行業(yè)研究行業(yè)研究·新能源發(fā)電·證券研究報告評級評級推薦(維持)洞悉光伏主產(chǎn)業(yè)鏈系列一——光伏電池片：N型電池片技術(shù)迭代拉開序幕，引領(lǐng)行業(yè)降本增效核心觀點(diǎn)電池片是光伏發(fā)電的核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏組件的發(fā)電效率和使用壽命。電池片是通過將硅片加工處理得到的可以將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體薄片，決定了光伏系統(tǒng)的發(fā)電能力，原理是光生伏特效應(yīng)和PN結(jié)。電池片上游主要包括原材料硅片(占電池片總成本約74%-75%)和核心輔材銀漿(占電池片總成本約8%)；電池片下游為光伏組件制造商，電池片約占組件總成本50.1%。N型電池片接棒P型電池片，成為下一代主流技術(shù)。P型電池片仍是主流技術(shù)路線，2021年P(guān)ERC電池市占率達(dá)91.2%，但單晶PERC電池量產(chǎn)效率已達(dá)23.1%，逼近24.5%的極限效率，難取得大幅提升。N型電池由于成本較高，量產(chǎn)規(guī)模較小，2021年市占率3%，較2020年基本持平。N型電池具有少子壽命高、光致衰減低、溫度系數(shù)絕對值低、弱光響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，極大提升電池開路電壓和轉(zhuǎn)換效率，有望成為下一代主流技術(shù)。TOPCon產(chǎn)線接軌PERC產(chǎn)線，短期內(nèi)憑借成本優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快。TOPCon采用隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)，在電池背面制備超薄氧化硅后再沉積摻雜硅薄層。從轉(zhuǎn)換效率來看，TOPCon理論極限效率28.7%，量產(chǎn)效率24%~24.5%，最高實(shí)驗室效率高達(dá)25.7%，效率提升空間大。從成本來看，TOPCon產(chǎn)線兼容PERC產(chǎn)線，增加約0.5-0.8億元/GW即可完成升級；新建TOPCon產(chǎn)線設(shè)備投資成本約2.2億元/GW，較其他N型技術(shù)更具經(jīng)濟(jì)性。截至2021年底，TOPCon的非硅成本已經(jīng)能低于0.3元年TOPCon落地產(chǎn)能有望超50GW，TOPCon總產(chǎn)能規(guī)劃約162GW。報告作者作者姓名資格證書電子郵箱聯(lián)系人電子郵箱段小虎S1710521080001duanxh@柴夢婷chaimt@股價走勢相關(guān)研究《光伏行業(yè)維持高景氣，各板塊分化顯著》2022.05.19《洞悉光伏輔材產(chǎn)業(yè)鏈系列二》2022.04.21《新能源車2月銷量好于預(yù)期，光伏中上游價格穩(wěn)中有升》2022.03.14《兩會再提促進(jìn)新能源車消費(fèi)，光伏中上游價格穩(wěn)中有進(jìn)》2022.03.07《洞悉光伏輔材產(chǎn)業(yè)鏈系列一》2022.03.03池由摻雜不同的兩種不同材料(晶體硅和非晶硅)組成，硅片和非晶硅組成PN結(jié)，減少載流子復(fù)合。從轉(zhuǎn)換效率來看，HJT電池理論極限效率為28.5%，量產(chǎn)效率24%~24.5%，最高實(shí)驗室效率達(dá)26.5%。從成本來看，我們測算HJT生產(chǎn)成本較PERC每瓦高0.18元，降本路線包括：1)設(shè)備國產(chǎn)化；2)低溫銀漿國產(chǎn)化；3)工藝改善(多主柵、銀包銅、激光轉(zhuǎn)印)降低銀漿耗量；4)靶材國產(chǎn)化，AZO替代；5)硅片薄片化。從產(chǎn)能規(guī)劃來看，預(yù)計2022年新增產(chǎn)能在20-30GW，HJT總產(chǎn)能規(guī)劃超150GW。IBC電池優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存，疊加其他技術(shù)潛力大。IBC電池正面無金屬柵線，發(fā)射極和背場及對應(yīng)的正負(fù)金屬電極呈叉指狀集成在電池背面，該結(jié)構(gòu)最大程度減少了光學(xué)損失。從轉(zhuǎn)換效率來看，傳統(tǒng)IBC電池的效率并沒有與TOPCon和HJT電池拉開差距，而IBC電池技術(shù)作為一種平臺型技術(shù)，疊加TOPCon/HJT電池技術(shù)，即TBC/HBC電池，量產(chǎn)效率分別為24.5%~25.5%/25%~26.5%。從成本來看，IBC電池目前成本高，精簡工藝步驟，降低制造成本是降本核心。從產(chǎn)能規(guī)劃來看，頭部廠商布局，預(yù)計今年將有少量產(chǎn)能落地。投資建議在電池片技術(shù)快速迭代背景下，我們看好1)能進(jìn)行全產(chǎn)業(yè)鏈配套同時技術(shù)儲備豐富的一體化組件龍頭企業(yè)，相關(guān)標(biāo)的：隆基綠能、晶科能源、晶澳科技、天合光能；2)電池片龍頭相關(guān)標(biāo)的：通威股份、愛旭股份。風(fēng)險提示上游原材料價格波動；政策落地不及預(yù)期；N型電池片研發(fā)不及預(yù)期。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明1新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明2 2.1.定義：電池片是光伏發(fā)電核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率和使用壽命.6 2.3.分類：根據(jù)襯底硅片類型，分為P型電池片和N型電池片 102.4.生產(chǎn)流程：主要概括為6個流程，不同種類電池生產(chǎn)流程有所差異 122.5.發(fā)展趨勢：全國電池片產(chǎn)量高速增長，N型電池技術(shù)效率躍升新高度 142.5.1.全國電池片產(chǎn)量高速增長，近十年光伏電池片產(chǎn)量CAGR為33.5% 142.5.2.PERC電池產(chǎn)能占比91%，短期仍然占據(jù)主流地位 152.5.3.N型電池轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢明顯，將成為下一代技術(shù)方向 203.TOPCon電池：接軌PERC產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度最快 223.1.簡介：采用量子隧穿效應(yīng)，LPCVD為當(dāng)前主流工藝路線 223.1.1.N型硅襯底，采用隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù) 223.1.2.TOPCon技術(shù)概念起源于2013年，規(guī)模化應(yīng)用或?qū)㈤_啟 233.1.3.多種技術(shù)路線并進(jìn)，LPCVD工藝為當(dāng)前主流 243.2.轉(zhuǎn)換效率：理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.7%，量產(chǎn)效率為24%~24.5% 243.3.成本端：兼容PERC產(chǎn)線設(shè)備，大硅片+銀鋁漿進(jìn)一步推動成本下降 263.3.1.兼容并延長PERC產(chǎn)線的生命周期，短期看最具性價比 26 3.4.