光伏電池四大核心賽道全梳理

光伏電池四大核心賽道全梳理“降本增效、科技創(chuàng)新”推進(jìn)光伏新技術(shù)迭代不斷、使下游加速擴(kuò)產(chǎn)。光伏新技術(shù)的研究把握大方向上的確定性，重點(diǎn)聚焦于長(zhǎng)期趨勢(shì)確定，技術(shù)階段主要是“0到1”和“1到N”。新技術(shù)環(huán)節(jié)中，電池+組件設(shè)備有望成為技術(shù)迭代機(jī)會(huì)最多的環(huán)節(jié)，同時(shí)電池設(shè)備的核心零部件+HJT漿料國(guó)產(chǎn)替代有望成為下一個(gè)階段的重要突破口。本文梳理了光伏電池四大關(guān)鍵技術(shù)作為2024年重點(diǎn)跟蹤方向。光伏電池行業(yè)概覽光伏電池按原材料和制備技術(shù)可以分為P型和N型。P型電池原材料為P型硅片（摻雜硼），主要包括Al-BSF（鋁背場(chǎng)電池）和PERC（鈍化發(fā)射極和背面電池）。N型電池的原材料為N型硅片（摻雜磷），制備技術(shù)包括TOPCon（隧穿氧化層鈍化接觸）、HJT（本征非晶層異質(zhì)結(jié)）等。當(dāng)前P型電池轉(zhuǎn)換效率提升空間有限，N型電池為未來(lái)技術(shù)迭代方向。2016年以前AI-BSF電池占據(jù)光伏行業(yè)絕對(duì)主流。2016年以來(lái)，PERC電池量產(chǎn)化進(jìn)程加速，憑借著效率和成本的優(yōu)勢(shì)在短短五年時(shí)間便實(shí)現(xiàn)了對(duì)AI-BSF技術(shù)的全面替代。當(dāng)前N型電池多元綻放，N型技術(shù)中TOPCon預(yù)計(jì)將在24年起成為行業(yè)主流，BC在單面市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)凸顯將逐漸占據(jù)一席之地（雙面市場(chǎng)隨降本進(jìn)程或打開(kāi)天花板），HJT降本措施導(dǎo)入后盈利逐步提升，鈣鈦礦單結(jié)持續(xù)發(fā)展疊層或引領(lǐng)未來(lái)。光伏電池發(fā)光原理及結(jié)構(gòu)：資料來(lái)源：儒興科技、晶體硅太陽(yáng)能電池正面銀導(dǎo)電漿料的研究進(jìn)展01TOPCon：2024年有望成為主流

TOPCon電池技術(shù)最早由德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所于2014年提出。TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸太陽(yáng)能電池技術(shù)，其電池結(jié)構(gòu)為N型硅襯底電池，在電池背面制備一層超薄氧化硅，再沉積一層摻雜硅薄層，二者共同形成鈍化接觸結(jié)構(gòu)，有效降低表面復(fù)合與金屬接觸復(fù)合。相比于PERC電池，TOPCon電池效率更高，其理論極限效率高達(dá)28.7%，最接近晶體硅太陽(yáng)電池理論極限效率（29.43%），同時(shí)兼具低衰減性能、高量產(chǎn)性價(jià)比等明顯優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)逐步被業(yè)內(nèi)廠商采納。TOPCon電池本質(zhì)上是通過(guò)在電池片中的晶體硅上沉積硅系薄膜，形成鈍化結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以減少光電轉(zhuǎn)換過(guò)程中載流子的復(fù)合，增加載流子的壽命，從而提升電池的轉(zhuǎn)換效率，通過(guò)采用微納米隧穿氧化層和載流子選擇性微晶硅薄膜的疊層結(jié)構(gòu)的疊層功能結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了鈍化性能和導(dǎo)電性能的雙向提升。TOPCon電池結(jié)構(gòu)：資料來(lái)源：科日光伏當(dāng)前國(guó)內(nèi)多家加碼TOPCon布局。TOPCon作為率先進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)的N型電池技術(shù)，產(chǎn)能增速迅猛，TOPCon大幅擴(kuò)產(chǎn)，各廠商在建、待建產(chǎn)能規(guī)模龐大。根據(jù)InfolinkConsulting數(shù)據(jù)，2023年末TOPCon的名義產(chǎn)能超過(guò)600GW?？紤]到當(dāng)前TOPCon電池技術(shù)持續(xù)迭代增效，疊加能源央國(guó)企在招標(biāo)過(guò)程中對(duì)TOPCon需求的大幅提升，24年滲透率有望進(jìn)一步大幅提升。