光伏電池行業現狀和前景（光伏電池行業專題研究）

2023-04-14 04:06:49 1

（報告出品方/作者：國海證券，李航、彭若恆、邱迪）

首個光伏電池誕生至今已有近 70 年歷史，到 2019 年，單晶 PERC 電池成為光 伏行業的主流技術，其良好的光電轉換效率表現成為推動太陽能發電與傳統能源 「平價」的關鍵因素。不過目前業內 PERC 電池量產效率已經普遍超過 23%， 越來越接近 24.5%左右的其理論極限，而實驗室記錄也已經較長時間未再有突 破。因此產業界都已紛紛將重點投向對新一代主流電池技術的開發，各大龍頭企 業的新一代電池技術也將陸續在年內相繼亮相市場，路線不盡相同。

1.1、 技術迭代皆歸於成本優勢，終端多元化和產業配 套帶來並行可能

經濟性是光伏產業發展的根本動能，「平價」後技術進步遠未停歇。太陽能發電 作為一種清潔無汙染、取之不盡的可再生能源形式，從很早以前就備受關注。但 近幾年才真正開啟大規模運用，主要系技術的進步使得發電成本大幅下降，成為 有經濟性的能源，根據 IRENA 統計，光伏發電的度電成本在 2010-2020 年間平 均下降了 85%以上，達到了與傳統能源發電「平價」的水平。 從長期來看，光伏製造技術仍有進步和提效空間，未來成本有望完全低於傳統能 源，這種經濟上的競爭力也將促進光伏發電實現更快的滲透和規模增長。另一方 面，掌握先進技術的製造企業也將獲得成本競爭優勢，在行業發展中更大程度受 益，這又會促使業內企業持續大力追求技術的進步。

電池轉換效率對光伏系統成本有著全局性的影響，為關鍵的核心降本手段。一個 發電系統的成本水平一般用平準化度電成本衡量（LCOE），即全發電周期內產生 每一度電所分攤的成本，對於運營過程中不需要消耗其他原料的光伏系統，初期 的建設投入就為最重要的一項，而組件的採購成本一般又佔有較高比例。

電池的轉換效率的提升，意味著單位面積電池的發電功率上升，則會帶來多重的 降本效果：1）在電池本環節層面，發電功率的提升也就代表著同等功率下的電 池面積減小，於是矽片等製作材料的成本可以節省出來，2）在組件層面，單位 功率的面積也會減小，於是玻璃、膠膜、邊框等幾乎所有非矽材料的耗用量都也 將降低，3）在光伏系統層面，如土地、支架等與組件面積相關的成本也能有所 節省。 相比之下，通過直接減少組件製造任一環節的相關材料投入或提高生產效率的方 法，所能帶來的降本效果都僅限於該環節，可見電池效率對於光伏系統成本有著 全局性的影響，而對下遊組件企業的盈利水平和產品競爭力決定性作用。

新技術要快速成為主流，一般在已體現出絕對成本優勢，並隨時間持續拉大時。 光伏產業發展至今，新興技術替代現有主流技術的情況在各個環節皆有發生，但 光伏領域本身歷史悠久，與半導體相互交叉，因此在實驗室中會有眾多的技術路 線，發展中的技術能否成為產業界新主流的決定因素還是在於成本。 近幾年裡，各製造環節都較快地形成了其成熟的主流技術，對落後技術有著絕對 的成本優勢。然而技術更迭的過程實際存在差異，有些技術很快完成替代，而有 些分歧甚至經歷多年發展才有了最終的產業定論。

具體而言，單晶和多晶曾是光伏產業最大的技術路線之爭，從上世紀 70 年代開 始持續了約半個世紀，雖然多晶自出現以來的轉換效率和實驗潛力一直低於單晶， 但因價格低廉的設備、更大的單位產量、簡單的工藝等特點使得綜合成本並未體 現出劣勢，2017 年前還一度佔據了市場的絕對主流。 直到近年，單晶技術生產效率大幅提高，並與快速發展的金剛線切割及 PERC 電 池技術良好匹配，才體現出絕對成本優勢，同時二者效率與成本差不斷拉大。因 此在 2017-2020 年左右，單晶快速完成了替代成為主流技術。而金剛線在替代 砂漿線時就顯得更為迅速，隨國產化帶來的成本大幅降低，很快成為行業主流。

多元化終端市場 存量成熟產業配套，帶來種多技術並行可能。 光伏發電系統的實際安裝環境條件可能存在很大差異，對組件的發電特性要求 也就會不同，而各類電池技術的適配性也就不一樣。過去終端以集中式電站為主， 但當前分布式光伏發展迅速，目前國內甚至已能佔到一半以上。 1）分布式系統需要考如慮屋頂面積結構、承重能力、美觀度等方面的條件，可 能會對組件電池單位面積的發電功率等有更高要求、傾角和背面利用限制也會比 較多。2）即便是集中式場景，土地、草地、沙漠、水面等環境情況也有區別， 例如沙漠晝夜溫差大、白天溫度高，水面則光線反射率高、平均溫度低，在這些 情況下擁有低溫度係數或高雙面發電性能的技術就會更為適配。

從成本角度考慮，單一環節的技術效果也需要上下遊的配套來體現，其他環節的 兼容適配能力、成熟度、成本情況、設備調整等都是重要的影響因素。由於總體 「平價」的實現，行業近年來開啟了一輪大規模擴張，各製造環節產能都大幅增 加，而成熟技術的產業規模效應顯著，已經體現出良好的經濟性。因此，若一種 新技術若能良好嫁接存量成熟產業，則有望實現更快的滲透推廣，反之則可能需 要花費更多投入與時間被市場接受。

1.2、 電池提效率，矽片打基礎，P/N 導電型尚各有所取

對於傳統晶矽光伏電池，發電的核心結構是 PN 結。矽作為一種半導體材料，導 電能力來自於可自由移動的電子和空穴兩種載流子。由於空穴本質上是電子躍遷 到導帶自由移動後在價帶留下的空位，因此二者是成對同時形成的。 1）對於完全純淨的矽材料，兩種載流子數量濃度相同，被稱為本徵半導體，這 種狀態下並不具備發電能力。2）當矽材料中摻入少量硼等三價元素原子就會成 為 P 型半導體，由於雜質原子最外層電子數比矽少一個，多餘的空穴就被引入， 導電時將發揮主要作用，電子則成為少數載流子。3）若摻雜磷等五價元素則會 形成 N 型半導體。 光伏發電的產生首先需要 P 型和 N 型半導體相互接觸形成 PN 結，多數載流子 會在熱擴散的作用下自然向對面運動，形成內建電場和空間電荷區。光照條件下， 矽原子外層電子吸收了光子能量而躍遷，形成更多的電子空穴對，這些非平衡載 流子運動到結區附近就會在內建電場的作用下漂移到另一端，於是 P 端和 N 端 的多子就會富集起來，形成電勢差，當接入外部電路形成迴路後即可對外發電。 光照停止後，發電過程也隨即停止，所以光伏電池本身不能儲電。

P 型矽片產業化已相當成熟，成本控制良好

在光伏產業，無論是過去的 BSF 電池還是當前主流的 PERC 電池，長期以來都 是基於 P 型矽片實現大規模量產，因此整個產業鏈從矽料、矽片到電池端技術 都已經非常成熟，成本也可以很好的控制。 （1）磷擴散相對更容易，工藝溫度更低而良率高。以 P 型矽片為襯底製作電池 的發射極時，業內一般是在前表面進行磷擴散，所需的反應溫度不用太高、時間 較短，矽片也相對不容易發生曲翹、碎片、氧沉澱的問題，有利於電池良率的提 高。