產(chǎn)能規(guī)劃：預(yù)計2022年TOPCon落地產(chǎn)能有望超過50GW 284.HJT電池：顛覆性技術(shù)異軍突起，產(chǎn)業(yè)化降本路徑清晰明確 304.1.簡介：采用異質(zhì)結(jié)替代同質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)電池誕生逾30年 304.1.1.異質(zhì)結(jié)替代同質(zhì)結(jié)，本征富氫非晶硅膜為核心工藝 304.1.2.HJT電池技術(shù)起源于1974年，國內(nèi)廠商加快產(chǎn)業(yè)化步伐 314.2.轉(zhuǎn)換效率：理論轉(zhuǎn)換效率為28.5%，量產(chǎn)效率為24%~24.5% 324.3.成本端：成本仍處高位，多種降本路線齊頭并進(jìn) 354.3.1.高成本導(dǎo)致競爭力不足，限制HJT電池規(guī)模化生產(chǎn) 354.3.2.材料端：銀漿、靶材、硅片都是HJT電池未來主要的降本路徑 374.3.3.設(shè)備端：國產(chǎn)替代加速，未來HJT設(shè)備有望降至3億元/GW 394.4.產(chǎn)能規(guī)劃：預(yù)計2022年新增產(chǎn)能20-30GW 395.IBC電池：平臺型長期電池技術(shù)路線，國內(nèi)仍難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn) 415.1.簡介：采用交叉指式背接觸結(jié)構(gòu)，XBC為當(dāng)前熱門發(fā)展方向 415.1.1.正面無金屬柵線，優(yōu)勢與挑戰(zhàn)并存 415.1.2.IBC電池技術(shù)起源于1975年，XBC為當(dāng)前熱門發(fā)展方向 425.1.3.制作工藝：制程步驟復(fù)雜，工藝難度大 435.2.轉(zhuǎn)換效率：經(jīng)典IBC效率溢價難以覆蓋成本溢價，TBC+HBC吸引產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型 455.3.成本端：精簡工藝步驟和降低制造成本是降本核心，XBC降本路線與融合前的技術(shù)具有相關(guān)性 485.4.產(chǎn)能規(guī)劃：頭部廠商布局，預(yù)計今年少量產(chǎn)能落地 48 6.1.1.光伏組件一體化龍頭，全面布局零碳賽道 496.1.2.業(yè)績維持高速增長，盈利能力穩(wěn)定 506.1.3.增資擴(kuò)產(chǎn)單晶電池片，光伏電池轉(zhuǎn)換效率屢創(chuàng)新高 51 新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明36.2.1.全球電池片龍頭，HJT、TOPCon新技術(shù)加速研發(fā) 526.2.2.業(yè)績維持高速增長，現(xiàn)金流大幅增加 536.2.3.單晶PERC電池平均非硅成本持續(xù)下降，HJT、TOPCon新技術(shù)加速研發(fā) 55 6.3.1.全球組件龍頭，專注光伏中游制造環(huán)節(jié) 566.3.2.營業(yè)收入穩(wěn)步增長，毛利率保持穩(wěn)定 576.3.3.TOPCon電池研發(fā)能力領(lǐng)先，N型電池片開始放量 59 6.4.1.光伏組件一體化龍頭，垂直一體化率高達(dá)80% 596.4.2.業(yè)績維持高速增長，盈利能力趨向穩(wěn)定 606.4.3.PERC電池奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，6.5GWTOPCon電池放量在即 62 6.5.1.光伏組件國際化領(lǐng)軍者，出貨量常年全球領(lǐng)先 626.5.2.業(yè)績亮眼增長可期，費(fèi)用率控制得當(dāng)持續(xù)下降 646.5.3.研發(fā)和量產(chǎn)效率行業(yè)領(lǐng)先，開啟TOPCon電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程 66 6.6.1.光伏電池后起之秀，產(chǎn)品創(chuàng)新引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展 666.6.2.業(yè)績持續(xù)高速增長，費(fèi)用管控效果顯著 686.6.3.研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢凸顯，高效ABC電池引領(lǐng)組件技術(shù)迭代 70 圖表目錄 表2.傳統(tǒng)光伏電池片結(jié)構(gòu)示意圖 7 4 F 圖表22.2016-2021不同技術(shù)路線電池滲透率 19圖表23.2021-2030年電池技術(shù)市場占比變化趨勢 20新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明4圖表24.2012-2030E年國內(nèi)電池片量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率發(fā)展趨勢 21 圖表28.TOPCon主要工藝技術(shù)路線 24圖表29.不同電子/空穴選擇性接觸材料組成的電池極限效率(ISFH測算版本) 25圖表30.不同電子/空穴選擇性接觸材料組成的電池極限效(隆基最新測算版本) 25 圖表32.TOPCon與PERC電池技術(shù)工藝及設(shè)備改造情況 27 圖表34.頭部電池廠商TOPCon擴(kuò)產(chǎn)計劃及進(jìn)度單位：GW(截至2022年6月) 29 圖表38.HJT最高轉(zhuǎn)換效率(國際認(rèn)證) 33圖表39.HJT最高轉(zhuǎn)換效率(非國際認(rèn)證) 33 圖表41.HJT電池與TOPCon電池工藝步驟比較 35 圖表46.不同技術(shù)銀漿耗量(mg/片) 38圖表47.N型硅片厚度變化趨勢(μm) 39圖表48.HJT電池規(guī)劃產(chǎn)能統(tǒng)計(截至2022年6月) 40 FSF結(jié)構(gòu)的IBC空穴電流模擬 44 路線成本對比 48圖表61.XBC電池產(chǎn)能規(guī)劃統(tǒng)計(截至2022年6月) 49 請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明5 圖表100.愛旭股份歷年歸母凈利潤變動趨勢 68圖表101.愛旭股份毛利率與凈利率變動趨勢 69圖表102.愛旭股份期間費(fèi)用率變動趨勢 69請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明6新能源發(fā)電隨著全球碳中和進(jìn)程不斷加速，疊加光伏發(fā)電成本持續(xù)下行，經(jīng)濟(jì)性不斷提升，光伏裝機(jī)需求高增長確定性較強(qiáng)。我們將對光伏全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全面及深入的研究，旨在基于長期看好光伏產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的情況下，作出深入研究并為投資者提供參考。光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游包括原料高純度多晶硅材料的生產(chǎn)，單晶硅和多晶硅的制造，硅片的生產(chǎn)；中游包括光伏電池片，光伏組件(玻璃、支架、膠膜等)以及逆變器環(huán)節(jié)；下游是光伏發(fā)電的應(yīng)用端包括光伏電站和分布式發(fā)電。