%；2）相 比其他工艺流程更加简洁，仅为 4 步；3）高开路电压，有利于获得较高的光电转换效率；4）无 LID 和 PID 效应， HIT 电池采用 N 型硅片作为衬底，从根本上避免了由于硼氧复合因子带来的光致衰减现象；5）低温制造工艺（低于 200℃），可降低制造流程中的能耗及对硅片的热损伤；6）温度系数低，在高温及低温环境下均具备较好的温度特 性。以 N 型硅片为衬底，经过制绒清洗后，在正面依次沉积 5-10nm 本征非晶硅薄膜和掺杂 P 型非晶硅薄膜，与硅衬底形成异质结，背面通过沉积 5-10nm 的本征非晶硅薄膜和掺杂 N 型非晶硅薄膜形成背表面场。在掺杂非晶硅薄 膜表面沉积 TCO 透明导电氧化物薄膜，最后在正背表面印刷金属集电极。

HIT 电池理论效率可达 27%以上，目前实验室最高效率 26.63%由日本 Kaneka 创造，现有产线平均量产效率基本在 23%以上，相比于 PERC 约有 1%的提升。国内异质结产线基本处在评估或中试阶段，已建产能规模较小，尚未实现 大规模发展。目前，钧石、汉能、晋能、中智等国内异质结产线平均效率已站上 23%~23.5%区间，预计随着工艺的 进一步优化，效率可提升至 24%及以上水平，可进一步拉开与 PERC 的效率差距。

IBC 电池（交叉指式背接触太阳能电池）：IBC 电池以 N 型硅为衬底，PN 结和金属接触均位于背表面，成叉指状 排列，避免了金属栅线电极对光线的遮挡，前背表面均采用氧化硅/氮化硅叠层作为钝化层，结合前表面金字塔绒面 结构能够减少光学损失，最大程度地利用入射光，具有更高的短路电流。在正面无栅线遮光和金属接触的条件下， 可对表面钝化及陷光结构进行最优化设计，降低前表面复合速率。背表面采用扩散法形成 p+和 n+交错间隔的交叉式 电极接触高掺杂区，通过在钝化膜上开孔，实现金属电极与发射区的点接触连接，降低载流子的背表面复合速率。 由于采用背接触结构，串联电阻低于传统电池，具有较高的填充因子。此外，IBC 电池外形美观，具有较好的商业 化前景。缺点在于背表面需要多次掩模和光刻技术，工艺步骤多且复杂，结构设计难度大。

黄河水电、中来光电、天合光能已在 IBC 领域积极布局，其中黄河水电 IBC 产品于 2019 年 10 月正式下线，12 月量产电池平均转换效率达到 23%，并与意大利 FuturaSun 签订 50MW IBC 组件出口合同。

3、展望：短期 PERC 为扩产主力，N 型技术星星之火产业化前景可期

从产业发展规律看，一种电池技术若要成为有竞争力的主流技术，需要能够达到降低 LCOE 的目标，即降低成本的 同时提升发电效率。太阳能电池转换效率损失的主要原因包括载流子损失、欧姆损失和光学损失，改善的途径主要 有：减少反射损失，如：采用减反膜、采用凹凸结构；表面钝化技术；减少投射损失；设计 p-i-n 结构；采用纳米结 构；增加导电通路，减少遮光损失等方式。从成本角度看，电池片成本的下降来源于原材料成本降低、设备效率提 升和成本下降、工艺成本降低以及电池转换效率的提高。

