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电池片技术哪家强?谁是主流谁是王?

张悦盈 光伏资讯 2023-09-25


光伏资讯 | PV-info


降本增效一直是光伏大佬们追梦的动力,没有人不愿意用物美价廉还能高效发电赚钱的光伏设备。在先有硅料后有电池片的情况下,硅料企业就成了电池片企业的“丈母娘”。

追男隔层纱,追女隔层妈。电池片光电转换效率是体现晶体硅太阳能发电系统技术水平的关键指标,“彩礼”成本难降,要想将占据光伏组件成本六成的电池片“娶回家”孕育优良光伏基因,追求者企业必须拥有一“技”之长。

我们为大家整理了一张“2022年中国光伏电池片技术竞争现状”关系图。

企业名称位置具有一定的含意,欢迎意会,欢迎言传。

根据原材料和电池制备技术来划分,光伏电池可分为硅料中掺杂硼元素的P型电池和掺杂磷元素的N型电池。由于光伏电池中传统的PERCP型单晶电池已经接近其效率的天花板,而N型电池中,实现小规模量产的电池片技术路线主要是TOPCon、HJT和IBC三种,所以在制表过程中,我们选择了HJT、TOPcon、IBC和钙钛矿四种技术路线,另外补充了电池片“独立团”中润、润阳和钧达;佛系玩家隆基;摆烂玩家协鑫、阿特斯、中环/环晟以及卖铲铲的金辰、迈为、先导、捷佳。

电池片技术目前以TOPCon与HJT两条路线为主导,现处于大规模商业化的前期阶段,是被大众十分看好的种子选手。在转换效率上,HJT和TOPCon极限效率分别为27.5%、28.7%。如若转化效率远超P型电池,那么其经济效益自然是令人十分兴奋的!为追求更高效的电池,部分企业选择自主研发XBC、押宝钙钛矿,本图我们选择了爱旭的IBC。若先行者们能实现HJT叠加IBC和钙钛矿,其转换效率可进一步提升至30%!

前超古人,后追来者,电池片技术的竞争现状是复杂的。鸡蛋不能放在一个篮子里,为引起不必要的误会,我们在此声明:企业分布在各个篮子里的“鸡蛋”,本文挑“大个儿”讲述,并不代表该企业不涉及其他电池片技术路线。

 争夺继承权的TOPCon 

TOPcon技术概念最早由德国 Frauhofer 研究所于 2013 年提出。TOPCon产线可由Perc产线直接改进而来,用原设备加工的转换成本低,还效率高、放量早,把已有大量Perc产线的企业深深吸引。p型PERC之后,n型TOPCon是一种更适合大规模生产的技术路线。相关数据显示,截至2022年6月中旬,国内已建成的TOPCon产能为30.55GW,在建/待建产能为178.8GW。

2022年被认为是N型元年,因此有了TOPcon与HJT之争,虽说一些企业声称全技术布局,不玩点“刺激”的,却纷纷最先推出了TOPcon产品。今年上半年,晶科、天合和晶澳纷纷选择了TOPCon技术路线规模化量产。

TOPCon电池凭借效率与成本优势,国内龙头布局明显加速。

目前晶科TOPCon电池良率接近99%,几乎与Perc组件良率持平;多次打破TOPCon电池转换效率纪录,出货、产能规模均处领先状态。2022年4月,晶科宣布N型单晶TOPCon电池效率达到25.7%。晶科拥有合肥、尖山合计16GW产能,分别在今年1月、2月投产,且于2022年二季度满产,后续尖山二期11GW和合肥二期8GW产能已在建设中。公司在机构调研中表示,上半年是N型产能投入和爬坡期,出货将集中在下半年,公司有信心完成今年既定的10GW的N型出货目标,未来N型产品出货占比也将进一步提升。