相比之下，N 型矽片需要對表面進行硼擴散，在推結時所需的溫度更高，至少 900℃以上，且時間更長，還可能形成難以刻蝕的富硼層（BRL），控制難度大。 此外，作為硼源的主要原料為三溴化硼 BBr3 沸點較高，反應溫度下仍為液態， 易發生摻雜不均勻及一致性差的問題，目前業內開始改用三氯化硼 BCl3 ，但還 是會存在電池發灰影響效率、設備腐蝕等問題，成為部分廠商的難題。 （2）通過襯底摻雜元素的改變解決硼氧光衰（LID）問題。光致衰減此前一直是 P 型晶矽電池的一項重要問題，由於襯底矽片採用硼元素進行摻雜，會在內部與 氧結合成 B-O 複合體，這會導致電池功率出現明顯衰減。鎵作為硼的同族元素， 也可以作為 P 型矽片的摻雜劑，其原子半徑較大而不會出現複合對的問題，但 由於在矽中的分凝係數太小，此前電阻率較難控制。隨著技術發展，摻稼拉晶技 術近年已被隆基等龍頭企業突破，較好解決了相關光衰問題。

N 型矽片擁有更高的電池提效潛力，目前尚受制於高成本

（1）N 型矽片相比 P 型矽片的最核心優勢在於更高的少數載流子壽命，有利於 製作更高效率的電池。矽片中特定的自由電子一般不會一直存在，自然條件下會 躍遷回價帶，也就是與空穴發生複合。對於已經產生的光生載流子，當外部光照 條件撤出後，還可以繼續存在一段時間，這個平均時長就是少數載流子壽命（非 平衡載流子壽命），矽片中的缺陷、部分雜質等因素會對其產生較大影響。一般 情況下系轉換效率越高的電池結構對少子壽命越敏感，由於 N 型矽片的少子為 空穴，對金屬雜質更不敏感，因此少子壽命更高，此外在同等摻雜條件下 N 型 矽片電阻率也更低，皆有利於製造更高效率的晶矽電池。目前產業中 TOPCon、 HJT 等新電池技術基本都是基於 N 型矽片進行開發。

（2）N 型晶矽電池溫度係數低、弱光性好、抗衰減性強，可帶來額外的發電量 增益。1）在常溫條件下，一般晶矽光伏電池的發電效率會隨著溫度的升高而降 低，而 N 型電池的效率降幅比主流 P 型電池要少，即溫度係數更低。2）此外光 照的強弱本身也是影響電池發電情況的重要因素，而 N 型電池在弱光下的響應 能力也相對更強。3）N 型電池組件還具備更強的抗 PID 衰減能力，這種效率衰 減與使用時間相關，一般在首年較大，後續年份也會持續存在。

（3）N 型矽片成本尚高，但更大的減薄潛力結合電池端的高效率，有助於矽成 本下降。N 型矽片目前生產成本高於 P 型矽片，主要系 1）對參數品質要求嚴 格，需使用高品質的緻密料生產，矽料純度要求達到電子二級，2）矽棒頭尾電 阻率變化大，可利用率較低，3）對熱場、石英坩堝等耗材要求會更多，4）總體 產量還不大，規模效應不充分等。從中環股份此前公開報價來看，目前同樣厚度 和尺寸的 N 型矽片價格會比 P 型矽片高 6-8%左右。

另一方面，矽片減薄是一種降低矽成本的手段，但矽片厚度與轉換效率之間存在 一定的負相關關係。根據部分實驗數據，矽片厚度小於一定值後對轉換效率的影 響會越來越顯著，主要系：1）長波光透射損失增加，2）少數載流子的擴散長度 （少數載流子在複合前所經過的平均擴散距離，與少子壽命正相關）大於矽片厚 度後，在矽片背面發生複合的速率增大，3）薄矽片切割工藝要求更高，出現缺 陷的機率更大，增加載流子複合機率。但總體來看，N 型晶矽電池因為更好的技 術處理可以採用更薄的矽片，未來持續減薄的潛力更大。

1.3、 降損提效方向明確，電池技術殊途同歸

太陽能電池的理論效率首先由半導體材料特性決定。從更深入的層面分析，光伏 發電為一種能量的傳遞過程，半導體中的電子吸收光子能量後，跨過禁帶躍遷至 導帶，留下空穴，當這些獲取能量的載流子到達電池表面被電極收集後，就可以 通過外接電路將以電能的形式將太陽能傳遞。由此可知，只有能量大於基材禁帶 寬度（Eg）的光子才可能激發出光電子，而光子的能量取決于波長，禁帶寬度則 取決於半導體材料本身，並受溫度影響。 因此，太陽光譜和半導體材料本身對太陽能電池的理論轉換效率有決定性的作用， 例如當帶隙比較小時，能被激發的電子數量增加，但所攜能量減少，反之同理。 理論研究表明，常規條件下利用太陽光的最佳材料禁帶寬度為 1.4-1.5eV，晶體 矽則為 1.12eV，僅有大概 30%多的太陽光能量可以被利用，再綜合其他因素， 晶矽電池的理論轉換效率約 29.4%。

晶矽太陽能電池提效的本質在於減少太陽光能量損失

理論分析可知，很大部分的太陽光能量在光電轉化的過程中損失掉了，也就表現為轉換效率的降低，其中又可分為兩類： 1、光學損失，即與光子能量未被充分吸收相關的損失，包括：1）反射光損失， 2）能量小于禁帶寬度的長波光損失，3）被吸收的光子未能產生載流子，4）光 子激發出載流子後，若有多餘的能量則不能被利用的損失； 2、電學損失，即與光生載流子能量直接損耗等相關的損失，包括：1）載流子在 電池內部和表面發生複合而損失，2）光生載流子在 PN 結區分離時產生能量損 失，3）電池內部、表層及電極接觸處的電阻損失。

另一方面，對於特定的光伏電池，一定光照和溫度等條件下的最大轉化效率（η） 可以用三個基本參數——開路電壓（Voc）、短路電流（Isc）和填充因子（FF）表 徵，三者乘積再比上入射太陽光功率（Pin）就等於轉換效率。因此如果能盡力提 升三個基本參數的值，就可以獲得更高的轉化效率。所以，影響太陽能電池效率 的因素實際上都可以歸結為對三個基本參數的影響，然而有時改變一種因素可能 對不同參數產生相反的效果，不能達到同時提高的目的，此時則需要找到最優的 平衡。

此外，由於自身結構特點和難以避免的製造缺陷，太陽能電池存在兩種內電阻， 即串聯內電阻（Rs）和並聯內電阻（Rsh），它們對於電池效率有重要的影響，也 是導致效率基本參數降低的重要原因。

