边皮料在硅棒供应中的占比理论上可以达到25%以上,边皮料硅片经吸杂后制成HJT电池片相比正品A级硅片的效率损失也不足0.1%,但边皮料方案最大的问题是:这部分硅棒的厚度极薄,若拼棒后进行切片,其考虑厚片在内的不良率很难做到10%以下,其在专利上还需要解决一些问题。故而,当硅棒的非硅成本大幅降低时,边皮料的方案就较难成为切片厂商的首推。
HJT专用硅片方案当前已经成为极致降本技术方向上各HJT电池企业的必备选项,从2024年二季度开始有大规模的出货。
3.硅片薄片化(100μm厚度)
硅片薄片化是HJT硅片降本的重要方向之一,通过减薄硅片的厚度,增加每kg方棒的出片数,从而降低硅片成本。
影响HJT硅片厚度的制约因素出现在硅片、电池、组件、电站应用等环节。过薄的硅片不仅会大幅降低硅片的切片良率,影响电池片的效率,还会导致组件生产环节的不良及其在运输、安装过程中的隐裂。从电性能的角度看,HJT电池接受薄片化的临界值在100μm左右,大于这一厚度时的硅片减薄对效率的负面影响不大,但低于这一厚度时的硅片减薄对效率的影响较大,每10μm减薄的实验室数据影响超过0.1%。从切片良率的角度看,最新款切片设备在210半片尺寸上可以以接近于95%的良率切出100μm厚度的硅片,但当硅片厚度小于等于90μm时,切片良率显著降低至90%以下。以当前的技术水平及硅棒成本计算:1kg方棒可以在110μm厚度下切出不少于114片A级硅片,但在100μm厚度下切出的A级硅片数量可达121片以上;若基于60元/kg(含税)左右的方棒价格测算,硅片厚度从110μm减薄至100μm带来的降本约为0.005元/W。
4.基于超低银含量的银包铜(≤30%银含量)
银包铜浆料技术自2022年底量产导入HJT电池产业链以来,获得了持续的技术进步。2023年二季度,HJT电池量产线首次导入了正背面银包铜细栅浆料,2024年一季度,HJT电池量产线在浆料可靠性测试通过后首次量产导入了30%银含量的银包铜细栅浆料。
使用50%左右银含量的银包铜细栅浆料相比纯银细栅浆料在同等网版图形下的效率损失约为0.05-0.1%,采用30%银含量银包铜在当前技术水平下的细栅浆料相比50%左右银包铜细栅浆料,其效率损失在0.15%左右。
在成本方面,从2024年4月中旬开始,HJT全产业链银包铜浆料的报价公式已经调整为:浆料价格=银价×银含量+加价。其中,加价已在2024年5月初下调至2000元/kg以内。故而,以30%银含量银包铜浆料替代50%银含量银包铜浆料,在细栅浆料BOM耗量45-80mg/片的区间内,可以降低成本约0.012-0.021元/W。
银包铜浆料的成本优势,是HJT相比TOPCon技术主要的差异化竞争力所在。TOPCon之所以不能使用银包铜浆料,主要原因是其高温工艺制程所致。而HJT电池组件的制程温度不超过250℃,只要银包铜粉的银层厚度不小于100nm且银铜粉的包裹度较完整,就不存在铜裸露后被氧化的风险。当前,在银包铜粉体颗粒平均直径在3-5μm的前提下,银包铜粉的银含量可以做到20%以内,银包铜浆料的银含量可以做到40%左右。当改进银包铜粉体制备工艺,在不提高最大粒径的前提下适当提高平均粒径,则可在不改变银层厚度、不显著降低印刷性能的情况下降低银包铜粉的银含量至10-15%,银包铜浆料银含量可以降低至30%左右。若再进一步对纳米银粉的活性进行优化,并在确保可靠性的前提下逐步探索银包铜粉颗粒银层厚度的极限,则能将银包铜浆料银含量进一步降低至20%左右。
目前,HJT电池企业正在密集测试各浆料厂商的30%银含量银包铜产品,并已开始考虑电池厂、浆料厂、银铜粉厂之间的三方合作,预计2024年四季度30%银含量银包铜浆料将全面量产导入各家HJT电池企业,20%银含量的银包铜浆料的量产导入最快将在2025年一季度(在性能与可靠性保证的前提下)。
