最新新能源电池技术(最新新能源电池)

P型电池效率逼近天花板，N型电池大势所趋

　　当前光伏电池片的主流技术P型PERC电池。与当年的常规铝背场电池BSF相比，PERC电池通过在电池背面增加氧化铝或者氧化硅等钝化层，降低了载流子的复合，从而实现了转换效率的大幅提升。截至2021年底，国内主流单晶PERC电池转换效率为22.6%，产能超200GW，单GW投资额1.5亿/GW左右。

所以效率层面看，而当前PERC电池已经逼近理论转换效率的天花板。

　　PERC电池受益于各类技术的迭代，转换效率每年大致提高0.5%，当前行业内PERC电池主流的量产转换效率是22.6%，最高效率是隆基股份于2019年创出的24.06%。PERC电池的理论转换效率为24.5%，另外，P型硅片中硼和氧的复合会导致少子寿命的降低，影响组件的输出功率，也就是通常所说的光致衰减效应。

　　图1. PERC电池转换效率曲线

　　N型硅片中摻杂P，所以硅片本身对杂质不敏感，很大程度上避免了光致衰减效应，因而少子寿命更长，有助于进一步提高电池片转换效率。另一方面，N 型硅片薄片化潜力大，通过节省硅料的使用量成本更具下降空间。此外，N 型硅片较 P 型纯度更高，电阻率更容易控制。

在光伏行业降低成本的诉求下，电池片技术从P型单晶到N型单晶的转变已经成为了市场的共识。

　　按照电池结构，量产化前景较高的两种N型电池技术分别是TOPCon(隧穿氧化层钝化接触)电池和HIT(异质结)电池。

　　图2 . 光伏电池技术路线

TOPCon技术路线的优势和瓶颈

　　与PERC电池类似，TOPCon (Thin Oxide Passivated Contact，隧穿氧化层钝化接触)电池本质上也是通过钝化接触的方法提高转换效率。PERC 电池虽然通过钝化的方法解决了电池背面载流子复合的问题，但是由于金属电极与硅衬底仍然直接接触，依旧会产生大量的少子复合中心，影响转换效率。

　　如图3所示，TOPCon 电池结构中，电池背面新增了一层超薄隧穿氧化层和高掺杂的多晶硅薄膜，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，实现载流子的选择性收集。金属电极则并不直接与硅衬底接触，而是在多晶硅层收集电子，从而极大地降低了金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流。

　　图3 . PERC和TOPCon电池结构对比

　　数据来源：光伏产业信息网，宁波材料研究所

根据专业研究机构的结论，TOPCon电池的理论转换效率最高为28.7%， 高于PERC 电池（24.5%）和单体HIT 电池（27.5%）的极限效率。从国内电池和组件厂商的研发进程来看，TOPCon 电池的转换效率记录也在不断被刷新。

　　2021年10月，晶科能源宣布，公司研究院所研发的高效N型单晶硅单结电池技术，在权威第三方测试认证机构日本JET检测实验室标定，全面积电池最高转化效率达到25.4%，近一年来第四次创造新的大面积N型单晶钝化接触(TOPCon)电池转化效率世界纪录。量产效率层面，晶科能源高管亦表示可以稳定实现24.5%的转换效率。

　　2021 年 9 月，经过中国计量科学研究院的第三方检测认证，中来股份基于182mm*182mm 尺寸硅片及 POPAID 技术的 TOPCon2.0 电池实验室转换效率亦达到了25.4%。TOPCon电池量产效率方面，中来股份的董秘公开表示可以达到25.4%。，2021年6月，隆基股份公开宣布其单晶双面 N 型 TOPCon 电池也已经实现了25.21%的转换效率。