1）PERC 电池：

“PERC+”打开转换效率优化空间：太阳能光伏电池已步入“PERC+”时代，SE、MWT、双面以及各类镀膜技术的引入（P-TOPCon），使得“PERC+电池”在终端降本提效的趋势下依然保持着生命力。产业界研究及实践经验表 明，通过提升硅片性能、改善背面钝化层（如：调整与钝化层匹配的热处理工艺、优化背面钝化层减少表面缺陷态 密度、P 区超薄氧化硅钝化层制备及遂穿控制、P 区非晶硅或多晶硅层制备等）、优化反射膜层、改善正面钝化层、 优化发射极、采用先进的金属化方案（MBB 优化设计、浆料升级、印刷方式革新）等方式，“PERC+电池”转换效 率仍有进一步提升空间。据隆基股份预测，未来 PERC 电池转换效率有望实现从 22.92%向 24%以上的提升。

210 硅片摊薄电池端非硅成本，深挖 PERC 成本下降潜力：硅片尺寸扩大可摊薄电池端非硅成本，使得电池片单瓦 成本进一步下降。以 G12 为例，面积相比 M2 增加 80.5%，设备投资成本降低 30%，意味着单瓦折旧成本有望降低 60%左右，可有效摊薄非硅成本，进一步提升 PERC 电池性价比。

2）TOPCon：

TOPCon 电池已实现 GW 级量产，部分主流厂商规划尝试 TOPCon 量产可行性。相比 PERC，TOPCon 电池生产工 艺的改变主要在于：增加了隧穿氧化物沉积、多晶硅沉积、硼扩工序，同时需增加湿法刻蚀步骤来应对非晶硅的绕 镀问题。理论上，TOPCon 技术仅需在现有产线基础上增加薄膜沉积设备、硼扩散炉和湿法刻蚀设备即可实现产线 升级。目前 LG、天合光能、REC、中来已实现 TOPCon 量产，其中中来拥有 2.4GW 产能。

TOPCon 各环节工艺及国产设备发展已较为成熟：

隧穿氧化物的制备：主要以热氧工艺为主，基本可集成在 LPCVD 机台中实现；

多晶硅沉积：可分为两种方式，一种是先进行非晶硅层生长，而后通过扩散炉晶化并通入磷源进行掺杂，另一 种是通入磷源实现原位掺杂，而后退火晶化。实际工业生产中，非晶硅沉积主要利用 LPCVD 设备实现，缺点 在于沉积过程中存在绕镀现象。

湿法刻蚀：由于非晶硅沉积存在绕镀，实际量产中采用湿法刻蚀工艺对绕镀的非晶硅进行刻蚀。

硼扩是 TOPCon 生产的另一关键点，用于在 N 型硅片上形成发射极：相比于磷扩散炉，硼扩散炉需要做更多的 改进和优化，硼扩所需温度高，周期长使得产能较低，同时对扩散均匀性的控制难度加大。在前驱体的选择上， Tempress 和 Centrotherm 主要采用三溴化硼，由此产生的硼硅玻璃易使石英件粘黏，减少设备的正常运行时间， 通过减少前驱体的消耗量可以得到较好的解决。Semco、拉普拉斯将气体形式的三氯化硼作为前驱体，产生的 BSG 更易去除，可降低设备的运营成本和维护成本，但容易形成腐蚀性和安全问题。目前硼扩散技术已经较为成熟，SEMCO 、CT、捷佳伟创、Tempress、拉普拉斯均可提供低压扩散炉。

薄膜沉积设备逐步突破，提效降本前景可期：在 TOPCon 电池制造工艺中，LPCVD 技术被大量应用于非晶硅沉积的 量产实践中。目前用于 TOPCon 技术的 LPCVD 设备均可以同时生长隧穿氧化物和多晶硅薄膜且不破坏真空，同时 还可以实现多晶硅掺杂，缺点在于沉积过程会产生绕镀，主要生产厂家包括 Centrotherm、捷佳伟创、SEMCO 和 Tempress。新设备进展方面，近期微导研发的全球首台适用于 TOPCon 技术的 ALD 设备正式进入量产阶段，产品 已交客户使用。据公司官方微信显示，该镀膜平台（祝融系列）兼容 PERC 与 TOPCon 两种工艺，在原有 PERC 工 艺上新增一台祝融平台、清洗机以及硼扩设备，即可完成 TOPCon 电池正面氧化铝/氮化硅、背面隧穿氧化层/多晶硅 与氮化硅的钝化，相比于传统 LPCVD 设备沉积技术，可大幅改善 N 型电池正面多晶硅绕镀面积与掺杂多晶硅镀膜 速率降低的影响, 且掺杂钝化效果优于传统磷扩散工艺，具备综合的正背面钝化能力。我们预计，随着设备性能的 优化，TOPCon 技术成本仍有下降潜力。