5.无铟及低铟靶材
无铟靶材是(部分)采用非氧化铟体系的靶材替代氧化铟体系靶材,以实现HJT电池TCO镀膜环节的降本;目前氧化锡体系是供应商主要的探索方向。无铟靶材相比ITO靶材,其迁移率更低,故而其所面临的透光性-导电性矛盾更为激烈。目前主流设备厂商HJT产线有上、下多个靶位,无铟靶材所占的靶位数量越多,HJT电池的靶材成本就越低,但其HJT电池的电性能表现也就越差。
2024年,HJT产业链在导入无铟靶材方面的目标是:到2024年底在低功率HJT组件订单上量产使用50%左右比例的无铟靶材,产业链对其相比991靶材在效率降低方面的期待值是不超过0.15%。当前,在正背面外层TCO膜上使用无铟靶材的效率下降在0.2-0.3%左右。但从成本角度看,在3000元/kg的铟价下,目前可以通过导入50%无铟靶材实现0.014元/W的成本下降。
无论采用50%无铟靶材还是低铟靶材,其思路都是在低功率HJT订单上,通过降低铟的使用,一定程度牺牲迁移率和电池片效率,最终显著降低成本。无铟靶材和低铟靶材作为HJT产业链对抗铟金属炒作的重要技术手段,其技术路线方向已经获得广大HJT电池企业的集体重视。
在2024-2026年,HJT产业链的靶材降本目标是:铟金属在整体靶材中的含量从2023年底的80%左右,降低至2024年底的40%左右、2025年底的20%左右、2026年底的10%左右。无论铟价如何上涨,要通过持续导入更高比例的无铟靶材和更低铟含量的低铟靶材,确保靶材在HJT电池片中的成本控制在0.03元/W以内,努力目标能做到0.02元/W以内。
6.HJT电池组件降本型技术进步一览
综上所述,2024年HJT电池组件正在推动的各项降本型技术汇总如下:
表10HJT电池组件降本型技术进步一览
四、改变HJT电池结构的重大技术升级
1.电镀铜技术
电镀铜技术是HJT电池的支线升级技术。该技术在电池片的前三步工序(清洗制绒、CVD、PVD)与标准HJT技术并无显著差异,但对于原先的第四步工序,则将丝网印刷改成了采用电镀铜工艺:通过“种子层、图形化、镀铜、后处理”等工序实现铜栅线的金属导电。
电镀铜技术在2018-2019年HJT电池的浆料成本超过0.2元/W时有明显的成本优势,同时因更好的栅线高宽比、更少的电池片表面遮挡(印刷线宽15-20μm)而具备效率上的优势。自2023年中双面银包铜技术量产导入HJT后,电镀铜技术在理论上的成本优势就已经部分丧失,仅剩下效率上的0.2-0.3%左右优势。
2024年全开口网版技术进入中试后,电镀铜技术在效率上的优势也开始进一步减少。如果在2024年四季度,全开口网版最终实现了量产导入,且印刷线宽低至20-25μm,则电镀铜技术的效率优势或将缩小到0.1%左右。
在成本方面,电镀铜技术下的量产每W金属化成本大约可降至0.06-0.08元/W。而30%银含量的银包铜技术若能在2024年底叠加0BB技术、全开口网版技术,则浆料湿重可降低至60mg/片左右,在8000元/kg的银价下(30%银含量银包铜浆料价格约在4000元/kg左右),其金属化成本可做到0.039元/W。故而,银包铜相比电镀铜存在0.02-0.04元/W的成本优势。若银价上涨至20000元/kg(30%银含量银包铜浆料价格约在7600元/kg),银包铜的金属化成本将提高至0.073元/W,与电镀铜的成本相当。而若银包铜技术在2025年上半年继续进步,实现20%银含量的银包铜量产导入,则银价要上涨到30000元/kg,电镀铜在成本上才与银包铜相当。
