电池的种类有哪些（电池的发展方向）

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　　N型光伏电池的三条路线：TOPCON，HJT以及IBC电池技术
　　电池技术迭代驱动光伏降本增效，N型电池有望接棒成为主流
　　Editedby4thInstitute
　　【摘要】
　　1）2020年PERC电池市占86。4已基本完成多晶产能替换；
　　2）TOPCON可沿用PERC60产能改造是未来23年性价比路线选择；
　　3）HJT有望成为下一代主流技术预计未来三年设备规模422亿元；
　　4）IBCHBC：高效率高门槛，尚处技术储备期；
　　一、PERC产能已基本完成替代
　　2020年，PERC电池市占率达86。4，已基本完成多晶产能替换，产品溢价不再，单瓦盈利逐步下行。且新投PERC电池产线已基本实现设备国产化，设备投资成本降至22。5万元MW，同比下降25。7，单晶PERC电池片成本下降至约0。7元W，非硅成本下降至0。23元W，降本空间趋近极限。
　　二、晶硅电池技术方向：
　　早期AlBSF技术在光伏电池市场一直独秀，转化效率约为20左右。目前市场上主流的PERC电池光电转化效率已实现23，2019年隆基已可将PERC电池效率提升至24。06，而PERC电池理论极限效率在24。5。
　　典型的PERC太阳电池生产线布局图：
　　展望未来，N型电池效率提升潜力大、投资成本不断降低，目前转化效率已突破平均24以上，当前路线主要为三种N型电池片技术：TOPCON电池技术，HJT电池技术以及IBC电池技术
　　N型电池优势显著，有望接替P型成为主流。晶硅太阳电池可以用传统P型硅片，也可以用N型硅片来制作。P型电池最主要的问题在于硼氧对引起的衰减，而掺磷的N型电池硼含量极低，从本质上消除了硼氧对带来光致衰减的影响。此外采用N型硅作衬底，具有少子寿命高、对金属杂质的容忍度高，适合双面电池设计（双面率90）等优点。目前产业界量产平均转换效率大于23的电池均为N型电池（NPERT、TOPCON、HJT等）。
　　预测20202030年TOPCon和HJT电池占比大幅提升：
　　2。1TOPCON：
　　TOPCON电池是在N型电池工艺的基础上研发出的隧穿氧化层钝化接触技术，该技术可大幅度的提升N型电池的VOC和转换效率。虽然TOPCON电池转化效率上限较高，但其背面收光较差，量产难度较高，同时良率较低。
　　TOPCON的核心优势在于：
　　1）理论转化效率上限高，其中基于POLO2BJ结构，TOPCON理论效率28。7，接近晶硅极限；
　　2）可基于现有PERC产线升级改造，国内PERC产能60可改造为TOPCON，因此面临大规模老产能折旧计提压力，改造成TOPCON是拉长设备应用周期是较优选择。但限制TOPCON量产核心因素在于良率普遍95以下，且当前成本仍然偏高，工艺路线仍未完全定型。
　　TOPCon电池的极限理论效率28。7，目前平均量产效率约24，最高效率超25，相比P型电池有更高的提升空间。另一方面，TOPCon与现有PERC产线兼容，只需非晶硅沉积和镀膜设备便可进行升级，单GW改造成本在0。51亿元，预计未来硅片和银浆降本将带动产业化提速。因此，在面临大规模PERC产线设备资产折旧计提压力下，改造为TOPCon拉长设备使用周期，降低沉没风险，是未来23年具备性价比的路线选择。
　　2。2HJT：
　　HJT技术则是通过增加一层非晶硅异质结来提高VOC开路电压，从而提高电池片的转换效率。HJT效率可达2324，工序少、可实现量产，且电池各项参数均较优。但是其设备贵、投资成本高，银浆及靶材成本较高，成为阻碍其大规模产业化的一点。
　　HJT降本增效路径清晰，有望成为下一代主流技术：
　　HJT电池优势一方面体现在其高转化效率，有效降低发电端成本；更重要的是，考虑到衰减率低、双面率高、温度系数低、弱光效应等诸多优势，HJT双面电池相较于PERC全生命周期每W发电量高511。8。随着硅片、非硅、产能成本持续降低，我们预计2021、2022年底HJT成本可达到0。79、0。68元W，其中2021年与当前TOPCON成本相当，2022年与当前PERC成本相当。且目前通威、华晟、爱康等厂商HJT量产化进展顺利，预计未来三年设备市场规模有望达到422亿元。
　　2。3IBC：
　　IBC电池在当前各电池技术中效率最高，可以达到24以上，单由于IBC技术难度极高，设备投资高，成本高，国内尚未实现量产，目前布局的企业主要为sunpower，后被中环收购后吸纳技术。
　　IBC技术路径仍未成熟，长期叠加工艺具备潜力：
　　IBC电池由于其叉指式背接触的优良结构，早期效率就超过了25。但IBC也是商业化晶体硅电池中工艺更复杂、结构难度更大、成本更高的技术，短期量产存在一定难度。但由于可以与HJTTOPCON电池技术相结合，制备HBCPOLOIBC电池，能够继续提升效率至26以上，代表晶硅电池最高效率水平，在特定应用场景具备较强优势。
　　IBC技术路径仍未成熟，长期叠加工艺具备潜力：