TOPCon 工业量产效率再提升，或提振下游尝试积极性，建议关注后续产业化进展：TOPCon 大规模推广的难点在 于：1）主流量产转换效率绝对值较 PERC 高出 1%，但成本较高，性价比优势尚不明显；2）技术路线多样，电池厂 商对于技术路线的选择尚处于观望状态。当前 TOPCon 量产方面已发生一些积极变化：其一，中来 TOPCon 电池量 产效率于今年 3 月突破 23.5%，研发效率方面，宁波材料实验室针对 PECVD 工艺路线开发出了效率 24.27%的 N 型 TOPCon 电池；其二，关键的薄膜沉积国产设备效率取得进一步进展，据 PV Infolink 统计，TOPCon 单 GW 投资在 3~3.5 亿元左右，我们预计随着设备效率提升和价格下降，单 GW 投资金额降低至 3 亿元以下是可以期待的；其三， MBB 技术和无主栅技术的使用有望减少银浆耗量，TOPCon 电池由于需要在两面使用银浆，双面银浆耗量约为 130~150mg/片，相比于 PERC（银浆耗量约 85mg/片）成本劣势比较明显。中来已实现 GW 级以上的量产，经验数 据得以积累，量产效率进一步提升，新的产线已开始建设，或对 TOPCon 未来确定最优技术路线、进一步降本起到 示范作用。我们认为，TOPCon 与现有 PERC 产线兼容性高，若未来技术性价比提升超越 PERC，则有望激发现有产 线改造需求，延长现有产线生命周期，建议积极关注后续产业化进展。

3）HJT 电池：

HIT 工艺步骤简单，仅有制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、透明导电膜制备和丝网印刷四步，通威、晋能、钧石、中智、 国电投等厂商建立了 MW 级试验线积极探索 HJT 大规模量产途径，经过近年来的工艺实践，HIT 降本路径已逐步 清晰，降本挖潜空间巨大。

制绒清洗环节，双氧水+臭氧工艺效果更佳，有望成为主流路线：HIT 电池非晶硅/晶硅界面钝化质量高，对硅片品 质和表面清洁度、金字塔形貌控制提出更高要求，大尺寸绒面可以提升钝化效果，增加绒面反射率，需要精确优化 和控制绒面尺寸以最大化电池效率，因此 HIT 对清洗工艺要求也更为严格。针对异质结工艺的硅片清洗主要是 RCA 和臭氧清洗两种，RCA 工艺中所使用的氨水和过氧化氢具有较强的挥发性，在 SC1 和 SC2 工序超过 60℃的温度下 会带来较大的消耗，因而清洗成本更高。臭氧清洗工艺使用臭氧和氢氟酸溶液代替氨水、过氧化氢和硝酸，生产过 程更加环保，且对有机杂质和金属杂质的去除效果更好。此外，臭氧/氢氟酸可实现各向同性的轻微刻蚀，有效地去 除富含晶体缺陷的区域，从而提高界面钝化效果。从目前 HIT 实际生产情况看，双氧水+臭氧工艺清洗效果稳定， 单片清洗成本可降至 0.22~0.3 元，仅为双氧水+氨氮工艺成本的一半左右，而纯臭氧工艺量产厂家还相对较少，但纯 臭氧工艺能够减少过氧化氢的使用，若能克服现有工艺缺点，则能够进一步降低化学品耗量。