(1)光伏电池片行业规模情况
2012年至2022年,全球光伏电池片产量持续增长,由38GW增长至330GW,其中中国光伏电池片产量由 21GW 增长至 318GW,全球光伏电池片产量增长的主要来自于中国。
2012 年至 2022 年,我国光伏电池片产量逐年上升,复合增长率达 31.23%,我国光伏电池片生产规模自 2007 年开始已连续 16 年居全球首位。
(2)光伏电池片行业发展阶段
降本增效是推动光伏行业不断发展的内在牵引动力,随着光伏各个产业链的日趋成熟,光伏电池片作为光电转换效率的决定性影响因素,是现阶段光伏产业链最核心的技术变革领域。光伏电池片技术的技术迭代与光伏设备的技术演进以及应用相互推动和成就,共同推动光伏电池片生产的降本增效。
①光伏电池片技术发展和迭代情况
从光伏电池片的技术发展和迭代来看,整体可分为四个阶段:
第一个阶段是 2015 年以前,光伏电池片市场主要采取多晶 Al-BSF 技术,单晶 PERC 电池片处于技术验证阶段,以试验产能为主,增长迅速但总量较小,随着单晶 PERC 电池片技术逐渐成熟,其商业化的可行性得到确认;
第二阶段是 2015-2017 年,单晶 PERC 电池片投资吸引力凸显,国内厂商开始加码 PERC 电池片生产,但从整个光伏电池片市场发展过程来看,多晶 Al-BSF技术此阶段仍占据着市场主要份额;
第三阶段是 2018-2021 年,PERC 电池片产能实现爆发式增长,根据中国光伏行业协会数据,2019 年至 2021 年的新建量产产线以 PERC 电池片产线为主,PERC 电池片在 2021 年的市场份额超过 90%;在这个阶段内,主流电池片厂商的设备厂商开始逐步布局 TOPCon、XBC 及 HJT 等新型高效光伏电池片技术,并共同推动产业化落地;
第四阶段是 2022 年至今,随着 PERC 电池片转换效率接近理论极限值,以TOPCon、XBC、HJT 为代表的转换效率更高的新型高效电池片技术进入产业化进程。从实际落地的情况来看,TOPCon、XBC 在突破设备、工艺、材料等瓶颈后,技术日趋成熟并实现成本和性能的平衡,率先完成量产;相较于 TOPCon和 XBC,目前主流厂商在 HJT 领域产能布局尚不广泛,HJT 电池片投产和量产规模仍较小。
②具有多方面优势的 N 型光伏电池片技术已日趋成熟
光伏电池片的生产是以硅片为基础材料,通过扩散掺杂元素、多层镀膜等多步骤处理后,形成基本发电单元的过程。其中,以 P 型硅片作为衬底通过磷元素扩散或掺杂最终制作出的电池片为 P 型电池片,代表性是基于 PERC 技术产品;以N型硅片作为衬底通过硼元素扩散或掺杂最终制作出的电池片为N型电池片,具有代表性的为 N 型 TOPCon、N 型 IBC、N 型 HJT 等新型高效光伏电池片。N型电池片相较于 P 型电池片具有较为显著的优势:
A、高转换效率:N 型电池片的少数载流子寿命显著高于 P 型电池,能够极大提升电池的开路电压和短路电流,带来更高电池转化效率,如 N 型 TOPCon的转换效率理论可达 28.7%,显著高于 PERC 的 24.5%;
B、低衰减率:N 型电池片衬底硅片主要掺入磷元素,在材料中不会形成硼氧原子对(导致 P 型电池光致衰减的主要因素),因而 N 型电池片的初始光诱导衰减几乎为零,整体衰减率较低;
C、弱光效应好:N 型电池片弱光条件下光谱响应好,提升早晚等弱光情况下的发电能力;
D、高双面率:双面率高达 85%以上,有效提升发电增益;
E、低温度系数:传统 P 型电池片温度每升高一度,输出功率就降低0.4%~0.5%,而 N 型电池温片度系数仅有前者一半左右,发电量显著高于 P 型电池片。
从光伏电池片技术降本增效的发展目标和趋势来看,在解决了生产设备技术攻关、生产工艺提升、成本优化等关键问题后,TOPCon 和 XBC 两种技术路线下的 N 型电池片已实现落地量产,其中已量产 TOPCon 的代表性主流厂商包括晶科能源、钧达股份、中来股份等,已量产或投产 XBC 的厂商为爱旭股份及隆基绿能。
(3)光伏电池片行业发展趋势