數(shù)據(jù)來(lái)源：PVInfoLink，各公司公告，東吳證券隨著TOPCon成為2024年主流電池技術(shù)路線，競(jìng)爭(zhēng)更集中在效率及良率提升上。2023年以來(lái)，應(yīng)用到TOPCon量產(chǎn)線的革新技術(shù)包括LP雙插（僅針對(duì)LPCVD路線）、激光SE、激光輔助燒結(jié)，此外通過(guò)多晶硅層優(yōu)化、副柵細(xì)線化等技術(shù)的應(yīng)用，進(jìn)一步提升topcon電池效率同時(shí)降低銀漿成本，未來(lái)包括0BB、雙面poly、TBC、鈣鈦礦疊層等技術(shù)引入，有望提升TOPCon技術(shù)的效率天花板。激光SE技術(shù)已相對(duì)成熟，晶科能源、鈞達(dá)股份等領(lǐng)先電池廠已進(jìn)入量產(chǎn)應(yīng)用階段，雙面poly成為下一個(gè)提效關(guān)鍵。TOPCon電池未來(lái)有望憑借效率優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)能快速釋放疊加硅料價(jià)格下行帶來(lái)的成本下降復(fù)刻PERC電池發(fā)展路線，2024年P(guān)ERC產(chǎn)能將加速退出，TOPCon時(shí)代全面到來(lái)。值得注意的是，隨著2024年TOPCon競(jìng)爭(zhēng)加劇、下半年有可能面臨過(guò)剩風(fēng)險(xiǎn)。02HJT電池：規(guī)劃產(chǎn)能初步啟動(dòng)HJT即本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池，具備對(duì)稱雙面電池結(jié)構(gòu)，中間為N型晶體硅，正面依次沉積本征非晶硅薄膜與P型非晶硅薄膜，從而形成P-N結(jié)，背面依次沉積本征非晶硅薄膜與N型非晶硅薄膜，從而形成背表面場(chǎng)，在電池兩側(cè)沉積透明導(dǎo)電薄膜（TCO）進(jìn)行導(dǎo)電，最后采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)形成雙面電極。HJT綜合了晶體硅電池與薄膜電池的優(yōu)勢(shì)，具有轉(zhuǎn)換效率高、工藝溫度低、穩(wěn)定性高、衰減率低、雙面發(fā)電等顯著優(yōu)點(diǎn)。HJT目前硅片厚度顯著薄于PERC和TOPCon且有更大的硅片減薄潛力。與TOPCon在不同版型下對(duì)比，HJT均擁有更高組件效率及功率瓦數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)版型領(lǐng)先約10W優(yōu)勢(shì)。HJT電池結(jié)構(gòu)：當(dāng)前“去銀化”為光伏行業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的必經(jīng)之路。銀漿占電池非硅成本的比例較高，而HJT電池的銀漿占比更是明顯高于TOPCon和PERC。HJT技術(shù)降本主要關(guān)注三點(diǎn)：銀包銅、銅電鍍、OBB。銀包銅進(jìn)展較快，當(dāng)前銀漿降本銀包銅方案進(jìn)入性能/壽命測(cè)試；電鍍銅方案和設(shè)備的研發(fā)加速推進(jìn)，有望成為終極方案。由于異質(zhì)結(jié)非晶硅薄膜工藝的特殊性，加工過(guò)程需要在250度的溫度下完成，無(wú)法通過(guò)高溫?zé)Y(jié)將銀漿與電池發(fā)射極熔融連接形成歐姆接觸，低溫工藝下為保證低電阻接觸就需要將銀顆粒直徑做得更小、銀的用量也需要更多，銀漿耗量提升以及低溫銀漿成本高昂直接影響異質(zhì)結(jié)的金屬化成本，金屬化也是生產(chǎn)成本中與PERC、TOPCon相差最大的環(huán)節(jié)，因此重點(diǎn)關(guān)注金屬化環(huán)節(jié)降本方案。目前發(fā)展較快的降本方案為“銀包銅+0BB”，主流成熟的量產(chǎn)工藝已可實(shí)現(xiàn)銀含量為50%-70%的銀包銅粉體，遠(yuǎn)期量產(chǎn)目標(biāo)將銀含量降至30%甚至更低。目前銀包銅漿料研發(fā)主要由國(guó)外主導(dǎo)，國(guó)內(nèi)跟進(jìn)，部分頭部光伏銀漿企業(yè)均布局銀包銅漿料項(xiàng)目，基本已經(jīng)通過(guò)下游客戶驗(yàn)證。主要布局廠商包括蘇州固锝、帝科股份、聚和材料、博遷新材等。其中，蘇州固锝HJT銀包銅低溫漿料銀含量達(dá)40%-50%，性能與純銀相當(dāng)，業(yè)內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)批量供貨。