光伏产业可以分别为硅料、硅片、电池、组件和光伏系统等环节,其中硅料与硅片环节为产业上游,电池片与光伏组件为行业中游,下游为发电系统。

从P - N:光伏电池发展全梳理

作为光伏产业第一的大国,我国是如何做到降本增效的?
光伏发电成本约等于光伏电站成本,其中电池片是这其中的关键器件,决定发电效率和成本,所以,想要降本增效,切入点就是电池片,不断的将电池片研发升级。
它的升级方向大概分为两种:一是可以吸收更多的太阳光,二是尽可能的将光能转换为电能。
光伏电池以衬底材料进行分类,可以分成P型电池和N型电池。P型电池指的是以P型硅片为衬底的电池片,N型电池指N型硅片为衬底的电池片。
P型硅片制作工艺简单,成本较低,而N型硅片通常寿命较长,电池效率可以做得更高,但是工艺更加复杂。
这主要是因为:N型硅片掺磷元素,磷与硅相溶性差,容易分布不均,而P型硅片掺硼元素,硼与硅分凝系数相当,分散均匀度容易控制,成本也就更低。所以,目前,光伏行业主流产品是P型硅片,对应的P型电池也就更多。
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P型电池
典型的P型电池包括BSF电池、PERC电池、PERC+电池等。
这些分类里,它们出现的时间不同,市场对他们的评价也不同。
早期的光伏发电技术是以BSF电池为主,随后PERC电池技术开始取代BSF技术,之后,PERC电池技术经过优化形成了PERC+技术。
1.BSF电池
BSF电池在晶硅光伏电池PN结制造完成后,通过在硅片的背光面沉积一层铝膜,制备P+层,从而形成铝背场。

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铝作为背电场有诸多好处,如减小表面符合率和增加对长波的吸收等,但铝背场电池的光电转换效率也有一定的局限性。
从工序上来讲,BSF电池的制备要经过清洗制绒、扩散制结、刻蚀去磷硅玻璃、PECVD、丝网印刷、烧结、测试分选等环节。
BSF电池的工序为光伏电池片制备的一般工序,之后再升级,都是以该工序为基础。
2.PERC电池
PERC电池是在传统BSF电池的基础上,增加了背面钝化以及激光开工两道工艺,而性能就实现了明显提升。
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对应应用核心设备包括清洗机、制绒机、扩散炉、激光消融机、刻蚀机、PECVD、丝网印刷设备、烧结炉、测试分选机等。如果增加背面抛光工艺,则还需要槽式清洗机。
N型电池:
虽然目前PERC电池占据主流,但是N型电池的光电转换效率更高,即使技术难度大,但为了降本增效,企业们也在加快研发。
N型电池包括IBC电池、HJT电池、HBC电池、TOPcon电池。
其中TOPcon和HJT是主要的技术路线,已经开始扩产。而IBC、HBC还在处于实验和验证阶段,被成为“未来技术”。
3.TOPcon电池
TOPCon电池结构对电池表面可以实现完美钝化。其使用一层超薄的氧化层,还掺杂了薄膜硅,都是提高效率的操作。最终,其转换效率理论极限可以达到26.6%。
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与PERC电池相比,TOPCon工艺增加了硼扩散与接触钝化层沉积两个环节。
一大环节是LPCVD氧化及沉积i型多晶硅,这下面又分为两小类,一种是全扩散工艺,另一种是磷工艺。、
另一个大环节是PECVD氧化和沉积P型多晶硅,这种方式的工艺流程更简短,有望大幅降低成本,也是技术的发展方向。
4.HJT电池
HJT电池也叫做异质结电池,是一种混合型太阳能电池,也是一种双面电池。
相比于PERC电池和TOPCon电池,HJT的工艺流程大大缩短,更有助于缩短生产时间,提高生产效率。
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它的制备工艺大概包括清洗制绒、非晶硅沉积、TCO膜制备和丝网印刷。其中的非晶硅沉积和TCO膜制备是两大关键环节,并且均有两种制备方式。
非晶硅沉积采用的方法是PECVD或CAT-CVD,后者相比于前者成膜质量高,对硅片钝化效果好,但其均匀性较差且维护成本较高。
TCO膜制备所用的方法是PVD或RPD。后者的技术的装备产能低,售价高,目前专利在日本住友手中,有专利保护。相对来说,前者PVD更有希望成为主流工艺。
5.IBC电池
IBC电池也叫交指式背接触电池,是高效大面积太阳能电池之一,也是一种典型的N型电池。
这里背接触电池包括MWT、EWT和IBC电池,MWT和EWT电池的转换效率受到一定限制,IBC电池的理论转化效率更高。
IBC电池的正面无金属栅线,背面的各组件是呈叉指状,这种结构可以增加发电面积,提升发电效率。
IBC电池还可以与HJT电池技术融合,也就是HJBC、HBC电池技术,二者效率分别达到了25.1%和25.6%。
钙钛矿电池
随着TOPCon、HJT、IBC等技术逐步成熟,逼近其光电转换效率理论极限,业界又开始寻找新一代光伏技术。
如果说上述说的均是晶硅电池,那按照另一个标准划分,还有薄膜电池。
钙钛矿光伏组件就是其中一种,它是利用钙钛矿型金属卤化物半导体作为吸光层材料,吸收光子,产生电子对,驱动电池。

早期,钙钛矿指一种金属矿物。现在,钙钛矿泛指具有和钛酸钙相同或类似晶体结构的离子晶体。作为光电转换材料,其具有以下优势:
一是光电转换效率很高,过去十几年,钙钛矿电池效率从3%提升到28%,甚至有实验室可以实现31.3%的转换,增速远高于硅基电池的发展速度,13年时间走完了硅基电池40年的发展历程。
二是材料制造成本低,合成方法简单。
三是它可以实现自由调控吸光带隙,从而增大光能的利用效率,甚至,叠层电池的极限效率有望突破40%。
但目前大规模制备钙钛矿层技术还不成熟,材料的稳定性也不足,如果要进一步走向产业化,还需要针对器件性能和稳定性开展更为深入的研究。
总结 
从当前的市场竞争格局看,因工艺与P型时代主流的Perc技术一脉相承,TOPcon技术已顺理成章呈现短期高确定性,从SENC上看是大概率大放量。
而以HJT为代表的颠覆性技术,性能上具有众多优势,但产线、工艺与Perc时代互不相通,对主流电池片厂商而言,大规模投产暂不经济。作为平台级技术,HJT与下一代钙钛矿电池技术融合形成叠层电池更加顺畅。
目前 HJT 与 TOPCon 技术在电池片制造端已进入实战对垒阶段,二者孰优孰劣,市场声音莫衷一是。整体看,TOPcon技术短期优势明显,HJT胜在未来潜力更大。
后面说的N型电池等技术路径明确,但是能否实现以及实现节奏还是存在不确定性,如果降本不及预期,就可能使下游制造厂商推迟资本开支计划,从而对那些设备厂商的短期业绩造成影响。
还有不同的技术路径对不同设备的需求构成有区别,技术迭代就会影响厂商的设备需求,从而也影响到厂商的业绩。
简而言之,迭代使得技术不断进步,产品不断降本增效,但相应的厂商也同时会面临很多风险。

市场会逐渐对厂商提出不同问题,电池片够不够薄,够不够大,效率够不够高,寿命够不够久等等,会逐渐出清落后产能,光伏剩下的绝对是内卷之王。

来源:深岩哥
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原文始发于微信公众号(艾邦光伏网):从P - N:光伏电池发展全梳理

作者 li, meiyong

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