面对持续增长的N型市场需求,2022年8月8日,中来首次公布最新单晶N型TOPCon双面182、210电池片价格。作为国内较早一批布局高效N型TOPCon双面电池研发并实现GW级量产的专业化企业,其Popaid技术应用2.0代生产工艺,减少至9步工序步骤,最高量产效率可达24.5%,良率达到97%以上。6年来,中来的N型产品累计出货量约5.8GW。虽逊色于晶科2022年单年N型10GW的产能规划,但对于发家于背板的中来来说,布局TOPcon也是一场扭亏为盈的胜仗。

再看后起之秀。一道新能的TOPCon产线电池量产效率突破24.6%,实验室效率突破25.5%。7月13日, 一道新能在衢州总部隆重发布了“N型产品白皮书”,量产电池效率达到了24.8%以上,实验室效率更是达到了25.5%以上。近日,大唐集团共招标N型组件780MW,一道新能、晶科能源成功中标。9月26日,一道新能武威基地1GW高效N型组件项目投产;10月8日,漳州东山基地一期3GW高效N型组件项目也正式投产。随着各个基地的陆续达产,预计到2022年底,一道新能N型组件产能将达到20GW,位居全球前三,可以满足全球大型项目短期交付需求。

此外,天合210大尺寸TOPCon中试线电池量产平均效率突破24.5%,量产线实验批次效率最高可达25%;2022年5月18日,晶澳在2022年全球新品发布会发布了旗下首款n型组件,量产电池效率可达24.8%以上,正式宣布进军n型产品市场。

在业绩说明会中,晶科认为TOPCon在投资和生产成本上更具优势。于此同时,晶澳认为目前的TOPCon是比较成熟的。无论生产成本是否占优势,还是技术是否成熟,从现状来看,目前TOPCon仍然是稀缺的优质产能。那么TOPcon能否在未来成为市场主流呢?我们再来看看较为强大的“敌方”阵营:HJT。


“高贵”的富家子弟·HJT 

对于HJT的说法呢,有人认为,由于TOPcon是基于PERC的技术升级路线,而PERC电池片转换效率已接近24%的天花板,所以TOPcon的长期潜力是有限的。

据不完全统计,目前HJT国内规划产能近70GW,新老电池片厂商均开始涉及。相比于PERC电池,HJT电池片确实转换效率更高、工艺流程步骤少,有可能扩大降本空间的HJT成了电池片技术主流的备选项之一。

N型电池与PERC电池的生产成本的差距主要体现在非硅成本上。N型电池非硅成本比当中TOPCong高出0.1元/瓦,“穿硅带银”的HJT若不抬身价岂不吃亏?


HJT:“我银浆用的多!我得比他高!比他贵!”

高出0.3-0.5元/瓦的HJT工艺不算定性,雪上加霜的是,其对自身的要求严格,HJT组件很难用传统热工艺焊接。

夸张点说,好比你招聘了一个整顿职场的00后应届生,技术没有老员工精湛,对公司上上下下都要符合自己的要求,更可怕的是,比其他员工难管!工资还不少提!

对比TOPcon,如此缺乏经济效益的HJT,为什么日升、爱康、通威、比亚迪、华晟纷纷选择?

因为:


有发展潜力!可以慢慢磨合!

日升在互动平台上表示,目前其异质结电池有一条500MW的中试线,并已在宁海基地规划15GW HJT电池产线,其中一期项目5GW电池产能预计将于2023年4月投产。公司158HJT产线平均效率可达25.2%,最高能达25.5%,良率能保证在98%接近99%水平。


另外,爱康在2021年开启了第四个五年发展规划,布局苏州、湖州、赣州、舟山、温州、泰州六大基地,在五年内实现超40GW的高效HJT电池及组件产能;计划在2022年投产8.27GW的异质结电池和9.4GW的模块产能。在浙江湖州长兴县建设的 HJT 高效电池组件项目中,一期220MW异质结电池项目全面进入批量化、大规模生产阶段。

华晟新能源宣拟在宣城开展建设三期4.8GW双面微晶异质结智能工厂项目,2023年Q1-Q3分两期完成全部设备搬入和调试投产。该项目采用HJT 3.0工艺,预计可实现25.5%转换效率。