①各类电池市场份额情况
从各类电池的市场占有率看,2019 年 PERC 电池片技术超过 BSF 电池,占据了超过 65%的市场份额,2020 年,PERC 电池片市场占比达到 86.4%,2021年进一步提升至 91.2%。
根据 CPIA 预测情况来看,以 TOPCon、XBC 以及 HJT 为代表的新型高效光伏电池片从 2022 年将处于快速发展阶段,市场份额不断扩大,PERC 的市场占比则不断下降。
②PERC 电池片技术面临转换效率理论极限值
PERC 技术背面钝化工艺是在硅片背面沉积 Al2O3和 SiNx,Al2O3由于具备较高的负电荷密度,可以提供良好的场钝化,SiNx主要作用是保护背部钝化膜,保证电池正面的光学性能,并释放氢原子提升界面钝化效果。背面钝化可实现两点价值,一是显著降低背表面少数载流子的复合速度,从而提高少子的寿命,增加电池开路电压;二是在背表面形成良好的内反射机制,增加光吸收的几率,减少光损失,提高短路电流。
根据 CPIA 数据显示,PERC 电池的理论极限值为 24.5%,现有的主流 PERC技术量产发电效率面临理论极限,因此以 TOPCon、XBC 为代表的转换效率更高的新电池片技术在突破设备、工艺、材料等瓶颈后逐步开始规模化应用,可以预期未来 PERC 的资本化开支将会显著下降。
③TOPCon 和 XBC 是已经实现量产的 N 型光伏电池片技术
新型高效电池片技术主要包括 TOPCon、XBC 和 HJT 三种,其中 TOPCon、XBC 因技术成熟、成本和性能可平衡,已率先量产;相较于 TOPCon 和 XBC,目前主流厂商在 HJT 领域产能布局尚不广泛,HJT 电池片投产和量产规模仍较小。相关情况如下:
A、TOPCon
TOPCon 是一种基于选择性载流子传输原理的隧穿氧化钝化接触电池片技术,相较于 PERC,其在电池的背面采用了钝化接触技术,结构包括隧穿氧化和掺杂多晶硅层,二者共同形成了钝化接触结构,为电池的背面,尤其是金属接触区域提供了优异的表面钝化,从而提升转换效率。
最近几年,经过行业内主流企业持续的产业化探索,凭借成本和性能的有效平衡,TOPCon 在设备端、材料端以及生产端均已达到较为成熟的阶段,在新型高效光伏电池片中率先完成量产,量产效率已突破 25%。
根据上市公司公开披露的定期报告、投资者交流纪要等相关公开信息,截至 2023 年 5 月末,主流代表厂商方面,晶科能源一期 16GW TOPCon 已达到满产状态,二期累计 19 GW 的TOPCon 中 8GW 已经满产,剩余部分均已投产;中来股份已完成 7.6GW TOPCon的产线建设,待建 12 GW;钧达股份 18GW TOPCon 已达满产,待投产 26GW;隆基绿能和林洋能源已分别公开投资建设 30GW TOPCon及 20GW TOPCon 的计划。后续,随着技术及配套设备的不断成熟,预期 TOPCon 领域将迎来更多优质参与者。
B、XBC
XBC 电池最大的特点是 PN 结和金属接触都处于电池的背面,正面没有金属电极遮挡的影响,因此具有更高的短路电流,同时背面可以容许较宽的金属栅线来降低串联电阻从而提高填充因子,加上电池前表面场以及良好钝化作用带来的开路电压增益,使得这种正面无遮挡的电池拥有了高转换效率。
鉴于 XBC 电池在外观(表面无栅线)、发电增益等方面具有竞争优势,适用于对价格接受度更高的中高端分布式市场和 BIPV 市场。隆基绿能和爱旭股份分别推出 HPBC 电池片以及 ABC 电池片,截至 2023 年 5 月末,隆基绿能两个基地累计投产33GW;爱旭股份已投产6.5GW,并于2023年4月新增投资3.5GW,累计达 10GW。
C、HJT
根据 CPIA 的相关报告,HJT 电池片中同时存在晶体和非晶体级别的硅,非晶硅的存在能够更好地实现钝化。HJT 电池的制备工艺步骤简单,且工艺温度较低,可避免高温工艺对硅片的损伤,并有效降低碳排放,但是工艺难度大。相较于 TOPCon 和 XBC,目前主流厂商在 HJT 领域产能布局尚不广泛,HJT电池片投产和量产规模仍较小。