当然,电镀铜技术当前产业化过程还存在以下困难:(1)量产产能较低,与HJT电池前几道工序14400片/小时匹配的难度较大;(2)产线较长,占地面积较大;(3)良率有待提升;(4)镀铜存在环保问题;(5)产业链生态尚未建立,各项成本较高,且2021年以来的14家HJT电池企业中有93%并未选择电镀铜这一方向。
综上所述,电镀铜技术作为HJT电池的支线升级技术,其性价比优势有待进一步提升。在银价暴涨的历史背景下,电镀铜技术有持续观察跟踪的价值。
2.HBC技术
HBC技术是将HJT技术与IBC(交叉指式背接触)技术的结合,也是HJT电池重要的支线升级技术。HBC技术对HJT技术的主要升级点在金属化环节,通过将电池片正面的栅线移至背面,从而实现电池片表面的更少遮挡与更高效率。HBC技术为了实现将正面栅线移至背面,不仅要改变金属化环节,还要对HJT的电池片结构做出重大改变,如:正面的减反射层不再使用TCO而使用氮化硅,背面的电极不仅要实现正负电极交错,还要实现N+/P+掺杂非晶硅层的交错分布。为了实现背面的交叉电极,早年HBC技术的量产需要使用到光刻和刻蚀的方法,成本极高;而经过技术升级,当前最新的HBC技术采用激光图形化可量产制程工艺,显著降低了成本。
效率方面,在2023年以前,HBC技术相比标准HJT技术的效率提升大约在0.5%左右;但上述效率优势主要体现为实验室或中试数据,HBC技术尚未实现大规模量产。2024年以来,HJT电池全开口网版技术进入中试,印刷线宽大幅降低,若该技术能在四季度量产导入,则HBC技术要在量产上与HJT技术继续保持0.5%的效率优势,其挑战将进一步增加。
当前制约HBC技术大规模发展的主要问题包括:(1)HBC技术的良率较低,目前即使采用激光图形化可量产制程工艺,大规模量产的良率要做到90%以上也是较有挑战的;良率问题自然制约成本;(2)HBC的生态尚未建立,导致各项成本较高,2021年以来的14家HJT电池企业截止目前均没有选择HBC这一方向;(3)HBC技术的背面率较低,目前没有超过70%;对于地面反射率超过10%的应用场景,HBC相比标准HJT的背面发电量损失超过2%,从而背面发电量损失已经超越了HBC电池在正面所获得的效率增益;HBC电池由此只能应用于屋顶分布式或地面反射率极低的场景。
综上所述,HBC技术是HJT电池的支线升级技术,其在高端单面组件市场上,HBC技术有持续观察跟踪的价值。
3.异质结+钙钛矿叠层技术
HJT+钙钛矿叠层技术是HJT电池的主线升级技术。HJT+钙钛矿叠层电池是典型的多结电池,利用两种半导体材料的带隙差异可以充分吸收利用光谱不同波长的能量,从而达到显著提高综合光电转换效率的效果。HJT+钙钛矿叠层电池的工艺原理是:不同材料按禁带宽度从小到大、光谱波段由长到短从底层向顶层叠加,让波长较短的光被最上侧的宽带隙材料(钙钛矿)电池利用,让波长较长的光能透射进去并由窄带隙材料(HJT)电池利用,从而减少单结电池中载流子热弛豫导致的能量损失。HJT+钙钛矿叠层电池的标准结构是:将钙钛矿层插入HJT电池的标准结构中,从而形成钙钛矿电池与HJT电池相串联的“两端电池”结构。
从实验室效率看,HJT+钙钛矿叠层电池已录得33.9%的世界效率记录,其对HJT电池的效率提升可以达到7个百分点以上。
当前HJT+钙钛矿电池仍处于实验室研发的阶段,其产业化的难点包括但不限于:物色理想的钙钛矿材料以实现与HJT层的最佳光谱、电流匹配,显著提升钙钛矿层的稳定性及可靠性,解决钙钛矿层失效后的光学透射,将平面结构转为微纳米级别的小尺寸绒面结构,开发适合于大面积HJT+钙钛矿叠层电池制备的技术(如干法技术、干法+湿法技术),选择合适的传输层材料以阻挡金属化材料对基体的腐蚀,选择合适的金属化材料及低温制备技术,等等。
五、HJT及其叠层电池组件量产技术路线图