而銅電鍍效率高，無(wú)壽命風(fēng)險(xiǎn)，隨著設(shè)備和工藝成熟，替代銀包銅，成為最終方案，其核心工藝是圖形化和電鍍工藝，該環(huán)節(jié)代表廠商包括東威科技、海源復(fù)材、圖形化設(shè)備（碁微裝、蘇大維格、天準(zhǔn)科技）、整線設(shè)備（邁為股份、東威科技）、金屬化設(shè)備（羅博特科）等。日本三洋公司在1990年研發(fā)了HJT電池，2010年核心專利過(guò)期后，多家公司開(kāi)始專注于HJT技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。HJT國(guó)內(nèi)主要推進(jìn)廠商包括華晟、金剛光伏、東方日升、璉升科技、潤(rùn)海、光勢(shì)能、晶澳科技、愛(ài)康、梅耶博格、隆基綠涌、明陽(yáng)智能等。部分企業(yè)HJT電池現(xiàn)有及規(guī)劃產(chǎn)能（MW)：資料來(lái)源：InfolinkconsultingHJT電池生產(chǎn)工藝流程包括清洗制絨、非晶硅沉淀、TCO制備、絲網(wǎng)印刷、測(cè)試分選等環(huán)節(jié)。降本增效仍然是異質(zhì)結(jié)電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)的重點(diǎn)話題。從提效角度來(lái)說(shuō)，雙面微晶、銅電鍍、鈣鈦礦疊層方案是較為明確的提效路徑。金屬化降本環(huán)節(jié)中，設(shè)備穩(wěn)定性不足的痛點(diǎn)尚未解決，相關(guān)設(shè)備廠商的技術(shù)推進(jìn)將利好異質(zhì)結(jié)產(chǎn)業(yè)化。HJT主要設(shè)備技術(shù)路線和代表廠商：資料來(lái)源：長(zhǎng)城證券此外，BC與鈣鈦礦技術(shù)路線突破迅速。03BC電池：性能優(yōu)異，產(chǎn)業(yè)化可期BC電池是當(dāng)前各類背接觸結(jié)構(gòu)晶硅太陽(yáng)能電的泛稱，主要包括IBC、HBC、TBC、HPBC等。BC作為一種平臺(tái)型技術(shù)，可與PERC、TOPCon、HJT等主流電池技術(shù)結(jié)合，獲得更高的轉(zhuǎn)換效率。BC技術(shù)路線以電池正面無(wú)柵線特點(diǎn)為核心，通過(guò)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)工藝的調(diào)整，大幅提升電池的光線吸收和光電轉(zhuǎn)換能力，有效增加組件輸出功率，提高發(fā)電增益。BC結(jié)構(gòu)由于正面無(wú)遮擋，天然具備效率優(yōu)勢(shì)。具體轉(zhuǎn)化效率來(lái)看，BC電池的理論轉(zhuǎn)換效率極限為29.1%，略微高于TOPCon的28.7%。根據(jù)TaiyangNews2023年11月最新發(fā)布的全球組件效率排名，搭載BC電池技術(shù)的組件在效率端優(yōu)勢(shì)顯著，其中愛(ài)旭股份的ABC白洞、隆基綠能的HI-MO6分列第一、二，Maxeon的Maxeon6、國(guó)電投的ANDROMEDA3.0位列第四、五，前五名中BC電池組件占據(jù)四席。BC電池結(jié)構(gòu)圖：資料來(lái)源：楊魯月《叉指背接觸式鋁擴(kuò)散n型硅光伏電池研究》BC電池工藝復(fù)雜、良率低成本高，量產(chǎn)難度大，靜待行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)。目前ABC量產(chǎn)良率僅93%，HPBC僅95%，良率低成本高，大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)受到一定限制。而TBC量產(chǎn)工藝與TOPCon結(jié)合度高，量產(chǎn)可行性更大。在單面市場(chǎng)BC存在效率+美觀優(yōu)勢(shì)，有望率先放量；雙面市場(chǎng)隨效率提升+雙面率優(yōu)化+成本降低，或進(jìn)一步打開(kāi)天花板。隆基綠能與愛(ài)旭股份作為BC方向的龍頭率先布局，兩家公司分別于2022年11月和2022年6月發(fā)布了HPBC與ABC的電池，其余領(lǐng)先企業(yè)有技術(shù)儲(chǔ)備但仍在觀望。隆基綠能目前已投建年產(chǎn)30GW的HPBC電池產(chǎn)能，預(yù)計(jì)24Q1全面達(dá)產(chǎn)，未來(lái)的新增產(chǎn)能也將聚焦于BC電池技術(shù)。隆基綠能搭載HPBC的組件HI-MO6:資料來(lái)源：隆基綠能官網(wǎng)愛(ài)旭股份的ABC項(xiàng)目，珠海6.5GW項(xiàng)目已經(jīng)完成產(chǎn)能建設(shè)，單月排產(chǎn)已經(jīng)達(dá)到約400MW的規(guī)模，另外義烏基地15GWABC電池組件產(chǎn)能正在建設(shè)中，建成后公司BC電池組件總產(chǎn)能將達(dá)到25GW。此外，鈞達(dá)股份預(yù)計(jì)2024年推出BC產(chǎn)品。相關(guān)布局廠商還包括通威股份、普樂(lè)科技、晶科能源、天合光能、晶澳科技、東方日升、金陽(yáng)新能源、金石能源等。數(shù)據(jù)來(lái)源：海涵財(cái)經(jīng)、隆基綠能、東吳證券