本篇報告將聚焦于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)迭代速度最快的中游電池片環(huán)節(jié)，將PERC、TOPCon、HJT、IBC電池的原理、結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、工藝路線、轉(zhuǎn)換效率、成本構(gòu)成及各企業(yè)對各種類產(chǎn)能規(guī)劃進(jìn)行全面梳理。圖表1.光伏產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)崂碣Y料來源：海優(yōu)新材招股說明書，東亞前海證券研究所2.電池片簡介及發(fā)展趨勢2.1.定義：電池片是光伏發(fā)電核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏系統(tǒng)發(fā)電效率和使用壽命電池片是光伏發(fā)電的核心部件，其技術(shù)路線和工藝水平直接影響光伏組件的發(fā)電效率和使用壽命。光伏電池片位于光伏產(chǎn)業(yè)鏈中游，是通過將單/多晶硅片加工處理得到的可以將太陽的光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體薄片。從電池片的必要性來看，光伏發(fā)電的原理(詳細(xì)闡述見2.2章節(jié))來自于半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，通過光照使不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的不同部位之間產(chǎn)生電位差，是由光子(光波)轉(zhuǎn)化為電子、光能量轉(zhuǎn)化為電能量后形成電壓和電流的過程。上游環(huán)節(jié)生產(chǎn)出來的硅片無法導(dǎo)電，經(jīng)過加工處理得到的電池片決定了光伏組件的發(fā)電能力。新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明7從電池片的重要性來看，發(fā)電效率和使用壽命是光伏組件價值的核心參數(shù)：1)電池片的轉(zhuǎn)換效率是其受光照時的最大輸出功率和入射光功率的比值，是直接影響光伏組件乃至整個光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率的核心因素。轉(zhuǎn)換效率更高的電池片有著更高的輸出功率，用其封裝形成的光伏組件的整體功率也會更高；2)電池片生產(chǎn)工藝的缺陷往往會導(dǎo)致單體電池片的內(nèi)阻不均勻從而極易產(chǎn)生熱斑現(xiàn)象，熱斑效應(yīng)是指單體電池片被小的物體遮蓋，導(dǎo)致其所產(chǎn)生的電流變小，成為負(fù)載，輕則燒毀電池片，嚴(yán)重的會引起整片電池組件的燃燒，對組件使用壽命危害非常大。從這個維度來看，電池片的生產(chǎn)工藝水平直接影響光伏組件的使用壽命。圖表2.傳統(tǒng)光伏電池片結(jié)構(gòu)示意圖資料來源：全球光伏，東亞前海證券研究所電池片上游主要包括原材料硅片和核心輔材銀漿。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈上游來看，電池片主要原材料為硅片，主要輔材為銀漿、鋁漿和化學(xué)試劑，主要動力為電力。1)硅片：硅片是電池片主要原材料，在硅料價格持續(xù)上漲的背景下，硅片環(huán)節(jié)憑借其良好的價格傳導(dǎo)能力且相對穩(wěn)定的競爭格局，維持較好盈利能力；2)銀漿：銀漿為電池片結(jié)構(gòu)中的核心電極材料，目前光伏銀漿需求隨著光伏行業(yè)的發(fā)展持續(xù)增長，但受制于高技術(shù)門檻，海外廠商市場份額較大，尚有較大的國產(chǎn)替代空間。從電池片成本構(gòu)成來看，根據(jù)Solarzoom數(shù)據(jù)，硅片占電池片成本最高，約為74-75%；銀漿是除硅片外電池片成本占比第二高的材料，約占電池片總成本的8%，占電池片非硅成本的33%，主要能源電力約占總成本的5%。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明8新能源發(fā)電圖表3.單晶單面光伏電池片成本結(jié)構(gòu)資料來源：Solarzoom，東亞前海證券研究所圖表4.單晶雙面光伏電池片成本結(jié)構(gòu)資料來源：Solarzoom，東亞前海證券研究所電池片下游為光伏組件制造商。從光伏電池片產(chǎn)業(yè)鏈下游來看，電池片主要與光伏玻璃、其他封裝材料(背板、EVA膠膜等)共同封裝形成太陽能電池組件，組件再與逆變器、支架等共同構(gòu)成光伏電站發(fā)電系統(tǒng)。從電池片占組件成本比重來看，根據(jù)華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，2021年電池片占組件成本比重為50.1%，同比-6.7pct，主要系硅料硅片、組件端的雙重壓力和供需關(guān)系影響導(dǎo)致電池片價格承壓下行，但電池片仍為光伏組件成本的最核心組成部分，也是光伏組件降本的主要途徑。圖表5.光伏組件成本構(gòu)成資料來源：華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院，東亞前海證券研究所新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明9圖表6.本節(jié)術(shù)語概覽術(shù)語定義光生伏特效應(yīng)PP型硅NN型硅PN結(jié)空空間電荷區(qū)電位差光生電光生電壓內(nèi)建電場當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)。純凈的硅本身不導(dǎo)電，摻雜硼的硅即P型硅。硅最外層有4個電子，而硼最外層有3個電子，故P型硅又稱正電荷載流子型硅。帶正電的P型硅外層有4個電子，當(dāng)它摻雜外層有3個電子的硼，在與硅成鍵時留下1個額外的開放空間，即空穴。純凈的硅本身不導(dǎo)電，摻雜磷的硅即N型硅。磷最外層有5個電子，其中4個用于與相鄰硅原子結(jié)合，剩下1個額外的自由電子，故N型硅又稱負(fù)電荷載流子型硅。在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，我們稱兩種半導(dǎo)體的交界面附近的區(qū)域為PN結(jié)。當(dāng)當(dāng)P型和N型硅層狀摻雜時，在其交界處發(fā)生電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動：空穴由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，電子則由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，P區(qū)空穴減少，出現(xiàn)了一層帶負(fù)電的離子區(qū)，而N區(qū)電子減少，出現(xiàn)了一層帶正電的離子區(qū)，這樣在它們的交接處形成空間電荷區(qū)。衡量單位電荷在靜電場中由于電勢不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。在有光照(無論是太陽光，還是其它發(fā)光體產(chǎn)生的光照)情況下，電池吸收光能，電池兩端出現(xiàn)異號電荷的積累，即產(chǎn)生“光生電壓”。半導(dǎo)體中由于內(nèi)部的作用而形成的電場，不是外加電場。資料來源：維基百科，東亞前海證券研究所太陽能電池工作的原理為光生伏特效應(yīng)和PN結(jié)。光生伏特效應(yīng)是指當(dāng)物體受到光照時，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動勢和電流的一種效應(yīng)，該效應(yīng)是光伏發(fā)電的原理。