基于高功率BOM配置HJT组件“提效降本”的技术大方向,在南德组件标准100%CTM反推电池片量产平均效率口径下,HJT电池已在2023年底取得24.8%的效率记录;在南德组件标准下,2384×1303尺寸组件在2023年底的量产平均功率已达到720W。
2024年底、2025年底、2026年底,在上述技术口径下(下同),HJT电池的量产平均效率将分别达到25.45%、25.70%、25.90%左右,HJT组件量产平均功率将分别达到740W、745W、750W。其中,2024年底HJT电池相比2023年底实现0.65%效率提升的主要技术依据包括:(1)硅片掺杂元素优化;(2)硅片背面抛光;(3)高迁移率靶材;(4)全开口网版;(5)0BB。
2027年底、2028年底,HJT产业链将实现HJT+钙钛矿叠层技术路线的量产,远期预估2027年底、2028年底的HJT+钙钛矿叠层电池量产平均效率将分别达到28.0%、29.0%,HJT组件量产平均功率将分别达到815W、840W。
图4HJT及其叠层电池组件量产技术路线图
第4章HJT电池组件的生产成本分解
1、不同配置HJT电池组件的物料清单
2024-2025年,HJT产业链将以高功率BOM配置、经济型BOM配置两个版本的电池组件与TOPCon电池组件进行竞争:高功率BOM配置HJT组件将以740W超高功率在高端市场上争夺份额;经济型BOM配置HJT组件将以0.18元/W的电池非硅成本在较低功率市场上争夺份额,组件功率约为700W。
其中,高功率BOM配置HJT电池组件将在2024年末使用硅片掺杂元素优化、硅片背面抛光、高迁移率靶材、全开口网版、0BB等、光转膜等技术,并选择适当银含量的银包铜浆料及适当的湿重。
经济型BOM配置HJT电池组件将在高功率BOM配置产品的基础上使用HJT专用硅片、30%银含量的银包铜浆料、更低湿重、50%无铟靶材等技术,并不使用硅片背面抛光。
表11HJT电池组件不同BOM配置下的物料清单
注1:部份厂家使用不同的组件阻水以及0BB方案,成本略有差异(下同)
注2:上述物料清单仅代表当前技术水平下的优化方案,随着技术进步及产业发展,物料清单有可能持续优化
2、不同配置HJT电池组件的生产成本分解
经济型BOM配置HJT电池组件生产成本分解如下:
表12经济型BOM配置HJT电池组件生产成本分解
注:假设银价8000元/kg,铟价3000元/kg(下同)
经济型BOM配置HJT组件,以700W左右的功率与TOPCon产品竞争,其主要的竞争优势在于两点:
(1)经济型BOM配置HJT电池生产成本比TOPCon更有优势,更少受到国际银价上涨的困扰。在8000元/kg的银价下,HJT电池与TOPCon电池在2024年底的规模生产成本打平。但若在此基础上银价继续暴涨,则每上涨1000元/kg,HJT电池与TOPCon电池的成本优势将会提升0.006元/W。换言之,若银价上涨到18000元/kg,则HJT电池相比TOPCon的成本优势将急剧扩大到0.06元/W。
(2)因HJT温升系数低、双面率高、弱光响应更佳,双面HJT组件的每W发电量比TOPCon高3%左右。
基于上述测算,在700W左右的功率段上,经济型BOM配置HJT组件完全可以与TOPCon组件全面竞争价格,完全可以做到与TOPCon产品“同瓦同价”,TOPCon组件价格若降低至0.80元/W(含税),经济型BOM配置HJT组件价格也必然能降到上述水平。基于“同瓦同价”原则,电站运营商客户将得到更多的发电量增益,而HJT电池组件企业则得到了相比TOPCon企业更高的利润、更高的产能利用率。
高功率BOM配置HJT电池组件生产成本分解如下:
表13高功率BOM配置HJT电池组件生产成本分解
