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          BC電池出圈,細分技術路線全梳理

          第一財經 2023-09-13 15:43:48

          作者:李泓霖    責編:黃宇

          HPBC、ABC,此外還有HBC、TBC等等……都屬于BC電池家族,這些細分門類在性能、效率上有何優(yōu)劣?

          BC電池連日來關注度飆升,皆因光伏龍頭隆基綠能(601012.SH)的高度看好與大力布局。

          日前,隆基綠能董事長鐘寶申在公司半年度業(yè)績說明會上稱,“在接下來的5~6年,BC(Back Contact,背接觸)電池會是晶硅電池的絕對主流,包括雙面和單面電池。” 他同時表示,隆基未來的電池產能擴張均將采取BC技術路線。

          BC電池并不是新生事物。公開資料顯示,BC電池是將PN結和金屬接觸都設于太陽能電池背面,因正面無金屬電極遮擋,BC電池可最大限度地利用入射光,減少光學損失,獲得更多有效發(fā)電面積以及高轉換效率。

          目前,國內具有BC電池成型產能的上市公司,除了擁有HPBC(Hybrid Passivated Back Contact,復合鈍化背接觸)技術的隆基綠能外,主要還有從事ABC(All Back Contact,全背接觸)電池及組件研發(fā)生產的愛旭股份(600732.SH)。2021年以來,愛旭股份多次募集資金投向ABC電池領域,僅2023年上半年,公司ABC項目在建工程方面的投資額就高達37.80億元。

          HPBC、ABC,此外還有HBC、TBC等等……都屬于BC電池家族,這些細分門類在技術路線上有何異同,性能、效率上有何優(yōu)劣,又能否共同推動BC電池成為下一代主流光伏電池?

          IBC:BC技術路線的基石

          從BC的技術路線來看,大致可分為IBC(Interdigitated Back Contact,交叉背接觸)、HPBC、TBC(Tunneling oxide passivated contact Back Contact,隧道氧化物鈍化接觸背接觸)、ABC、HBC(Hetero Junction Back contact,異質結背接觸)。

          其中,IBC是一種較為純粹的單面電池技術,可以與P型、N型、鈣鈦礦等多種技術疊加,比如與N型HJT技術的疊加被稱為“HBC”電池,而與P型TOPCon技術的疊加則被稱為“HPBC”電池。

          IBC電池的發(fā)展史可追溯至1984年,斯坦福大學教授Swanson研發(fā)出類似IBC的點接觸(Point Contact Cell,PCC)太陽電池,聚光系統(tǒng)下轉換效率為19.7%;1985年,該教授創(chuàng)立了當今IBC領域的領軍企業(yè)——Sun Power。

          2019年,Sun Power將原太陽能電池制造業(yè)務獨立出來,成立Maxeon SOLAR TECHNOLOGIES(MAXN.O),主攻IBC電池,承接Sun power全球IBC專利。

          由于IBC電池轉換效率高,相應的發(fā)電功率也更高,可在一定程度上節(jié)省BOS成本,享受較高溢價。2020年以來,Maxeon的IBC產品較PERC產品均價高出0.15美元/W以上,2023年一季度溢價更是高達0.44美元/W。

          但由于IBC電池背面圖形化工藝難度較大、工序多,導致成本較高,實現大規(guī)模量產的企業(yè)也并不多。據廣發(fā)證券,IBC電池的設備投資成本為3億元/GW,高于PERC、TOPCon的2億元/GW、2.5億元/GW,但低于HJT的4.5億元/GW。

          目前IBC電池生產企業(yè)主要由Maxeon領銜,該公司IBC電池量產效率已從2004年的20.50%升級至2022年的26%,2021年底IBC量產產能約1.5GW。

          2019年,TCL中環(huán)(002129.SZ)戰(zhàn)略入股Maxeon,截至2023年5月,公司持有Maxeon 22.73%股份,是其第一大股東。

          中來股份(300393.SZ)在2019年5月宣布已實現IBC電池的批量生產,年產能約150MW,量產效率22.8%;2022年8月,國電投黃河水電宣布200MW N型IBC電池及組件項目開工;通威股份(600438.SH)在2022年半年報的業(yè)績說明會上表示,公司已建立IBC電池試驗線,首片IBC電池在2022年7月正式下線,尚處于產線優(yōu)化過程中。

