光伏電池可分為晶硅電池和薄膜電池兩大類。在降本增效的發展本質的引導下,光伏電池技術在不斷快速迭代著。
2017年之前,還是鋁背場BSF電池的主場。當PERC電池加入戰場,光伏電池技術開始了由多晶向單晶的轉變。緊接著TOPCon電池登上舞臺,大紅大紫。PERC主流光環漸漸散去。
其間,HJT電池卻以晶硅電池和薄膜電池的雙重加持,成為了眾多企業的新寵,與TOPCon電池決戰光伏江湖。光伏產業再次行至技術路線的“十字路口”。
然而,HJT電池初期卻存在成本居高不下的問題,這直接影響著HJT電池的量產推廣。因此,一場HJT電池降本增效的攻堅戰,硝煙久久不散。目前,已經取得了階段性勝利,HJT電池優勢進一步強化,市場份額不斷提升。與TOPCon贏在當下的姿態不同,HTJ更有戰未來的情懷,而風口何時到來,則取決于何時與TOPCon同價。
HJT,下一個光伏電池片角斗場“狠人”
HJT電池,也稱作異質結電池,具有獨特的PN結結構。通過在晶體硅基底上覆蓋一層非晶硅薄膜來形成,融合了非晶硅和晶體硅兩種材料。作為N型電池的一種,HJT電池在光伏領域具有重要地位。值得一提的是,HIT(Heterojunction with Intrinsic Thinfilm)電池,作為HJT的前身,最早在1990年由日本三洋公司成功研發。然而,由于“HIT”已被三洋注冊為商標,該技術在后續發展中被更多地稱為HJT、HDT或SHJ。
TOPCon電池的理論極限轉換效率被設定為28.7%,相較于HJT電池的27.5%確實更高,但這一優勢的實現依賴于一個關鍵前提——雙面多晶硅的完全鈍化。然而,這一技術難題至今仍是難以跨越的鴻溝,導致TOPCon電池效率提升難度增大,距離理論極限還有很大差距,更不要說實際量產中能達到的效率了。
相比之下,背表面鈍化技術下的TOPCon電池理論效率極限為27.1%左右,這一數值甚至低于HJT電池的理論效率。這一發現進一步凸顯了HJT電池在轉換效率方面的潛力。
下圖是相關媒體整理的TOPCon與HJT電池片、組件效率信息。本文從技術路線的角度對量產組件效率進行觀察分析。
特別要指出的是,評價一個企業產品如何,不能僅看量產組件效率的高低,還要看性價比。因此上表旨在展示各企業公開數據,并不能成為產品實際性價比的判定標準,僅作為觀察電池技術路線數據取樣。
從上表數據可以看出,列示的7家HJT生產企業量產組件平均效率為23.73%,12家TOPCon生產企業量產組件平均效率為22.81%。HJT組件的平均效率更具優勢。
值得一提的是,HJT電池還具有與其他工藝結合的巨大優勢。通過搭載IBC和鈣鈦礦等先進技術,HJT電池的轉換效率在理論上有望超過30%。這一前景使得HJT電池在光伏領域中成為了一種極具競爭力的選擇。于是,新企盼望彎道超車、老玩家希望穩坐寶座,紛紛布局HJT。
相較于PERC和TOPCon電池技術,HJT電池展現出其獨特的優勢與劣勢。其顯著特點在于高轉化率和簡化的工藝流程。HJT通過在晶體硅基材上沉積非晶硅薄膜,形成異質結結構,從而實現了高效的電能轉換。在工藝上,HJT僅需要4道主要工序:清洗制絨、非晶硅沉積、TCO(透明氧化物導電薄膜)鍍膜和絲網印刷。這與TOPCon12道左右的工序相比,大為簡化。其中清洗制絨和絲網印刷都是傳統硅晶電池的工藝,HJT獨特的工藝在于非晶硅薄膜沉積和TCO膜的沉積。
然而,盡管HJT電池在效率和工藝上具有明顯優勢,但其高昂的設備成本和投資需求卻成為阻礙其大規模產業化的主要障礙。目前,HJT電池的設備價格昂貴,導致整體投資成本較高,這在一定程度上限制了其在市場上的推廣和應用。
