光伏行業(yè)競爭最激烈的莫過于光伏電池。電池領(lǐng)域不僅受到上游價格壓力和下游需求的制約，還面臨著技術(shù)迭代的持續(xù)壓力。

技術(shù)迭代的不斷演繹，共同鋪就了中國光伏電池的崛起之路。談?wù)劰夥姵氐陌l(fā)展與演變。

 

光伏電池的技術(shù)演進

光伏產(chǎn)業(yè)可分為硅材料、硅片、電池片、組件和光伏系統(tǒng)，其中硅材料和硅片是產(chǎn)業(yè)的上游，光伏電池和光伏組件是產(chǎn)業(yè)的中游，下游是發(fā)電系統(tǒng)。更多有用信息，請參見全球十大太陽能組件制造商。

作為光伏產(chǎn)業(yè)第一大國，中國如何降本增效？光伏發(fā)電的成本約等于光伏電站的成本，其中光伏電池是決定發(fā)電效率和成本的關(guān)鍵部件。因此，要想降本增效，就必須從光伏電池入手，不斷提升光伏電池的研發(fā)水平。其升級方向大致分為兩種：一種是吸收更多的太陽光，另一種是盡可能地將光能轉(zhuǎn)化為電能。

 

 

光伏電池從技術(shù)路線上主要分為晶體硅電池和薄膜電池，其中晶體硅光伏電池占據(jù)目前市場的絕對主流。晶體硅電池按襯底材料分類，可分為P型電池和N型電池。P型電池是指以P型硅片為襯底的電池，N型電池是指以N型硅片為襯底的電池。P型硅片制造工藝簡單、成本低，而N型硅片通常壽命較長、電池效率較高，但工藝較為復(fù)雜。

這主要是因為 N型硅片摻雜磷元素，磷與硅的相容性差，容易分布不均。而P型硅片摻雜硼元素，硼和硅的偏析系數(shù)相當(dāng)，分散均勻性容易控制，成本較低。因此，目前光伏行業(yè)的主流產(chǎn)品是P型硅片，相應(yīng)的P型電池也較多。

 

P型電池

典型的P型電池包括BSF電池、PERC電池、PERC+電池等

 

 

在這些類別中，它們出現(xiàn)的時間不同，市場對它們的評價也不同。早期的光伏發(fā)電技術(shù)以BSF電池為主，隨后PERC電池技術(shù)開始取代BSF技術(shù)。之后，PERC電池技術(shù)經(jīng)過優(yōu)化，形成了PERC+技術(shù)。

 

 

BSF電池

在晶體硅光伏電池PN結(jié)上制作BSF電池后，通過在硅片背光表面沉積鋁膜制備P+層，從而形成鋁背電場。鋁作為背電場有很多優(yōu)點，如降低表面順應(yīng)率、增加對長波長的吸收等，但鋁背場電池的光電轉(zhuǎn)換效率也有一定的局限性。在工藝上，BSF電池的制備要經(jīng)過清洗制絨、擴散結(jié)、蝕刻去磷硅酸鹽玻璃、PECVD、絲網(wǎng)印刷、燒結(jié)、檢測分選等環(huán)節(jié)。BSF電池的工藝是光伏電池片制備的一般工藝，后續(xù)的升級都是在此工藝的基礎(chǔ)上進行的。

 

 

PERC電池

PERC電池是在傳統(tǒng)BSF電池的基礎(chǔ)上，增加了背面鈍化和激光啟動兩道工藝，性能得到了顯著提高。相應(yīng)的應(yīng)用核心設(shè)備包括清洗機、制絨機、擴散爐、激光燒蝕機、刻蝕機、PECVD、絲網(wǎng)印刷設(shè)備、燒結(jié)爐、測試分選機等。如果增加背面拋光工序，還需要水槽清洗機。

 

 

N型電池

雖然PERC電池是目前的主流，但N型電池的光電轉(zhuǎn)換效率更高。盡管技術(shù)難度較高，但為了降低成本、提高效率，各公司都在加速研發(fā)。N型電池包括IBC電池、HJT電池、HBC電池和TOPcon電池。

 

 

其中，TOPcon和HJT是主要技術(shù)路線，已經(jīng)開始擴大生產(chǎn)。而IBC和HBC還處于試驗驗證階段，被稱為 “未來技術(shù)”。

 

TOPcon電池

TOPCon電池結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)電池表面的完美鈍化。它使用了超薄氧化層，還摻雜了薄膜硅，這兩種技術(shù)都能提高效率。最終，其理論極限轉(zhuǎn)換效率可達26.6%。與PERC電池相比，TOPCon工藝增加了兩個環(huán)節(jié)，即硼的擴散和接觸鈍化層的沉積。

 

 

其中一個主要環(huán)節(jié)是LPCVD氧化沉積i型多晶硅，分為兩個子類，一類是全擴散工藝，另一類是磷工藝。另一個主要環(huán)節(jié)是P型多晶硅的PECVD氧化沉積。這種方法工藝流程較短，有望大大降低成本，也是技術(shù)的發(fā)展方向。

 

HJT電池

HJT電池又稱異質(zhì)結(jié)電池，是一種混合太陽能電池和雙面電池。

 

 

