1、短期-双面微晶(预计提效达1%,23年导入量产,当前结合双面微晶的最高效率已达26.49%);
2、中期-铜电镀(预计提效0.6%,量产难点目前来看有半数已基本得到解决);
1、浆料降本(途径为0BB,目前0.08元/w,预计24年上半年降至0.05元/w,24年年底更低);
2、靶材降本(途径为设备优化/叠层膜/铟回收,当前行业平均0.03元/w,预计24年0.015-0.02元/w,远期可降至0.002元/w以下)。
综上,预计HJT非硅成本23年底有望降至0.23-0.24元/w,24年底有望降至0.18-0.21元/w。同时,后续若HJT以上降本进度超预期,不排除设备厂商降价放量带来折旧成本进一步下降。
2、双面poly(提效0.5%,预计25年量产应用,难点在工艺复杂性)。
一、HJT提效:短期提效看双面微晶,中期提效看铜电镀,后期提效看钙钛矿叠层
双面微晶可带来约1%的电池效率绝对值提升,主要难点在于增加氢稀释率,处理方法包括提高功率,提高频率,增添设备。HJT非晶产线升级到微晶产线需要在射频系统、温度系统、工艺配方等方面做改进。其中,N面微晶电池平均效率较非晶已提升0.4%-0.5%,电池量产平均效率达25%,组件功率已提升15-25W(针对M6-72片双玻版型),效率标准偏差约0.1%。微晶P层23年导入量产,效率有望突破25.5%。
提效进展:近日通威HJT产线已完成双面纳米晶开发,当前中试线%;华晟双面微晶目前25.2%(进口大功率电源还未到,替换进口大功率电源后再提升0.1%-0.2%);日升双面微晶目前25.3%(吸杂设备还可以优化,优化后25.5%左右);金刚光伏酒泉4.8GW双面微晶设备已进入调试阶段。
2、中期提效路径:铜电镀(提效预期从原来的0.3%-0.5%提升至0.6%,之前的量产难点目前来看有半数已基本得到解决)
l难点1(待解决):设备稳定性有待验证:迈为的丝网印刷机每小时可生产14400片G12半片和15000片M10半片。截至2023年2月,图形化环节,芯碁微装的LDI设备产能为6000片/h;金属化环节,截至2023年4月,东威科技产能8000片/h的VCP设备正在制造,具有破片率低、均匀性好等优势;23年6月,罗博特科GW级VDI电镀设备发货。设备产能问题已基本解决,主要在验证设备稳定性。
l难点2 (待解决) :合适的油墨材料开发比较难:图形化环节中可以匹配光伏需求的低成本油墨开发较难;
l难点3 (待解决) :铜电镀工艺可能会存在环保问题:铜电镀使用的湿膜中含有油墨,油墨是有机污染物,且显影和电镀环节都会有废水产生,一方面通过环评指标存在难度,另一方面进行污水处理会促进增加量产成本。
l难点4 (已解决) :使用铜电镀技术会对电池片的良率造成影响:由于相比丝网印刷而言铜电镀多了几道包含湿法在内的工艺步骤,因此预计会对电池片的良率产生一定影响,太阳井200MW产线μm硅片铜电镀良率已可做到95%,良率问题基本解决;
l难点5(已解决) :铜栅线的氧化问题:铜栅线在制作的步骤中会在两个环节可能被氧化,一是用磁控溅射做完的种子层需要进入显影液中时;二是电池片生产完成没有短时间之内完成封装时,防止铜氧化的处理方法是镀锡,锡的厚度约为1微米,目前来看也已基本解决;
l难点6 (已解决) :铜栅线相比银栅线更易出现脱栅:铜栅线是实心的,且宽度更细,与TCO接触面积更小,可通过低应力技术解决。
l钙钛矿太阳电池和传统晶硅太阳电池叠加形成的叠层太阳电池,宽带隙钙钛矿材料吸收短/中波段入射光,窄带系单晶硅材料吸收中/长波段入射光,可最大限度利用太阳光。
l异质结/钙钛矿叠层电池可实现更高的光电转换效率:在转化效率贡献上,异质结可以贡献25%-26%的转化效率,而钙钛矿叠层则是增加其3%-5%增量效益。
异质结/钙钛矿叠层电池制备流程包括6步:(1)清洗制绒;(2)硅基薄膜沉积(钝化表面结构,形成PN结);(3)透明导电薄膜沉积;(4)ETL层和钙钛矿层沉积;(5)HTL层和受光面TCO层沉积;(6)金属化。
