2022年中国光伏行业系列研究:TOPCon光伏电池研究报告.pdf
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1、2022年中国光伏行业系列研究TOPCon光伏电池研究报告Brief Report_2022 China TOPCon Photovoltaic Cell Industry Research2022年中国太陽光発電産業研究-太陽光発電研究报告标签:光伏、太阳能、TOPCon、光伏电池中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55882摘要 TOPCon光伏电池行业简介随着N型TOPCon电池技术的快速发展,2022年部分头部企业已进行TOPCon电池产线的搭建,且规划中的产能已超过200GW,预计2023年将成为TOPCon电池放量发展元年。目前TOPCon距离其理论极限效率依然有较大
2、距离,预计未来随着SE技术的添加、硅片质量的提升、陷光缺陷 优 化、栅 线 优 化 等 技 术 的 运 用,TOPCon将继续逐步提升量产转化效率。N型TOPCon电池具有低温度系数、低光衰减系数、高双面率、弱光效应好、提效路径清晰等系列优势,是未来晶硅光伏电池发展最主要的技术路径之一。TOPCon与现有PERC产线具有较高的兼容性,从生产流程来看,通过新增多晶硅薄膜沉积等设备即可与现有PERC产线兼容。TOPCon光伏电池行业产业链2021年N型电池市占率仅3%,预计2023年TOPCon将爆发式增长。硅片是光伏电池生产最主要的原材料之一,约占光伏电池成本的62%,其品质的高低对于电池转换效
3、率起直接影响,成本的高低将直接影响下游组件的竞争力。银浆是TOPCon光伏电池成本结构中最主要的非硅成本,占电池中成本约16%。TOPCon光伏电池与PERC电池皆使用高温银浆,目前主要通过多主栅技术以及减少细栅宽度来降低正银耗量。TOPCon光伏电池的主要生产设备有清洗制绒设备、扩散炉、多晶硅薄膜沉积设备、丝网印刷设备等,其中,多晶硅薄膜沉积设备是最核心的生产设备,目前LPCVD是主流路线。TOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)即遂穿氧化层接触电池,是一种基于选择性载流子原理的遂穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术。其电池结构以N型硅片衬底,在电池背面
4、制备一层1-2nm的遂穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅共同形成钝化接触结构。2021年,PERC技术市场占有率约为91.2%,是当下转换效率与生产成本之间性价比最高的电池技术,随着N型TOPCon电池技术的快速发展,2022年部分头部企业已进行TOPCon电池产线的搭建,且规划中的产能已超过200GW,预计2023年将成为TOPCon电池放量发展元年。2021至2022年多晶硅料价格高企,致使光伏产业链各环节皆承受较高的成本压力。未来随着硅料价格的下调,光伏产业的核心供需矛盾回归到高效能电池环节,电池相关企业销售净利率有望上升。值得注意的是,目前TOPCon产能扩产规划较高,众多光伏产业链外
5、企业皆纷纷有所布局,典型代表为皇氏集团、钧达股份,故长远来看TOPCon产能可能进入过剩状态中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55883中国TOPCon光伏电池行业综述-8定义及简介-9光电转换效率-10参数特征对比-11生产流程-12技术路径对比-13市场规模-14中国TOPCon光伏电池行业产业链分析-15产业链图谱-16产业链上游分析-17产业链中游分析-20产业链下游分析-23方法论-24法律声明-25目录中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55884Overview of China TOPCon PhotovoltaicCell Industry-8D
6、efinition and introduction ofTOPCon Photovoltaic Cell-9Photovoltaic Conversion Efficiency-10Comparison of Parameter-11Production Process-12Comparison between Technical Route-13Market Size-14Value Chain of TOPCon Photovoltaic CellIndustry-15Value Chain Map-16Upstream Analysis-17Midstream Analysis-20D