高功率BOM配置HJT组件,以740W左右的功率与TOPCon产品竞争,其主要的竞争优势在于:
鉴于高功率BOM配置HJT组件相比TOPCon组件在功率上的显著优势,再叠加HJT电池组件供应的稀缺性,在海外高价值市场上,HJT组件的售价将远高于TOPCon组件。HJT将通过抢夺海外高价值市场的份额,获得更高的利润。
第5章HJT电池组件的客户价值
1、不同维度的最大价值:光伏组件应用端客户的永恒追求
HJT电池,作为光伏制造新一代的平台级电池技术,将以最优的产品匹配光伏组件应用端客户的差异化需求,为不同客户创造极致的最大价值。
740W+俱乐部的成员企业,将通过以下多个维度为应用端客户展开画像:
(1)客户的光伏发电项目类型:集中式电站项目、工商业屋顶项目、户用屋顶项目、幕墙及栅栏项目、移动用能设施项目,等等。
(2)客户所在地区的自然环境特征:温湿度、风速、空气粉尘含量、辐照强度、直射散射比例、光谱特征,等等。
(3)客户所面临的宏观外部条件:客户在场地、项目指标、电力接入及消纳资源等方面所面临的约束条件,客户所面对的电力价格水平、场地租售价格水平、劳动力价格水平,等等。
通过为光伏组件应用端客户进行准确的画像,并对每一类型客户的需求痛点进行深入的剖析,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将有针对性的推出最适合于客户的组件产品,并推出能解决客户痛点问题、为客户创造最大化价值的行业性定制化策略。
2、国内大型集中式电站客户
国内大型集中式电站客户的GW级基地项目,追求光伏组件产品的高可靠性,追求技术进步及LCOE的长期持续下降,在较低的土地及劳动力价格、不高的电价及一定程度的电力约束下追求单位投资金额的回报率最大化。
针对国内大型集中式电站客户的上述特征,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将提供以下解决方案:
(1)以TOPCon组件为基准,推出“同版型同功率、同瓦同价”的行业性定制化产品及定价策略:HJT组件大规模定制产品的出货功率分布与TOPCon保持完全一致,HJT组件的每W售价与TOPCon组件保持完全一致。
(2)以采用2384×1303双面HJT组件产品满足客户需求,发挥HJT组件“温升系数低、双面率高、弱光响应佳”的每W发电量优势及低衰减率优势,力争首年发电小时数优于TOPCon产品~2-3%、全生命周期发电小时数优于TOPCon产品~4-5%。
(3)细化到HJT电池组件制造端,通过灵活的组合使用各项“提效降本型”技术及“极致降本型”技术(包括但不限于:硅片掺杂元素优化、全开口网版、0BB、HJT专用硅片、硅片薄片化、银包铜浆料、无铟靶材或低铟靶材),并适当调整浆料湿重,将HJT组件的功率定制为与TOPCon的主流档位一致,并实现HJT产品的生产成本低于TOPCon产品。
(4)确保银包铜浆料的可靠性,提供各电池企业基于银包铜技术的HJT组件的DH2000测试报告、户外实证“纯银-银包铜”发电量对比报告。
(5)持续推动HJT+钙钛矿叠层电池组件的中试与量产,为客户“追求LCOE长期持续下降”的MW级、10MW级、100MW级创新项目提供可靠的产品支持。
对国内大型集中式电站客户而言,采购与同版型TOPCon主流产品“同功率同瓦同价”的HJT组件产品,可获得以下收益:
(1)在不增加任何电站总成本的前提下,使用HJT组件相比TOPCon组件可获得约为4-5%的全生命周期发电量增益。其中,因HJT组件低温升系数、高双面率、更佳的弱光响应而带来的增益约为2-3%左右,因HJT组件低衰减率而在全生命周期内带来的发电量增益约为2%。
