财富研究产业掘金——光伏技术系列2：HJT转换效率不断提升，降本路径清晰明确

HJT即本征薄膜异质结。HJT的结构为对称双面电池，中间是N型晶体硅，在正面依次沉积本征非晶硅薄膜与P型非晶硅薄膜，形成了P-N结。同时，在硅片的背面依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，形成背表面场。而电池的两侧沉积透明导电薄膜（TCO）来进行导电来解决非晶硅导电性较差的问题。之所以HJT能够实现高转化效率是由于其技术很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题。 非晶硅薄膜沉积环节价值量占比50%，是HJT电池的关键技术也是难点。非晶硅薄膜的沉积包括本征非晶硅膜和掺杂非晶硅膜的沉积。优越的表面钝化能力是获得较高电池效率的重要条件。非晶硅优异的钝化效果使硅片的少子寿命大幅度提升。该环节采用低温工艺，不仅可减少热损伤，降低电池的温度系数，同时制备出的本征非晶硅层i-a-Si厚度决定了晶硅的表面负荷抑制程度，可以有效提升了开路电压和转化效率。 目前国内外光伏厂商均进行HJT扩产。各公司公告显示，全球HJT规划产能超过120GW。国外主要厂商梅耶博格、REC、VSUN分别规划产能5、4、2GW。而国内厂商，根据全国光伏统计显示，2021年底HJT已建产能达到5.57GW，2022年待建产能4.8GW。相较于规划产能，待建产能较少，主要原因为HJT生产成本相较于传统PERC电池高，然而目前的量产效率方面，HJT并未有明显优势，因此产品溢价有限，导致待建产能量少。 当前HJT最显著的缺点是成本较高。但随着设备国产化、银浆等成本的降低、以及转换效率提升带来的“增效+降本”效益，预计2022年HJT将达到与PERC相当的成本区间。HJT主要可通过以下四种方式实现降本：1）提高转换效率；2）硅片薄片化；3）浆料减量及国产化；4）设备国产化。其中浆料成本占到了HJT电池成本的25%。随着技术发展以及国内生产商增多，未来可以通过减少银浆用量和国产化来降低成本。 风险提示：原材料价格大幅上涨；转换效率提高不及预期；全球光伏需求不达预期 1.HJT电池为对称双面结构，形成P-N结 HJT即本征薄膜异质结。HJT的结构为对称双面电池，中间是N型晶体硅，在正面依次沉积本征非晶硅薄膜与P型非晶硅薄膜，形成了P-N结。 同时，在硅片的背面依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，形成背表面场。而电池的两侧沉积透明导电薄膜（TCO）来进行导电来解决非晶硅导电性较差的问题。最后应用丝网印刷技术形成双面电级。 图1HJT电池的对称双面结构以及P-N结 之所以HJT能够实现高转化效率是由于其技术很好地解决了常规电池掺杂层和衬底接触区域的高度载流子复合损失问题。其技术核心是在P-N结之间插入了本征非晶硅层作为缓冲层，而本征非晶硅层对晶体硅表面有优秀的钝化作用，可以大幅避免载流子的复合，实现较高的少子寿命和开路电压。 2.HJT工艺流程较PERC、TOPCon电池简化 HJT电池的工艺流程较PERC电池、TOPCon电池简化。只包括四步，即制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、导电膜沉积、丝网印刷电极。 制绒清洗。该环节的价值量占到总价值量的10%左右。目前依然是以国外厂商为主导。而国内捷佳伟创实现了制绒清洗环节设备国产化，迈为股份也通过参股江苏启威星实现了突破。江苏启威行引进了日本的YAC在HJT制绒清洗全套技术，同时结合自身技术进行了研发。 非晶硅薄膜沉积。这一环节占到了总价值量的50%左右。是占比HJT设备最大的部分，也是技术含量最高的环节。目前国内迈为科技和捷佳伟创有相关的设备。 导电膜沉积。这一环节占到了总价值量的25%。国内迈为股份自主研发的PVD设备获得了下游HJT的大订单，而捷佳伟创的RPD设备已经在爱康科技的HJT生产线上实现装机使用。 丝网印刷。这一环节占比15%。该环节所要求的工艺水平与传统的工艺差异小。迈为股份通过丝网印刷起价，且该业务是公司的核心业务。捷佳伟创也已成功实现该环节的国产化。 图2HJT电池工艺流程简化 3.薄膜沉积环节技术路线各具优势 3.1.非晶硅薄膜沉积环节为关键技术点 非晶硅薄膜沉积环节价值量占比50%，是HJT电池的关键技术也是难点。非晶硅薄膜的沉积包括本征非晶硅膜和掺杂非晶硅膜的沉积。优越的表面钝化能力是获得较高电池效率的重要条件。非晶硅优异的钝化效果使硅片的少子寿命大幅度提升。该环节采用低温工艺，不仅可减少热损伤，降低电池的温度系数，同时制备出的本征非晶硅层i-a-Si厚度决定了晶硅的表面负荷抑制程度，可以有效提升了开路电压和转化效率。 本征非晶硅膜层可使硅片表面获得优秀钝化效果，但异质结界面上存在的能带失配会对载流子运输造成影响，因此非晶硅膜层的沉积环节对HJT电池非常关键。