          ABC:漸成愛旭股份“第二增長極”

          2021年,愛旭股份宣布布局ABC技術。

          愛旭股份并未公布ABC電池的詳細技術路徑,通過愛旭股份環(huán)評報告——其ABC工藝流程中包括的PECVD工藝和ALD設備廣泛用于TBC、HBC及TOPCon工藝路線中,東方財富預計,ABC工藝路線在傳統(tǒng)IBC技術的基礎上疊加了TOPCon以及HJT技術。

          ABC電池正面無柵線,可100%接收太陽光,光衰抵御表現和機械載荷性能優(yōu)異,兼具低溫度系數、更耐高溫、高效率、高顏值等特點;同時,ABC無銀化技術可避免銀導線壽命影響組件使用壽命的情況,解決了低成本規(guī)?;慨a、雙面發(fā)電、效率提升等問題。

          愛旭股份在2023年半年報中稱,伴隨珠海一期ABC電池及組件項目陸續(xù)投產,報告期內公司ABC組件已實現部分銷售,平均單瓦不含稅收入約2.20元;下半年,公司N型ABC組件實現批量出貨,將在原有PERC電池業(yè)務基礎上為公司帶來經營業(yè)績的第二增長極。

          據悉,愛旭股份2023年上半年投產的珠海6.5GW電池項目采用全球首創(chuàng)的無銀化技術,大幅降低了ABC電池的生產成本。應用該電池的組件,在182mm硅片尺寸下的54版型組件交付功率達到465W,72版型組件交付功率也達到620W,量產效率可達24%。

          從訂單來看,愛旭股份披露具體采購額度的訂單共三份,分別是5月安徽快易光伏向愛旭數字能源全年采購100MW的ABC組件產品、6月愛旭股份與德國Memodo集團簽訂的1.3GWABC組件供貨協(xié)議,以及8月份與荷蘭LIBRA集團簽訂650MWABC組件供貨協(xié)議。

          再加上公司與捷克25ENERGY、丸紅技術系統(tǒng)株式會社、深圳市華塔材料等海內外公司達成的ABC產品銷售協(xié)議,山西證券估算,截至2023年8月,愛旭股份ABC組件訂單約4.5GW,占2023年上半年組件總銷量的23.99%。

          HPBC:隆基綠能的選擇

          2022年11月,隆基綠能發(fā)布HPBC電池產品Hi-Mo 6。其中,Hi-MO 6探索家組件最高功率和最高效率分別為575W、22.3%;科學家組件最高為590W、22.8%。

          HPBC是復合鈍化背接觸,而鈍化接觸是提升電池效率的主要技術方式之一。比如PERC電池取代全鋁背場電池的核心技術就是在鋁背場前面加了一層鈍化層;TOPCon電池背面鈍化層無需開孔,鈍化效果更好;HJT更是把發(fā)射級都換成了鈍化層。

          據悉,隆基綠能的HPBC技術是將P型TOPCon技術和IBC技術的融合。

          目前隆基綠能已建成HPBC電池產能約30GW,已基本攻克PN結隔離和電池串聯的工藝難點,中信證券預計其HPBC電池月產量已提升至GW級以上,且有望于2023年底前實現滿產。

          除HPBC外,隆基綠能還推出了HPDC(High Performance and Hybrid Passivated Dual-Junction Cell,復合鈍化雙結)電池,是HPBC電池的升級版技術,相應產品為Hi-MO 7組件。據公司資料,該組件量產功率可達580W,對應轉換效率22.45%。

          隆基綠能日前在2023年中報業(yè)績交流會上表示,目前HPBC電池良率超95%,主推580W和590W兩檔組件產品,高于目前主流TOPCon 182×72版型組件570-585W的功率檔位,在海外較TOPCon產品有1美分/W以上的溢價。

          HBC:HJT+IBC,首條高效量產線已建成

          2007年,Mei jun Lu、U jjwalDas等人在《應用物理快報》(Applied Physics Letters)上發(fā)表文章提出,可將異質結(HJT)太陽能電池與IBC太陽能電池相結合。

          與IBC太陽能電池結構相比,HBC太陽能電池采用氫化非晶硅(a-Si∶H)作為雙面鈍化層,在背面形成局部異質結結構,獲得高開路電壓。同時,HBC電池采用了IBC電池結構,前表面無遮光損失并且減少了電阻損失,從而擁有較高的短路電流。