HJT生产成本相较于传统PERC电池高,HJT 并未有明显优势,因此产品溢价有限,导致待建产能量少。8月23日,硅料龙头通威在2022年半年度业绩说明会上表示其HJT电池最高研发效率已达到25.67%。但在半年度业绩说明会上,通威董事长谢毅直言表示“当前HJT电池暂不具备明显优势,公司继续为产业链合作伙伴做好车间主任。”

相关数据显示,HJT电池的实验室效率达到26%以上,现有主流厂商的平均量产效率可达23%,通威的HJT电池最高研发效率达到25.67%,为何还要“泼冷水?”


主要还是现阶段成本欠缺经济性。


不完美的HJT,有追求者爱慕它的魅力,也有人对它现在的身价有些“嫌弃”。

HJT的产线、工艺与Perc时代互不相通,“单纯”的HJT工艺流程虽相对简化,但现阶段关键设备还需依赖进口,这在降低成本方面来说,国产设备成本就是未来发展空间之一。当然HJT电池也有很多优点,诸如温度特性好、光照稳定性好、双面发电等等。

现阶段的情况是,HJT和TOPcon对比下来,HJT的硬伤过于明显:贵。

企业发展不仅仅要考虑当下,还要着眼未来。在市场莫衷一是的时候,除了TOPcon和HJT两种选择之外,IBC和钙钛矿也使诸多“选择困难症”企业加剧了沉思:更贵!


 “佛系摆烂”、“卖铲铲”和“卖车车” 

这时有人问了,隆基拥有PERC、TOPCon、HJT,可谓技术路线“全面开花”。在2021年,隆基先后七次打破光伏电池转换效率世界纪录,其中N型TOPCon25.21%、P型TOPCon25.19%、N型HJT26.30%,为什么图中的隆基在佛系盘坐?

不管行动如何,关于战队问题,大佬没发话,位置也得让美工小哥留出来不是?(这总比你们问“隆基去哪了”要好得多吧?)

经济性强的发展有限、“有前途”的又太贵,这时一部分企业与“全面开花”的隆基相反:协鑫、阿特斯和中环/环晟干脆“摆烂”,直接坐舞台下方整点花生瓜子儿矿泉水了。

在电池片技术竞争激烈的战场上,“卖铲铲”的也顺势获利,看热闹的同时也开始战队。捷佳、先导选择了TOPcon,金辰、迈为选择了HJT。

此外,2022上半年超特斯拉成全球新能源车销冠的比亚迪也是HJT阵营的友军。


 专一的中润、润阳 

中润光能集团是一家专业从事高效太阳能电池片研发、生产和销售,兼备光伏组件生产及电站运营的现代化绿色能源生产企业。目前,集团已形成电池片产能19GW,组件产能4.5GW。预计2023年底,公司电池片产能将达到60GW,组件产能将超过10GW。中润光能在琅琊区开工的高效光伏电池生产一体化项目建成投产后,将最终形成超过40GW高效太阳能电池片的生产规模,跻身全球太阳能电池片领军企业。截至2021年底,润阳股份单晶PERC电池片产能达到21GW,均可生产182mm及以上大尺寸电池片,根据PV InfoLink数据,2020年、2021年通威股份、爱旭股份、润阳股份电池片出货位居行业前三。
 转角遇见爱·钧达 

原本主营汽饰业务的钧达,在未收购捷泰科技进军光伏业务之前业绩低迷,2021年亏损约1.79亿元。2021年9月,钧达在收购捷泰科技进军光伏业务后,业绩和股价都表现的不错。

据了解,收购的捷泰全称为上饶捷泰新能源科技有限公司,是上市公司钧达股份的子公司,也是独立的第三方电池片企业。根据PV Infolink数据显示,捷泰科技的前身展宇新能源于2018年电池片出货排名第三,2019年电池片出货排名第四,稳居市场前列。