7、ownstream Analysis-23Methodology-24Legal Statement-25Contents中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55885图表1:光伏电池技术路线演化-10图表2:TOPCon光伏电池与PERC平均量产效率及效率极限-11图表3:TOPCon光伏电池效率提升路径-11图表4:不同多晶硅沉积技术的TOPCon电池实验室效率记录-12图表5:TOPCon与PERC参数对比-12图表6:TOPCon光伏电池生产流程-12图表7:LPCVD、PECVD与PVD对比-13图表8:TOPCon光伏电池市场规模-15图表9:TOPCon光伏电池产业
8、链图谱-16图表10:全球光伏电池产能前十厂商产能及产量,2021年-16图表11:行业主流硅片厚度,2016-2022年-16图表12:中国硅片产量及同比增速,2017-2022E-16图表13:TOPCon光伏电池成本结构-16图表14:TOPCon光伏电池银浆消耗及占比,2021年-17图表15:TOPCon光伏电池正面银浆消耗量,2019-2025E-17图表16:高效TOPCon电池的金属化挑战与机遇-17图表17:TOPCon光伏电池产线建设(以中来股份为例)-17图表18:TOPCon产线建设情况对比-18图表19:TOPCon光伏电池企业竞争格局-18图表20:部分光伏电池企业
9、光伏电池业务毛利率-18图表21:部分光伏电池企业光伏产业链布局情况对比分析-19图表22:组件功率提升路线-19图表目录中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55886图表23:TOPCon组件封装胶膜选型情形及POE粒子需求-19图表目录中国:光伏系列头豹行业研读|2022/112021 LeadL7名词解释 EPE:EPE三层胶膜是由EVA和POE两种材料,采用共挤的方法制作而成(EPE=EVA+POE+EVA)。EPE胶膜与单层的EVA和POE胶膜相比既达到了性能,又节约了成本 POE:POE胶膜是双玻组件主要用的封装胶膜,相比传统EVA胶膜,POE胶膜的优势在于低水汽透过
10、率和高体积电阻率,更能够帮助双面PERC电池对抗PID衰减,保证了组件在高温高湿环境下运行的安全性及长久的耐老化性,使组件能够长效使用 EVA:太阳能光伏组件封装胶膜,是一种热固性有粘性的胶膜,用于放在夹胶玻璃中间 PERC:Passivated Emitter and Rear Contact,钝化发射极及背接触电池,一种高效晶硅太阳能电池结构,针对全铝背场太阳能电池在背表面的载流子复合较高的缺点,使用AL2O3膜或SiNX在背表面构成化层,并开膜使得铝背场与硅衬底实现有效的接触 LPCVD:低压力化学气相沉积法,广泛用于氧化硅、氮化物、多晶硅沉积,过程在管炉中执行,要求相当高的温度 PEC
11、VD:PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是指 等离子体增强化学的气相沉积法。是生产人造钻石的一种工艺,这种方法有很多优点,比如颜色等级高,成膜质量好等。PVD:物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)技术是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子,或部分电离成离子,并通过低压气体(或等离子体)过程,在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术,物理气相沉积是主要的表面处理技术之一。400-072-5588Chapter 1行业综述 TOPCon(Tunnel Oxide
12、 Passivating Contacts)即遂穿氧化层接触电池,是一种基于选择性载流子原理的遂穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术。其电池结构以N型硅片衬底,在电池背面制备一层1-2nm的遂穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅共同形成钝化接触结构 随着N型TOPCon电池技术的快速发展,2022年部分头部企业已进行TOPCon电池产线的搭建,且规划中的产能已超过200GW,预计2023年将成为TOPCon电池放量发展元年 N型TOPCon电池具有低温度系数、低光衰减系数、高双面率、弱光效应好、提效路径清晰等系列优势,是未来晶硅光伏电池发展最主要的技术路径之一 目前TOPCon距离其理论极限效率依然