(2)在HJT组件“同功率同版型”前提下,可以将TOPCon组件选型变更为HJT组件,且无须改变原有电站的设计方案。
开路电压条件满足:700W功率TOPCon组件在25℃下的开路电压约为48.6V,考虑极寒天气-30℃情况下的开路电压约为55.0V,1500V逆变器所能容许的单一组串TOPCon组件数量为26块;而700W功率HJT组件在25℃下的开路电压约为49.5V,考虑极寒天气-30℃情况下的开路电压约为56.0V,1500V逆变器所能容许的单一组串HJT组件数量也为26块。
电流冗余度条件满足:HJT组件的双面率相比TOPCon组件高约5-10%左右,若正面的辐射强度超过1000W/m2,且地面反射辐照强度达到正面的20%,则HJT组件相比TOPCon组件更高的电流约为1-2%,这将占用原有组串的设计冗余。而电流上的设计冗余度一般高于10%,故而并不会因为HJT组件双面率高导致异常。
功率约束条件满足:HJT组件设计为与TOPCon同版型同功率,因此,若将TOPCon电站变更为HJT电站,原有组串TOPCon产品功率=新组串HJT产品功率。
安装条件满足:HJT组件采用与TOPCon组件同版型,并不改变组件尺寸、重量,故而不影响安装条件。
综上所述,综合考虑开路电压、电流冗余度、功率约束、安装条件等多个方面,在将TOPCon电站变更为HJT电站的过程中,除改变组件选型外,无须改变组串设计。
3、海外高电价市场屋顶分布式光伏客户
针对海外高电价市场屋顶分布式光伏客户的上述特征,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将提供以下行业性定制化解决方案:
(1)2024年四季度,在对光伏组件面积没有上限要求的市场,推出主流功率为740W的单面HJT组件;对于光伏组件面积有2平米上限要求的市场,推出1762×1134版型主流功率为465W的单面HJT组件,最高功率470W。
(2)以HJT组件“温升系数低、弱光响应佳”的每W发电量优势及低衰减率优势,力争首年发电小时数优于TOPCon组件~1-2%、全生命周期发电小时数优于TOPCon产品~3-4%。
(3)细化到HJT电池组件制造端,通过充分运用各项“提效型”技术(包括但不限于:硅片掺杂元素优化、硅片背面抛光、全开口网版、0BB、高迁移率靶材、光转膜),以可接受的价格为客户提供全球最高功率的光伏组件。
对海外高电价市场屋顶分布式光伏客户而言,采购全球最高量产功率的HJT组件(2384×1303版型740W+,1762×1134版型465W+)产品,相比同版型的TOPCon产品可获得以下收益:在屋顶分布式光伏BOS成本不变的情况下,每100平米屋顶每年可以多发约1000度电,其中:70%左右来自于HJT组件更高的功率,30%左右来自于HJT组件更高的每W发电量。
测算如下:每100平米屋顶实施26块2384×1303版型组件。若按715W计算,TOPCon电站功率为18.59kW,若按740W计算,HJT电站功率为19.24kW。假设TOPCon电站年发电1100小时,TOPCon电站每年发电量约20449度;HJT电站因温升系数及弱光效应优势,年发电1116小时,HJT电站每年发电量约21472度。
结语
中国已将光伏产业列入七大战略性新兴产业之中。有着全球最大的光伏市场作支撑,在全球脱钩断链的大时代背景下,我国加快加大HJT异质结技术发展,并尽快形成具有全球竞争力的产业生态,刻不容缓。
2024年将是光伏产业极具挑战的一年,无论对于传统品牌还是新势力企业,危机和机遇并存,想要在极度内卷的市场站稳脚跟,需内外兼修:内修产品的差异化竞争能力,外修对市场的前瞻性精准洞察和对市场正确引导的创新性探索。这是在格局重塑的赛道中取胜的必需,也是必由之路。