P型電池效率逼近天花板，N型電池大勢(shì)所趨

　　當(dāng)前光伏電池片的主流技術(shù)P型PERC電池。與當(dāng)年的常規(guī)鋁背場(chǎng)電池BSF相比，PERC電池通過在電池背面增加氧化鋁或者氧化硅等鈍化層，降低了載流子的復(fù)合，從而實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換效率的大幅提升。截至2021年底，國內(nèi)主流單晶PERC電池轉(zhuǎn)換效率為22.6%，產(chǎn)能超200GW，單GW投資額1.5億/GW左右。

所以效率層面看，而當(dāng)前PERC電池已經(jīng)逼近理論轉(zhuǎn)換效率的天花板。

　　PERC電池受益于各類技術(shù)的迭代，轉(zhuǎn)換效率每年大致提高0.5%，當(dāng)前行業(yè)內(nèi)PERC電池主流的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率是22.6%，最高效率是隆基股份于2019年創(chuàng)出的24.06%。PERC電池的理論轉(zhuǎn)換效率為24.5%，另外，P型硅片中硼和氧的復(fù)合會(huì)導(dǎo)致少子壽命的降低，影響組件的輸出功率，也就是通常所說的光致衰減效應(yīng)。

　　圖1. PERC電池轉(zhuǎn)換效率曲線

　　N型硅片中摻雜P，所以硅片本身對(duì)雜質(zhì)不敏感，很大程度上避免了光致衰減效應(yīng)，因而少子壽命更長，有助于進(jìn)一步提高電池片轉(zhuǎn)換效率。另一方面，N 型硅片薄片化潛力大，通過節(jié)省硅料的使用量成本更具下降空間。此外，N 型硅片較 P 型純度更高，電阻率更容易控制。

在光伏行業(yè)降低成本的訴求下，電池片技術(shù)從P型單晶到N型單晶的轉(zhuǎn)變已經(jīng)成為了市場(chǎng)的共識(shí)。

　　按照電池結(jié)構(gòu)，量產(chǎn)化前景較高的兩種N型電池技術(shù)分別是TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸)電池和HIT(異質(zhì)結(jié))電池。

　　圖2 . 光伏電池技術(shù)路線

TOPCon技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)和瓶頸

　　與PERC電池類似，TOPCon (Thin Oxide Passivated Contact，隧穿氧化層鈍化接觸)電池本質(zhì)上也是通過鈍化接觸的方法提高轉(zhuǎn)換效率。PERC 電池雖然通過鈍化的方法解決了電池背面載流子復(fù)合的問題，但是由于金屬電極與硅襯底仍然直接接觸，依舊會(huì)產(chǎn)生大量的少子復(fù)合中心，影響轉(zhuǎn)換效率。

　　如圖3所示，TOPCon 電池結(jié)構(gòu)中，電池背面新增了一層超薄隧穿氧化層和高摻雜的多晶硅薄膜，超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層同時(shí)阻擋少子空穴復(fù)合，實(shí)現(xiàn)載流子的選擇性收集。金屬電極則并不直接與硅襯底接觸，而是在多晶硅層收集電子，從而極大地降低了金屬接觸復(fù)合電流，提升了電池的開路電壓和短路電流。

　　圖3 . PERC和TOPCon電池結(jié)構(gòu)對(duì)比

　　數(shù)據(jù)來源：光伏產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，寧波材料研究所

根據(jù)專業(yè)研究機(jī)構(gòu)的結(jié)論，TOPCon電池的理論轉(zhuǎn)換效率最高為28.7%， 高于PERC 電池（24.5%）和單體HIT 電池（27.5%）的極限效率。從國內(nèi)電池和組件廠商的研發(fā)進(jìn)程來看，TOPCon 電池的轉(zhuǎn)換效率記錄也在不斷被刷新。

　　2021年10月，晶科能源宣布，公司研究院所研發(fā)的高效N型單晶硅單結(jié)電池技術(shù)，在權(quán)威第三方測(cè)試認(rèn)證機(jī)構(gòu)日本JET檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定，全面積電池最高轉(zhuǎn)化效率達(dá)到25.4%，近一年來第四次創(chuàng)造新的大面積N型單晶鈍化接觸(TOPCon)電池轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄。量產(chǎn)效率層面，晶科能源高管亦表示可以穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)24.5%的轉(zhuǎn)換效率。

　　2021 年 9 月，經(jīng)過中國計(jì)量科學(xué)研究院的第三方檢測(cè)認(rèn)證，中來股份基于182mm*182mm 尺寸硅片及 POPAID 技術(shù)的 TOPCon2.0 電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率亦達(dá)到了25.4%。TOPCon電池量產(chǎn)效率方面，中來股份的董秘公開表示可以達(dá)到25.4%。，2021年6月，隆基股份公開宣布其單晶雙面 N 型 TOPCon 電池也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了25.21%的轉(zhuǎn)換效率。

　　圖4 . 重點(diǎn)企業(yè)TOPCon電池實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率