04鈣鈦礦：下一代電池方向

鈣鈦礦電池因電池的光電轉(zhuǎn)換層采用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料而得名，其中鈣鈦礦層發(fā)揮核心作用。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是利用鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料作為吸光材料的太陽(yáng)能電池，屬于第三代薄膜電池的代表，包括單結(jié)鈣鈦礦電池和鈣鈦礦疊層電池兩種類型，具有高能量轉(zhuǎn)化效率、價(jià)格低、重量輕、柔性大等特性，目前處于產(chǎn)業(yè)化落地初期。鈣鈦礦材料示意圖：鈣鈦礦吸光性很強(qiáng)，更容易釋放電子。把鈣鈦礦涂在玻璃或者柔性材料上，只需要0.1-0.5um，就能吸收大部分陽(yáng)光。而晶硅要想達(dá)到同樣的效果，至少需要110-150um。當(dāng)前晶硅電池效率已經(jīng)逐步接近理論效率極限29.4%，而鈣鈦礦單結(jié)電池的肖克利-奎伊瑟（S-Q）理論效率極限為33.7%，全鈣鈦礦疊層電池理論效率可達(dá)44%，目前晶硅-鈣鈦礦疊層電池實(shí)驗(yàn)室效率已達(dá)33.9%（隆基數(shù)據(jù)）。2023年11月3日，據(jù)美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）最新認(rèn)證報(bào)告顯示，隆基綠能自主研發(fā)的晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率達(dá)到33.9%，這是目前全球晶硅-鈣鈦礦疊層電池效率的最高紀(jì)錄。2023年12月，協(xié)鑫光電實(shí)現(xiàn)36.9cm×55.5cm疊層組件26.34%的轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦生產(chǎn)環(huán)節(jié)短，投資降本顯著。晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)需經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)，硅料、硅片、電池、組件四個(gè)環(huán)節(jié)各自有不同廠家，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程耗時(shí)至少3天。鈣鈦礦電池可以做到在一間工廠內(nèi)完成全部生產(chǎn)過(guò)程，從原料到組件45分鐘就可以走完全部流程。鈣鈦礦電池工作原理：?jiǎn)谓Y(jié)鈣鈦礦仍有滲透空間，疊層鈣鈦礦或引領(lǐng)下一代技術(shù)。疊層電池將不同帶隙寬度的電池組合，對(duì)太陽(yáng)光譜進(jìn)行分段利用，寬帶隙電池吸收短波段太陽(yáng)光，窄帶隙電池吸收長(zhǎng)波段太陽(yáng)光，雙結(jié)疊層電池理論極限轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到45%左右。晶硅電池具備成熟工藝，具有1.12eV帶隙寬度，與鈣鈦礦疊層時(shí)通常作為底電池，而全鈣鈦礦疊層電池中通常將寬帶隙鈣鈦礦作為頂電池，窄帶隙鈣鈦礦作為底電池。鑒于鈣鈦礦生產(chǎn)成本低、光電轉(zhuǎn)換效率高、柔性高等顯著優(yōu)勢(shì)，多個(gè)頭部企業(yè)已經(jīng)完成中試線投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦0到1突破，并向GW級(jí)鈣鈦礦產(chǎn)線進(jìn)軍。目前國(guó)內(nèi)已有極電光能、纖納光能、協(xié)鑫光電等多家廠商布局鈣鈦礦賽道，產(chǎn)業(yè)化前景良好。2023年4月，極電光能宣布吉瓦級(jí)產(chǎn)線開(kāi)工，預(yù)計(jì)2024年底前搭建完成。2023年12月，協(xié)鑫光電在蘇州舉行全球首個(gè)吉瓦級(jí)大規(guī)格（2.4米*1.2米）鈣鈦礦生產(chǎn)基地奠基儀式，進(jìn)入吉瓦級(jí)商業(yè)運(yùn)營(yíng)新時(shí)代。2023年行業(yè)巨頭京東方、比亞迪、第一光伏、豐田汽車、中國(guó)核電等也紛紛布局鈣鈦礦電池。部分頭部廠商產(chǎn)能布局：資料來(lái)源：公開(kāi)整理鈣鈦礦電池組件生產(chǎn)設(shè)備方面，共需要鍍膜、激光、涂布、封裝四種