看好光伏产业高景气度的钧达,坚定加码转型。国庆刚过,钧达又发布扩产公告,拟再投资约130亿元建设年产26GW高效太阳能电池片项目,其中固定资产投资约106亿元。此次项目地点涟水,是钧达投资及产能规模最大的基地,同时也是全球单体最大、智能化程度最高的N型太阳能光伏电池片制造基地。


 高富帅·IBC 

几乎与HJT诞生于同一阶段的IBC,作为历史最悠久的晶硅电池技术,师出名门,自成体系,也是当下电池片技术发展热门方向之一。值得关注的是,相比于TOPCon和HJT,IBC的拥簇并不多,现有、在建及规划产能规模合计不超过30GW。

相关数据显示,IBC的理论转换效率极限为29.1%,高于TOPCon和HJT的28.7%和28.5%。爱旭股份的ABC电池平均转换效率预计能够达到25.5%,实验室最高转换效率更是高达26.1%。经综合评估,爱旭N型ABC组件较目前市场主流的相同尺寸P型PERC组件全生命周期发电量可提高11.6%以上,具有很好的经济性和市场竞争力。

8月24日下午2022年半年报业绩说明会上,对于市场关注的“新一代N型背接触电池ABC电池技术”,爱旭董事长陈刚先生放出豪言:“爱旭对ABC电池技术拥有全系列自主知识产权,平均量产效率25.5%,量产最高效率达到26.5%以上,在背接触电池技术方面已进入无人区。

对于IBC这一话题,除了爱旭之外,扑朔迷离的隆基也是吃瓜群众的重要关注对象。

在今年半年报中,隆基首次公开提及有关新型电池技术的相关信息:创造性地开发了HPBC结构电池。

经隆基方面确认,HPBC电池技术即P型基础上采用IBC技术。预计明年上半年30GW HPBC电池产能全部满产后,全年将实现20GW~25GW出货。据悉,隆基推出的HPBC电池方向将主要适用于分布式光伏市场。关于地面电站的技术路线,隆基绿能尚未确定,仍在紧锣密鼓研发。

IBC为啥能让隆基在众多电池路线当中创造性的开发出来呢?它究竟有多厉害?


IBC吸收PERC技术发展阶段的优点,转换效率提升到24%-25%;

IBC吸收TOPCon钝化接触技术,演变成POLO-IBC电池或TBC电池,转换效率能到25%-26%;

IBC吸收HJT的非晶硅钝化技术,演变成HBC电池,转换效率能到26%-27%。


IBC就像你身边的万人迷,跟任何一个情敌都能在一起擦出火花。发展潜力大也就算了,更让人嫉妒的是颜值高!

IBC电池表面纯黑美观,轻薄化后比其他光伏电池更适合应用于BIPV市场、电子消费市场、军工市场和航天航空市场。

与HJT相似,IBC的设备投资额相对较高,达到3亿元/GW左右。不过,受益于低银耗的特性,IBC的单W成本更低。值得一提的是,爱旭股份的ABC已经实现了无银技术。

IBC一直受限于较高的量产成本,发展较为曲折,若走到量产阶段,或将掀起新一轮技术革命。


野心踢馆·钙钛矿 

“得硅料者得天下”的说法一直以来在行业内流传。硅料一直被认为是光伏产业的基础原材料,以此为基础,可制成传统晶硅电池。钙钛矿电池则是第三代非硅薄膜电池的代表,其转换效率高、成本相对较低。

硅电池在将阳光转化最多只有 29% 的效率。低效率意味要安装大量太阳能电池板,安装成本随之增加,钙钛矿的踢馆言论一出,太阳能电池板可能会变得轻巧便宜。

1839年,矿物质学家Gustav Rose在俄罗斯乌拉尔山脉首次发现结晶立方体和类金刚石结构中的一类矿物组成:钙钛矿。谁能想到一块石头如今成为了“吸光的金石头”!

