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10月15日，中來股份對外宣布其最新研發(fā)成果，基于新一代隧穿氧化層和無繞鍍原位摻雜非晶硅沉積的鈍化接觸技術(shù)制造的J-TOPCon 2.0電池，其量產(chǎn)平均效率可以實現(xiàn)24%以上，良率達到95%以上。此次新技術(shù)發(fā)布，再次引發(fā)TopCon、HIT的未來路線之爭。
光伏行業(yè)是技術(shù)驅(qū)動型產(chǎn)業(yè)，每一項重大技術(shù)的突破，都會帶來了成本的大幅下降。在電池領域，隨著主流PERC電池轉(zhuǎn)換效率提升越來越困難，關于后PERC時代的技術(shù)發(fā)展，這兩年被越來越多的討論和關注，被討論最多，也在業(yè)內(nèi)基本達成共識的，就是HIT和TOPCon技術(shù)。
兼具晶硅與薄膜優(yōu)勢 HIT有前景
所謂HIT電池，又被稱為HJT、HDT、或SHJ電池，中文全稱為“晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池”，簡稱為“異質(zhì)結(jié)電池”。
嚴格意義來說，HIT不能算是新技術(shù)。早在1990年，日本三洋公司已經(jīng)注冊專利并研發(fā)，2015年，隨著三洋公司專利保護到期，HIT電池技術(shù)開始全面推廣。
相較于傳統(tǒng)的太陽能電池而言，HIT電池創(chuàng)新性的采用了單晶硅襯底和非晶硅薄膜異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，其在晶體硅上沉積非晶硅薄膜的做法，讓HIT電池兼具了晶體硅電池與薄膜電池的優(yōu)勢。 由于結(jié)合了薄膜太陽能電池低溫制造的特點，不僅在技術(shù)上節(jié)約能源，還能更好的控制禁帶寬度和厚度，避免硅襯底在高溫中退化。
此外，HIT電池無光致衰減，電池薄，允許采用廉價襯底，是非常好的雙面電池，雙面率90%以上，最高可達96%。相比目前主流的單晶PERC高效電池技術(shù)平均23％左右的轉(zhuǎn)換效率，HIT電池有極大的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢。據(jù)了解，異質(zhì)結(jié)電池當前量產(chǎn)平均效率普遍在23％以上，產(chǎn)線最高效率可達到24％，而未來有望達到25％。
“異質(zhì)結(jié)電池代表著光伏行業(yè)的未來發(fā)展趨勢，有著足夠的發(fā)展空間。此前沒能大規(guī)模推廣，主要是進口生產(chǎn)設備太貴。”江蘇愛康能源研究院技術(shù)總監(jiān)易治凱透露，目前異質(zhì)結(jié)的生產(chǎn)設備已經(jīng)可以實現(xiàn)部分國產(chǎn)化替代，隨著生產(chǎn)成本的大幅下降，特別是平價上網(wǎng)時代的來臨，異質(zhì)結(jié)電池在效率提升方面的巨大優(yōu)勢將讓它逐漸成為市場主流產(chǎn)品。
“與PERC相比，我個人認為異質(zhì)結(jié)技術(shù)更好，因為它只需要四道生產(chǎn)工序。對于生產(chǎn)企業(yè)來說，工序越少，成本越低。”賽拉弗光伏系統(tǒng)有限公司總裁李綱SNEC期間接受世紀新能源記者采訪時表示，以前進口一套200MW的異質(zhì)結(jié)生產(chǎn)線，價格至少在4、5個億，現(xiàn)在有了國產(chǎn)設備替代，1套1GW左右的生產(chǎn)線，成本大約在1個億左右。
設備、銀漿兩道坎 HIT量產(chǎn)難
“雖然設備實現(xiàn)了國產(chǎn)化替代，但穩(wěn)定性和可靠性能否經(jīng)受得住考驗，現(xiàn)在還有待觀察。”李綱表示，異質(zhì)結(jié)電池對結(jié)構(gòu)、成分更加敏感，如果要想在主戰(zhàn)場上競爭，必須要兼容超大超薄。 “異質(zhì)結(jié)電池是在晶硅的基礎上做薄膜工藝，鍍膜工藝，尺寸越大，均勻性越難控制。半導體從8寸漲到12寸，180、210尺寸的出現(xiàn)，對鍍膜工藝是一個巨大的考驗。”
除了設備成本，制約HIT電池推廣的另一個最主要因素，是銀漿成本。HIT電池需要更多銀漿，而且是價格更貴的低溫銀漿，根據(jù)2019年光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，P型電池銀漿消耗量約114.7mg/片，這其中還有32mg為背銀；HIT電池雙面都要刷銀漿，消耗量為300mg/片，數(shù)量上相差接近三倍。
