光伏电池专题报告:异质结电池前瞻分析

2019-07-26   未来智库

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报告综述:

光伏产业链中,电池环节的技术仍在快速进步与迭代,继p-PERC 快速推广之后N 型电池开始受到业内越来越多的关注或认可,在各类N 型电池中,异质结电池(HIT)由于效率更高,在一些BOS 成本高的市场已具备一定的经济性。业内部分参与者认为,其生产成本有望在未来数年降低一半。当前,业内PERC 规模适中的企业投入HIT 意愿较强,部分企业已开始中试或小批量投运,而PERC 规模较大的公司也在关注HIT 进展。目前主要参与方规划规HIT 产能超过15GW,我们预计,明年将有4-7GW 以上的产能投放,2020 年可能是HIT 的产业化元年。

  • N型电池受到更高的关注。随着p-PERC电池效率提升速度放缓,行业开始追寻发电效率更高的技术路线,N型电池是目前业内最认可的技术路线(之一),其产业化条件也日趋成熟。N 型电池最主要的两个方向为异质结(HIT/HDT)和TOPcon 路线,其中,异质结发电效率更高,潜力更大;而TOPcon 产线可以基于现有PERC设施升级,两种N 型路线可能均有大的产业前景。
  • HIT 优势突出,提升潜力大。HIT 属于N 型电池的一种,目前实验室效率在26%以上,现有设施的量产效率已经达到23%,未来效率继续提升空间较大。由于HIT 更好的温度系数,在相同功率下HIT 发电能力较多晶高10%以上,较现有p-PERC 高5%-10%。此外,异质结电池的量产工序更短,工艺步骤少,成熟后有可能更大的降低电池不良率以及人工、运维等其他生产成本。
  • HIT生产成本有望在数年内降低一半。截至2018年底,HIT电池生产成本约为1.22 元/W,其中硅片成本0.575 元/W、非硅成本0.647 元/W,成本较高。未来,通过硅片薄片化、降低银浆用量或推动其国产化、提高单机生产设备产能等方式,HIT 成本有望显著下降;业内有部分参与者乐观的判断,未来3-5 年之内其生产成本有望降低一半,届时其综合优势会更明显。过去投入较大的装备企业有钧石能源、梅耶博格,另外迈为股份、捷佳伟创、江苏中智、德国新格拉斯等也在加大投入,HIT 装备的半导体know-how、低温等特殊工艺要求更高,相关技术与工艺的扩散较p-PERC 应该会更慢一些。
  • 在部分场景开始具有经济性,2020 年可能是HIT 的产业元年。在一些BOS 成本较高的地区与市场,HIT 的综合LCOE 更低,已经具有一定经济性,随着其效率提升与成本下降,未来市场打击面可能或持续扩大。当前,全球HIT、已有产能约3GW,但业内新老参与者均多在密切关注HIT 进展,PERC 规模适中的企业投入HIT 意愿相对更强一些,参与方规划规HIT 产能超过15GW,部分企业已开始中试或小批量投运,预计明年将有4-7GW 以上的HIT 新增产能投放,一批标杆企业与项目可能在年底到明年投运,将进一步提升行业对异质结电池的信心,2020 年可能是HIT 的产业化元年。

报告内容:

一、异质结电池优势显著,可能是未来重要发展方向

1.1 异质结电池简介

何为异质结电池?晶体硅异质结太阳电池(HIT/HDT:Heterojunctionwith Intrinsic Thinfilm)是在晶体硅上沉积非晶硅薄膜,它综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有结构简单、工艺温度低、钝化效果好、开路电压高、温度特性好、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳电池的热点方向之一。

硅基太阳能电池在2015 年之前由铝背场(BSF)电池主导,2015 年p-PERC 开始起量,目前PERC 电池已经成为市场主流电池,伴随着PERC 电池效率提升开始逐渐放缓,同时基于N 型硅片的异质结电池产业化已经成熟,光伏电池产业发展的重心正在转变。

1.2 HIT 发电效率、发电量优势突出,提升空间大

HIT 电池具备诸多优势。相对于常规晶硅电池以及目前主流的p 型PERC 电池,HIT 电池具备效率高、无光衰、温度系数低、弱光响应高等诸多优势。这些优势带来的最明显的特征就是,HIT 电池具备更高的发电能力。

HIT 电池效率优势显著,后续提升空间大。从原理上,HIT 电池由于Voc(开路电压) 高,其理论效率高达27%以上,处于目前技术路线的前列。目前,HIT 电池的实验室效率在26%以上,现有设施的平均量产效率在23%以上,效率优势显著。此外,HIT 电池还可以与IBC 等技术路线叠加(HIT 电池高开路电压、IBC 电池高短路电流的优势可以完美结合),叠加后的实验室效率更高,在HIT 技术路线的基础上,后续叠加其他技术路线效率的提升空间非常大。

相同功率下,HIT 电池发电能力也更强。HIT 电池由于其温度系数低、无衰减、弱光响应强等特点,相同功率下,较其类型的组件发电能力更强,较多晶组件高10%以上,较单晶PERC 组件高5%-10%。同时,HIT 组件双率更高,若考虑双面发电,HIT 组件具备更高的发电增益。

1.3 HIT 电池结构相对简单,量产化步骤少

HIT 电池结构相对简单。HIT 电池为天然的对称结构,主要包括:N 型晶硅层,

本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p 型非晶薄膜(p-a-Si:H)、透明导电氧化物薄膜(TCO)、以及金属集电极,结构相对简单。