電池片基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成，半導(dǎo)體最基本的材料是“硅”，純凈的硅是不導(dǎo)電的，但可以通過在硅中摻雜來改變分子結(jié)構(gòu)：在硅晶體中摻入硼元素，即可做成P型半導(dǎo)體；摻入磷元素，即可做成N型半導(dǎo)體。電池片發(fā)電即是利用P型半導(dǎo)體有個空穴(P型半導(dǎo)體少了一個帶負(fù)電荷的電子，可視為多了一個正電荷)，與N型半導(dǎo)體多了一個自由電子的電位差來產(chǎn)生電流，當(dāng)太陽光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)時，就會在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)光生電壓，進(jìn)而將硅原子中的電子激發(fā)出來，產(chǎn)生電子和空穴的對流，這些電子和空穴均會受到內(nèi)建電場影響，分別被N型及P型半導(dǎo)體吸引，而聚集在兩端。在此情境下，將兩端外部用電極連接起來，形成一個回路，即可產(chǎn)生電流，這就是太陽電池發(fā)電的原理。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明10新能源發(fā)電圖表7.PN結(jié)內(nèi)部電場資料來源：CSDN，東亞前海證券研究所圖表8.光生伏特效應(yīng)資料來源：索比光伏網(wǎng)，東亞前海證券研究所片類型，分為P型電池片和N型圖表9.本節(jié)術(shù)語概覽術(shù)語定義光至衰減(LightInducedDegradation,LID)載流子載流子少子金金屬柵線場鈍化場鈍化化學(xué)鈍化化學(xué)鈍化選擇性發(fā)射極(SE)光伏電池及組件在光照過程中引起的功率衰減現(xiàn)象。P型電池光致衰減的主要原因：在硅材料中硼和氧同時存在的情況下，光照或電流注入導(dǎo)致硼和氧形成硼氧(B-O)復(fù)合體。硼氧復(fù)合體是一種亞穩(wěn)態(tài)缺陷，形成了復(fù)合中心，從而降低了少子壽命。而N型電池因為硼含量極低，本質(zhì)上消除了硼氧復(fù)合體的影響，幾乎不會產(chǎn)生LID現(xiàn)象。又名電流載體，指可以自由移動的帶有電荷的物質(zhì)微粒，半導(dǎo)體中有兩種載流子即電子和半導(dǎo)體材料中有電子和空穴兩種載流子。如果在半導(dǎo)體材料中某種載流子占少數(shù)，導(dǎo)電中起到主要作用，則稱它為少子。在P型半導(dǎo)體中，電子為少子；在N型半導(dǎo)體中，空穴為少子。晶硅電池的匯流線，柵線將電流匯集到匯流帶(焊帶)上,再與接線盒相連,最終由接線盒的線纜導(dǎo)出。陷光原理是利用光線入射到電池片表面的斜面，進(jìn)而被反射到另一斜面，以形成多次吸收。入射光在經(jīng)過多次反射，改變了入射光在硅中的前進(jìn)方向，既延長了光程，又增加了對紅外光子的吸收，同時有較多的光子在靠近PN結(jié)附近產(chǎn)生光生載流子，從而增加了光生載流子的收集。在近表在近表面處創(chuàng)建電場，以排斥相同極性的載流子。通通過飽和懸空鍵來弱化介面電子態(tài)。選擇性發(fā)射極晶體硅太陽電池，即在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進(jìn)行高濃度摻雜，而在電極以外的區(qū)域進(jìn)行低濃度摻雜。這樣的結(jié)構(gòu)可降低擴(kuò)散層復(fù)合，由此可提高光線的短波響應(yīng)，同時減少前金屬電極與硅的接觸電阻，使得短路電流、開路電壓和填充因子都得到較好的改善，從而提高轉(zhuǎn)換效率。摩爾光伏實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示，采用SE技術(shù)能實(shí)現(xiàn)電池片量產(chǎn)效率穩(wěn)定提升0.25%以上，到組件環(huán)節(jié)可以使現(xiàn)有的60片組件提升功率5W。資料來源：維基百科，東亞前海證券研究所從襯底類型來看，可將電池片分為P型電池片和N型電池片兩類。P型電池原材料為P型硅片(摻雜硼)，N型電池原材料為N型硅片(摻雜磷)。P型電池主要包括BSF(常規(guī)鋁背場電池)和PERC(鈍化發(fā)射極和請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明11新能源發(fā)電背面電池)；N型電池目前較主流的技術(shù)為TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸)和HJT(本征薄膜異質(zhì)結(jié))。N型電池通過電子導(dǎo)電，且硼氧原子對造成的光致衰減較少，因此光電轉(zhuǎn)換效率更高。從提效原理來看，可將電池技術(shù)分為減少電學(xué)損失和減少光學(xué)損失兩類。從光照到電流的傳輸，電池中間會經(jīng)歷：1)光學(xué)損失(光在電池片前表面被反射、長波長光未被有效吸收、正面電極造成的阻擋等)；2)電學(xué)損失(電子和空穴在復(fù)合中心復(fù)合、金屬電極和金屬柵線與半導(dǎo)體接觸產(chǎn)生額外電阻等)，光學(xué)、電學(xué)損失都會減少光電轉(zhuǎn)換效率。為了降低光學(xué)損失，可通過增加減反射層(沉積SiNx原理)、陷光層(制絨原理)或?qū)⒄娼饘贃啪€放到背面(IBC電池原理)。為了降低電學(xué)損失，可進(jìn)行場鈍化或化學(xué)鈍化處理，即通過提高硅片質(zhì)量或改善金屬和半導(dǎo)體接觸方案來減小載流子的復(fù)合速率，提高載流子壽命，當(dāng)前主要采用的方法有：選擇性發(fā)射極(SE技術(shù)原理)、氧化硅+多晶硅(TOPCon電池隧穿層原理)、本征非晶硅+摻雜非晶硅(HJT電池原理)或富氫介質(zhì)膜(HJT電池本征富氫非晶硅膜原理)。圖表10.電池片技術(shù)路線圖資料來源：《晶體硅太陽電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展》，CPIA，PVInfoLink，東亞前海證券研究所新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明122.4.生產(chǎn)流程：主要概括為6個流程，不同種類電池生產(chǎn)流程有所差異圖表11.本節(jié)術(shù)語概覽術(shù)語定義歐姆接觸填填充因子PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)PVDPVD(物理氣相沉積)LPCVD(低壓化學(xué)氣相沉積)ALDALD(原子層沉積)PSG(磷硅玻璃)等離子等離子體半導(dǎo)體與金屬接觸時，多會形成勢壘層，但當(dāng)半導(dǎo)體摻雜濃度很高時，電子可借隧道效應(yīng)穿過勢壘，從而形成低阻值的歐姆接觸。是電是電池具有最大輸出功率時的電流和電壓的乘積與短路電流和開路電壓乘積的比值。借助微波或射頻等使含有薄膜組成原子的氣體，在局部形成等離子體，而等離子體化學(xué)活性很強(qiáng)，很容易發(fā)生反應(yīng)，在基片上沉積出所期望的薄膜。在在真空條件下，采用物理方法，將材料源——固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。將一種或數(shù)種氣態(tài)物質(zhì)，在較低壓力下，用熱能激活，使其發(fā)生熱分解或化學(xué)反應(yīng)，沉積在襯底表面形成所需的薄膜。是是一種可以將物質(zhì)以單原子膜形式一層一層的鍍在基底表面的方法。