表面鈍化以減少複合是製作高效率電池的關鍵手段

光伏電池效率損失的一個重要原因便是載流子在流出電池前被複合掉，此時開路 電壓會受到較明顯的影響，而矽晶體中實際存在三種複合類型，其中 SRH 複合 （陷阱輔助複合）是最為主要的一種，這是由矽中的雜質或缺陷在禁帶中引入缺 陷能級而形成了複合中心，屬於一種間接複合。 電池表面則是最主要的載流子複合中心，這主要系周期性的矽晶格在表面處中 斷，於是形成大量的懸掛鍵和晶格缺陷，同時摻雜處理本身也會引入缺陷。一般 情況下，表面複合的不利影響也會隨矽片厚度的減薄加強，特別是在少子擴散長 度大於矽片厚度時。 對電池進行鈍化處理就是採用各種手段降低載流子的複合，以達到提高電池效率 的目的，而表面鈍化也就成為產業裡製造高效電池的關鍵技術和主要突破方向。 傳統上講，表面鈍化方法可分為兩類： （1）化學鈍化，即把晶矽表面的懸掛鍵及晶體缺陷直接中和掉，主要手段包括 在表面引入一些氫原子或者沉積一層低缺陷的介質膜。 （2）場效應鈍化，即在矽片表面形成一個電場，使得少數載流子難以靠近電池 表面，從而減少複合，主要手段包括在表面進行重摻雜形成高低結，沉積一層可 以固定電荷的介質膜或者重摻雜的矽薄膜等。 選擇性鈍化接觸則是正快速發展的一類技術，從理論核心來看與場效應鈍化一 致，即設法在電池表面的一定區域內對載流子產生篩選作用，對於多數載流子的 電導率高，使其能較容易的通過，而少數載流子難以通過，從而減少複合，增加 電極對載流子的收集。

降低光學損失為重要提效方法，電池結構方面仍有開發空間

根據前述，光學損失是一類重要的電池效率損失來源。首先，研究表明在一般情 況下光從空氣中照射到未經處理的矽片表面時，反射率高達 30%以上，造成極 大的能量損失，目前產業裡已普遍採用表面制絨結合減反射膜的方式來降低這個 損耗。 （1）表面制絨：即將矽片受光面製作成粗糙的絨面，使光照射到矽片表面時， 可以通過多次反射更多的進入的矽片內部。對於單晶矽而言，可以利用鹼液在不 同晶向上腐蝕速率的不同將表面製作成許多「金字塔」外觀的絨面。 （2）減反射膜：在矽片受光面增加一層折射率比較大的薄膜層可以進一步增大 對入射光的吸收。實際上，氮化矽（SiNX）膜本身就是一種良好的減反射膜層， 其折射率約為 2.1，且化學性能穩定。

另一種降低光學損失的方法在於減少電池正面柵線的遮擋面積。減小柵線的寬 度是一種直接的方法，但可能導致串聯電阻的上升，因此需要同步增加柵線高度， 對製作工藝提出了更高的要求。 此外產業界也持續在電池結構方面進行探索。金屬纏繞穿透（MWT）是一種有 代表性的嘗試，它先對電池進行打孔處理，再將正面細柵線收集的電流引導利用 孔洞中的電極金屬引導到背面，從而消除遮光影響較大的正面主柵線。較早期的 研究表明，MWT 電池可將 8%的電極柵遮擋區降低到 5%左右。更進一步，正面 完全無柵線遮擋的背結接觸類（BC）電池實際已經問世較長一段時間。

N 型 TOPCon 和 HJT 為近年來最受關注的新興高效電池技術代表，此前產業化 的主要問題在於成本過高，經濟性不足，但隨著技術的不斷進步，目前已開始步 入成熟階段。今年以來，組件端一體化龍頭企業已陸續對前者啟動大規模的投產 和擴產行動，標誌著 N 型技術電池進入規模化量產「元年」，而後者的規模量產 也在加速推進。

2.1、 TOPCon 電池為鈍化接觸技術新興代表，與現有 產線兼容性較高

TOPCon 電池理論效率上限高，提出時間較短但發展迅速

德國 Fraunhofer 研究所在 2013 年提出了隧穿氧化層鈍化接觸（TOPCon）電 池，這種電池利用 N 矽片作為襯底，在背面會先製作一層不足 2nm 的超薄二氧 化矽（SiO2）作為隧穿層，再在上面製作一層 20nm 左右摻磷的多晶矽薄膜（polySi(n )），濃度較襯底更高，成為新一代高效光伏電池： 1）由超薄隧穿氧化層和摻雜多晶矽層組合而成的結構（SiO2/ poly-Si(n )）正是 TOPCon 電池的核心，可以實現對載流子的選擇性收集，起到了關鍵的表面鈍 化作用。它的存在使得矽片界面處的能帶發生向下彎曲，同時隧穿層還使得能帶 出現非對稱性偏移，使得對電子的勢壘低於對空穴的勢壘，於是作為多子的電子 可以比較容易地進行量子隧穿，空穴則很難通過，即使通過也還會受到由多晶矽 層與矽基體的摻雜濃度差而產生的內電場阻擋，很難到達電極與矽片接觸的界面 發生複合。同時，研究也表明只有完整的 TOPCon 結構才能形成較好鈍化效果。

2）近幾年的研究發現 TOPCon 電池背面還存在「針孔」效應，即在電池製作過 程中，局部的 SiO2 隧穿層在高溫下發生分解，出現了一些可以讓載流子直接傳 輸到多晶矽層的微小「孔洞」，從而帶來了良好的導電率。 3）TOPCon 電池背面為全域鈍化，金屬電極與矽基材料並不直接接觸，同時載 流子也可以在矽片內部直接通過氧化層進行一維縱向傳輸，相比局部直接接觸的 PERC 電池，不僅降低了接觸電阻，還避免了載流子二維傳輸過程中引起的體復 合，進一步降低了串聯電阻，提升了填充因子和轉換效率。 4）TOPCon 電池在結構上背面可以透光，直接具備良好的雙面發電能力，做成 組件後的雙面率普遍能達到 80%以上，而 PERC 僅 70%左右，帶來更多發電量 增益。

憑藉先進的鈍化技術，TOPCon 電池在首次提出時就能達到 23.7%的效率，開 路電壓達 700mV，填充因子達 82%。事實上，根據選擇性接觸理論的研究推算， 雙面鈍化結構的 TOPCon 電池的最高理論轉換效率可達到 28.7%，接近晶矽電 池的上限，也略為高出 HJT 電池的 28.5%，而 PERC 電池僅為 24.5%，即便是 僅進行背面鈍化， TOPCon 電池的理論效率也可以達到 27.1%。

從實驗室研發情況來看，近年來業內領先企業和知名研究機構都已能很好地將 TOPCon 電池效率開發到 25%以上，今年以來，天合、晶科接連刷新大面電池 記錄，目前已經能達到 25.7%，而在相對容易達到更高效率的小面積電池方面， 德國 ISE 在 2019 年已突破了 26.0%的水平。

TOPCon 電池與主流 PERC 產線兼容性強，有利於產業化推廣

TOPCon 與 PERC 電池在結構方面一定的相似性也帶來了設備和工藝上的相容 性。前者的正面與後者的背面膜層及金屬化方式一致，兩面最外側也都是氮化矽 減反鈍化層，前道的清洗制絨工藝也相同。 二者工藝與產線的差異點主要在於：1）TOPCon 增加了製作隧穿氧化層和多晶 矽核心結構的工藝設備，具體又與細分技術路線有關，一般會增加 LPCVD 或 PECVD 設備，並配套擴散或退火爐，2）襯底矽片導電型變為 N 型後，電池前 表面由磷擴散變為硼擴散，工藝會有所調整但設備不變，3）TOPCon 背面不需 再進行雷射開槽，多晶矽層本身具備導電性可將載流子傳輸給電極，4）正面制 作選擇性發射極 SE 的工藝尚未完全成熟，廠家可能會選擇預留。

2.2、 組件端龍頭引領，TOPCon 進入規模化量產元年， 溢價下經濟性初現

行業老玩家引領，深入布局企業眾多。TOPCon 電池的優勢和潛力近年來吸引了 大量企業進行產業化研發投入，目前總體由行業內的原有資深企業主導，但也有 部分新興企業大力投入，並持續取得重要突破。目前來看，業內領先企業的研發 效率均已能達到 25%以上，量產線效率也基本突破 24.5%。 產能方面，根據我們統計目前行業裡已經在建和籌建中的新產能有大約 183GW， 也已有龍頭企業已建成超 10GW 的大規模量產線，其他企業也在快速推進，預 計隨技術的不斷成熟、終端經濟性的體現，新規模化產能的建設還將加速，包括 部分已有新電池擴產計劃，但尚未決定具體技術路線的企業，以及擁有大量待升 級存量 PERC 產能的企業，都有望快速跟進。