13、有较大距离,预计未来随着SE技术的添加、硅片质量的提升、陷光缺陷优化、栅线优化等技术的运用,TOPCon将继续逐步提升量产转化效率市场研读|2022/09中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-55889中国TOPCon光伏电池行业综述定义及简介随着N型TOPCon电池技术的快速发展,2022年部分头部企业已进行TOPCon电池产线的搭建,且规划中的产能已超过200GW,预计2023年将成为TOPCon电池放量发展元年TOPCon光伏电池的定义及简介来源:隆基股份,全球光伏,中金,光伏测试网,头豹研究院编辑整理前代技术当前主流量产转化BSFPERCTOPConHJTIBC研发效率:2
14、4.06%量产效率:22.5%-23.5%极限效率:24.5%成本分析:当前高效与低成本的综合最优研发效率:26.1%量产效率:22.5%-23.5%极限效率:24.5%成本分析:设备较PERC增加20%-30%,设备材料技术成熟,兼容性高研发效率:26.30%量产效率:23%-24.5%极限效率:28.5%成本分析:投资成本约PERC的4-5倍,制造成本较高,设备正处于国产化过程中研发效率:25.04%量产效率:24.0%-26.0%极限效率:29.1%成本分析:设备及制造成本皆较高无介电膜局部界电钝化整面钝化超薄整面钝化改善背面大幅提升Voc改善正面大幅提升Isc研发TBCHBC背面借鉴钝
15、化技术正面借鉴IBC光伏电池技术路线演化 光伏电池技术的演化为多种技术共同作用的结果,主要遵循更高转换效率与更低度电成本的技术发展路径,如单晶替代多晶、PERC替代BSF,其中,钝化技术是电池技术演化路径中推动电池技术迭代的重要一环。晶硅光伏电池中,金属-半导体接触区域内存在着较为严重的载流子复合现象,是制约晶硅电池转换效率的主要问题。钝化技术能够显著降低接触区域的载流子复合速率以提升电池转换效率。从早期Al-BSF的无介电膜,到PERC的局部钝化,再到TOPCon、HJT的整面钝化,钝化技术的进步极大促进的光伏电池转换效率的提升,亦是未来晶硅光伏电池技术演化的关键 2018年之前,BSF电池
16、技术占据市场大部分份额,2018年BSF市占率为60%,2019年PERC技术由于具有更加优异的光电转换效率,新建产线皆采用PERC技术,且部分电池企业对已有电池产线进行改建,使得PERC技术迅速反超BSF。2021年,PERC技术市场占有率约为91.2%,是当下转换效率与生产成本之间性价比最高的电池技术,随着N型TOPCon电池技术的快速发展,2022年部分头部企业已进行TOPCon电池产线的搭建,且规划中的产能已超过200GW,预计2023年将成为TOPCon电池放量发展元年 TOPCon(Tunnel Oxide Passivating Contacts)即遂穿氧化层接触电池,是一种基于
17、选择性载流子原理的遂穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术。其电池结构以N型硅片衬底,在电池背面制备一层1-2nm的遂穿氧化层,然后再沉积一层掺杂多晶硅共同形成钝化接触结构。超薄的氧化硅层可以使多子电子遂穿进入多晶硅层,同时阻止少子空穴复合。此外,钝化接触结构促使硅片表面能带产生弯曲,产生钝化效果,电子遂穿概率大幅增加,接触电阻下降,电池开路电压及短路电流得到提升,电池转化效率得到了大幅提升TOPCon光伏电池结构与定义中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-558820%21%22%23%24%25%26%27%20122013201420152016201720182019202020
18、21PECVDLPCVDPOPAID10中国TOPCon光伏电池行业综述电池技术特征目前TOPCon距离其理论极限效率依然有较大距离,预计未来随着SE技术的添加、硅片质量的提升、陷光缺陷优化、栅线优化等技术的运用,TOPCon将继续逐步提升量产转化效率TOPCon光伏电池光电转换效率来源:Continuously Evolving Tech,CPIA,中来股份,晶科能源公告,头豹研究院编辑整理24.95%24.95%24.95%24.95%24.95%24.95%24.95%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.30%0.10%