非晶硅薄膜沉积包含两种方式，等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和热丝化学气相沉积(Cat-CVD/HWCVD)。 PECVD为借助于辉光放电等离子体使含有薄膜组成的气态物质发生化学反应，继而实现薄膜生长的一种制备技术。设备镀膜均匀性较高，工艺窗口较宽，但镀膜过程中对衬底有一定程度损伤。板式PECVD是目前HJT生产主流技术，管式PECVD、Cat-CVD同样具备发展潜力。 Cat-CVD利用高温热丝催化作用使SiH4分解来进行非晶硅薄膜沉积。 对衬底无损伤，成膜质量非常好，但镀膜均匀性较PECVD差，且过程中使用的热丝作为耗材，成本较高，并且可能会导致金属污染。 图3迈为股份无行车设计PECVD设备 3.2.TCO导电膜沉积环节解决导电性问题 TCO导电膜沉积是解决非晶硅导电性差的重要环节。透明导电氧化薄膜具有光学透明和导电双重功能，对有效载流子的收集起着关键作用，可以减少光的反射，起到很好的陷光作用，是很好的窗口层材料。该环节主要包括PVD和RPD两种技术路线。 表1:PVD与RPD各具优势 4.HJT降本路线明确 当前HJT最显著的缺点是成本较高。但随着设备国产化、银浆等成本的降低、以及转换效率提升带来的“增效+降本”效益，预计2022年HJT将达到与PERC相当的成本区间。HJT主要可通过以下四种方式实现降本： 1）提高转换效率：随着HJT技术的成熟与持续推进，量产效率提升至25%以上，可以显著增加发电量，从而成功减少平均成本。 2）硅片薄片化：从电池结构图可以看到，HIT电池采用的是N型单晶硅片。它与P型单晶硅片不同。HJT电池片的对称结构能够降低电池制作中的机械应力，因此硅片的碎片率更低。且HJT采用200°C以下低温工艺，使得硅片在低温下也不易翘曲，良品率更高。在硅片变薄的情况下，HJT开路电压上升，短路电流下降，使电池效率能基本不变。PERC硅片厚度在170-190μm，而HJT电池硅片厚度可以减薄至120μm甚至100μm左右，从而降低硅片成本。 3）浆料减量及国产化：HIT的浆料采用的是低温银浆，生产工艺难度高，且需要冷链运输，价格较常规银浆要高10-20%。起初由几家外企提供，如杜邦、贺利氏、京都电子，目前国内常州聚合、苏州晶银已经突破。 2021年1-9月份，苏州晶银HJT浆料销售量共计3.73吨。随着技术发展以及国内生产商增多，未来可以通过减少银浆用量和国产化来降低成本。 表2HJT电池成本中浆料成本占到25% 图4预期电池银浆耗量逐年减少 4）设备国产化：较PERC的1.5-2亿元/GW和TOPCon的2-2.5亿元/GW，HIT电池进口设备约为8-10亿元/GW，国产设备约为5-8亿元/GW高出许多。目前国内设备商迈为、捷佳、钧石已具备了HJT整线设备供应能力;随着HJT设备国产化推进，当前投资成本已经降到4.5亿元/GW左右。随国产设备成熟，HIT设备的成本有望大幅降低。 图5HJT与PERC成本从五方面产生差异 5.HJT电池理论转换效率高达27.5% HJT电池拥有较高的转换效率。HJT理论效率可达27.5%。HJT电池结构以N型单晶硅(c-Si)为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正反面依次沉积本征非晶硅薄膜和掺杂的P型非晶硅，与硅衬底形成p-n异质结。 双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TCO)可以在减少收集电流时的串联电阻的同时，起到类似晶硅电池上氮化硅层的减反作用，形成较高的开路电压，提高转换效率。数据显示，2022年3月，澳大利亚电镀技术初创公司SunDrive联合异质结设备龙头企业迈为股份，在HJT电池上的最高转换效率达到26.07%。 HJT电池实现高转化效率的核心为氢化本征非晶硅薄膜。HJT电池高转换效率源于高开路电压，HJT电池的开路电压(VOC)可以接近750mV，而普通PERC电池则普遍低于700mV。HJT电池的高开路电压是因为加入氢化本征非晶硅薄膜，薄膜具备优良的钝化效果，光生载流子可以贯穿氢化非晶硅薄膜，因此不需要激光开膜或形成欧姆接触，可以有效减少复合。2021年11月，隆基实验室HJT电池片转换效率达到25.82%，华晟2GW搭载微晶化异质结量产线出片水平达到25.50%，2022年量产HJT电池转换效率有望达到26%+。 表3HJT电池转化效率逐渐提升 6.主要企业产能规划不断推进 目前国内外光伏厂商均进行HJT扩产。各公司公告显示，全球HJT规划产能超过120GW。国外主要厂商梅耶博格、REC、VSUN分别规划产能5、4、2GW。而国内厂商，根据全国光伏统计显示，2021年底HJT已建产能达到5.57GW，2022年待建产能4.8GW。从表格可以看到，相较于规划产能，待建产能较少，主要原因为HJT生产成本相较于传统PERC电池高，然而目前的量产效率方面，HJT并未有明显优势，因此产品溢价有限，导致待建产能量少。 表4主要企业待建产能较规划产能少