fun88.com光伏电池专题报告：N型接棒开启电池发展新阶段

　　晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片的差异区分为 P 型电池和 N 型电池。其中 P 型电池主要是 BSF 电池和 PERC 电池，N 型电池目前投入比较多的主流技术为 HJT 电池和 TOPCon 电池。

　　1）P 型电池，传统单晶和多晶电池主要技术路线为铝背场技术（Al-BSF）， 目前主流的 P 型单晶电池技术为 PERC 电池技术，该技术制造工艺简单、成本低，叠加 SE（选择性发射技术）提升电池转换效率；

　　2）N 型电池，随着 P 型电池逐渐接近其转换 效率极限，N 型将成为下一代电池技术的发展方向。N 型电池具有转换效率高、双面率高、 温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点，主要制备技术包括 PERT/PERL、 TOPCon、IBC、异质结（HJT）等。

　　过去五年，PERC 代替 Al-BSF 成为目前主流电池技术。P 型电池技术主要经历了 Al-BSF（传统铝背场）到单面 PERC 再到双面 PERC 技术的发展路线。根据 CPIA 数据， 2015 年之前，铝背场电池是主流的电池技术，市占率一度超过 90%，2015 年开始随时 PERC 电池技术的推广，BSF 电池市占率开始下降并在 2020 年市占率降至 8.8%。PERC 电池技术的推广主要得益于单晶硅片的大规模推广，设备国产化率快速提升等因素。根据 CPIA数据，2020 年新建量产产线仍以 PERC 电池为主，PERC 电池市场占比达到 86.4%。

　　1） Al-BSF 电池技术。为改善太阳能电池效率，在 P-N 结制备完成后，在硅片的背 光面沉积一层铝膜，制备 P+层，称为铝背场电池。铝背层主要进行表面钝化，降 低背表面复合速率，增加光程，提升效率。但红外辐射光只有 60-70%能被反射， 产生较多的光电损失，在转换效率方面有明显的局限。

　　2） PERC 电池技术。通过在电池背面附上介质钝化叠层三氧化二铝和氮化硅作为背 反射器，增加长波光的吸收，同时增大 P-N 极间的电势差，降低电子复合，提升 光电转换效率，还可以做成双面电池。随着工艺成熟，设备国产化和成本降低， 逐渐成为市场主流电池技术。

　　Al-BSF 改造为 PERC 产线并不复杂，但效率提升明显。从产线改造角度看，铝背场 电池技术的生产工艺主要包括清洗制绒、扩散制结、蚀刻、制备减反射膜、印刷电极、烧 结及自动分选七道工序和关键设备，而 PERC 电池技术的生产工艺无需另开产线，只需在 铝背场基础上，增加钝化叠层和激光开槽这两道工序即可完成，所需设备包括增加 PECVD 和激光开槽设备，相关设备也均实现国产化。而从效率提升角度看，根据 CPIA 数据，截 至 2020 年，PERC 电池平均转换效率 22.8%，而传统铝背场的转换效率则不足 20%，效 率提升是加速 PERC 产能占比提升的核心因素之一。

　　PERC 技术产业化时间不长，电池效率提升速度较快。从 PERC 电池技术的发展到成 为主流路线的时间并不长，核心原因在于电池技术快速发展推动行业的降本提效。从 1989 年 PERC 电池技术的首次提出，到 2010 年进行背面/叠层钝化改造推动大尺寸电池的产业 化进程，产业界用了 10 年时间将其效率提升和成本下降发挥到了极致，成为目前全球电 池的主流技术。隆基乐叶在2019年发布的PERC电池技术效率记录为24.06%，目前PERC 电池的量产效率已经突破 23%。