19、0.10%0.10%0.10%0.15%0.15%0.15%0.15%0.15%0.25%24.0%24.4%24.8%25.2%25.6%26.0%26.4%TOPCon光伏电池效率提升路径21.50%22.70%23.50%24.00%24.30%24.60%24.90%18%20%22%24%26%28%30%20182019202020212022E2023E2025ETOPConPERCTOPCon光伏电池与PERC平均量产效率及效率极限不同多晶硅沉积技术的TOPCon电池实验室效率记录23.02%,Fraunhofer24.40%,Fraunhofer25.10%,Fraunhof
20、er25.80%,Fraunhofer20.70%,ECN2018年至2022年,TOPCon光伏电池技术的量产平均效率不断提升,于2019年超过PERC技术,至2022年,已经接近PERC电池技术24.5%的效率理论极限,部分厂商量产效率已超过PERC极限效率。目前TOPCon距离其理论极限效率依然有较大距离,预计未来随着SE技术的添加、硅片质量的提升、陷光缺陷优化、栅线优化等技术的运用,TOPCon将继续逐步提升量产转化效率根据晶科能源的TOPCon光伏电池技术提效路径,未来TOPCon转换效率自25%提升至26%以上的主要方式有栅线宽度优化、金属复合提升、背面吸光优化,钝化优化、金属接触
21、优化及硅片品质提升,预计将分别在基准效率(24.95%)上 提 升 0.30%、0.30%、0.10%、0.15%、0.15%及0.25%,细栅宽度优化及金属复合提升是最主要的两条效率提升路径截至2021年,TOPCon实验室最高效率为25.80%,由Fraunhofer通过PECVD技术所得。2022年10月,晶科能源自主研发的182N型高效单晶硅高效电池(TOPCon)经中国计量科学院认证转换效率达26.1%,是目前TOPCon最高转换效率记录,标志着晶科能源的TOPCon提效技术路径研究走在了市场的前沿21.30%,ECN23.57%,Trina24.58%,Trina24.79%,Ji
22、nko25.21%,LONGi23.00%,ANU(PVD)23.00%,Jolywood(POPAID)24.50%,Jolywood(POPAID)25.40%,Jolywood中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-558811中国TOPCon光伏电池行业综述参数特征对比N型TOPCon电池具有低温度系数、低光衰减系数、高双面率、弱光效应好、提效路径清晰等系列优势,是未来晶硅光伏电池发展最主要的技术路径之一TOPCon与PERC各类参数对比来源:润阳股份招股书,聆达股份定增说明书,帝科股份定增可行性分析、CPIA,太阳能杂志,头豹研究院编辑整理对比项目PERCTOPCon效率及
23、工艺实验室效率24.06%26.1%量产效率22.5%-23.5%23.5%-24.5%极限效率24.5%28.7%生产情况技术成熟度非常成熟成熟,预计2023年市场化技术难度中等相对较高现有产线兼容性-兼容PERC,可从PERT升级双面率约70%80%+良品率97%-98%头部企业与PERC相当银浆耗量(mg/片)约95.4约140硅片厚度(m)约170约165硅片少子寿命50s600s硅片电阻率0.4-1.1/cm0.3-2.1/cm主要工序数量9-1212-14市场情况2021年市场份额91.2%约3%成本设备投资(亿元/GW)1.52-2.5电池成本(元/W)0.941.07非硅成本(
24、元/W)0.18-0.22 0.3衰减LID、PID、LETID衰减存在LID、PID、LETID衰减LID、PID、LETID衰减为零首年衰减2%-5%1.5%十年后剩余80%90%产业化提效路径接近极限,提效路径不清晰硼掺杂、多晶硅沉积等目前问题提效困难背面收光较差代表性企业通威股份、爱旭股份、隆基绿能等晶科能源、晶澳科技、中来股份等PERC光伏电池是目前在市场占据主导地位,但由于PERC电池自身P型材料的限制,其转换效率已经接近理论极限,后续提效空间难有突破。N型TOPCon电池具有低温度系数、低光衰减系数、高双面率、弱光效应好、提效路径清晰等系列优势,是未来晶硅光伏电池发展最主要的技术
25、路径之一,且TOPCon光伏电池与PERC产线兼容性强,各主要企业技术能力及产线搭建规模已接近市场化,预计将进入高速发展阶段中国:光伏系列市场研读|2022/400-072-558812中国TOPCon光伏电池行业综述生产流程TOPCon与现有PERC产线具有较高的兼容性,从生产流程来看,通过新增多晶硅薄膜沉积等设备即可与现有PERC产线兼容TOPCon光伏电池生产流程及技术路径来源:聆达股份定增说明书,Continuously Evolving Tech,头豹研究院编辑整理制绒清洗磷扩散硼扩散去除PSG和背结氧化及沉积本征多晶硅磷粒子注入退火单面多晶硅刻蚀前表面SiNx背面AlOx、SiNx
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