從設備投資的角度來看,不同電池技術的選擇確實帶來了截然不同的資本支出考量。TOPCon電池生產線的新建投資成本,大約為2.2億元/GW,這比PERC電池的1.5-2億元/GW的投資成本要高。不過,值得注意的是,如果企業選擇將現有的PERC電池生產線升級為TOPCon,那么投資成本會顯著降低,單GW的成本預計在5000-8000萬元左右。
相比之下,HJT電池的設備投資成本則顯得尤為突出,這也是目前HJT電池尚未實現大規模量產的主要原因之一。對于新進入市場的玩家來說,選擇HJT電池技術意味著需要承擔較大的資金壓力。而對于已經在市場中運營的企業來說,將原有的PERC產線改造成性價比更高的TOPCon產線,顯然是一個更加經濟劃算的選擇。
HJT電池雖然在技術性能上具有諸多優勢,但高昂的投資成本卻成為了其推廣應用的“死穴”。為了快速收回投資并實現盈利,企業需要想方設法降低材料成本、提升產能和良品率。只有通過這樣的努力,才能形成價格競爭優勢,逐步提升市場份額,從而實現良性循環和可持續發展。
既然設備投資壓力巨大,光伏企業決定上馬HJT項目后,首要任務則在于快速降本,在使HJT更有市場競爭力的同時,獲得更高的毛利率,加速收回設備投資。
從理論到現實,HJT電池降本攻堅戰的破局長跑
與大紅大紫的TOPCon電池技術相比,HJT如果想分庭抗禮。降本增效將是最終無可繞開的必經之路。其中降低成本是能否提升產能推向市場的重要前提。為此中國光伏企業在不斷地開展技術迭代,并取得了優秀的成績。
HJT材料、設備的議價權短期之內注定不會在電池片生產企業手中,HJT電池片企業選擇了對內下“工夫”。
通過對某企業早些時候的HJT電池片進行成本分析不難看出,65.3%的成本均由硅片產生,是成本第一支出。第二成本支出項是銀漿,占比高達15.7%。
因此,HJT廠家將降本目標鎖定在硅片和銀漿上。
硅片的降本,最直接的方式就是硅片的薄片化。這個很好理解,在同樣的硅棒上,通過提升切割工藝,大幅提升硅片產量,單片硅片成本自然就降下來了。
來源:《HJT電池技術發展現狀及成本分析》
HJT電池,憑借其雙面對稱結構,能夠降低電池制作中的機械應力,因此碎片率更低。另外,HJT電池采用的低溫工藝特性,在規模化量產中展現出對硅片薄片化的高度適應性。
于是,HJT硅片便踏上硅片薄化之路。
2018年HJT電池硅片由180μm開始,逐步下降,于2023年降至120μm(量產)。
數據顯示,硅片厚度每薄20μm,成本將降低10%。
這意味著,HJT硅片從2018年的180μm,降低到2023年的120μm,成本已經降低了30%左右。
有機構估算,硅片厚度每降低20μm,組件成本將降低約5-6分/W,2018年至2023年,硅片厚度累計降低60μm,組件成本降低1.5-1.8角/W。
令人興奮的是,2023年9月份,東方日升在接受投資者調研時稱,目前主流的HJT產品所使用的硅片普遍在120-130μm之間,公司量產初期即已導入110 μm硅片,中試線已在使用100-90μm硅片進行驗證,預計2024年能夠導入100μm及以下厚度硅片進入量產,薄硅片結合硅片自產所回收的超額收益,HJT產品的硅片成本還有可觀的下降空間。如果2024年能夠成功導入100μm及以下厚度的硅片進入量產,這將是一個重要的里程碑。它不僅意味著HJT產品在硅成本上有了更大的下降空間,還可能為整個太陽能電池行業帶來新的發展機遇。
無獨有偶,愛康科技等公司目前也已經可實現100μm硅片量產,HJT在硅片環節的降本取得了不錯的成績。
說完硅片的薄片化降本,再聊一聊HJT第二個成本大頭——銀漿。
