电池组件

HIT设备新时代

2020-05-27 10:04:15 光伏测试网

HJT电池与传统电池相比具有工艺相对简单、无PID现象、低温制造工艺、高效率(P型单晶硅电池高1-2%)、高稳定性、可向薄型化发展等优点,成为未来高效电池的发展方向,国内企业持续发力 HJT 电池,使得HJT电池加速产业化。

(来源:微信公众号“光伏测试网” ID:TestPV)

①结构对称、工艺简单、设备较少。HJT电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层和TCO以及双面印刷电极。其结构对称、工艺相对简单。

②低温制造工艺。HJT电池采用硅基薄膜工艺形成p-n结发射区,制程中的最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度(200℃),避免了传统晶体硅电池形成p-n结的高温(950℃)。可以降低能耗、减少对硅片的热损 伤。

③获得较高的转换效率。HJT电池中的本征薄膜能有效钝化晶体硅和掺杂非晶硅的界面缺陷,形成较高的开路电压。

④由于电池上表面为TCO导电玻璃,电荷不会在电池表面的TCO上产生极化现象,PID现象(电势诱导衰减)。

HJT 电池由于其较高的转换效率,工序少以及已经有量产实绩,成为下一代高效电池的主要发展方向。但是其目前的阻碍主要在于工艺要求严格、需要低温组件封装工艺、设备投资高、透明导电薄膜成本高。

HJT量产的难度不大。HJT的优势明显,工艺步骤简单、转换效率高、发电性能优异,关键在于如何扩大产业化,在成本上提升竞争力。

HJT的性价比主要通过成本和转换效率的对比。PERC转换效率达到22%,HJT效率可达 23%-24%,HJT相比PERC在转换效率上有1-2%的提升。根据目前情况来看,HJT的成本与PERC相比在15~30%就有竞争优势。

对东方日升2.5GW的建设项目进行分析,其中占比较高的包括原材料和制造费用,原材料中占比较大的包括硅片、银浆等。则要降低HJT的成本,包括降低原材料成本和制造费用,主要途径包括硅片薄片化、降低银浆、BOM材料国产化、设备成本降低等。

降低银浆包括:降低低温银浆的用量或者成本,国产低温银浆有望快速应用。部分厂商尝试了其他金属化的技术,包括赛昂的基于铜电镀技术进行改进的电镀技术、MeyerBurger的SmartWire技术。

设备方面,根据晋能介绍,其第一条线投资成本为2亿元/100MW(20亿元/1GW),第二条线降低到了0.9亿元/100MW(9亿元/1GW),未来的目标是降至0.4元/100MW(4 亿元/1GW)。设备未来的投资 额有望快速向 PERC 靠近,主要靠国产设备的使用以及成本降低。

国内已有量产实绩,企业加大布局。目前 HJT量产的以国外松下/ 三洋最为成熟,已经有1GW的量产实绩,而国内在2018年的实际产能为850MW,多为企业前期规划建设的1、2条线。国内福建钧石与松下合作,目前有1000MW的产能;通威一期建设产能200MW,2019年6月份实现了第一片的HJT电池片下线。中智实现了2000MW的产能。而从规划来看,国内企业呈现出较大的信心,目前已经规划了33.3GW的产能,国内发展HJT电池的企业呈现出资本投入大,有新玩家出现,而技术通过合作和研发解决,主要是HJT目前处于产业化初期,企业都在同一起跑线,新进入者希望在这领域实现弯道超车。

HJT电池设备市场空间大,设备国产化加速推进

HJT电池设备投资成本高。HJT的投资成本较高,根据东方日升2.5GW高效太阳能电池的项目投资来看,其设备总的投资额为25亿元,单GW投资额为10亿元,远高于PERC的设备投资额。按照数量来看,单GW都需要配备10台设备。按照不同设备类型来看,非晶硅沉积设备投资额最大,单GW投资额为4亿元;其次为TCO(透明氧化物导电薄膜)沉积设备,单GW投资额为2.75亿元。而从制绒和印刷来看,单台设备的价值量与PERC的设备价值量接近,其中丝网印刷略高。