在擴(kuò)散過程中發(fā)生如下反應(yīng):三氯氧磷分解產(chǎn)生的五氧化二磷淀積在硅片表面,五氧化二磷與硅反應(yīng)生成二氧化硅和磷原子:這樣就在硅片表面形成一層含有磷元素的二氧化硅，即磷硅玻璃。由部分電子被剝奪后的原子及原子團(tuán)被電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)由部分電子被剝奪后的原子及原子團(tuán)被電離后產(chǎn)生的正負(fù)離子組成的離子化氣體狀物質(zhì)。資料來源：維基百科，PVInfoLink，東亞前海證券研究所傳統(tǒng)電池片生產(chǎn)主要可以概括為6個步驟。從傳統(tǒng)電池片制作工藝流程來看，主要可以概括為以下6個步驟：1)清洗與制絨，主要目的是去除吸附在硅片表面的各類污染物，去除硅片表面的切割損壞層；利用陷光原理降低電池表面反射率，絨面凹凸不平可以增加二次反射，改變光程及入射方式，增加光的吸收，提高短路電流，進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)換效率。其中，因單多晶晶體結(jié)構(gòu)差異，考慮到效率因素，多晶硅電池用酸制絨，絨面為不規(guī)則凹凸面；單晶硅電池用堿制絨，絨面為規(guī)則類金字塔結(jié)構(gòu)；圖表12.陷光原理資料來源：北極星太陽能光伏網(wǎng)，東亞前海證券研究所請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明132)擴(kuò)散，主要目的是形成PN結(jié)，該環(huán)節(jié)是電池片制造的心臟，使電池片具有功能。P型硅片需要進(jìn)行磷擴(kuò)散，液態(tài)磷源三氯氧磷是當(dāng)前磷擴(kuò)散較主流的選擇，主要原因系液態(tài)磷源擴(kuò)散具有生產(chǎn)效率較高、穩(wěn)定性好、制得PN結(jié)均勻平整及擴(kuò)散層表面良好等優(yōu)點(diǎn)；N型硅片需要進(jìn)行硼擴(kuò)散，目前硼擴(kuò)散液態(tài)源主要包括硼酸三甲酯、硼酸三丙酯及三溴化硼等，擴(kuò)硼比擴(kuò)磷工藝難度大，主要原因系硼在硅中固溶度較低，實(shí)際硼擴(kuò)散溫度需氏度；3)刻蝕(去磷硅玻璃)，在擴(kuò)散工序中，硅片側(cè)邊和背面邊緣沒有遮擋，也會擴(kuò)散上磷，PN結(jié)正面所收集的光生電子會沿邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到PN結(jié)背面，從而造成短路，使電池片失效。刻蝕工序即是將硅片邊緣帶有磷的部分去除，避免PN結(jié)短路且造成并聯(lián)電阻降低；4)鍍膜，主要起到a)減反射作用，提高電池片對陽光的吸收，提高光生電流，從而提高轉(zhuǎn)換效率；b)鈍化作用，薄膜中的氫對電池表面的鈍化降低了發(fā)射結(jié)的表面復(fù)合速率，提升開路電壓，從而提高轉(zhuǎn)換效率。光伏電池片中常見的鍍膜技術(shù)包括PECVD、LPCVD、PVD、ALD等；5)絲網(wǎng)印刷，主要作用是為太陽能電池收集電流并制造電極，其中第一道背面銀電極，第二道背面鋁背場印刷和烘干，第三道正面銀電極印刷；6)燒結(jié)，即把印刷到電池片表面的電極在高溫下燒結(jié)，使電極和硅片本身形成歐姆接觸，提高電池片開路電壓和填充因子，使電極接觸有電阻特性以達(dá)到高轉(zhuǎn)換效率。圖表13.傳統(tǒng)電池片生產(chǎn)工藝流程資料來源：北極星太陽能光伏網(wǎng)，東亞前海證券研究所各種類電池生產(chǎn)流程有所差異。值得注意的是，不同種類電池片在生產(chǎn)流程上有所差異，其中PERC電池生產(chǎn)工藝步驟在10步左右，較傳統(tǒng)請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明14新能源發(fā)電BSF電池主要增加激光制備SE、雙面氧化、背表面氧化鋁/氮化硅復(fù)合膜制備環(huán)節(jié)；TOPCon電池工藝步驟為12~13步；HJT電池工藝流程較為簡化，總步驟為6步(各種類電池工藝流程詳細(xì)講解見各章節(jié)工藝流程部分)。圖表14.各種電池工藝步驟資料來源：《HJT電池的降本之路》，東亞前海證券研究所2.5.發(fā)展趨勢：全國電池片產(chǎn)量高速增長，N型電池技新高度2.5.1.全國電池片產(chǎn)量高速增長，近十年光伏電池片產(chǎn)量CAGR全國電池片產(chǎn)量近十年來保持高速增長，CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中行業(yè)協(xié)會(CPIA)發(fā)布的《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖(2021年版)》，全國電池片產(chǎn)量已經(jīng)從2011年的11GW迅速增長到了2021年的198GW，2021年電池片產(chǎn)量同比增長46.9%，近十年的CAGR高達(dá)33.5%。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會(CPIA)預(yù)計，2022年全國電池片產(chǎn)量將超過261GW。新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明15圖表15.2011-2021年中國電池片產(chǎn)量資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所2.5.2.PERC電池產(chǎn)能占比91%，短期仍然占據(jù)主流地位圖表16.本節(jié)術(shù)語概覽術(shù)語定義鋁背場光光子在PN結(jié)制備完成后，往往在硅片的背面即背光面，沉積一層鋁膜，制備P+層。傳傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規(guī)范玻色子。在多晶體中，由于晶粒的取向不同，晶粒間存在分界面，該分界面，稱為晶界。資料來源：維基百科，東亞前海證券研究所PERC電池從傳統(tǒng)鋁背場電池升級改造而來，與BSF電池相比，光電轉(zhuǎn)換效率更高。PERC(PassivatedEmitterandRearCell)電池，全稱為“發(fā)射極和背面鈍化電池”，是從常規(guī)鋁背場電池AL-BSF結(jié)構(gòu)自然衍生而來。常規(guī)BSF電池由于背表面的金屬鋁膜層中的復(fù)合速度無法降至200cm/s以下，致使到達(dá)鋁背層的紅外輻射光只有60%~70%能被反射，產(chǎn)生較多光電損失，因此在光電轉(zhuǎn)換效率方面具有先天的局限性。而PERC技術(shù)通過在電池背面附上介質(zhì)鈍化層，采用背面點(diǎn)接觸來代替整個全鋁背場，可以較大程度減少這種光電損失，從而提升光伏電池1%左右的光電轉(zhuǎn)換效率。僅從結(jié)構(gòu)上來看，兩者是較為相似的，PERC電池僅比BSF電池多一個背鈍化層。形成背面鈍化疊層使得PERC電池能在降低背表面復(fù)合速度的同時，提升背表面的光反射，提升了電池的轉(zhuǎn)換效率。新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明16圖表17.PERC電池與常規(guī)BSF電池結(jié)構(gòu)對比資料來源：《PERC電池專刊》，TaiyangNews，CPIA，東亞前海證券研究所從工藝步驟上來看，PERC電池的生產(chǎn)流程較傳統(tǒng)鋁背場電池多出三個步驟：1)沉積背面鈍化疊層氧化鋁，氧化鋁具備較高的電荷密度，可以形成場鈍化，顯著降低硅表面的界面態(tài)，使得背面的少數(shù)載流子復(fù)合速率降低；2)雙面沉積氮化硅，正面的氮化硅和BSF電池相同，一方面鈍化硅表面，另一方面減少入射光的反射率，增加光吸收。