據(jù)安信、華創(chuàng)等研報統(tǒng)計，低溫銀漿主要由京都電子KEM壟斷，售價約達6500-6800元/kg，而高溫銀漿售價為4500-4800，按照2019年的平均值300mg/片來計算，每片電池片的銀漿成本高達1.95元，而PERC電池即使同樣使用KEM的銀漿，每片成本也僅在5毛左右，如果使用國產(chǎn)高溫銀漿這個價格還會更低。
國內(nèi)替代方面，雖然國內(nèi)高溫銀漿市場如火如荼，但低溫銀漿方面，目前實現(xiàn)規(guī)模化出貨的僅晶銀、帝科、聚和等少部分企業(yè)可以做到試探性量產(chǎn)，且產(chǎn)能并不充裕，銀包銅技術(shù)也不成熟。
盡管HIT電池缺點不少，但從去年起，尤其今年下半年以來，產(chǎn)業(yè)資本還是開始加碼這一技術(shù)，地方政府也加入這一陣營。據(jù)世紀新能源網(wǎng)粗略統(tǒng)計，目前國內(nèi)布局異質(zhì)結(jié)技術(shù)的企業(yè)已有十余家，包括東方日升、通威、阿特斯、國電投、山煤國際、愛康科技、英發(fā)集團、中智、漢能等，規(guī)劃總產(chǎn)能已經(jīng)超過了30GW。
“老玩家”中，晉能的異質(zhì)結(jié)量產(chǎn)平均效率已達23.85%，預計年底可達24.2%，據(jù)晉能科技總經(jīng)理楊立友表示：“目前晉能科技異質(zhì)結(jié)產(chǎn)品的成本是PERC的138%，我們對下降至108%的水平比較有把握，這是比較保守的目標。”
鈞石能源則另辟蹊徑，在今年SNEC展會上極具創(chuàng)意的推出了HDT多晶異質(zhì)結(jié)雙面組件，據(jù)稱，其電池的轉(zhuǎn)換效率高達23.5%，成本卻比PERC低了10%。
“新玩家”中，東方日升是前十組件出貨商中第一個對異質(zhì)結(jié)組件進行量產(chǎn)的，在最新的半年報中，東方日升表示其HIT電池最高量產(chǎn)效率已高達24.2%，最高組件效率高達22%以上，首批實現(xiàn)9BB異質(zhì)結(jié)半片低溫焊接封裝工藝，半片異質(zhì)結(jié)組件轉(zhuǎn)換效率突破21.90%，首年的衰減率不超過2%，30年衰減率不超過16.5%。除此之外，東方日升還提到要將異質(zhì)結(jié)與疊瓦技術(shù)相結(jié)合，目前已完成前期工作，可快速試產(chǎn)。
另據(jù)了解，阿特斯的異質(zhì)結(jié)產(chǎn)能規(guī)劃也已經(jīng)開工，預計2021年一季度出貨；天合光能在半年報中透露其有關異質(zhì)結(jié)的科研進展稱近期即將完成HJT產(chǎn)品的TUV認證，但并未進行產(chǎn)能規(guī)劃。
除了組件企業(yè)，專業(yè)太陽能電池制造商之一的通威HIT電池研發(fā)產(chǎn)線也已經(jīng)于2018年底便已經(jīng)啟動，2019年6月正式運行，截止至2019年報，HIT電池最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破24.6%，但在半年報中未披露有關HIT技術(shù)的具體進展。
業(yè)內(nèi)人士表示，異質(zhì)結(jié)電池目前已具備量產(chǎn)的條件，但這需要企業(yè)在產(chǎn)能、價格、性能之間做出抉擇。“是先去搶市場，還是努力降成本、提高轉(zhuǎn)換率，這是不同的發(fā)展路徑，也是跟蹤行業(yè)發(fā)展的關鍵邏輯。”
TOPCon兼容PERC產(chǎn)線 轉(zhuǎn)換效率高
HIT實現(xiàn)量產(chǎn)難度不小，TopCon要突出重圍同樣面臨很多挑戰(zhàn)。 TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸（Tunnel Oxide Passivated Contact）太陽能電池技術(shù)，由德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出。
在晶體硅太陽能電池中，金屬-半導體接觸區(qū)域存在嚴重的復合，成為制約晶體硅太陽能電池效率發(fā)展的重要因素。隧穿氧化層鈍化金屬接觸結(jié)構(gòu)由一層超薄的隧穿氧化層和摻雜多晶硅層組成，可以顯著降低金屬接觸區(qū)域的復合，同時兼具良好的接觸性能，可以極大地提升太陽能電池的效率。
為了評估目前商業(yè)化高效電池的效率潛能，如PERC、HIT、鈍化接觸電池等，德國知名太陽能研究所（ISFH）在2019年Silicon PV的報告會上基于載流子選擇性的概念從理論上對不同結(jié)構(gòu)太陽能電池的理論效率極限做了細致的分析，結(jié)論是鈍化接觸電池（例如TOPCon電池）具有更加高的效率極限（28.2%~28.7%），高于HIT的27.5%極限效率，同時也遠遠高于PERC電池（24.5%），最接近晶體硅太陽能電池理論極限效率（29.43%）。