　　单晶 PERC 电池平均量产效率超 22.8%，已逐渐接近 24.5%极限效率。从目前电池 效率看，隆基 24.1%的转换效率已经接近 PERC 电池极限效率，电池厂商研发重心已经逐 步转向新的技术，PERC技术正式进入变革后周期。为了进一步提升PERC电池转换效率， 在传统的 PERC 电池工艺基础上不断增加新的工艺，包括 SE 技术优化、多主栅电极、氧 化层增强钝化、背面碱抛及光注入或电注入再生等技术工艺的改进。通过技术工艺的不断 改进，目前单晶 PERC 电池的产业化平均效率达到 22.8%+，已经在逐渐接近其极限效率。

　　N 型电池转换效率高，有望替代 P 型电池成为发展主流。从目前技术发展来看，P 型 PERC 电池已经迫近效率天花板，降本速度也有所放缓。而 N 型电池效率天花板较高，电 池工艺和效率提升明显加快，未来效率提升空间大，随着国产化设备成本不断降低，预计 将成为未来主流的电池技术路线。目前实现小规模量产（>

　　1GW）的新型高效电池主要包括 TOPCon、HJT 和 IBC 三种，HBC、叠层电池暂时还处于实验室研发阶段。同时，N 型电池技术组成的叠层电池，转换效率将有进一步提升的空间。

　　针对 PERC、TOPCon 和 HJT 这几种主流的技术路线，我们从效率、成本及工艺等 多个角度对比：

　　1） 从效率角度看，TOPCon 电池的极限理论效率达到 28.7%，高于 HJT 的 27.5% 和 PERC 的 24.5%。而从目前量产效率看，PERC 已经达到 23%附近，TOPCon 和 HJT 已经超过 24%，但距极限效率仍有一定差距，效率提升的空间更大；

　　2） 从工艺角度看，PERC 目前最成熟， TOPCon 需要在 PERC 产线上增加扩散、 刻蚀及沉积设备改造，成本增加幅度小；而 HJT 电池工艺最简单、步骤最少（核 心工艺仅 4 步），但基本全部替换掉 PERC 产线，IBC 电池工艺最难最复杂，需 要是用离子注入工艺提供生产技术门槛；

　　3） 从成本角度看，PERC 产业化最快成本低，TOPCon 电池兼容性最高，可从 PERC/PERT 产线升级，IBC 次之，HJT 电池完全不兼容现有设备，需要新建产 线，较 PERC 成本高 2.5 亿元，较 TOPCon 成本高 2 亿元，成本仍有下降空间。

　　P 型产线转向 N 型电池的关键时点已经到来。在光伏行业持续降本的进程中，过去五 年是 P 型和 N 型同步赛跑和效率提升的阶段，N 型电池的工艺、设备及材料等因素不具备 性价比。但站在目前时点，P 型电池接近其效率极限，设备成本下降接近其极限，而随着 光伏设备和材料的国产化日趋成熟，对于更高效电池的追求也成为市场的选择，N 型电池 提效降本空间更大的优势便体现出来，预计 2021 年将是 N 型电池加速量产的关键时点。

　　TOPCon 电池技术，即隧穿氧化层钝化接触技术。由于 PERC 电池金属电极仍与硅 衬底直接接触，金属与半导体的接触界面由于功函数失配会产生能带弯曲，并产生大量的 少子复合中心，对太阳电池的效率产生负面影响。因此，有学者提出电池设计方案中用薄 膜将金属与硅衬底隔离的方案减少少子复合，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉 积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入 多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在多晶硅层横向传输被金属收集，极大地降低 金属接触复合电流，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。

　　电池转换效率极限较高，量产提速空间更大。TOPCon 的发展历史其实并不长，由德 国 Fraunhofer 研究所的 Frank Feldmann 博士在 2013 年于 28th EU-PVSEC 首次提出 TOPCon 的电池概念。此后，经过一系列科研院所的积极研发推进技术工艺的逐步成熟和 理论转换效率提升，TOPCon 电池的极限理论效率达到 28.7%，高于 HJT 的 27.5%和 PERC 的 24.5%。而目前晶硅电池产业化平均效率低于实验室效率 2 个百分点左右， TOPCon 电池产业化效率有更高的提升空间。截至 2020 年底，N 型 TOPCon 电池平均转 换效率达到 23.5%，2021 年晶科能源 TOPCon 电池效率达 24.9%。