背面的氮化硅能夠通過厚度調(diào)節(jié)，將未吸收的光子反射回去，顯著提高長波光的吸收。同時能對氧化鋁層起到保護(hù)作用，增加熱穩(wěn)定性；3)激光開槽形成背面接觸，將部分氧化鋁和氮化硅薄膜打穿露出硅基體，使金屬鋁能透過背面的介質(zhì)層和硅形成良好的歐姆接觸。從背面鈍化技術(shù)工藝路線來看，PECVD+ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流技術(shù)路線。PERC電池背面鈍化技術(shù)工藝路線主要分為：1)PECVD沉積氧化鋁+氮化硅；2)ALD沉積氧化鋁+氮化硅；3)沉積氮氧化硅。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，PECVD沉積氧化鋁+氮化硅和ALD沉積氧化鋁+氮化硅為主流背面鈍化工藝路線，2021年市占率分別為55.4%和41.4%。從設(shè)備端上來看，PERC電池產(chǎn)線相較于BSF電池產(chǎn)線需增添兩套設(shè)備。PERC電池產(chǎn)線較常規(guī)BSF電池產(chǎn)線需要新增的設(shè)備包括：1)背面鈍化處理(氧化鋁+外覆氮化硅)；2)激光開槽設(shè)備，故從BSF產(chǎn)線升級到PERC產(chǎn)線極為方便，這也是目前PERC電池能在光伏產(chǎn)業(yè)中得到大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明17新能源發(fā)電圖表18.PERC電池生產(chǎn)工藝流程資料來源：TaiyangNews，東亞前海證券研究所PERC電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、萌芽期、高速成長期、爆發(fā)期四個階段。1)1989-2006年：PERC技術(shù)出現(xiàn)并引起重視。PERC電池技術(shù)起點(diǎn)源于1989年澳洲新南威爾士大學(xué)的馬丁·格林教授研究組公開的研究成果，實(shí)現(xiàn)了22.8%的實(shí)驗室效率。2006年，PERC電池背面鈍化的AlOx介質(zhì)膜的鈍化作用引起重視，PERC技術(shù)開始逐步走向產(chǎn)業(yè)化；2)2012-2014年：國內(nèi)PERC電池步入萌芽期。2012年由中電光伏牽頭的國家863項目正式吹響了我國PERC電池產(chǎn)業(yè)化的號角，2013-2014年在諸多廠家與機(jī)構(gòu)長期的技術(shù)儲備和研究基礎(chǔ)下國內(nèi)PERC電池進(jìn)入商業(yè)化和量產(chǎn)化的基礎(chǔ)階段，其中晶澳作為國內(nèi)首家打通PERC產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)，其批量試產(chǎn)效率達(dá)到20.3%，并率先實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)；RC電池產(chǎn)能達(dá)到世界首位，占全球PERC電池產(chǎn)能的35%。2016年由國家能源局實(shí)施的“光伏領(lǐng)跑者計劃”引領(lǐng)國內(nèi)PERC電池正式開啟產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)，平均效率達(dá)到20.5%。2017年是光伏電池市場份額發(fā)生轉(zhuǎn)折的一年，常規(guī)電池的市場份額開始下降，國內(nèi)PERC電池市場份額提升至15%，其產(chǎn)能已增至28.9GW；CPERC請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明18新能源發(fā)電電池規(guī)模化量產(chǎn)加速，量產(chǎn)效率達(dá)22.3%，產(chǎn)能占比超過50%，正式超過BSF電池成為最主流的光伏電池技術(shù)。根據(jù)CPIA預(yù)計，到2022年P(guān)ERC電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%，產(chǎn)能占比將超過80%，市場份額仍將穩(wěn)居第一。圖表19.PERC電池發(fā)展歷程資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所PERC量產(chǎn)效率逐年提升，最高效率由隆基創(chuàng)造，達(dá)到24.06%。從單晶和多晶電池角度來看，PERC單晶電池效率始終高于PERC多晶電池，主要原因系1)多晶硅在生產(chǎn)時晶片面積上有許多晶界和缺陷，這些晶界和缺陷不僅使少子平均壽命降低，且導(dǎo)致對入射光的吸收也有所降低；2)多晶硅生產(chǎn)中采用鑄錠法，因此其中所含的O和C原子等雜質(zhì)濃度較高，從而影響光電轉(zhuǎn)換效率，而單晶硅生產(chǎn)以多晶硅為原料，以直拉法為主要生產(chǎn)工藝，其中的O和C原子的雜質(zhì)濃度較低；3)多晶硅生產(chǎn)工藝制約導(dǎo)致其PN結(jié)厚度較薄，使得PN結(jié)對光子吸收有所降低。從量產(chǎn)效率來看，PERC電池量產(chǎn)效率呈現(xiàn)逐年增長趨勢，PERC單晶.5%提升至2021年的23.1%，據(jù)CPIA預(yù)計，2022年P(guān)ERC單晶電池量產(chǎn)效率將達(dá)23.3%。從最高效率來看，截至目前，單晶雙面PERC電池最高效率記錄由隆基綠能于2019年1月創(chuàng)造，最高效率達(dá)24.06%(CPVT認(rèn)證)。從理論極限效率來看，根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，P型PERC電池量產(chǎn)效率已十分逼近理論極限效率，效率提升空間有限。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明19新能源發(fā)電圖表20.PERC電池量產(chǎn)效率變化趨勢資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所圖表21.PERC電池最高效率變化趨勢資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所PERC電池產(chǎn)能持續(xù)攀升，市占率遙遙領(lǐng)先成為主流。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會，2015年前，BSF電池為主流產(chǎn)品，占據(jù)了90%的市場份額。2016年起，BSF電池市占率呈現(xiàn)大幅下滑趨勢，由2016年的87.8%下滑至2021年的5%，主要原因系BSF電池具有先天局限性，光電損失較大，而下游客戶對高效電池片的需求日益顯著致使BSF逐漸被淘汰；同期PERC電池市占率呈現(xiàn)大幅提升趨勢，由2016年的10.0%攀升至2021年的91.2%，現(xiàn)已成為電池片主流產(chǎn)品。光電轉(zhuǎn)換效率更高的N型電池(主要包括TOPConHJT模仍較小，2021年市場占比約3%，較2020年基本持平。圖表22.2016-2021不同技術(shù)路線電池滲透率資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所光伏電池技術(shù)路線更新迭代速度快，先進(jìn)路線格局未定。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會預(yù)測，到2030年，光伏電池技術(shù)市場會進(jìn)一步被高效電池產(chǎn)能所替代，N型電池將成為市場主流。