與PERC電池和TOPCon電池相比，HJT的工藝流程大大縮短，有利于縮短生產(chǎn)時間，提高生產(chǎn)效率。其制備工藝大致包括清洗制絨、非晶硅沉積、TCO膜制備和絲網(wǎng)印刷。其中，非晶硅沉積和TCO膜制備是兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，有兩種制備方法。

非晶硅沉積的方法有PECVD和CAT-CVD兩種。與前者相比，后者的成膜質(zhì)量更高，對硅片的鈍化效果更好，但均勻性差，維護成本高。TCO膜的制備方法有PVD和RPD兩種。后者設(shè)備生產(chǎn)能力低，價格高。目前專利權(quán)在日本住友公司手中，有專利保護。相對而言，前者PVD更有可能成為主流工藝。

 

未來的光伏電池技術(shù)

IBC電池

IBC電池又稱互嵌背接觸電池，是高效大面積太陽能電池之一，也是典型的N型電池。這里的背接觸電池包括MWT、EWT和IBC電池。MWT和EWT電池的轉(zhuǎn)換效率有限，IBC電池的理論轉(zhuǎn)換效率較高。

 

 

IBC電池的正面沒有金屬柵線，背面的組件相互交錯。這種結(jié)構(gòu)可以增大發(fā)電面積，提高發(fā)電效率。IBC電池還可與HJT電池技術(shù)集成，即HJBC和HBC電池技術(shù)，效率分別為25.1%和25.6%。

 

過氧化物太陽能電池

隨著TOPCon、HJT、IBC等技術(shù)的逐漸成熟和接近其光電轉(zhuǎn)換效率的理論極限，業(yè)界開始尋找新一代的太陽能技術(shù)。

如果說以上提到的都是晶硅電池，那么按照另一種標(biāo)準(zhǔn)，還有薄膜電池。包晶體太陽能電池就是其中之一，它利用包晶體金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光層材料，吸收光子，產(chǎn)生電子對，驅(qū)動電池。

 

 

在早期，perovskite指的是一種金屬礦物?，F(xiàn)在，透輝石通常指具有與鈦酸鈣相同或相似晶體結(jié)構(gòu)的離子晶體。作為光電轉(zhuǎn)換材料，它具有以下優(yōu)點：

首先，光電轉(zhuǎn)換效率非常高。在過去的十年中，過氧化物電池的效率已從3%提高到28%。甚至有實驗室可以達到31.3%的轉(zhuǎn)換率，增長速度遠遠高于硅基電池的發(fā)展速度。用13年時間完成了硅基電池40年的發(fā)展歷程。二是材料制造成本低，合成方法簡單。三是可以自由調(diào)節(jié)光吸收帶隙，從而提高光能的利用效率，甚至串聯(lián)電池的極限效率有望超過40%。

 

 

然而，目前大規(guī)模制備過氧化物層的技術(shù)還不成熟，材料的穩(wěn)定性也不足。要想進一步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還需要對器件的性能和穩(wěn)定性進行更深入的研究。

 

目前的技術(shù)格局和龍頭企業(yè)的生產(chǎn)能力

從目前的市場競爭格局來看，由于技術(shù)與P型時代的主流Perc技術(shù)一脈相承，TOPcon技術(shù)自然呈現(xiàn)短期高確定性。

以HJT為代表的顛覆性技術(shù)在性能上有很多優(yōu)勢，但生產(chǎn)線和工藝與Perc時代并不兼容。作為平臺級技術(shù)，HJT與下一代包晶電池技術(shù)融合形成串聯(lián)電池更為順利。

目前，HJT和TOPCon技術(shù)在電池制造端已經(jīng)進入實戰(zhàn)階段，總體來看，TOPcon技術(shù)短期優(yōu)勢明顯，HJT未來勝出的潛力較大。不同的技術(shù)路線對不同的設(shè)備有不同的要求，技術(shù)迭代會影響廠商的設(shè)備需求，也會影響廠商的業(yè)績。

總之，迭代使得技術(shù)不斷完善，產(chǎn)品不斷降本增效，但相應(yīng)的廠商也將同時面臨諸多風(fēng)險。”說到廠商，以前光伏設(shè)備市場規(guī)模較小，每個細分市場從10億到幾十億不等，對行業(yè)外的廠商吸引力不大。但隨著設(shè)備規(guī)模的逐步擴大，吸引了更多的設(shè)備制造商進入，行業(yè)競爭也隨之加劇。從歷史發(fā)展進程來看，中國光伏電池產(chǎn)業(yè)在迭代中成長壯大。

我國光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模在全球處于絕對領(lǐng)先地位。如果以產(chǎn)能計算，到2023年，中國太陽能電池制造商前十名中將形成通威、隆基、愛旭、天合、晶澳、晶科、潤陽等企業(yè)的競爭格局。

近期，各行業(yè)半年報也陸續(xù)出爐。下面筆者就給大家盤點一下這些公司上半年的表現(xiàn)。業(yè)績翻番的通威股份，其TOPCon即將量產(chǎn)，明年有望為電池業(yè)務(wù)貢獻超額利潤。已經(jīng)扭虧為盈的愛旭股份，其ABC電池即將量產(chǎn)，業(yè)務(wù)將大增。