需要特別指出的是,光伏銀漿的上游是銀粉。而銀粉這個看似只需要把白銀磨成粉末的工藝過程,卻存在著較高的技術壁壘。目前國內銀漿生產企業對原材銀粉的獲取方式幾乎均為進口,最大的進口商為日本的DOWA公司,DOWA銀粉進口量占中國銀漿總進口量的90%以上,壟斷態勢極強。因此國內銀漿企業議價能力較弱。
光伏銀漿由高溫銀漿和低溫銀漿組成,高溫銀漿主要用于PERC和TOPCon技術電池片,通常以高于500℃的溫度進行生產。與PERC和TOPCon技術不同,HJT技術因其薄片化和鍍膜化的獨特工藝需求而必須使用低溫銀漿,工藝溫度為170-200℃。
低溫銀漿的技術壁壘使得中國銀漿企業無法進行量產,目前只有少數產能供應。同時,與國外銀漿相比,國產低溫銀漿的技術成熟度尚存在差距,對下游硅片企業的技術水平要求較高。
這導致了一個問題:下游硅片企業往往更偏好選擇那些價格昂貴但技術上更為成熟的進口銀漿。這種偏好不僅限制了選擇范圍,還進一步推高了銀漿材料的成本,對HJT技術的成本效益構成了挑戰。目前日本KE公司生產的低溫銀漿已經占領了90%的市場,導致低溫銀漿的價格遠高于高溫銀漿,價格超6500元/kg。
因為HJT電池為雙面結構,因此總銀耗量更高。
數據顯示,2020年HJT電池片的雙面耗銀量高達240mg/片,遠超PERC和TOPCon電池。成為HJT成本居高不下的主要因素之一。
通過不斷技術迭代,2022年,銀耗已經下降到127mg/片,與2020年比,幾乎降本一半。
既然從銀粉、銀漿端無法實現短期內降本。國內HJT電池片企業就開始從內部發力,從各環節尋求減少銀耗的降本解決之道。
首先是柵線環節,從細化主柵,直到0主柵。
隨著電池技術的發展,柵線圖形由4BB、5BB發展到MBB(Multiple-Busbar,9-15柵)、SMBB(Super-Multiple Busbar,16柵及以上)。主柵數量的增加可以降低主柵寬度,從而降低銀漿耗量。目前主流的MBB技術為9-12BB,即單個電池片上印刷9-12條主柵。
SMBB技術通過進一步增加主柵數量,縮短主柵之間細柵長度,有效降低細柵電阻,優化電流傳輸路徑,同時細柵可以變得更細;主柵數量增多,顯著減小光生電流傳輸路徑,減小功率損耗。柵線寬度變細,疊加無網結網版的使用,可以進一步降低銀耗。以 12BB 為例,其可將 HJT 電池銀漿耗量降至 130mg 左右。
12BB技術HJT電池片 來源:網絡
然后是0BB技術,0BB是一種無主柵電池片技術,它取消了傳統的銀漿主柵,而是直接使用導電線或焊帶作為電流導出。這種技術可以大幅降低銀漿的耗量,從而降低成本。
目前,0BB技術主要有三種方案:SmartWire、點膠和焊接點膠。其中,SmartWire方案是最早出現的,但由于其專利保護期較長,目前市場上采用該方案的企業較少。而點膠和焊接點膠方案則相對成熟,且有更多的企業開始布局。
根據測算,采用0BB技術后,PERC電池片的銀漿成本可以降低到0.03元/W,TOPCon電池片的銀漿成本可以降低到0.01元/W,HJT電池片的銀漿成本則可以降低到0.04-0.06元/W。
柵線節銀技術取得階段性勝利,HJT電池片企業則將節銀目標鎖定在銀包銅技術上。
銀包銅技術是一種用于HJT電池制造的關鍵技術,它通過調整漿料中銀、銅和助劑的比例,既能保證電池性能不減,又能有效降低銀的消耗,實現成本的大幅度降低。銀包銅漿料中的銀含量通常控制在55%~75%,這樣主柵體電阻率與純銀主柵相近,導電性較好。由于銀鍍層的存在,銀包銅漿料還能提供抗氧化保護,有助于確保電池在長期使用中能夠保持性能。對比于傳統的純銀漿,銀包銅漿料的成本可以降低20%-50%。
目前50%銀含量的實證數據無問題,正在突破40%以下的超低比例漿料,各企業于2023年下半年已開始量產導入。
2023年第四季度,隨著銀包銅技術的支持,有頭部HJT電池片企業已經實現了210硅片85mg的再一次降銀。