晶科能源率先扛起 TOPCon 規模化量產大旗，天合、晶澳接踵而至

（1）晶科能源作為全球四大組件一體化龍頭之一，於去年 11 月推出使用 N 型 TOPCon 電池的組件產品 Tiger Neo，公司近年間在 TOPCon 技術上的投入相 對篤定，並快速取得突破，多次打破轉化效率世界紀錄，今年 4 月以 25.7%的效 率再次刷新紀錄，量產線效率也達到 24.5%以上。 在規模化產能建設方面，晶科目前已經擁有 16GW 的 TOPCon 的產能，正在建 設和籌備的新產能預計達 19GW，大步走在行業之前。公司 2019 年就已建立了 900MW 中試線，去年開始建設海寧尖山和安徽合肥兩大生產基地，一期項目各 8GW，均在 Q1 時投產，目前已滿產，同時公司於 6 月底啟動了尖山 11GW 二 期項目，合肥的二期電池項目也已經在籌備中。在市場推廣方面，今年以來晶科 TOPCon 組件已經至少 7 次中標央國企組件招標項目，成為 N 型電池元年的先 行者。

（2）天合光能方面，公司早在 2015 年就已經開始了 TOPCon 電池的研發， 2019 年就發布了採用此電池技術的組件產品 i-TOPCon，後中試線規模達 500MW。今年 3 月，天合國家重點實驗室宣布其 210 大尺寸 TOPCon 電池最高 效率達到 25.5%，創造了新的大尺寸世界紀錄，量產線效率也在 24.5%以上。規 模化產能方面，天合於今年 4 月啟動了宿遷 8GW TOPCon 電池項目，預計年內 實現投產，而 6 月新開工的西寧產業園中規劃有 10GW 的 N 型電池產能，在全 行業推廣順利的情況下較大可能繼續採用 TOPCon 路線。 （3）晶澳科技方面，公司在 5 月發布了 DeepBlue 4.0 X 組件，採用名為「Bycium 倍秀」的 TOPCon 電池，量產效率可達到 24.8%以上。實際上，公司在 2020 年 時TOPCon電池的效率已能接近24%。規模化產能方面，而寧晉1.3GW TOPCon 電池產能預計將在近期實現投產，到年底左右預計公司將擁有 6.5GW 產能。此 外，公司分別在 5、6 月分別公布了曲靖和揚州兩個 10GW 新電池項目。 （4）另外，電池龍頭通威股份 4 月初也公布了 32GW 高效晶矽電池新項目，將 分兩期建設，尚未明確技術，由於公司在 TOPCon、HJT 等新電池領域都有不少 投入，若 TOPCon 技術產業化推廣順利，則可能會有較大比例選擇這種技術路 線，而公司的存量電池產線也有望批量化進行改造。

中來、一道等新興電池組件企業同樣大步邁向規模化產能建設

（1）中來股份為組件背板行業龍頭，2019 年公司開始大力對新型電池及組件業 務進行研發布局，選定 TOPCon 技術路線，當年便實現量產效率 23.5%，當前 自主研發的 TOPCon2.0 電池量產轉換效率也可達到 24.5%，採用創新性的 POPAID 工藝路線，目前已累計出貨 5GW 的 TOPCon 組件產品。產能方面，公 司目前已經建成約 7.6GW，其中泰州基地共有 3.6GW 的產能，同時山西 16GW 電池項目處於持續建設中，一期 8GW 中的 4GW 已於今年 6 月底投產。 （2）一道新能源於 2018 成立，為發展迅速的新興電池組件企業代表。公司在 創立之初便以N型技術作為布局核心，目前TOPCon電池實驗效率可達25.5%， 量產效率也超過 24.6%。公司 2019 年已建成 1.2GW 的 TOPCon 產能，到 2021年底達到 6GW，按規劃預計 2022/23 年底將達到 20/30GW。近期，公司 N 型 組件中標央企華能集團項目，已正式籤約，並向市場推出「DAON」品牌 3 個系 列高效 N 型組件新品。

組件溢價日漸明朗，有望覆蓋製造成本，終端實證有望加速推廣

從經濟性和市場推廣角度來分析，TOPCon 電池的製造成本目前仍高於 PERC， 主要在於設備成本、漿料銀耗等方面，但差距已相對不大，在主要的新電池技術 中最為領先。作為一種競爭性的新興技術，TOPCon 要得以全面推廣，必要條件 是能為下遊系統業主帶來收益，這樣買方才會為新技術支付溢價，去覆蓋製造企 業的成本增加，這需要考慮兩個方面： 1）首先是系統端整體的初始造價成本不能明顯高於 PERC，這在項目啟動建設 之前就能明確地計算得到，2）發電量增益效果，即低功率衰減、高雙面率、低 溫度係數、高弱光性能等方面能良好體現，雖然也能進行理論推算，但都需要在 項目建成實際運行後才能真正測出，在前期未必能直接讓投資方完全接受。 （1）我們對 TOPCon 和 PERC 技術在電池、組件和系統端的成本進行了測算 和對比，從結果來看前者基本已經具備了大規模市場推廣的條件：1）在電池端， TOPCon 目前比 PERC 高 6-7 分/瓦左右，2）在組件端，考慮提效對於非矽成 本的降低，二者差距大概在 4-5 分/瓦左右，3）在系統端，由於組件提效後對於 BOS 成本中與面積相關部分的進一步攤薄，而者基本達到相同的造價水平。

（2）在 TOPCon 組件的實際推廣銷售情況方面，今年已有不少央國企招標項目 中專門給出了 N 型標段，參與的基本上為 TOPCon 組件，我們梳理了相關的中 標價格情況，大部分溢價都在 0.7-0.11 元/基瓦左右，個別偏差較大，平均來看 可達到 0.1 元/瓦，逐步趨於穩定，若持續下去則有利於推動組件企業穩定產品 盈利預期，加速推動產能建設。此外，在價格接受度更高的分布式和海外市場方 面，預計 TOPCon 還能有更好的溢價。（3）在發電量增益方面，不同項目受實際條件影響較大，一般實證也需要一定 的時間，而目前使用 N 型組件的項目還不多，運行時間也相對較短，但已有個 別項目顯示出積極的結果，如在銀川國家光伏戶外實證基地為期一年的實證項目 中，晶澳的 N 型組件平均單瓦日發電量比一般 P 型組件高出 3.9%。 此外，從部分實際項目的測算數據來看，N 型組件基本能帶來超過 3%的發電量 增益，使得在組件存在較高溢價的情況下 LCOE 還能夠降低。預計隨時間推移， 未來更多積極的實證項目數據有望公開，促進 TOPCon 技術加速推廣

