PERC已迫近理論效率的極限，光伏行業(yè)挖掘它的最后價值同時，也將目光瞄準(zhǔn)了下一代技術(shù)。2020年，N型技術(shù)逐步落地量產(chǎn)，兩年間突飛猛進(jìn)，準(zhǔn)備接棒未來。
與此同時，鈣鈦礦也迅速爆發(fā)崛起，有企業(yè)希望通過單結(jié)鈣鈦礦做到效率天花板，顛覆產(chǎn)業(yè)，也有晶硅企業(yè)研究如何與晶硅技術(shù)做疊層，作出40%以上的終極電池。
本文對相關(guān)技術(shù)做了盤點(diǎn)和未來的預(yù)測。需要指出的是，企業(yè)選擇某項(xiàng)技術(shù)，決定因素往往不是技術(shù)本身有多么大的優(yōu)勢，而是在當(dāng)下最適合自身的技術(shù);而選擇本身，往往也反映了企業(yè)的風(fēng)格和企業(yè)家本人的性格。
簡單歸納一下：大廠求穩(wěn)，挑戰(zhàn)者求新，領(lǐng)跑企業(yè)尋求門檻。
TOPCon
助大廠平穩(wěn)接棒
由于能夠兼容PERC生產(chǎn)線，TOPCon獲得了晶科、天合、晶澳等一線大廠的青睞，一道、中來等企業(yè)較早布局TOPCon，也迎來收獲期。據(jù)索比咨詢統(tǒng)計，目前TOPCon算上在建的全部產(chǎn)能約有178.8GW。
TOPCon被認(rèn)為是業(yè)內(nèi)主流電池企業(yè)最穩(wěn)健的N型方案
●一方面技術(shù)確定性與成熟度更高
●另一方面可以更好的與現(xiàn)有PERC產(chǎn)線兼容，相關(guān)研發(fā)與生產(chǎn)人才儲備更充足。
投資TOPCon技術(shù)，至少將在2年內(nèi)具備技術(shù)和量產(chǎn)優(yōu)勢，同時即使HJT或者IBC等技術(shù)成熟并具備度電成本優(yōu)勢，產(chǎn)能爬坡還需要2-3年，這樣TOPCon至少有五年時間回收投資成本，其中2-3年有較高利潤率。同時TOPCon技術(shù)也在不斷進(jìn)步，仍然存在技術(shù)的進(jìn)一步延展性。
TOPCon的唯一風(fēng)險來自：HJT異質(zhì)結(jié)技術(shù)和IBC(ABC、HBC)等技術(shù)快速成熟且產(chǎn)能超速爬坡。但從目前來看，異質(zhì)結(jié)與IBC技術(shù)門檻仍然非常高，所以掌握起來頗為不易，產(chǎn)能爬升速度可能不會太快，這就進(jìn)一步延長了TOPCon技術(shù)的壽命。
HJT異質(zhì)結(jié)
任重道遠(yuǎn)，生態(tài)決勝
相比TOPCon，HJT技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：薄片化、低溫工藝、工作溫度低、弱光發(fā)電性能好、雙面率高(>95%)，同時組件壽命可達(dá)35-40年，全生命周期發(fā)電量最優(yōu)，是有效降低光伏度電碳足跡的最佳技術(shù)。據(jù)索比咨詢統(tǒng)計，目前HJT算上在建的全部產(chǎn)能約有162.7GW。
表：HJT電池優(yōu)勢
但同樣的，HJT技術(shù)也存在痛點(diǎn)：
●產(chǎn)線與 PERC 不兼容，增配非晶硅與導(dǎo)電膜沉積設(shè)備，增加靶材需求。
●需要雙面銀漿，且對印刷精度要求更高。
●硅片、輔材、設(shè)備需要針對性開發(fā)以及提效降本。
索比咨詢認(rèn)為，由于HJT是一個全新的技術(shù)路線，因此在產(chǎn)業(yè)生態(tài)上落后于更加成熟的TOPCon，這也是HJT企業(yè)所亟需解決的問題。上表可以看出，通威、隆基并沒有“All in”HJT，設(shè)備龍頭也只有邁為在全力推動。所以HJT要解決的，不只是從理論技術(shù)上與TOPCon“打打殺殺”，更要建立生態(tài)，做好產(chǎn)業(yè)協(xié)同的“人情世故”。
HJT工藝“少即是多”的極簡特性，注定了它是一個與大尺寸技術(shù)一樣更需要產(chǎn)業(yè)生態(tài)的技術(shù)。投資異質(zhì)結(jié)的企業(yè)多為創(chuàng)新型企業(yè)，或者光伏行業(yè)的后進(jìn)入者，更加考驗(yàn)生態(tài)搭建能力。