除了較高的轉(zhuǎn)換效率之外，TOPCon電池的另一重要優(yōu)勢(shì)在于其較低的產(chǎn)能轉(zhuǎn)換成本。

　　如圖3所示，TOPCon 電池結(jié)構(gòu)正面結(jié)構(gòu)與PERC電池主要區(qū)別在于電池背面增加了硼擴(kuò)、隧穿氧化層沉積和鍍膜等步驟。因此，TOPCon 電池產(chǎn)線與PERC產(chǎn)線有較強(qiáng)的兼容性，可以在 PERC電池產(chǎn)線基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，主要是增加非晶硅沉積設(shè)備和鍍膜設(shè)備。具體投資成本而言，在PERC產(chǎn)線基礎(chǔ)上，TOPCon 電池單 GW 改造成本在 0.6-0.8 億元左右，新建成本2.5億元/GW，是目前最具投資性價(jià)比的N型電池技術(shù)路線。

有諸多優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，TOPCon電池的推廣也面臨著部分需要解決的關(guān)卡，如良率和成本等問題。

　　PERC電池技術(shù)成熟，目前的良率可達(dá) 98%以上，但 TOPCon 電池工藝流程更長，在工藝上尚在完善，良率目前在90%以下。影響TOPCon 電池良率的核心，其實(shí)就是新增的硼擴(kuò)及非晶硅沉積環(huán)節(jié)，具體問題包括硼擴(kuò)散過程中的濃度控制和LPVCD(低壓化學(xué)氣相沉積)制備多晶硅膜中的繞鍍等問題。

　　圖5 . TOPCon和PERC電池生產(chǎn)工藝

　　隨著布局TOPcon產(chǎn)線的廠商對(duì)硼擴(kuò)及非晶硅沉積環(huán)節(jié)技術(shù)工藝kownhow的掌握，TOPCon 電池良率的提升只是一個(gè)時(shí)間問題。從另一個(gè)角度看，TOPCon電池良率的提升也是未來該技術(shù)路線逐步走向成熟的重要標(biāo)志。

　　根據(jù)各研究機(jī)構(gòu)測(cè)算，目前 TOPCon 電池成本較 PERC至少高20%左右。結(jié)構(gòu)層面看，TOPCon 電池成本高的主要原因包括：

　　?TOPCon 電池正反面均需要使用銀漿，單W用量比PERC高;

　　?N型硅片較P型硅片會(huì)有一定程度溢價(jià);

　　?TOPCon設(shè)備投資額高于PERC，折舊會(huì)相對(duì)高;

　　?水電等其他耗材的成本高于PERC。

　　與導(dǎo)致成本高的原因?qū)?yīng)，TOPCon%20電池成本的下降路徑其實(shí)也較為清晰，如用銀鋁漿等其他漿料替代銀漿，薄片化降低硅片成本，以及通過關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化降低設(shè)備投資額等。

哪些企業(yè)在布局TOPCon電池產(chǎn)能？

目前國內(nèi)有成規(guī)模的TOPCon電池產(chǎn)線的企業(yè)僅有中來股份

　　從公開信息看，，其他企業(yè)大多是中試生線或者規(guī)劃產(chǎn)線。根據(jù)中來股份披露，公司現(xiàn)有N型TOPCon電池產(chǎn)能3.6GW，包括原有的基于TOPCon1.0技術(shù)的2.1GW電池產(chǎn)線，和2021年底新投產(chǎn)的基于TOPCon2.0技術(shù)1.5GW智能電池工廠項(xiàng)目。其中，1.5GW智能電池工廠項(xiàng)目部分產(chǎn)線已于2021年四季度逐步投入試生產(chǎn)。

從目前規(guī)劃上看，各廠商已經(jīng)開始對(duì)TOPCon技術(shù)路線進(jìn)行實(shí)質(zhì)性的量產(chǎn)布局，考慮投產(chǎn)和建設(shè)周期，2022年下半年和2023年大概率是TOPCon電池產(chǎn)能投放的第一個(gè)高峰期。

　　規(guī)劃產(chǎn)能方面，根據(jù)Trendforce和中信證券的統(tǒng)計(jì)，目前全球已經(jīng)投建的TOPCon電池產(chǎn)能為8.75GW，2021年規(guī)劃新投產(chǎn)能達(dá)到80GW以上。

其中尤其值得關(guān)注是行業(yè)龍頭隆基股份和通威股份的動(dòng)向和技術(shù)路線選擇。

　　根據(jù)上市公司公開信息和網(wǎng)絡(luò)公開信息，如表1所示，本文也梳理了部分企業(yè)的TOPCon電池規(guī)劃產(chǎn)能。

　　隆基股份近期成功公開發(fā)行了700,000萬元可轉(zhuǎn)換公司債券，募集的資金將主要用于西咸樂葉15GW高效單晶電池和寧夏樂葉年產(chǎn)3GW單晶電池制造項(xiàng)目的建設(shè)。

　　在15GW高效單晶電池(西咸樂葉)和年產(chǎn)3GW單晶電池制造(寧夏樂葉)項(xiàng)目相關(guān)的文件中，隆基股份并未明確指明電池項(xiàng)目的產(chǎn)線技術(shù)路線是TOPCon還是HIT，考慮到當(dāng)前HIT產(chǎn)線單GW投資額基本都在5億元以上，從兩個(gè)項(xiàng)目單GW固定資產(chǎn)和設(shè)備投資額判斷，這兩個(gè)項(xiàng)目大概率是TOPCon電池產(chǎn)線。隆基股份在TOPCon和HIT領(lǐng)域同時(shí)都有技術(shù)布局和積累，而在當(dāng)前電池從P型向N型進(jìn)階的窗口，隆基股份作為行業(yè)龍頭的選擇顯得尤為重要。