產業化技術尚有重要可突破點，成本效率存在持續進步空間

1、TOPCon 背面核心鈍化結構的製作存在工藝路線選擇較多的問題

目前來看製作 SiO2/ poly-Si(n )結構存在多種工藝路線，製作方式與所用設備高 度相關。但即便是使用同一種核心設備，也會存在不同的方法和流程，尚未有任 何一種能完全兼顧電池效率、生產成本、穩定性等各個方面而形成絕對優勢，這 就對業內企業的研發和產能投入時帶來了選擇難題，也一定意義上分散了產業研 發資源。具體而言，TOPCon 結構的製作分為可分為兩步： 第一步，超薄二氧化矽隧穿層（SiO2）的製作：隧穿氧化層本身非常薄，如果太 厚會影響量子隧穿而增大接觸電阻，如果太薄則達不到好的鈍化效果，因此對鍍 膜的均勻性控制要求較高，而且膜層質量要高，不能有太多缺陷，否則也會影響 電池效率。 目前製作隧穿層相對最主流的方法是熱氧化法，可以採用多種爐型設備，電池鈍 化效果最好，缺點是反應速度較慢；另外一種在大力發展的方法為等離子體輔助 氧化，雖然膜層生長速度快，但鈍化效果和均勻性皆相對遜色；原子層沉積（ALD） 也是一種特點突出的方法，其對於膜層的生產能非常精準的控制，也可與後道步 驟結合為 PEALD（ALD PECVD），此外還有化學法、準分子源幹氧法等。

第二步，摻雜多晶矽層（Poly-Si(n )）的製作：背面的摻雜多晶矽層提供了重要 的場鈍化效應，其質量、均勻度、摻雜濃度等情況對電池效率有重要影響。 目前產業內一般使用 LPCVD、PECVD 和 PVD 等的工藝方法，其中前兩者最為 主流，二者均屬於 CVD（化學氣相沉積）技術，即在設備反應室內通入原料氣， 在一定的壓力、溫度等條件下下發生化學反應生成膜層物質，並在矽片表面沉積， 從工作原理來看： 1）LPCVD（低壓化學氣象沉積）主要是通過矽烷（CH4）在高溫下裂解來沉積 多晶矽，反應溫度一般在 600℃左右；2）PECVD（等離子增強化學氣相沉積） 則是在沉積室內建立高壓電場，將反應氣體電離形成活性極高的等離子體，然後 發生反應並在襯底上沉積成膜，因此也可以在較低的溫度下（＜400℃）下進行。 3）此外，考慮到佔地空間和產能，目前管式設備為相對主要發展方向。

另一方面，根據摻雜磷的方式不同，各工藝路線大體可以分為兩類： （1）原位摻雜，即在沉積多晶矽的同時通入含所需雜質的氣體（如磷化氫 PH3）， 這種情況下一般會先生成摻雜非晶矽（n -a-Si），然後還需進行高溫退火晶化處 理，多種設備都可以採用這種路線， （2）非原位摻雜，即先沉積本徵多晶矽（i-poly-Si），再用另一道工藝將磷摻雜 進去，可以採用熱擴散或者離子注入的方法，前者摻雜後不再需要退火，而後者 仍需要退火進行一定修復，非原位摻雜一般採用 LPCVD 工藝設備。再比較 LPCVD 和 PECVD 兩種工藝，前者的優勢在於：1）技術相對成熟、2） 鍍膜質量高、電池效率高，3）產能大，4）可以和前道隧穿層工藝單管集成；但 缺陷在於 1）鍍膜速率偏低，特別對於原位摻雜路線，2）存在繞鍍，3）額外的 石英管耗材增加成本等問題，不過目前已經有效解決。 後者主要優勢在於：1）鍍膜速度快效率高，2）繞鍍易處理，3）設備成本更低 （目前低約 2-3 千萬），4）同時具有與前後道多個工序集成的潛力，也可以和 ALD 結合形成 PEALD 工藝；劣勢在於 1）膜層質量稍低，2）沉積時會引入大 量氫，退火時可能出現脫膜，3）沉積時容易產生粉塵，目前這些問題也已逐漸 被攻克。

2、選擇性發射極的製作存在難點，工藝未完全成熟，但已有突破性進展出現

在 PERC 電池工藝中，製作選擇性發射極是一種很有效的提效手段，即對電極 柵線與發射極接觸的區域實施比周圍更重的摻雜，這樣既能夠增強對載流子的選 擇性，又能進一步降低接觸區電阻，達到提升開路電壓和因子的效果。這一般是 在擴散制結後通過雷射掃描來完成，即讓擴散後殘留在矽片表面的磷矽玻璃 （PSG）升溫，其中的磷原子就能更多的進入矽片中。 但對於 N 型矽片，直接運用雷射重摻的方式存在瓶頸，主要系：1）硼原子在矽 材料中有效推進需要的雷射能量更高，容易增加對矽片的燒灼損傷，甚至破壞絨 面，效率反而降低，2）硼在二氧化矽中的擴散速度大於矽，在 BSG 中的濃度也 與 PSG 不同，有時雷射重摻效果不明顯或濃度不可控。

根據晶科能源相關資料，發射極相關影響在當前 TOCon 電池的 Voc 損失中是佔 比第二大的因素，而根據東方日升和帝科股份相關資料，表面金屬接觸與正面復 合的優化可以帶來 0.5%左右的絕對轉化效率提升。綜合而言，隨關鍵技術工藝 的提升，TOPCon 有望向更高的效率進行突破，進一步取得經濟性優勢。

2.3、 HJT 歷史悠久潛力空間大，降本方向清晰，多路 玩家重點投入

HJT 電池轉化效率潛力大，發電增益高，長期以來備受關注

異質結（Heterojunction）是由兩種不同種類的半導材料體所構成的 PN 結，如 非晶矽（a-Si）與晶體矽（c-Si），二者可形成異質結，而傳統晶矽太陽能電池通 過對表面擴散摻雜而形成的 PN 結則為同質結。 異質結電池（HJT 或稱 HIT、SHJ 電池等）最早由日本三洋公司 1992 年開發出 來，其核心特點就在於效率很高，1994 年時就能達到 20%，於 1997 年開始量 產。事實上 HJT 電池最初是在非晶矽薄膜電池的基礎上提出，在結處採用了 pi-n 型結構，即在 P 型與 N 型半導體材料之間插入一層未摻雜的極薄本徵材料作 為鈍化層，其與表面的摻雜層一起構成電池的窗口層，類似於發射極。 目前業內主流的 N 型 HJT 電池基本結構如下：1）襯底材料為單晶矽（c-Si）， 由於能帶結構等方面的優勢，選用 N 型可以獲得更高的效率，2）兩面襯底之上 的第二層為含大量氫原子的本徵非晶矽薄膜（a-Si:(i)），一般僅約 10nm 厚，在 鈍化中起到關鍵作用，3）第三層為含氫的摻雜非晶矽層，正面的窗口層處為 P 型膜層（a-Si:(p )），構成 PN 結，背面為重摻雜的 N 型膜層（a-Si:(p )），與本 徵層一起構成背場，起到對載流子的選擇性鈍化作用，4）最外層為 TCO 透明導 電膜層，用於減反射和匯集電流，傳遞給兩面的金屬電極。

HJT 電池可以擁有很高的轉化效率，主要與其結合兩種不同特性的材料和良好 的表面鈍化效果有關：1）晶矽與非晶矽異質結結構增加了 PN 結勢壘高度，增 強了對載流子的選擇性，使得開路電壓可以突破晶矽上限，2）本徵非晶矽層（aSi:(i)）含有大量的氫，可以鈍化晶矽與摻雜非晶矽界面處大量的缺陷，減少複合 中心，還能起到整流作用、調節能帶偏移、減少隧穿電流（漏電流），3）TCO 導 電膜避免了金屬與矽的直接接觸，可以做到全域鈍化接觸。 另一方面，由於使用非晶矽膜層進行鈍化，HJT 電池全流程製作工藝不超過 250℃，也就避免了高溫處理中矽片整體性質的衰減，如少子壽命的降低。 HJT 電池較大的效率潛力吸引了國內外諸多機構進行研究突破，從近年的實驗 室研髮結果來看，大面積的電池轉化效率都已能比較輕易的突破 25%，開路電 壓已普遍接近或超過 750mV，今年隆基更是將最高記錄刷新至 26.5%。