同鱼香肉丝,钙钛矿即不是钙也不是钛,它是具备相同“晶体结构”的一类“陶瓷氧化物”的统称。钙钛矿可以作为一种光伏电池材料最初是在实验室测试时发现的,科学家们通过混合两种廉价的盐、卤化铅和有机卤化物来合成钙钛矿。作为一种人工合成材料,在 2009 年首次被尝试应用于光伏发电领域后,因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大,从此大放光彩。

钙钛矿比硅更能吸收阳光,而且与硅不是“非A即B”的关系,强强联手反倒共创佳绩。钙钛矿电池可以层叠在现有的硅太阳能电池上提高效率,串联钙钛矿电池效率可达33%以上。

2009年,日本科学家宫坂力造出了世界上第一块钙钛矿太阳能电池,当时的转化率只有3.8%。5年后,钙钛矿电池的光电转换效率提高了5倍,转化率达19.3%。

不仅仅是国外,国内光伏企业对钙钛矿的布局也在加快钙钛矿电池的量产化进程。

在钙钛矿电池领域,协鑫光电于2019年完成了尺寸为45cm×65cm的钙钛矿组件效率认证,效率达15.31%(现已提升至17%),是目前为止全球面积最大、组件效率认证最高的钙钛矿组件。目前,协鑫光电生产的尺寸为1m×2m的全球最大尺寸钙钛矿组件已经下线,投建的全球首条100MW量产线已在昆山完成厂房和主要硬件建设,计划2022年投入量产。预计在工艺和产能稳定后,量产组件产品光电转化效率将超过18%。

纤纳光电首条20MW钙钛矿量产产线生产的钙钛矿组件(200cm-800cm)效率达到11.98%,打破了日本东芝公司保持的前世界纪录。7月28日纤纳光电首款钙钛矿量产商用组件α实现成功交付,发货数量为5000片,用于省内工商业分布式钙钛矿电站,这标志着钙钛矿产品进入实质性商业化阶段。10月9日晚间,金晶科技发布公告,近日公司与杭州纤纳光电科技有限公司签订《公司战略合作协议》。根据协议,双方同意在适用于纤纳光电工艺的钙钛矿用TCO系列玻璃领域建立战略合作关系。金晶科技将根据纤纳光电未来的钙钛矿扩产规划,投资建设相应的TCO玻璃产线,以满足纤纳光电生产需求,携手促进钙钛矿商业化应用。

极电光能联合创始人、总裁于振瑞将2022年视作钙钛矿产业化元年。极电光能全球规模最大的150兆瓦钙钛矿光伏组件试制线设备已经入场安装调试,今年第四季度将全面投产;其全球首条吉瓦级生产线也将于2023年启动建设,计划在2024年正式投产,至2026年建成10吉瓦的产能。

钙钛矿应用前景广阔,但也不是万全之策,其缺点也需要警惕。钙钛矿尺寸小、稳定性差、寿命相对较短、涂覆技术不成熟,更重要的是,钙钛矿电池原料中含铅元素,具有毒性,可能对环境造成一定的污染。


 写在最后 

我国是全球最大的太阳能电池片和电池组件生产制造基地。据中国光伏协会统计数据,2020年,我国电池片产量约为134.8GW,同比增长22.2%。截至2021年中国电池片产量为197.9GW,同比增长46.8%。

电池片技术路线各有千秋,争芳斗艳。不同电池技术格局特点,在转换效率、电池成本、工艺复杂性及与存量产线的兼容性等方面均有所不同。无论是TOPcon、HJT、IBC还是钙钛矿,在更远的未来都将成为光伏发展的历史。

居安思危,电池片技术路线竞争越激烈,光伏的发展普及就越往前迈进一步。倘若所有人都安于现状,中国光伏又怎能有今天的成绩呢?

当下主流之争,还需要时间来验证。新纪录、新发现、新征程,光伏电池片技术的答卷到底如何?我们拭目以待!

相关链接:
  1. 五大龙头的爱恨情仇


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