　　IBC电池由于其叉指式背接触的优良结构，早期效率就超过了25。但IBC也是商业化晶体硅电池中工艺更复杂、结构难度更大、成本更高的技术，短期量产存在一定难度。但由于可以与HJTTOPCON电池技术相结合，制备HBCPOLOIBC电池，能够继续提升效率至26以上，代表晶硅电池最高效率水平，在特定应用场景具备较强优势。
　　光伏高效池各技术路线及其厂商对比：
　　三、TOPCON挖掘现有产线生命周期，工艺优化持续推进：
　　3。1TOPCon电池技术进展与效率提升的历史：
　　3。2TOPCon部分产能布局：
　　3。3各厂商加速布局TOPCon电池片和组件的研发与量产：
　　3。4工艺路线及其装备：
　　TOPCon电池成本主要由硅片成本和非硅成本构成，非硅成本主要由折旧、浆料及靶材组成，目前较PERC高0。050。09元W左右。TOPCon电池降本路径，主要有降低硅材用量、减低银浆用量、降低设备价格、简化工艺、提升规模效应等。
　　1）硅片：TOPCon多采用N型硅片，目前较P型溢价7，所用硅片166尺寸对应厚度为170m左右（182对应180m），未来硅片薄片化及大尺寸将推动硅片成本下降；
　　2）银浆：TOPCon电池采用高温银浆，耗量在150mg片左右，高于双面PERC电池高温银浆耗用量85mg片，未来随着多主栅技术应用和银铝浆的使用及贱金属替代，银浆成本有望下降；
　　3）折旧：TOPCon电池导入了3项新的工艺，产线需要增加3台新设备，同时，扩硼工艺比扩磷工艺难度大，需要更多的扩散炉，因此TOPCon电池的投资成本比PERC电池高10左右，单GW设备投资额为22。5亿元，PERC产线升级为TOPCon单GW设备投资额为0。60。8亿元，未来随着设备效率提升及设备价格下行，折旧成本有望进一步下降。
　　3。5TOPCon不同沉积技术路线比：
　　3。6TOPCon与PERC电池技术工艺及设备改造情况HJT产能布局：
　　四、HJT
　　相比TOPCon电池技术，HJT电池工艺环节大大减少，仅有四步，分别是清洗制绒、非晶硅沉积、TCO镀膜和丝网印刷，其中清洗制绒和丝网印刷延续PERC工艺，差异点在于非晶硅薄膜沉积和TCO膜的沉积，而工艺环节的减少有利于降低后续良率提升和成本降低的难度。
　　HJT电池各厂商效率：
　　HJT电池现有与规划产能情况：
　　HJT电池工艺流程及相关设备
　　HJT电池设备价值量分布
　　HJT三大设备供应商路线：
　　HJT产线所用设备均已实现国产化替代：
　　五、IBCHBC：高效率高门槛，尚处技术储备期：
　　IBC电池（全背电极接触晶硅光伏电池）将PN结和金属接触都设于太阳电池背面，电池片正面采用SiNxSiOx双层减反钝化薄膜，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有效发电面积，拥有高转换效率，外观上也更加美观，尤其适用于光伏建筑一体化，具有较好的商业化前景。
　　HBC电池（交叉指式背接触异质结太阳电池）采用氢化非晶硅作为双面钝化层，具有优异的钝化效果，能够取得更高的开路电压。在生长PN结的工艺中采用区域型掩膜掺杂，降低了载流子的复合损失。HBC将HJT技术应用于IBC电池结构，集合了两者的优点，同时具备IBC电池的高短路电流以及HJT电池的高开压，所有工艺都在200下制作完成，无高温扩散掺杂过程。
　　HBC电池研发效率记录
　　技术挑战和工艺要求是主要发展障碍。虽然效率优势显著，但IBC和HBC电池仍面临不可忽视的技术挑战：
　　IBC电池对基体材料要求较高，需要较高的少子寿命；对前表面的钝化要求较高；背面指交叉状的P区和N区在制作过程需要多次的掩膜和光刻技术，且P区和N区之间的gap区域需非常精准。
　　HBC电池在继承了IBC和HJT电池优点的同时也保留了两者各自生产工艺的难点：本征和掺杂非晶硅镀膜工艺窗口窄，对清洁度要求极高；需要低温组件封装工艺；正负电极都处于背表面需要严格的电极隔离工艺；制造流程复杂
　　IBC电池工艺流程
　　目前IBCHBC电池制造工艺复杂，技术门槛高、制造成本高，属于研发储备中的技术路线。国际上IBC技术最成熟的量产企业是SunPower和LG，其中SunPower研发IBC技术较为成熟，量产产能达到1。2GW，转换效率提升到25，LG量产效率达24。5。HBC方面，仅有松下表示其HBC技术已进入可量产阶段。
　　国内方面，2021年5月，国家电投青海产中国首条量产规模IBC电池及组件生产平均效率超24，单片电池功率提高约10，达到国内最高水平，跻身国际先进行列；中环股份控股从SunPower拆分出来的MaxeonSolar以实现产业协同，于2021年6月推出使用IBC技术的MaxeonAir无边框组件；爱旭股份于2021年4月发布非公开发行A股股票和签订投资协议公告，公司在IBC、HBC和叠层电池的量产技术领域取得了显著的研究成果，拟投资珠海6。5GW和义乌10GW新世代高效太阳能电池项目。来源：4thInstitute作者：4thInstitute
　　IBCHBC产业化发展进度：
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