微晶矽的引入有望將 HJT 電池量產效率提升至新水平。目前利用氫化微晶矽 （μc-Si:H）替代非晶矽作為 HJT 電池的膜層材料已成為一個重要的突破方向， 有望將量產轉換效率提升到 25%以上。微晶矽材料其是由納米晶矽（nc-Si）、非 晶矽、空洞和晶粒組合而成的混合相半導體，其中納米晶矽為直徑 2-10nm 的矽 晶粒。微晶矽材料的主要特點優勢在於： 1）光學帶隙較寬，一般根據晶化情況在 1.12 eV （晶矽）-1.7eV（非晶矽）之 間連續可調，若是納米晶矽薄膜則可以達到 2.4eV，因此在正面可增加矽襯底所 能利用的太陽光的透過率，同時本身也能利用紅外部分的光譜 2）電導率高，特 別是對於納米晶矽，有助於增加短路電流和填充因子，3）性質穩定，幾乎不存 在 S-W 效應，即非晶矽薄膜長時間光照後性能的下降。此外二氧化矽等材料也 可以運用在本徵鈍化層中。

HJT 電池另一個優勢在於較突出的發電量增益效果，主要體現在：1）溫度係數 明顯低於其他主要電池技術，即高溫下發電能力更強，原因在於較高的開路電壓， 2）雙面發電能力突出，主要在於其天然對稱的電池結構，3）弱光響應能力強， 主要系其結合了薄膜電池的特點，非晶矽材料對弱光的吸收效應強。

產業化尚受高成本制約，但多方向降本潛力較大，持續推進

從生產工藝來看，HJT 電池的與主流 PERC 電池差異很大，核心環節一共僅四 大步——1）清洗制絨，2）非晶矽摻雜層製備，3）TCO 膜製備，4）絲網印刷 製作電極，核心設備也完全不具兼容性。 對於關鍵的中間兩大步驟，目前業內相對最主流的工藝為：1）利用 PECVD 方 法製作本徵和摻雜非晶矽層（與 PERC 及 TOPCon 中所用設備有所區別），2） 然後用 PVD（物理氣象沉積）法製作 TCO 導電層。其中，磁控濺射是目前光伏 領域中常用的 PVD 方法，即在一個電場與磁場相互垂直的真空中，將低壓的氬 氣電離為氬離子和電子，氬離子在磁場的作用下會飛向靶材，靶原子被撞擊後脫 離原來晶格的束縛氣化，逐步吸附到矽片表面沉積成膜。

在核心工藝之外，目前業內也還增加了一些額外的工序，有利於提高電池效率， 例如：1）矽片吸雜，即通過適當處理，利用矽片內部的氧沉底降低表面金屬雜 質影響，2）光注入退火，即通升溫激活電池中的氫原子，再通過光照改變其價 態來提高鈍化性能，最終達到提升開路電壓和填充因子，提高轉化效率的目的。

製造成本偏高問題尚在解決，設備、銀耗、矽片和靶材為重點突破方向。

（1）首先在設備端，目前 HJT 技術的單 GW 投資需要 3.5-4 億元，明顯高於 PERC 的 1.0-1.5 億和 TOPCon 的 1.8-2.5 億，主要突破方向在於國產化設備持 續提效，增大產能。 （2）金屬化漿料方面，目前是非矽成本佔比最大的環節，也是額外成本增加最 多的項目，主要系低溫工藝下漿料不僅銀耗量大且價格高，單 W 用量大概為 PERC 的兩倍，價格高出常規正銀約 2000 元/kg。 其中，耗量高的原因在於，1）低溫銀漿不經高溫燒結，電極中其他成分導致電 阻率偏高，需要增加用量 2）非燒結工藝下電極柵線寬度較難減小，3）雙面都 需使用正銀，無法搭配鋁漿；價格高的原因在於低溫銀漿尚未實現技術國產化的 完全突破，大部分依賴進口。 解決銀漿成本問題的思路包括，1）降低線寬，通過絲印技術升級或採用雷射轉 印降低柵線漿料使用，2）銀漿國產化、規模化降本，3）銅替代，及採用銀包銅 技術降低漿料銀含量，或者使用電鍍銅技術替代銀柵線。目前各種方法都在業內 快速研發推進中。

（3）矽片端，降本主要在於薄片化，目前 N 型矽片成本價格高於 P 型矽片，但 HJT 電池極好的雙面鈍化使得矽片繼續減薄後，表面複合仍不會明顯加劇，此外 低溫工藝也避免了高溫製程中曲翹、碎片等問題，因此可使用的矽片厚度有望降 至 100μm 以下。另外，針對劃片過程中電池切損較大導致組件端 CTM 較低的 問題，目前也在通過矽棒切半後切片的工藝前置方法嘗試解決。 （4）靶材方面，HJT 電池最外層的 TCO 膜需要具備良好的透光性、導電性、 穩定性及合適的折射率，並能與電極和內層形成良好電學接觸，目前主要使用 ITO（氧化銦錫），其主要問題在於銦價格昂貴，同時大部分依賴進口，此外銦本 身是一種劇毒物質，存在環境和安全顧慮。一個解決思路為使用原料豐富、價格 低廉的 AZO（摻鋁氧化鋅）替代，其透光率良好，問題是導電性較差，疊層使用 可能會是一種降本方法，此外其他材料也是 TCO 膜可以考慮的選擇。

新玩家大舉投入不遺餘力，老玩家重點開發嚴陣以待

HJT 作為一種具備革新性的電池技術，是諸多電池企業的重點研發方向，特別是 對於新興電池企業而言具吸引力十足，一方面在全新的技術領域更有望實現彎道 超車，另一方面也沒有歷史產能包袱，一旦實現突破便能打開廣闊業務空間。 因此近年來為數眾多的新企業加入到大力開發 HJT 電池技術的行列，而邁為、 金辰、鈞石、理想萬裡輝等設備廠商在全力以赴地與這些電池企業進行合作，推 動技術的成熟。其中，相對走在行業之前的企業包括：

（1）華晟新能源，公司成立之初便專注於異質結技術的開發，並與邁為深度合 作，成立三年時間裡已建成 2.7GW 的產線，目前為業內最大，而在建和待建的 規劃產能也超過 10GW，電池量產效率方面已能達到 24.73%，組件端近期也在 行業內率先實現 1GW 出貨。

（2）金剛玻璃，公司主業為特種玻璃，自去年下半年開始切入光伏電池組件領 域，建設 1.2GW 異質結電池和組件產線並於今年 3 月投產，這也是其合作夥伴 邁為的首個 GW 級整線設備項目。目前公司已實現 24.95%的電池平均轉化效 率，新的 4.8GW 項目也已經於 6 月啟動。

（3）愛康科技，公司在組件邊框領域市場地位領先，從 2018 年開始加碼投入 電池組件業務，重點開發 HJT 技術，目前公司在湖州已有 220MW 產能投產， 新的 600MW 產線預計也將於近期投產，加之泰州試驗線，目前已經擁有的產線 接近 1GW。電池轉換效率方面，湖州基地量產已能達到 24.5%，良率可達 99%。 同時公司還在大力推動湖州另外 1.2GW 項目建設，贛州 6GW 也已於 5 月開工。