具體來看，BSF電池產(chǎn)線從2015年后新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明20開始陸續(xù)退出了電池廠商的新增產(chǎn)線，預(yù)計未來市場占有率會進(jìn)一步降低，最后被淘汰。轉(zhuǎn)換效率更高的N型電池，包括TOPCon電池、HJT電池和背接觸電池，會在未來十年內(nèi)陸續(xù)釋放產(chǎn)能，隨著技術(shù)進(jìn)步和成本降低，最終取代目前PERC電池的壟斷地位。圖表23.2021-2030年電池技術(shù)市場占比變化趨勢資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所2.5.3.N型電池轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢明顯，將成為下一代技術(shù)方向P型電池接近轉(zhuǎn)換效率極限，難以進(jìn)一步發(fā)展。根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)測算，P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效PPERC比提升0.3pct，從效率方面來看，PERC電池量產(chǎn)效率已逼近理論極限效率，很難再有大幅度的提升，并且未能徹底解決以P型硅片為基底的電池富有硼氧對所產(chǎn)生的光至衰減現(xiàn)象，這些因素使得P型晶體硅電池很難再取得進(jìn)一步突破。與P型電池片相比，N型電池片在多方面都具備優(yōu)勢。N型技術(shù)主要的優(yōu)勢在于：1)P型電池片少子是電子，N型電池片少子是空穴，硅片中雜質(zhì)對電子的捕獲遠(yuǎn)大于空穴，根據(jù)普樂科技，在相同金屬雜質(zhì)污染的情NP1-2個數(shù)量級，能極大提升電池的開路電壓，電池轉(zhuǎn)換效率更高；2)N型電池片摻雜的元素為磷元素，晶體硅中硼含量極低，本質(zhì)上削弱了硼氧對的影響，光致衰減效應(yīng)接近于零；3)N型電池片工作溫度低，紅外透過率高，電流通道多，請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明21根據(jù)摩爾光伏，N型電池片工作溫度較常規(guī)單玻組件低3-9℃，減小因溫度提高帶來的功率下降；4)N型電池片弱光響應(yīng)好，根據(jù)摩爾光伏，N型電池片在輻照強(qiáng)度低于400W/m2的陰雨天及早晚仍可發(fā)電。N型電池的轉(zhuǎn)換效率更高，未來將成為光伏電池片的主流技術(shù)。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會CPIA統(tǒng)計，2021年，規(guī)模化生產(chǎn)的P型單晶電池均采用PERC技術(shù)，平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23.1%，較2020年+0.3pct；采用PERC技術(shù)的多晶黑硅電池片轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.0%，較2020年+0.2pct；N型TOPCon電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.0%，HJT電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.2%，兩者較2020年均有較大提升，IBC電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.1%。未來隨著生產(chǎn)成本的降低及良率的提升，N型電池將會是電池技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。圖表24.2012-2030E年國內(nèi)電池片量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率發(fā)展趨勢資料來源：CPIA，東亞前海證券研究所新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明223.TOPCon電池：接軌PERC產(chǎn)線，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)度3.1.1.N型硅襯底，采用隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)圖表25.本節(jié)術(shù)語概覽術(shù)語定義勢勢壘功函數(shù)當(dāng)電子或其它微觀粒子(例如質(zhì)子和中子等)從勢壘的一邊入射時，即使它們不具有足夠的動能從勢壘頂部翻越過勢壘，它們?nèi)匀荒軌蛟趧輭救肷涞囊贿呄Ф趧輭镜牧硪贿叧霈F(xiàn)．這種現(xiàn)象形象地稱之為微觀粒子隧道貫穿通過勢壘或隧穿勢壘。所謂勢壘也稱位壘，就是在PN結(jié)由于電子、空穴的擴(kuò)散所形成的阻擋層，兩側(cè)的勢能差，就稱為勢壘。把一個電子從固體內(nèi)部剛剛移到此物體表面所需的最少的能量。由原子軌道所構(gòu)成的分子軌道的數(shù)量非常之大，以至于可以將所形成的分子軌道的能級看成是準(zhǔn)連續(xù)的，即形成了能帶。資料來源：維基百科，東亞前海證券研究所TOPCon電池技術(shù)利用隧穿氧化層，極大降低少子復(fù)合速率。TOPCon是(TunnelOxidePassivatedContact)的縮寫，TOPCon電池屬于一種鈍化接觸型電池。由于PERC電池金屬電極仍與硅襯底直接接觸，金屬與半導(dǎo)體的接觸界面由于功函數(shù)失配會產(chǎn)生能帶彎曲，并產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，對太陽電池的效率產(chǎn)生負(fù)面影響。若采用薄膜將金屬與硅襯底隔離，則可以減少少子復(fù)合。在電池背面制備一層超薄氧化硅，然后再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，即是TOPCon技術(shù)。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層，同時阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，極大地降低復(fù)合速率，提升了電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池轉(zhuǎn)換效率。圖表26.TOPCon電池結(jié)構(gòu)圖資料來源：寧波材料所，東亞前海證券研究所請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明23新能源發(fā)電3.1.2.TOPCon技術(shù)概念起源于2013年，規(guī)模化應(yīng)用或?qū)㈤_啟TOPCon電池的發(fā)展歷程可以分為技術(shù)雛形期、產(chǎn)品布局期和商業(yè)推廣期三個階段。1)2015-2017年：TOPCon技術(shù)出現(xiàn)并得到應(yīng)用。TOPCon技術(shù)概念最早由德國Frauhofer研究所于2013年提出，并于2015年研發(fā)出效率達(dá)到25.1%的新一代TOPCon電池。2017年美國喬治亞理工學(xué)院對TOPCon電池的電性能模擬研究將其電池效率進(jìn)一步提高到了25.7%，同年德國Frauhofer研究所的ArminRichter團(tuán)隊在P型FZ(區(qū)熔)硅片上首次應(yīng)用了TOPCon技術(shù)并達(dá)到24.2%的電池效率；2)2018-2020年：國內(nèi)廠商積極布局TOPCon技術(shù)。