但也正因如此，異質(zhì)結(jié)技術(shù)的進(jìn)步空間巨大。根據(jù)平安證券的統(tǒng)計，目前HJT技術(shù)發(fā)展方向如下：
HJT技術(shù)帶動了一大批設(shè)備、輔材企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，目前N型硅片、膠膜、漿料、靶材等各環(huán)節(jié)都有著長足的進(jìn)步，僅此一項(xiàng)就已功不可沒。而且從產(chǎn)業(yè)技術(shù)趨勢上看，HJT各種特性更符合技術(shù)發(fā)展規(guī)律，只是崛起仍要時間。
HJT的風(fēng)險在于：
●龍頭由于舊有產(chǎn)能和避險情緒，短期內(nèi)放棄HJT路線，延緩HJT生態(tài)建設(shè)。
●非晶硅晶向排列無序?qū)е鹿に囋磔^難突破，目前邁為等企業(yè)已經(jīng)研究微晶化提效方案。
●銀替代等關(guān)鍵技術(shù)是否會遇到階段性瓶頸。
此外，HJT技術(shù)雖然所全新的，但仍然以裝備、材料為主，因此步入成熟期后會逐步過渡，先發(fā)企業(yè)獲得紅利切一大塊蛋糕但不存在顛覆行業(yè)的情況。
IBC
少數(shù)人的真理
IBC/ABC/HBC系交叉背接觸電池，正面沒有電極，正負(fù)金屬柵線分布在電池背面，通過金字塔絨面結(jié)構(gòu)和減反射層陷光，最大限度利用正面入射光，理論效率可達(dá)29.1%，高于TOPCon的28.7%和28.5%，是晶硅組件技術(shù)中效率上限最高的。同時IBC組件表面美觀，更適用于BIPV項(xiàng)目，可享受更高溢價。
另外，ABC與HJT的電池生產(chǎn)工藝對大尺寸也更加友好，能夠帶來成本進(jìn)一步下降。
IBC主要有四種工藝路線：
●一是以SunPower為代表的經(jīng)典IBC工藝。
●二是以德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)為代表的POLO-IBC工藝。
●三是以Kaneka為代表的HBC工藝，愛旭股份的ABC技術(shù)路線，是自主研發(fā)的第四條工藝路線。
IBC工藝較為復(fù)雜且成本較高，重點(diǎn)工序有離子注入、掩膜、開槽、蝕刻以及PN區(qū)制備，關(guān)鍵工藝在于在電池背面形成交叉排列的P+區(qū)和N+區(qū)，并在上面形成金屬化接觸。同時，IBC技術(shù)由美國Sunpower公司開創(chuàng)，仍然在專利保護(hù)期。
這兩點(diǎn)原因讓IBC技術(shù)曲高和寡，很多人好奇為何IBC沒有成為主流技術(shù)。主要是因?yàn)楣に囯y度極大，需要較多半導(dǎo)體工藝，同時“多次絲網(wǎng)印刷”、“精確對準(zhǔn)工藝”、“離子注入”、“激光刻蝕”等技術(shù)，或設(shè)備昂貴，或工藝復(fù)雜，良率不高。目前僅有愛旭、中環(huán)(MAXEON)、隆基、黃河水電幾家在做。
但需要注意的是，這四家也是業(yè)內(nèi)電池工藝最領(lǐng)先的頭部企業(yè)。即使是業(yè)內(nèi)公認(rèn)電池技術(shù)最精且全力“All in”ABC電池的愛旭，良率目前也只有95%左右，所以這是一個前景光明但路上布滿荊棘的路。
也有業(yè)內(nèi)人士因良率唱衰IBC技術(shù)，但實(shí)際上，良率是工程性的問題，總會不斷爬坡改進(jìn)，因此IBC技術(shù)的進(jìn)一步成熟只是時間問題。
同時IBC技術(shù)由于過高的門檻，即使上述四家企業(yè)真正把技術(shù)做到完全成熟，短期內(nèi)也不會改變市場格局，IBC廠家會依靠高門檻、高性能擭取更高的超額利潤。
所以，我們預(yù)計晶體硅的未來中期格局應(yīng)該是三種技術(shù)并存的情況，TOPCon充分利用PERC“遺產(chǎn)”后逐步交棒HJT，IBC暫時仍然是一種小眾技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是一旦成熟，獲益豐厚，但同時也與現(xiàn)在的HJT一樣，更加看重生態(tài)的建立。
鈣鈦礦
天選之子的天花板有多高