预期:最领先的是东方日升,目前0.08元/w,预计24年上半年降至0.05元/w,24年年底更低。
0BB可同时完成提效降本,专利方面东方日升布局较多:0BB利用内嵌铜线的聚合物薄膜代替主栅,优化了细栅的宽度和间距,减少了电池遮光面积和电阻损失,带来电池效率的提升和浆料耗量的节省。0BB专利方面,国内东方日升申请了较多与无主栅太阳能电池串连接方法、组件制备方法相关的专利。
我们以当前铟耗量13.8mg/w为例,仅5.2mg/w的铟会附着在电池上,即ITO增重(占比38%),后续能够最终靠设备优化/叠层膜等方式降低;剩余62%的铟耗量均为相关损耗,后续能够最终靠铟回收大幅降低。
1)ITO耗量方面:HJT电池中的TCO膜层需同时满足多项要求,未来有望通过设备改进或复合膜层的设计来降低靶材成本。HJT电池中的TCO膜层需同时满足透明性好、电导率高、与其接触的硅薄膜的功函数相匹配、靶材料成本要足够低、镀成的薄膜较为稳定等要求。功函数匹配方面,由于HJT在HJT电池中TCO膜层与N型或P型非晶硅膜层接触,属于半导体和半导体接触,TCO膜与金属电极接触,属于半导体和金属接触;这两种界面之间,当材料间功函数不匹配时会产生大的接触电阻。
2)其余损耗方面:随着异质结产业的规模逐步扩大,可将铟的损耗部分尽可能进行回收。
具体来看,1)预计在2023年末,迈为提供的异质结电池制造整体解决方案中,对于100%铟基靶材的理论单耗可降低到12mg/W左右,对应靶材成本约0.026元/w;
2)将低铟叠层膜方案(50%无铟)与上述设备改进方案相结合,PVD设备也可兼容,铟基靶材理论单耗可降低至6mg/W左右,对应靶材成本约0.013元/w;
3)若继续叠加铟材料的回收,结合无铟靶材的逐步深入,GW级异质结电池工厂的铟消耗量将有望降低至1mg/W,对应靶材成本约0.002元/w。
三、TOPCon提效路径主要是依靠激光SE(提效0.2%左右)+双面poly(提效0.5%及以上)
SE是选择性发射极技术,即通过在电极接触区进行高浓度掺杂,来改变电池的导电特性:电极接触区的高浓度掺杂可减少前金属电极与硅片的接触电阻,电极以外区域的低浓度掺杂可降低扩散层的复合。目前激光SE技术已相对成熟,领先企业如晶科、钧达等已进入量产应用阶段。
目前TOPCon电池钝化结构主要在电池背面,双面poly通过在电池正面也进行poly层制备,可逐步降低电池表面载流子复合速率,并减小接触电阻,从而进一步提升电池效率。
目前双面poly主要难点在于工艺复杂性:(1)全域poly会产生较多寄生吸收,影响透光性,而选择性镀膜会涉及掩膜和化学性腐蚀,增加工艺复杂性;(2)光刻技术或掩膜印刷技术的进步可改善工艺复杂性,但目前还没有量产经验。
目前TOPCon量产效率在25.3%左右,通过添加激光SE可进一步提效至25.5%以上,通过双面poly可进一步提效至26%以上。
3、除此之外,TOPCon还可依靠工艺改善等进一步实现浆料降本,同时通过隧穿层改进等提升开压和填充因子,逐步提升组件CTM。
综上,预计23年年底HJT的非硅成本有望达0.24元/w(纯银)、0.23元/w(银包铜):浆料降低0.1元/w+,设备折旧等另外的成本降低约0.1元/w。
24年年底HJT的非硅成本有望达0.18元/w(银包铜):浆料降低约0.3元/w,靶材降低约0.1元/w,设备折旧等另外的成本降低约0.1元/w。
站在当前时点来看23年底和24年底的HJT和topcon对比,我们大家都认为相比非硅成本,成本回收期依旧是下游企业扩产时考虑的第一要素。
23年底HJT成本回收期相比topcon依旧更长:HJT(纯银方案)的成本回收期约2.2年,HJT(银包铜方案)的成本回收期为2.05年,HJT在回本周期上相比topcon依旧更长。
24年底HJT成本回收期相比topcon预计会更短:HJT银包铜方案在浆料成本仍可降低0.02元,靶材可降低0.01元,整体与topcon的单W电池片成本差距也会缩减到0.02元,初始投资回本周期为2.46年,短于topcon的3年;24年底HJT铜电镀的回本周期约2.82年,同样短于topcon。