HIT 电池生产工序仅需4 步,量产具备优势。目前,主流的PERC 电池量产需要8 道工序,Topcon需要12 道工序,而HIT 电池的工序仅为4 道。从理论上讲,HIT 工艺步骤少,可以极大的降低电池的不良率,以及人工、运维等其他生产成本。

需要指出的是,HIT 电池产线和传统的电池产线完全不一样,传统电池或者目前的PERC 产线不能够通过简单的新增设备来改造成HIT 电池厂线。

二、HIT 电池成本有望持续降低

2.1 HIT 电池成本构成及下降路径

HIT 电池成本构成:截至2018 年底,HIT 电池生产成本约为1.22 元/W,主要包括,硅片成本(47.13%)、浆料成本(24.34%)、折旧(12.30%)、靶材(4.34%),以及其他材料、动力、人工等。

HIT 电池成本有望持续降低。HIT 电池的生产成本有望在未来的3-5 年内降低至目前的50%左右,主要下降的手段包括:硅片薄片化降低硅片成本,银浆用量减少及国产化降低浆料成本,单机生产设备产能提高以及国产化降低折旧成本(见后文详细分析)。

2.2 硅片薄片化

HIT 电池具备薄片化的能力。HIT 电池采用的是N 型单晶硅片,与P 型单晶硅片不同,N 型硅片薄片化以后不影响硅片的电性能,也即薄片化不影响HIT 电池的发电效率。硅片厚度有望从目前的180um 降低至120um,甚至100um。

薄片化将带来硅成本大幅降低。硅片薄片化以后,能够降低每片硅片的硅耗量,同时,提升硅片生产环节的生产效率,从而有效的降低硅片的生产成本。如果考虑电池效率每年提升0.5%,HIT 电池的硅片成本有望从目前的0.488 元/w 降低至0.295 元/w 左右,降低40%左右。

2.3 低温银浆有望通过用量减少,国产化降低成本

HIT 浆料成本高主要由于采用低温银浆导致。不同于PERC 电池,HIT 电池由于生产工艺温度较低,只能采用价格更高的低温银浆。低温银浆由于生产工艺难度更高,同时需要冷链运输,价格较常规银浆要高10-20%。

低温银浆有望通过用量减少,国产化降低成本。通过无主栅电池和组件的封装技术,银浆消耗量有望降低50%-60%。而低温银浆的生产商也开始增多,从最初只有日系几家提供,到目前合资企业、民企等也开始具备低温银浆的生产能力。通过用量减少、国产化,HIT 电池浆料成本有望持续降低。

2.4 设备成本有望通过规模化、国产化降低

HIT 电池设备成本约PERC 3 倍。目前,HIT 电池进口设备约为8-10 亿元/GW,国产设备约为5-8 亿元/GW,而PERC 只需要2.5-3 亿元/GW。HIT 电池设备成本约为PERC 的3 倍。

规模化是设备成本下降的主要路径之一。目前,HIT 电池设备的单机产能相对较低,清洗机、PVD、丝网印刷机单机产能大约在200MW/台左右,PECVD 只有100MW/台左右的产能。单机产能低是目前HIT 电池投资较高的主要原因之一。

通过做大单机产能,其成本提升相对较低,能够有效降低设备成本。例如,Von Ardenne 公司的PVD 设备,单机产能从160MW/台提升至250MW/台,产能提升56.3%,售价仅提升12.5%,单位投资额降低了26.4%。

国产化也有望大幅降低设备成本。目前HIT 设备主要以国外设备为主,国产设备正在进入。捷佳伟创、迈为、钧石等公司已经在清洗、TCO、丝印等不同的环节具备了产品能力,随国产设备成熟,HIT 设备的成本有望大幅降低。

三、HIT 在部分市场已有经济性,2020 可能是 HIT 产业 化元年

3.1 HIT 在部分市场已具有经济性

HIT 电池在部分市场已具有经济性。HIT 电池的成本、售价较其他技术路线均相对较高。但由于其功率更高,在组件封装环节以及电站安装环节,HIT 电池的单瓦封装成本以及单瓦BOS 成本均要更低。另外,HIT 电池单瓦发电量相对于其他电池也要更高,根据业内测算,其发电能力远高于其他电池。因而,在一些BOS 成本较高的地区,HIT 电池的LCOE 较低,已具有一定经济性。

3.2 2020 年可能是 HIT 产业化元年

HIT 电池的产业化进程正在加快。HIT 电池已经处于产业化阶段,产业中新老玩家纷纷加快HIT 电池产线的投产。目前全球已有HIT 电池产能接近3GW,但主要参与方当前的规划产能已经超过16GW。

我们预计,2020 年国内就将有4-7GW 左右的HIT 投运,一批标杆与标杆项目的投运,将进一步提升行业对HIT 电池的信心,2020 年可能是HIT 电池的元年。

过去几年,投入较大的装备企业有钧石能源、梅耶博格,另外迈为股份、捷佳伟创、江苏中智、德国新格拉斯等也在加大投入。由于HIT 装备的半导体know-how 要求更高,还需要低温工艺,因此,预计HIT 相关技术与工艺的扩散较p-PERC 应该会更慢一些。

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(报告来源:招商证券;分析师:游家训、普绍增)