鈣鈦礦近年來一直非常熱門，全球多家研究機(jī)構(gòu)和高校都在尋求鈣鈦礦的突破。除了看好新能源這個賽道之外，鈣鈦礦的研發(fā)熱潮背后有其五大優(yōu)勢：
鈣鈦礦的效率“天花板”更高
晶硅電池理論上的效率極限是29.4% ，現(xiàn)實(shí)條件可實(shí)現(xiàn)的工程極限效率是27.1%;量產(chǎn)電池方面，根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(CPIA)預(yù)測，到2030年，常規(guī)PERC晶硅電池效率24.1%，HJT電池效率26%，TOPCon電池效率25.6%，IBC電池效率26.2%，逼近工程極限，而鈣鈦礦單結(jié)電池理論極限33%。同時，鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)特性使其對雜質(zhì)和缺陷的容忍度非常高，因此實(shí)際生產(chǎn)更容易逼近理論極限。
鈣鈦礦的成本更低
鈣鈦礦太陽電池材料用量小、制程短、對材料純度的要求低、生產(chǎn)過程能耗低、產(chǎn)業(yè)鏈短，是一種“天然的低成本”的光伏技術(shù)，鈣鈦礦組件的單瓦成本可以做到6毛錢以下。
技術(shù)發(fā)展速度快
極電光能聯(lián)合創(chuàng)始人、總裁于振瑞指出，晶硅技術(shù)經(jīng)歷了近70年的發(fā)展效率才達(dá)到26.7%、經(jīng)過了40多年實(shí)驗(yàn)室研發(fā)才開始進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。而鈣鈦礦自2009年誕生，只用了12年就步入產(chǎn)業(yè)化時代，且效率屢創(chuàng)新高，已經(jīng)達(dá)到25.7%，逼近晶硅電池的最高效率。當(dāng)前關(guān)于鈣鈦礦太陽電池的研究仍然異常活躍，重大發(fā)現(xiàn)屢見Nature、Science等最高學(xué)術(shù)刊物的報道，還有巨大的技術(shù)潛力可挖;
產(chǎn)業(yè)生態(tài)容易搭建
鈣鈦礦工藝流程非常短，在FTO導(dǎo)電玻璃的基礎(chǔ)上，只需要四道主要的鍍膜工藝就可完成電池的制備。從初始原材料到成品光伏組件，全流程可以在一個工廠完成。鈣鈦礦生產(chǎn)所需原材料沒有貴重材料，且供應(yīng)穩(wěn)定，不會發(fā)生上游原材料供應(yīng)短缺和漲價的制約。透明導(dǎo)電玻璃是成熟的技術(shù)，只要有需求，產(chǎn)能可迅速擴(kuò)大，價格也會快速降低。鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)鏈很容易搭建起來，因此，只要技術(shù)一旦成熟，快速大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化很容易實(shí)現(xiàn)。
外觀漂亮、弱光發(fā)電性能好
鈣鈦礦外觀漂亮、弱光發(fā)電性能好、可以制備在柔性基底上，因此產(chǎn)品形態(tài)和外觀可以多樣化，不但可以像晶硅光伏組件一樣用于各類大型光伏電站，還可以應(yīng)用于BIPV光電建筑、太陽能汽車、景觀光伏、便攜電源、傳感器電源等各類“光伏+”場景，應(yīng)用范圍更廣。
此外，鈣鈦礦是被光伏各界極罕見所共同接受的未來技術(shù)，幾乎所有的光伏企業(yè)都認(rèn)為鈣鈦礦是光伏產(chǎn)業(yè)的未來，只是在做單結(jié)結(jié)構(gòu)還是疊層結(jié)構(gòu)上存在不同技術(shù)路線，所以不存在技術(shù)路線零和博弈帶來的風(fēng)險：只要技術(shù)成熟可靠，就可以獲得成功。
鈣鈦礦需的研究方向除了效率提升之外，更重要的還是如何進(jìn)行大尺寸下效率不迅速降低的問題。隨著新型材料與新型工藝的出現(xiàn)，鈣鈦礦技術(shù)也在不斷進(jìn)步。但究竟未來終極的光伏電池是單結(jié)鈣鈦礦還是與HJT或IBC電池做疊層，還要拭目以待。
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