　　图4 . 重点企业TOPCon电池实验室转换效率

除了较高的转换效率之外，TOPCon电池的另一重要优势在于其较低的产能转换成本。

　　如图3所示，TOPCon 电池结构正面结构与PERC电池主要区别在于电池背面增加了硼扩、隧穿氧化层沉积和镀膜等步骤。因此，TOPCon 电池产线与PERC产线有较强的兼容性，可以在 PERC电池产线基础上进行改造，主要是增加非晶硅沉积设备和镀膜设备。具体投资成本而言，在PERC产线基础上，TOPCon 电池单 GW 改造成本在 0.6-0.8 亿元左右，新建成本2.5亿元/GW，是目前最具投资性价比的N型电池技术路线。

有诸多优势的同时，TOPCon电池的推广也面临着部分需要解决的关卡，如良率和成本等问题。

　　PERC电池技术成熟，目前的良率可达 98%以上，但 TOPCon 电池工艺流程更长，在工艺上尚在完善，良率目前在90%以下。影响TOPCon 电池良率的核心，其实就是新增的硼扩及非晶硅沉积环节，具体问题包括硼扩散过程中的浓度控制和LPVCD(低压化学气相沉积)制备多晶硅膜中的绕镀等问题。

　　图5 . TOPCon和PERC电池生产工艺

　　随着布局TOPcon产线的厂商对硼扩及非晶硅沉积环节技术工艺kownhow的掌握，TOPCon 电池良率的提升只是一个时间问题。从另一个角度看，TOPCon电池良率的提升也是未来该技术路线逐步走向成熟的重要标志。

　　根据各研究机构测算，目前 TOPCon 电池成本较 PERC至少高20%左右。结构层面看，TOPCon 电池成本高的主要原因包括：

　　►TOPCon 电池正反面均需要使用银浆，单W用量比PERC高;

　　►N型硅片较P型硅片会有一定程度溢价;

　　►TOPCon设备投资额高于PERC，折旧会相对高;

　　►水电等其他耗材的成本高于PERC。

　　与导致成本高的原因对应，TOPCon%20电池成本的下降路径其实也较为清晰，如用银铝浆等其他浆料替代银浆，薄片化降低硅片成本，以及通过关键设备的国产化降低设备投资额等。

哪些企业在布局TOPCon电池产能？

目前国内有成规模的TOPCon电池产线的企业仅有中来股份

　　从公开信息看，，其他企业大多是中试生线或者规划产线。根据中来股份披露，公司现有N型TOPCon电池产能3.6GW，包括原有的基于TOPCon1.0技术的2.1GW电池产线，和2021年底新投产的基于TOPCon2.0技术1.5GW智能电池工厂项目。其中，1.5GW智能电池工厂项目部分产线已于2021年四季度逐步投入试生产。

从目前规划上看，各厂商已经开始对TOPCon技术路线进行实质性的量产布局，考虑投产和建设周期，2022年下半年和2023年大概率是TOPCon电池产能投放的第一个高峰期。

　　规划产能方面，根据Trendforce和中信证券的统计，目前全球已经投建的TOPCon电池产能为8.75GW，2021年规划新投产能达到80GW以上。

其中尤其值得关注是行业龙头隆基股份和通威股份的动向和技术路线选择。

　　根据上市公司公开信息和网络公开信息，如表1所示，本文也梳理了部分企业的TOPCon电池规划产能。

　　隆基股份近期成功公开发行了700,000万元可转换公司债券，募集的资金将主要用于西咸乐叶15GW高效单晶电池和宁夏乐叶年产3GW单晶电池制造项目的建设。

　　在15GW高效单晶电池(西咸乐叶)和年产3GW单晶电池制造(宁夏乐叶)项目相关的文件中，隆基股份并未明确指明电池项目的产线技术路线是TOPCon还是HIT，考虑到当前HIT产线单GW投资额基本都在5亿元以上，从两个项目单GW固定资产和设备投资额判断，这两个项目大概率是TOPCon电池产线。隆基股份在TOPCon和HIT领域同时都有技术布局和积累，而在当前电池从P型向N型进阶的窗口，隆基股份作为行业龙头的选择显得尤为重要。