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“下一代商业光伏生产候选技术”?

时间:2020-01-12 09:19      来源:未知   浏览量:

“下一代商业光伏生产候选技术”?

受益于异军突起的HIT光伏电池概念股,近期光伏概念指数大涨。1月7日,光伏板块有超过10家个股涨停,其中异质结电池(HIT)概念股捷佳伟创、山煤国际、东方日升、金辰股份、迈为股份全部涨停。消息面,机构近期密集关注HIT,招商证券指出:“综合产业端的现状,HIT电池产业化在加速,并且可能正在酝酿着突破。”。

HIT是“异质结”电池技术的英文简称,简单说就是一种全新的光伏电池生产技术。HIT技术具有几方面优势:光电转换效率高,性能优异,降成本空间大,平价上网前景好。作为电池技术解决方案之一,HIT技术一度被业内称为下一代商业光伏生产的候选技术之一。

从HIT光伏电池发展历史看,近期才真正开始出现产业化突破。2019年,国内企业汉能研发效率达25.11%,晋能和钧石研发效率接近25%,量产效率站上24%。靶材和银浆国产化也取得了重大突破,HIT降低成本的路径越来越清晰,性价比不断提升,布局HIT的企业从早期7家拓展到了目前的约20家。未来,随着光伏电池技术革新带来产业繁荣,光伏市场规模有望保持高速增长,也将为相关上市公司股价提供有力支撑。

何为HIT?

1、HIT电池结构和原理

HIT是Heterojunctionwith Intrinsic Thin-layer的缩写,意为本征薄膜异质结,因HIT已被日本三洋公司申请为注册商标,所以又被称为HJT或SHJ(Silicon Hetero junctionsolar cell)。该类型太阳能电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发,当时转换效率可达到14.5%(4mm2的电池),后来在三洋公司的不断改进下,三洋HIT电池的转换效率于2015年已达到25.6%。2015年三洋的HIT专利保护结束,技术壁垒消除,是我国大力发展和推广HIT技术的大好时机。

下图是HIT太阳能电池的基本构造,其特征是以光照射侧的p-i型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)和背面侧的i-n型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)夹住晶体硅片,在两侧的顶层形成透明的电极和集电极,构成具有对称结构的HIT太阳能电池。

图表1:HIT太阳能电池结构示意图

涨疯了!HIT凭啥被称为“下一代商业光伏生产候选技术”?

资料来源:OFweek行业研究中心

2、HIT电池工艺流程

HIT电池的一大优势在于工艺步骤相对简单,总共分为四个步骤:制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO制备、电极制备。

图表2:HIT太阳能电池工艺流程

涨疯了!HIT凭啥被称为“下一代商业光伏生产候选技术”?

资料来源:OFweek行业研究中心

制备的核心工艺是非晶硅薄膜的沉积,其对工艺清洁度要求极高,量产过程中可靠性和可重复性是一大挑战,目前通常用PECVD法制备。

HIT电池的制备工艺步骤简单,且工艺温度低,可避免高温工艺对硅片的损伤,并有效降低排放,但是工艺难度大,且产线与传统电池不兼容,设备资产投资较大。

3、优势和特点

HIT电池具有发电量高、度电成本低的优势,具体特点如下:

(1)低温工艺HIT电池结合了薄膜太阳能电池低温(900℃)扩散工艺来获得p-n结。这种技术不仅节约了能源,而且低温环境使得a_Si:H基薄膜掺杂、禁带宽度和厚度等可以较精确控制,工艺上也易于优化器件特性;低温沉积过程中,单品硅片弯曲变形小,因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(约80μm);同时低温过程消除了硅衬底在高温处理中的性能退化,从而允许采用“低品质”的晶体硅甚至多晶硅来作衬底。

(2)双面电池HIT是非常好的双面电池,正面和背面基本无颜色差异,且双面率(指电池背面效率与正面效率之比)可达到90%以上,最高可达96%,背面发电的优势明显。

(3)高效率目前HIT电池的实验室效率已达到23%,市售200W组件的电池效率达到19.5%。

(4)高稳定性HIT电池的光照稳定性好,理论研究表明非品硅薄膜/晶态硅异质结中的非晶硅薄膜没有发现Staebler-Wronski效应,从而不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象;HIT电池的温度稳定性好,与单晶硅电池-0.5%/℃的温度系数相比,HIT电池的温度系数可达到-0.25%/℃,使得电池即使在光照升温情况下仍有好的输出。

(5)无光致衰减困扰晶硅太阳能电池最重要的问题之一就是光致衰减,而HIT电池天然无衰减,甚至在光照下效率有一定程度的增加,上海微系统所在做HIT光致衰减实验时发现,光照后HIT电池转换效率增加了2.7%,在持续光照后同样没有出现衰减现象。

(6)对称结构适于薄片化HIT电池完美的对称结构和低温度工艺使其非常适于薄片化,上海微系统所经过大量实验发现,硅片厚度在100-180μm范围内,平均效率几乎不变,100μm厚度硅片已经实现了23%以上的转换效率,目前正在进行90μm硅片批量制备。

(7)低成本HIT电池的厚度薄,可以节省硅材料;低温工艺可以减少能量的消耗,并且允许采用廉价衬底;高效率使得在相同输出功率的条件下可以减少电池的面积,从而有效降低了电池的成本。

此外,影响HIT产业化的重要因素之一即成本问题。HIT电池BOM成本前四项为硅片、导电银浆、靶材、制绒添加剂。针对这几个高成本部分,可进行专项降本,包括降低原材料的消耗量、关键设备的国产化、关键原材料的国产化、新技术的导入等。

4、发展现状

从需求端看,由于HIT成本较高,国内外市场需求不足。因此,HIT太阳能电池的量产存重大挑战。

从供给端来看,主要是由于HIT生产设备成本高,导致并未实现大规模量产,性价比优势不明显。目前HIT需要新建产线,不能利用原有产线,初始投资很高,进口生产设备约为8亿~10亿元/吉瓦,国产设备约为5亿~8亿元/吉瓦,是PERC产线的2~3倍。

晋能科技总经理杨立友公开表示,HIT进入大规模量产需要同时满足三个要求:转换效率达到24.5%,成本不能高于单晶PERC的15%,设备初始投资不能超过单晶PERC的1.25倍。

依此标准来看,HIT还处于小范围示范阶段,距离大规模量产还有一段路要走。对此,第三方机构国际“光伏技术线路线”(TRPV)预测,HIT市场份额将从2018年的3%增加到2025年的10%。

全球领先的瑞士太阳能设备公司梅耶博格公司预测,HIT的市场份额2020年将达到8%,2023年将达到10%。

而国内最早做HIT的钧石能源预测,2021年至2023年HIT装机容量将扩产10吉瓦,到2025年HIT的市场份额将有望达到20%。

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