　　量产效率提升明显，2021 年产业化发展提速。从目前 TOPCon 量产的情况看，平均 量产效率主要在 24%左右，最高效率达到 24.5%-25%，包括隆基股份、通威股份、天合 光能、晶科能源、中来股份等在内的主流电池厂商 2021 年的规划产能已经达 15GW。目 前最高效率来自隆基的电池研发中心的 25.09%，单晶硅片商业化尺寸 TOPCon 电池效率 首次突破 25%，创下最新的世界纪录。

　　从 SNEC 展会调研了解到，龙头厂商纷纷布局 TOPCon 产品。根据 2021 年 SNEC 展台统计看，包括隆基、英利、中来、天合及晶科等十余家企业布局并展示了其在 TOPCon 领域的核心产品。从最新的调研情况看，由于与 PERC 设备产线的兼容性问题，TOPCon 更受到龙头厂商的青睐，多家企业将 TOPCon 应用到大尺寸的产品中，转换效率在 21.7%~24%之间，平均效率 22.6%，基本接近。如隆基股份发布的首款 TOPCon 双面组 件—Hi-MO N 为例，主要采用 182 尺寸电池片，功率达 570W，量产效率 22.3％。预计 2021 年 TOPCon 电池产业化将进一步加速。

　　TOPCon 兼容 PERC 产线 年最具性价比的技术路线。国内 PERC 产线 年开始建设，新建产线大多预留了 TOPCon 改造空间，而未来的扩产计 划也纷纷转向 N 型技术产线建设。面对目前巨大的 PERC 电池产能，TOPCon 和 PERC 电池技术和产线设备兼容性较强，以 PERC 产线现有设备改造为主，主要新增设备在非晶 硅沉积的 LPCVD/PECVD 设备以及镀膜设备环节。目前 PERC 电池产线 亿元即可改造升级为 TOPCon 产线。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 2-3 年极具性价比的路线选择。

　　1）TOPCon 增加了硼扩散工艺，通过硼磷管式扩散炉制备 P 型发射结和 N 型背面，在通过 PECVD 技 术在正反表面制备钝化层和减反射膜；

　　2）需要增加隧穿氧化制结、离子注入及退火清洗 工艺，超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，进而电子在 多晶硅层横向传输被金属收集，从而提升电池转化效率。

　　TOPCon 多技术路线并进，LPCVD 是目前主流工艺。目前 TOPCon 最大的任务是简 化工艺降低成本，从目前产业化发展的进展看，LPCVD 是目前主流工艺路线。主要包括 三种工业化流程：

　　1） 方法一：本征+扩磷。LPCVD 制备多晶硅膜结合传统的全扩散工艺。此工艺成熟 且耗时短，生产效率高，已实现规模化量产，但绕镀和成膜速度慢是目前最大的 问题。该技术为目前TOPCon厂商布局的主流路线，主要是晶科能源和天合光能；

　　2） 方法二：直接掺杂。LPCVD 制备多晶硅膜结合扩硼及离子注入磷工艺。离子注入 技术是单面工艺，掺杂离子无需绕度，但扩硼工艺要比扩磷工艺难度大，需要更 多的扩散炉和两倍的 LPCVD，投资成本高、良率更高，主要是隆基股份布局；

　　3） 方法三：原位掺杂。PECVD 制备多晶硅膜并原位掺杂工艺。该方法沉积速度快， 沉积温度低，还可以用 PECVD 制备多晶硅层，简化很多流程，实现大幅降本。 但仍存在气体爆膜现象导致良率偏低，稳定性有待进一步观察，因此产业化进程 较慢。根据 Solarzoom，目前拉普拉斯、捷佳伟创、金辰股份、无锡微导等国内 设备厂商已经布局，后续有望受益于技术迭代。

　　三方面有助于 TOPCon 电池进一步降本。从 TOPCon 电池成本构成中来。