2018年晶科能源在大面積商用硅片襯底上制備的N型TOPCon電池最高效率達(dá)到了24.19%，2019年天合光能自主研發(fā)的i-TOPCon技術(shù)在大面積單/多晶電池上都打破了實(shí)驗室紀(jì)錄，轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到了24.58%和23.22%；3)2021年-至今：電池效率屢創(chuàng)新高，TOPCon有望規(guī)模化應(yīng)用。國內(nèi)廠商加大對TOPCon技術(shù)的布局并步入行業(yè)前列，2021年隆基綠能在單晶硅片商業(yè)化尺寸TOPCon電池效率上首次突破25%，N型TOPCon轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.21%，2022年晶科能源自主研發(fā)的182N型高效單晶硅電池最高效率達(dá)到了25.7%，TOPCon電池或?qū)㈤_始啟動規(guī)模化應(yīng)用。圖表27.TOPCon電池發(fā)展歷程資料來源：CPIA，天合光能、隆基綠能、晶科能源公司公告，東亞前海證券研究所請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明24新能源發(fā)電3.1.3.多種技術(shù)路線并進(jìn)，LPCVD工藝為當(dāng)前主流從TOPCon技術(shù)路線來看，LPCVD是目前主流TOPCon工藝路線。TOPCon電池主要包括三種工業(yè)化路線：路線1)本征+擴(kuò)磷：LPCVD制備多晶硅薄膜結(jié)合傳統(tǒng)的全擴(kuò)散工藝。優(yōu)勢：工藝目前相對成熟且耗時短，生產(chǎn)效率高，厚度均勻性好，致密度高，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)模化量產(chǎn)，為目前TOPCon廠商選取的主流路線。劣勢：過度的繞鍍，石英件沉積問題，成膜速度慢。目前晶科能源和天合光能都有布局。路線2)原位摻雜：PECVD制備多晶硅膜并原位摻雜工藝。優(yōu)勢：沉積速度快，沉積溫度低，輕微的繞鍍，可以用PECVD直接制備多晶硅層，流程相對簡化。劣勢：厚度均勻性較差，純度低，存在氣泡爆膜問題，導(dǎo)致致密度和良率較低。目前產(chǎn)業(yè)化程度較慢，根據(jù)Solarzoom，目前拉普拉斯、捷佳偉創(chuàng)、金辰股份、無錫微導(dǎo)等國內(nèi)設(shè)備廠商已經(jīng)布局，后續(xù)有望受益于技術(shù)迭代。路線3)離子注入：LPCVD制備多晶硅膜結(jié)合擴(kuò)硼及離子注入磷工藝。優(yōu)勢：離子注入技術(shù)是單面工藝，摻雜離子無需繞鍍，工藝溫度低，成膜速度快。劣勢：擴(kuò)硼工藝要比擴(kuò)磷工藝難度大，需要更多的擴(kuò)散爐和兩倍的LPCVD，設(shè)備成本高，靶材用量大，方阻均勻性有偏差，目前主要是隆基綠能有布局。TOPConLPCVD征+擴(kuò)磷法制備為主流，該方法成熟度最高，但繞鍍問題較嚴(yán)重；LPCVD+離子注入工藝路線目前占地面積較大，幾乎沒有繞鍍問題但是設(shè)備成本昂貴，正逐漸被邊緣化；PECVD原位摻雜法原則上沒有繞鍍問題，與PERC產(chǎn)線不兼容，更適合新的產(chǎn)線，后續(xù)有望通過工藝的成熟改善鍍膜穩(wěn)定性，成為主流技術(shù)。圖表28.TOPCon主要工藝技術(shù)路線資料來源：拉普拉斯，《晶體硅太陽電池研究進(jìn)展》，東亞前海證券研究所3.2.轉(zhuǎn)換效率：理論轉(zhuǎn)換效率高達(dá)28.7%，量產(chǎn)效率為24%~24.5%TOPCon電池理論轉(zhuǎn)換效率居各種類電池之首，極限效率高達(dá)28.7%。從理論極限效率來看，根據(jù)權(quán)威測試機(jī)構(gòu)德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明25新能源發(fā)電的24.5%，且最接近晶體硅太陽能電池理論極限效率29.43%。根據(jù)隆基最新測算，TOPCon電池理論極限效率維持28.7%，HJT理論極限效率提升至28.5%，仍小幅低于雙面TOPCon極限效率，雙面TOPCon電池極限效率居各種類電池之首。圖表29.不同電子/空穴選擇性接觸材料組成的電池極限效率(ISFH測算版本)資料來源：ISFH，東亞前海證券研究所圖表30.不同電子/空穴選擇性接觸材料組成的電池極限效率(隆基最新測算版本)資料來源：隆基綠能，東亞前海證券研究所目前量產(chǎn)效率在24%~24.5%，最高實(shí)驗室效率高達(dá)25.7%。從量產(chǎn)效新能源發(fā)電請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明26電池廠商量產(chǎn)平均效率突破24%，包括中來、隆基在內(nèi)的許多頭部公司已經(jīng)將實(shí)驗室效率做到了25%以上，未來TOPCon電池產(chǎn)業(yè)化效率有更高的提升空間。從最高效率來看，2021年4月，經(jīng)德國ISFH研究所測試，隆基單晶雙面N型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)25.09%，硅片商業(yè)化尺寸TOPCon電池效率首次突破25%，是TOPCon發(fā)展進(jìn)程重要里程碑之一。截至目前，TOPCon電池最高效率由晶科能源于2022年4月創(chuàng)造，由中國計量科學(xué)院檢測實(shí)驗室認(rèn)證，全面積電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.7%。圖表31.N型TOPCon最高效率記錄資料來源：隆基綠能、晶科能源、天合光能公司公告，東亞前海證券研究所3.3.成本端：兼容PERC產(chǎn)線設(shè)備，大硅片+銀鋁漿進(jìn)降3.3.1.兼容并延長PERC產(chǎn)線的生命周期，短期看最具性價比TOPCon電池和PERC電池的技術(shù)和產(chǎn)線設(shè)備兼容性極高。從設(shè)備角度來看，大部分的TOPCon產(chǎn)線可以從PERC產(chǎn)線升級得來，極大降低設(shè)備投資成本。此外，TOPCon產(chǎn)線延長了PERC產(chǎn)線生命周期，有助于降低折舊費(fèi)用。TOPCon和PERC產(chǎn)線均為高溫工藝，且TOPCon技術(shù)最大程度保留和利用了現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，主要新增的設(shè)備包括：多晶硅/非多晶硅沉積的LPCVD/PECVD/PVD設(shè)備、硼擴(kuò)散設(shè)備等。請仔細(xì)閱讀報告尾頁的免責(zé)聲明27新能源發(fā)電圖表32.TOPCon與PERC電池技術(shù)工藝及設(shè)備改造情況資料來源：《晶體硅太陽電池研究進(jìn)展》，光伏技術(shù)，東亞前海證券研究所短期來看，TOPCon技術(shù)的產(chǎn)能釋放最具性價比。從設(shè)備投資額來看，1)新建：根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2021年TOPCon電池線設(shè)備投資成本約2.2億元/GW，略高于PERC電池的1.94億元/GW，但較其他N型電池更具經(jīng)濟(jì)性；2)改造：根據(jù)深圳市拉普拉斯能源技術(shù)有限公司披露，電池產(chǎn)線從PERC升級至TOPCon單GW投資成本在5000~8000萬