此外，鉅能科技目前擁有產能也超過 1GW，量產電池轉換效率達 24.2%；風電 龍頭明陽智也披露正在鹽城建設 2.5GW 產能，預計電池效率可達 24.5%；海源 復材也於 6 月公告了江西 600MW 項目的建設，預計電池效率 24.5%；而晉能 科技、海泰新能、寶馨科技、華耀光電、華潤電力、金陽新能源等都在推進 HJT 項目的建設。

另一方面，許多業內原有的電池企業也在重點推動 HJT 技術的開發，而龍頭企 業的投入力度較新興企業甚至更大，若成本端實現突破，則可能將以更快的速度 擴張產能： 1）隆基綠能近年來持續刷新 HJT 電池的轉化效率世界紀錄，預計 GW 級別試 驗線也在推進中，2）通威股份早在 2019 年便在成都和合肥建立了 400MW 的 HJT 試驗線，後來也率先在金堂投入了 1GW 級別的試驗線，目前在眉山已規劃 32GW 新電池項目，若 HJT 技術實現成熟，則可能會迅速開啟建設，3）東方日 升在 HJT 方面則一直積極推進，通過擴建目前已有 500MW 產線，電池量產效 率也能達到 24.6%，而新的 5GW 和 4GW 項目也已經開始募資和籤約，4）天 合光能、晶澳科技和阿特斯也在HJT技術方面持續儲備，潤陽股份則正在為5GW 項目進行募資。 綜合來看，目前全行業已有的 HJT 產能預計已突破 10GW，但單一公司產能體 量都還不大，在建和規劃的產能也達到了約 190GW，但其中實際在建且穩定推 進的項目相對有限，若年內多方面技術能穩步實現突破，讓成本問題得到解決， 預計行業產能的快速擴張將會很快形成。

PERC 電池是主要以 P 型矽片作為襯底的電池技術代表，實際上，HJT、TOPCon 等採用新興鈍化技術的電池本身也可以基於 P 型矽片進行開發，只是相對不太 具備優勢，不過也有公司在持續進行探究，如今年內隆基刷新了 P 型 HJT 電池 轉化效率記錄。 另一方面，如果在電池結構上進行創新，著眼於光學損失的降低，即使沿用 PERC 電池的相關鈍化技術，也能夠帶來較好的轉化效率的突破，其中最典型的一類就 是將所有電極都轉移至背光面的背接觸（BC）電池，實際上也為 P 型電池下一 步發展帶來可能性。

3.1、 IBC 電池結構特點鮮明，移除正面柵線最大化光照 利用，但生產工藝複雜

IBC（叉指式背接觸電池）電池是最具代表性的一種背接觸電池，最早於 1975 年 提出，後主要由美國 SunPower 公司實現商業化突破。 IBC 電池的核心特點在於前表面無金屬柵線，可以全面積無遮擋地吸收太陽光， 因此正面轉化效率能達到很高的值，這是通過將發射極放到電池背面區域，形成 間隔排列的帶狀區域來實現的，同時正負細柵電極在背面也就呈現出交叉分布的 狀態。另一方面，由於柵線都在背面，就能通過更大的寬度或密度來降低串聯電 阻，進一步提效。當前來看，商業化的 IBC 電池效率已可以達到 25%。 此外，對於 PN 結在背面的電池，還存在一個重要優勢，即襯底矽片更容易減薄， 這與載流子收集率有關，目前 IBC 電池使用的矽片厚度約在 130μm 左右。

一般 IBC 電池前表面除了最外的減反鈍化層，下方還會有一層摻雜層，根據摻 雜類型的不同又可分為兩類： （1）前場結構（Front Surface Field，FSF），即正面摻雜層與襯底的導電型相 同，重摻後可形成場鈍化效應，阻礙少子運動到前表面發生複合，增加開路電壓， 與背場（BSF）作用類似。FSF 結構的 IBC 電池要求發射極（emitter）與背場 的寬度比值較大，因為少數載流子要在發射極處才能被收集，如果背場寬度較大 會使得少子運動距離比較長，增加傳輸過程中的複合損失（「電遮擋」效應），此 外對矽片少子壽命和電池圖形化及印刷精度的要求也都比較高，實際上 SunPower 公司的 IBC 電池採用的也是 FSF 結構和高少子壽命的 N 型矽片。 （2）前結結構（Front Floating Emitter，FFE），即正面摻雜層與襯底的導電 型相反，形成類 PN 結的結構，其特點為光生少子可以被正面摻雜層收集並橫向 傳輸，然後通過 Pumping 效應被注入到發射極中。因此，FFE 結構的優勢在於： 1）對少子壽命的要求降低，2）背場可以做得相對較寬，也相對降低了金屬化過 程中的工藝精度要求。

掩膜等複雜工藝抬高製造成本，單面連接方式有利組件降本增效

IBC 電池獨特的結構較大程度增加了製作難度，也導致生產成本居高不下，關鍵 就是如何在背表面製作出間隔排列的 p 型與 n 型摻雜區域，並在上面形成金屬 化接觸和柵線。 掩膜法是半導體領域中實現定域摻雜的一種普遍方法，缺點就是步驟較多、成本 較高，特別是涉及到光刻等高精度工藝的情況。一種相對低成本的方法是通過絲 網印刷，利用刻蝕型或阻擋型漿料來處理掩膜，從而形成所需的圖形，但絲印方 法存在精度控制、多次印刷等問題。因此另一種選擇是採用雷射來進行刻蝕，以 做到更精細的結構，但一方面需要控制雷射能量防止矽片損傷，另一方面也需要 做到精準對位，並控制加工時間。

IBC 電池的金屬柵線也需要專門設計。由於發射極和背場區域交錯排列於電池背 表面，用於收集載流子的正負極細柵也就需要呈現交錯排列的狀態，而如何設計 主柵就成了一個核心問題： 1）相對傳統的做法是兩條主柵分別設置在電池的兩側邊緣，並各自與正負極細 柵相連，但電流從細柵流到主柵的距離較遠，可能會增大電阻，2）二維結構的 主柵設計是在細柵處設置缺口，使得相異極性的主柵可以穿過而不相交，這樣主 柵的數量可以隨意設計，但缺口處無法收集電流，3）三維結構的主柵設計中細 柵仍然貫通整塊電池，但會在不同極性的主柵和細柵交匯處設置絕緣層，這樣克 服了二維結構的缺口問題。

IBC 電池在串接時為單面連接，工藝更簡單且間隙較小，有利組件端增效。傳統 光伏電池相互連接時必須將一片電池的正面電極與另一片電池的背面電極相連， IBC 電池則都是背面相連，更有利於減小電池距離，增大組件封裝密度，分類型 來看，1）主柵在兩側的傳統 IBC 可以直接通過邊緣連接，只需要將兩片上下翻 轉方向就能實現正負極相連，2）二維或三維結構的 IBC 電池則是將翻轉方向的 兩片電池進行頭尾焊接，因此主柵設計需要是對稱結構。另外，如果電池邊緣存 在整條主柵則會對應力十分敏感，不適合用傳統焊帶連接，一般採用導電膠、導 電背板的方式進行連接。