HJT设备市场空间大。HJT设备市场空间合计达333亿元,超过PERC三年累计315亿元的市场,HJT有望为设备企业带来一个与全新的市场。分设备来看,非晶硅沉积设备市场空间为 133.2亿元, TCO沉积设备市场空间为91.6亿元,丝网印刷设备市场空间为58.3亿元,制绒设备市场空间为25亿元。

HJT电池设备以国外为主,国产企业加速国产化。HJT电池的生产流程包括制绒、非晶硅薄膜沉积、TCO(透明氧化物导电薄膜)沉积、丝网印刷四步。对各个环节的设备国产化状况进行分析。

①HJT的制绒和丝网印刷与 PERC技术相差不当。

②非晶硅薄膜沉积主要使用PECVD(离子体增强化学气相淀积)方法,目前国外主流厂家为Meyer Burge。国内厂家包括理想、钧石能源、迈为股份。其中理想万里晖已经实现了对客户的出货,钧石能源已经实现了在自身生产线上的应用。

目前主要使用的管式PECVD设备,用石英管作为沉积腔室,使用电阻炉作为加热体,将一个可以放置多片硅片的石墨舟插进石英管中进行沉积。PECVD主要由工艺管及电阻加热炉、净化推舟系统、气路系统、电气控制系统、计算机控制系统、真空系统6大部分组成。PECVD技术原理是利用低温等离子体作能量源,样品置于低气压下辉光放电的阴极上,利用辉光放电(或另加发热体)使样品升温到预定的温度,然后通入适量的反应气体,气体经一系列化学反应和等离子体反应,在样品表面形成固态薄膜。PECVD方法区别于其他CVD方法的特点在于等离子体中含有大量高能量的电子,它们可以提供化学气相沉积过程所需的激活能。电子与气相分子的碰撞可以促进气体分子的分解、化合、激发和电离过程,生成活性很高的各种化学基团,因而显著降低CVD薄膜沉积的温度范围,使得原来需要在高温下才能进行的CVD过程得以在低温下实现。成膜过程在真空中进行,大约在 5~500Pa范围内。

③TCO沉积包括RPD(反应等离子体沉积)和PVD(物理化学 气象沉积)两种方法。

RPD(反应等离子体沉积)技术主要由日本住友重工掌握,其设备匹配自己生产IWO(氧化铟掺钨)靶材制备IWO透明导电薄膜,其采用蒸发镀膜对衬底轰击较小,IWO薄膜电学性能明显优于 PVD 制备的ITO薄膜。RPD 制备下的异质结电池总体比PVD约有0.5~1%的效率优势。松下公司采用的就是RPD工艺。住友重工持有RPD设备与IWO靶材两项专利技术,限制了该技术的发展。国内捷佳伟创 在获得住友重工授权以后进行研发制造,并实现了在通威产线上的应用。

目前用的较多的是PVD工艺(物理化学气象沉积),采用直流磁控溅射制备,其制备的一般是ITO薄膜,PVD带来了离子高轰击,损伤较大,ITO薄膜的电学性能差于IWO薄膜。但是PVD技术较为成熟,而且设备相对便宜。最近出现了用PVD制备新种类的TCO薄膜,拉近了两者的技术差距。大部分设备厂家也是采用此技术。国外主流厂家为Meyer Burger。国内包括钧石能源、迈为股份、红太阳等。

总体来看,RPD的在TCO沉积上优于PVD技术,可以提高转换效率,从长远来看是未来的趋势,但是需要解决成本和技术专利的问题。目前来看,PVD可能使用较为广泛。

光伏平价上网带来光伏行业新一轮向上周期,平价上网要求行业降本增效,光伏电池设备在促进技术进步发挥中坚力量。PERC电池新建产能有望持续维持高位,国产化设备企业有望获得大量订单。HJT电池产业化加快,国产设备逐步布局,HJT电池将为设备提供翻倍以上的设备市场空间。

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