          2014年,日本Sharp公司采用蒸鍍方式制備HBC太陽能電池,獲得25.1%的電池光電轉換效率;2017年,日本Kaneka公司通過優(yōu)化串聯電阻和歐姆接觸性能,將HBC太能陽電池光電轉換效率提高至26.63%;2018年,P.Procel等人在《太陽能物料與太陽能電池》(Solar Energy Materials and Solar Cells)上發(fā)表文章稱,采用TCAD 仿真軟件獲得了27.2%的HBC電池光電轉換效率。

          國內公司中,港股上市公司金陽新能源(01121.HK) 2023年9月初發(fā)布公告稱,集團于本月成功建設了首條新一代HBC電池生產線,量產電池的光電轉換效率高達27.42%,是全球唯一轉換效率超過27.0%的量產線;此外,集團今年中還完成了全球首條HBC柔性組件量產產線的建設。

          TBC:兼容P型、N型電池技術

          將鈍化接觸技術與IBC相結合,可制備TBC電池,也稱為POLO(多晶硅氧化物)-IBC。TBC電池既可以采用P型技術,也可以采用N型技術。

          2018年,ISFH(哈梅林太陽能研究所)采用區(qū)熔(FZ)法制備的P型單晶硅片,將POLO技術應用在IBC太陽能電池上進行鈍化,在4cm²電池面積上獲得了26.1%的光電轉換效率。

          為了簡化工藝,2019年,ISFH在常規(guī)CZ法的摻雜P型單晶硅片上制備POLO-IBC電池,光電轉換效率約為21.8%。該技術路徑與現有產線兼容度較高,但轉換效率較低。

          POLO技術在N型IBC太陽能電池上的應用研究也有進展。2016年,根據G.T.Yang等人發(fā)表在《太陽能物料與太陽能電池》上的文章,采用離子注入的方式對沉積的非晶硅進行摻雜,高溫退火后形成多晶硅隧穿鈍化接觸,在N型晶硅基底上獲得了21.2%的光電轉換效率;2018年,通過優(yōu)化前表面,POLO-IBC電池光電轉換效率提高到了23%。

          國內公司中,2019年,天合光能(688599.SH)采用低壓化學氣相沉積 (LPCVD)法對IBC電池的BS進行多晶硅隧穿鈍化,光電轉換效率在6英寸硅片上實現了由24.1%到25%的提升。

          近日,鈞達股份(002865.SZ)在電話會議上表示,公司在TOPCon基礎上經過工藝優(yōu)化升級后的TBC產品,已完成實驗線研究,目前在規(guī)劃BC電池中試線,預計年底投產。另外,公司滁州、淮安基地廠房預留了升級空間,未來TOPCon產線可以升級為TBC產線。

          PSC-IBC:具備理論效率優(yōu)勢

          IBC除了可以和N型、P型電池疊加外,將鈣鈦礦電池與IBC電池結合制備的疊層電池也能夠實現吸收光譜互補,進而提高IBC太陽電池光電轉換效率。

          2017年,研究人員制備出4-T PSC-IBC疊層電池,獲得了26.4%的光電轉換效率,2020年提升至27.7%。

          雖然實驗室PSC-IBC疊層電池具備較為理想的理論光電轉換效率,但轉換效率并不穩(wěn)定,理論與實際工藝的匹配程度仍待完善。

          結語

          綜上可以看出,BC電池并不是一種新技術,而是通過與P型、N型電池進行疊加等方式,實現了一定的效率提升。因此,BC電池的發(fā)展與TOPCon、HJT并不沖突。

          但BC電池的雙面率(背面效率與正面效率的百分比)只有50%左右,低于TOPCon、HJT的85%左右,技術專利等方面也有仍待解決的問題。

          這使得業(yè)界對于其發(fā)展前景仍存顯著分歧。中來股份總裁林建偉近日在接受媒體采訪時就表示,綜合來看,BC電池短期內要取代TOPCon成為市場主流不太可能。

          林建偉同時稱,BC電池有自己特有的優(yōu)勢和細分市場需求,隨著相關技術問題的突破和規(guī)模的增加,也會在市場中找到自己的位置。

          整體來看,新一代光伏電池的技術路線之爭還將持續(xù),BC電池能否躋身主流也還有待時間檢驗。

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