TOPCon電池最大程度保留和利用現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設備制程，只需增加硼擴和薄膜沉積設備，無須背面開孔和對準，極大的簡化了電池生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)化困難度低。
中科院電工所研究員王文靜表示，TOPCon電池的轉(zhuǎn)換效率要高于P型PERC單晶電池，但是低于HJT電池效率，屬于中間產(chǎn)物；同時，TOPCon工藝設備與常規(guī)PERC電池的兼容性較好，雙面衰減率低，這也是很多企業(yè)看好TOPCon的重要原因，當前PERC電池產(chǎn)能巨大，短期內(nèi)全部轉(zhuǎn)成異質(zhì)結(jié)顯然不現(xiàn)實，而TOPCon只需加一些設備就可以兼容。
工藝復雜、技術(shù)高 TOPCon量產(chǎn)困難大
“當然，TOPCon電池也有一定的缺點，首先是工藝復雜，工藝步驟明顯增加，從清洗制絨到測試需12—13步；其次是成本較高，工藝成本和雙面銀漿帶來的成本上升是不可避免的；最后TOPCon效率的提升也有限。”王文靜擔心，TOPCon是否會受到PERC和異質(zhì)結(jié)兩方面的擠壓，“PERC的效率在一點一點提高，異質(zhì)結(jié)的成本在一點一點下降，TOPCon處于中間的位置或許會面臨比較尷尬的局面。”
此外，王文靜表示，TOPCon技術(shù)在BBr3擴散、硼離子注入、制備雙面摻雜層、 p-TOPCon電池的摻硼多晶硅等方面仍面臨著較大的挑戰(zhàn)。
可能正因為面臨著較大挑戰(zhàn)，在產(chǎn)業(yè)化方面，目前布局TOPCon的不多，但都是頭部企業(yè)，其中尤以另一家電池巨頭中來股份最為積極。
據(jù)了解，中來股份目前已經(jīng)擁有2GW TOPCon產(chǎn)能，10月15日全新發(fā)布的J-TOPCon 2.0新技術(shù)是與江蘇杰太光電技術(shù)有限公司合作，利用其獨創(chuàng)的線性等離子源技術(shù)，共同開發(fā)了一套全新的POPAID技術(shù) (Plasma Oxidation & Plasma Assisted Insitu-doping Deposition)，等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術(shù)。采用這種技術(shù)，J-TOPCon 2.0電池效率超過常規(guī)離子注入0.2%以上，開路電壓（Voc），填充因子（FF）均有提升。良率也可提高2%。
除了中來股份，林洋也試制了400MW產(chǎn)能，天合、晶科、英利也布局了一定的中試線。 根據(jù)中國光伏委員會發(fā)布最新發(fā)布，晶科創(chuàng)造了的TOPCon雙面電池24.87%（全面積）和24.90%（孔徑面積）的中國最高效率，甚至曾在官微文章《關于Tiger Pro，你想問的都在這里》中明確表示：“比較TOPCon以及異質(zhì)結(jié)，我們綜合比較幾個維度，目前我們是選擇了TOPCon。”據(jù)了解，目前晶科的Tiger-N型組件已經(jīng)量產(chǎn)。
天合在半年報中披露，TOPCon電池的實驗效率達到24.58%，目前量產(chǎn)最高批次平均效率達到23.8%，研發(fā)擴散工藝并成功導入TOPCon生產(chǎn)線。
但據(jù)某媒體報道，盡管這幾家企業(yè)都有實際產(chǎn)能，但產(chǎn)能都不大，多是實驗性的產(chǎn)線，電池片價格大約1.45元/W。
“目前來說，HJT電池的結(jié)構(gòu)是革命性的，原有產(chǎn)線無法兼容，而TOPCon的結(jié)構(gòu)是漸進式的，稍微替換一下設備，產(chǎn)線就可以升級。”天合光能高效電池研發(fā)副總監(jiān)陳奕峰認為，盡管TOPCon現(xiàn)在還有很多的問題，工藝、成本、良率、技術(shù)成熟度等等，但這些問題如果解答的恰當也是一種機遇，就像2014年的PERC也面臨著大量的問題。相信在全行業(yè)的努力下，TOPCon有望成為高效電池在中國繼續(xù)推進的浪潮。
業(yè)內(nèi)人士分析認為，不管是HIT還是TOPCon，目前來看還無法取代PERC的主流地位，究竟誰能率先殺出重圍，目前也不好判斷，但不管誰能率先殺出，都將成為新一代的電池技術(shù)引領者，甚至有望再一次改變行業(yè)格局。
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