3.2、 背接觸電池與分布式場景契合度高，結合龍頭公 司引領，有望從小眾走向大眾

分布式終端市場廣闊，持續向差異化發展，BC 電池有望乘風而上

分布式光伏系統是利用分散式資源、裝機規模較小、布置在用戶附近的發電系統， 一般接入低壓電網，以「就近發電、就近使用」為特點，分為工商業與戶用場景， 但目前大多情況都鋪設在建築物的屋頂。 相比集中式電站，分布式系統的搭建存在更多的場景條件限制，包括：1）面積 受限，特別是對於戶用和小型工商業屋頂，一般可用於安裝組件的面積不大，2） 承重受限，主要是對彩鋼、斜面瓦屋頂等，3）反光利用受限，許多情況下只能 使用夾具平鋪安裝，4）外觀要求，組件陣列是否美觀好看、能否與原有建築協 調統一，也是不少房屋業主的重要考慮因素，特別是在偏高端化的市場。 此外， BIPV 作為分布式中的重要概念近年來逐漸興起，其強調光伏系統與建築 的一體化，即光伏組件本身成為一種構件和材料，除運用於屋頂外還包括玻璃幕 牆、立面、地面等幾乎任何地方，這對於光伏系統的空間利用率、美觀度等方面 的要求會更高。

實際上每個具體項目的實際情況一般千差萬別，所以分布式光伏在追求高發電量 的同時也就表現出較強的差異化特徵，這隨未來的推廣將會越來越突出。 以 IBC 為代表的背接觸電池正好契合了分布式光伏的差異化特點。一方面，極 強的單面發電能力和高電池封裝密度可以在有限的面積和組件數量下發出更多 的電，另一方面，正面無柵線的特點也更符合美學特徵，並能更好地融入到建築 設計之中。

分布式市場發展蓬勃、空間廣闊，為背接觸電池的推廣提供了良好的條件。近年 來，全球分布式光伏市場發展相對迅速，根據 IEA 數據，屋頂光伏年新增裝機佔 比已從 2018 年不足 35%提升到 2021 年接近 45%的水平，意味著分布式光伏已 達到總體市場一半左右的水平。今年以來，通脹和地緣政治等多種因素導致歐洲 電價高企，能源安全問題突出，更是促進了戶用分布式裝機總體呈翻倍式增長， 一定程度反映出能源變革大背景下分布式市場的巨大潛力。 國內方面，分布式光伏增長勢頭同樣強勁，去年在整體裝機中的佔比歷史上首次 超過了集中式，今年以來一直持續，上半年則超過 60%，這主要系分布式系統造 價更低，在當前矽料供應不足導致價格高企的情況下，對組件價格接受度相對較 高，不過長期來看分布式確已成為與集中式並駕齊驅的主要市場。

成熟 IBC 產品海外已歷數代， 國內不乏開拓者，拳頭產品呼之欲出

從產業化發展來看，IBC 電池引領者 SunPower 公司在 2004 年時通過低成本技 術改進實現商業化量產，此後又持續對電池進行優化升級，與時俱進地採用摻雜 鈍化、雷射加工、矽片減薄等技術，到目前最新一代的 Maxeon 6，量產轉化效 率已能突破 25.0%。目前公司還在著力對下一代產品進行研發，並提出了清晰的 升級路徑，預期能使量產效率站上 26.0%的同時實現更低的成本和更高的穩定 性。

Maxeon 公司披露的資料顯示，在產品定位方面，採用 IBC 電池的組件主要面向 高端用戶群，目標市場的單瓦最低售價較採用單晶 PERC 電池的組件可高出 0.1 美元，溢價幅度達 50%。這一定程度也表明公司 IBC 電池雖然具有超越一般電 池的轉化效率，但製造成本較高，限制了更大範圍的應用推廣。

在國內，也存在一批對 IBC 電池持續關注並進行投入的光伏企業。其中，中環 股份在 2019 年時斥資 2.98 億美元直接認購了從 SunPower 中分拆出來的 Maxeon Solar 公司 28.848%的股權，成為其第二大股東。 而在自主進行研究的國內企業方面：1）天合光能，2011 年時便與海外學術機構 聯合研發 IBC 電池，2014 年以 24.4%的轉換效率創下世界紀錄，2018 年自主 研發的大面積 N 型 IBC 電池成為國內首個經第三方權威認證效率超過 25%的電 池，2）國電投黃河水電，從 2016 年開始設立 200MW 的 IBC 產線，當年轉換 效率達到 18.3%，今年 2 月公布 IBC 電池量產效率突破 24.1%，3）愛旭股份， 於去年 6 月 SNEC 推出最新研發的 ABC 電池，採用的就是正面無柵線的背接觸 結構，量產轉換效率可達到 25.5%，並推進 300MW 中試線，今年 6 月發布四款 使用 ABC 電池的組件，而珠海 6.5GW N 型新世代電池也預計將在下半年投產， 4）晶澳科技在 2019 年的 SNEC 也展出過 IBC 電池產品，此外海潤光伏早期也 曾在 IBC 電池領域有所建樹。 值得一提的是，一體化組件龍頭隆基綠能今年以來多次表示將推出針對分布式應 用市場的新產品，結合此前分析，有較大可能也為類似 IBC 的背接觸電池。預計 隨國內外企業，特別是龍頭公司的持續研發推動下，背接觸電池有望進一步邁向 更廣闊的大眾市場。

3.3、 背接觸結構拓展性強，疊加鈍化接觸技術有望進 一步提效

傳統背接觸電池實現高轉換效率依靠的是結構上的設計，若能同時採用更優秀的 鈍化技術則能使效率再上臺階，這正是近年來 BC 類電池穩坐單結晶矽電池轉化 效率最高記錄的原因。 IBC 電池若與 HJT 電池中非晶矽鈍化層結合可以形成 HBC 電池，這樣可以同時 發揮 BC 電池完全利用正面光線和 HJT 電池高開路電壓的優勢；若與 TOPCon 電池中的隧穿/多晶鈍化層結合則能會成為 TBC 電池（或稱 POLO-IBC）。以上 兩類電池的實驗室轉化效率皆已突破 26%，其中日本 Kaneka 公司 2017 年開發 出效率為 26.63%的大面積 HBC 電池，成為目前晶矽太陽能電池研發效率的最 高水平。 以一種典型的 HBC 電池的結構為例，1）最裡面的矽襯底和本徵非晶矽薄膜層 （a-Si:(i)）與 HJT 電池一致，2）正面不再需要構成 PN 結的摻雜非晶矽薄膜和 TCO 膜，直接製作一層氮化矽減反鈍化膜，3）核心的背面則交替分布 N 型和 P 型摻雜的非晶矽薄膜，形成分別形成背場和發射極。實際上 Kaneka 公司採用的 就是類似這樣的結構。

TBC 電池的結合思路與 HBC 類似，1）由於 PN 結轉移到背面，正面不再需要 製作摻雜層，僅留下減反膜，2）背面先製作二氧化矽隧穿層，3）在隧穿層外製 作不同摻雜類型的多晶矽層，作為背場和發射極，同時用本質多晶矽相隔，4） 最外側再製作二氧化矽和氮化矽膜層。 另一種結合 TOPCon 技術的 P 型 IBC 電池結構如下，其背場部分與 PERC 電 池相同，但發射極部分則採用隧穿層/摻雜多晶矽結構以加強鈍化效果。

從產業化的角度分析，雖然多技術的疊加帶來了轉換效率的提升，但成本也會相 應大幅增加，例如需要同時用到多種技術路線的設備，工藝流程也將變得更加繁 瑣複雜，而在 IBC 和 HJT 本身製作成本就高出主流 PERC 電池很多的情況下， 問題會更加突出。因此預計只有當各獨立技術路線本身已具備經濟性，可以成熟 產業化時，HBC 和 TBC 電池才有望達到量產條件。 最後，從更長遠來看，多種技術的疊加可能是光伏電池邁向更高轉化效率水平的 根本方法，其中備受矚目的一個重要方向就是晶矽電池技術與鈣鈦礦電池技術的 結合，二者可以形成上下兩層甚至多層的疊層電池，更大程度的利用太陽光譜，實現 29%以上的轉化效率。

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