在HJT銀向銅轉化的路線上,還有一個分支,那就是電鍍銅技術。
光伏電鍍銅是一種在透明導電薄膜(TCO)上通過電鍍方式沉積金屬銅的電極制備工藝。使用電鍍銅柵線代替絲網印刷銀柵線,可以大幅降低銀漿的使用量。采用電鍍銅后,電池正面的遮光損失進一步降低,柵線的電阻損耗也全面減少,同時改善了電極與TCO的接觸。然而,該技術面臨設備不成熟、成本高、環保審批挑戰大等問題,技術路線尚未確定。
隨著國電投驗證羅博特科600MW設備,電鍍銅產業化的跡象正在加速。電鍍銅產業化后成本有望大幅下降,并且其較銀漿可將光電轉換效率提升0.3%-0.5%,從而攤薄全鏈生產成本,電鍍銅有望成為HJT降本增效的終極技術。
值得注意的是,電鍍銅工藝不僅適用于HJT路線,還適用于TOPCon路線。
電鍍銅是光伏電池片“去銀化”的終極路線,完全替代銀且可提高轉換效率,可以從根本上解決銀漿帶來的成本大幅提升問題。值得期待。
老玩家加碼,新玩家加入,HJT或迎來放量拐點
降本的另一種途徑是擴大產能。
近年來,HJT電池片降本一次次取得階段性勝利,使得越來越多的企業加入其中,HJT電池片、組件產能逐步提升,也預示著將迎來曙光。
2021年9月,廣發證券數據顯示,國內已建HJT產能為2.95GW,待建產能已超50GW。
其中不僅有隆基、阿特斯、東方日升等知名光伏企業,還涌現出許多新面孔。
在HJT電池片路線的推進中,技術和資金的支持缺一不可。若無法承受行業中的競爭和挑戰,可能會前功盡棄,成為曇花一現。
山煤國際能源集團股份有限公司在2024年發布公告,宣布終止其備受矚目的高效異質結(HJT)太陽能電池產業化一期3GW項目。回溯至2021年,該集團還計劃建設10GW的HJT產能,但如今卻不得不終止這一項目。
2020年8月,山煤國際與珺華思越、寧波齊賢共同設立合資公司——山煤國際光電科技有限公司,旨在合作開展規模龐大的10GW高效異質結(HJT)太陽能電池項目,并著手實施一期3GW的建設工作。項目的總投資金額預計為人民幣31.89億元,其中山煤國際占據主導地位,出資比例高達88.5%。
然而,2023年底,山煤國際第八屆董事會第二十次會議上,項目終止的議案被審議通過。項目終止后,公司前期已購置的用地將由當地開發區管理委員會通過土地收儲方式退出,而主要投入的2.3億元也將通過同樣的方式收回。
山煤國際的決策調整,實際上是一些試圖以HJT技術進入光伏賽道的新玩家的縮影。這表明,雖然光伏賽道從不缺乏勇敢的淘金者,但要真正生存下去,需要技術、資金、人才、管理等多方面的支持和配合。
盡管如此,山煤國際的退出并未阻止HJT老玩家的擴產和新玩家跨界進入HJT電池領域。據不完全統計結果顯示,2022年國內新增建設和規劃中的HJT電池產能已經達到114.2GW。而2023年國內HJT電池/組件出貨量預計將達到10GW,2024年更是有望沖刺50GW的大關。
當下的HJT領域,活躍著華晟新能源、東方日升、愛康科技、璉升科技、金剛光伏、寶馨科技、明陽光伏、國電投新能源和泉為科技等企業。他們同樣是2023年HJT項目簽約、開工和投產的中堅力量。
2024年1月,東方日升傳來消息:已經成功降低旗下HJT組件純銀用量,銀耗控制在7mg/W以內,優于PERC(約7.82mg/W)和TOPCon(約10.24mg/W)。
在HJT降本之路上,不僅有電池片企業在努力,國內銀漿企業、設備企業、銀粉企業也都紛紛加入減本攻堅團戰。
當HJT疊加鈣鈦礦疊層技術,將再一次提升HJT電池片轉化效率,延長HJT電池片生命周期,為HJT注入發展活力。
TOPCon贏在當下,HJT則準備戰在未來,未來可期,就在不遠處。