掃描關(guān)注微信
HIT效率提升潛力高+降本空間大，是未來(lái)最有前景的太陽(yáng)能電池技術(shù)。
1、HIT（異質(zhì)結(jié)電池）：PERC之后最有前景的太陽(yáng)能電池技術(shù)
當(dāng)前晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)基本上是以表面的鈍化為主線發(fā)展的。相對(duì)于傳統(tǒng)晶硅技術(shù)，由于非晶硅薄膜的引入，硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的晶硅襯底前后表面實(shí)現(xiàn)了良好的鈍化，因而其表面鈍化更趨完善。且非晶硅薄膜隔絕了金屬電極與硅材料的直接接觸，其載流子復(fù)合損失進(jìn)一步降低，可以提升轉(zhuǎn)換效率。HIT技術(shù)較為先進(jìn)，將成為高效光伏電池技術(shù)的領(lǐng)跑者，帶領(lǐng)光伏電池在效率提升的路上更進(jìn)一步。
圖1：HIT太陽(yáng)能電池基本結(jié)構(gòu)
圖2：HIT太陽(yáng)能電池產(chǎn)品特性
圖3：HIT太陽(yáng)能電池生產(chǎn)流程
1.1. HIT歷史：效率提升顯著，未來(lái)前景可期
HIT電池最早由日本的三洋公司研發(fā)，1991年三洋首次在硅異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池中應(yīng)用本征非晶硅薄膜，降低了界面缺陷態(tài)密度，使載流子復(fù)合降低，實(shí)現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)界面鈍化作用，得到本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池，其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.1%。
此后HIT電池的轉(zhuǎn)換效率不斷提高，在2003年，三洋通過(guò)優(yōu)化異質(zhì)結(jié)、減少光學(xué)損失、增大有效電池面積等方法，使得HIT太陽(yáng)能電池的實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到了21.3%。2013年，松下（已收購(gòu)三洋）研制了厚度僅有98μm的HIT電池，效率達(dá)24.7%。2014年，松下采用IBC技術(shù)，將HIT電池的轉(zhuǎn)換效率提升到25.6%。2016年，日本Kaneka公司將IBC-HIT太陽(yáng)電池的效率提升到26.63%。量產(chǎn)效率方面，根據(jù)鈞石能源的CTO，2019年鈞石能源的HIT產(chǎn)線平均效率23%，在建的新產(chǎn)線效率將超過(guò)25%。
圖4：HIT電池發(fā)展歷程（截止到2009年）
圖5：HIT電池發(fā)展歷程（2009年到2018年）
2015年后，松下對(duì)于HIT電池的專利已經(jīng)過(guò)期，技術(shù)壁壘消除，是我國(guó)大力發(fā)展并推廣HIT技術(shù)的良好時(shí)機(jī)。但HIT電池的技術(shù)門檻高，且長(zhǎng)期掌握在以松下和Kaneka為代表的日本企業(yè)手中，我國(guó)關(guān)于HIT技術(shù)的研究明顯落后與日本。但是國(guó)內(nèi)企業(yè)在專利過(guò)期后，均投入研發(fā)力量投入HIT研發(fā)。2017年，晉能公司開(kāi)始試生產(chǎn)HIT電池，2018年實(shí)際產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到50MW，2019年3月，晉能HIT電池量產(chǎn)平均效率突破23.79%。
2019年5月，鈞石能源收購(gòu)了松下馬來(lái)西亞異質(zhì)結(jié)電池工廠，鈞石能源控股占比達(dá)90%，完善了鈞石能源在HIT電池領(lǐng)域的布局。2019年7月，鈞石能源與山煤國(guó)際能源集團(tuán)簽訂了合作協(xié)議，根據(jù)該協(xié)議，雙方將共建高達(dá)10GW的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池(HIT)生產(chǎn)基地。此次合作開(kāi)啟了中國(guó)內(nèi)地異質(zhì)結(jié)電池的最大規(guī)模的投產(chǎn)，市場(chǎng)關(guān)注度極高。
圖6：太陽(yáng)能電池效率不斷提升
1.2. 效率提升潛力高+降本空間大，HIT技術(shù)將成下一個(gè)風(fēng)口
相比于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池，利用非晶硅薄膜與單晶硅襯底異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的HIT電池結(jié)合了單晶硅與非晶硅電池的優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：
1）效率提升潛力高。HIT電池采用的N型硅片具有較高的少子壽命，非晶硅鈍化的對(duì)稱結(jié)構(gòu)也可以獲得較低的表面復(fù)合速率，因而硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的開(kāi)路電壓遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)單晶硅太陽(yáng)電池，其效率潛力比當(dāng)前使用P型硅片的PERC電池要高1.5%-2%。當(dāng)前P型單晶PERC電池的轉(zhuǎn)換記錄是由晶科能源創(chuàng)造的23.95%，而HIT電池的轉(zhuǎn)換記錄則是日本Kaneka公司創(chuàng)造的26.63%
圖7：HIT、PERC、TOPCon電池平均效率對(duì)比
圖8：HIT、PERC、TOPCon平均功率對(duì)比
此外，如果將HIT與其他技術(shù)線路疊加起來(lái)，電池效率的提升空間會(huì)進(jìn)一步加大。例如，HBC是利用疊加技術(shù)，將HIT電池的高開(kāi)路電壓和IBC電池的高短路電流的優(yōu)勢(shì)結(jié)合，電池效率可以達(dá)到25%以上；而HIT與鈣鈦礦技術(shù)結(jié)合的疊層電池甚至可以達(dá)到28%以上。
圖9：HIT與IBC技術(shù)結(jié)合的HBC電池效率可以達(dá)25%以上
圖10：HIT與鈣鈦礦技術(shù)結(jié)合的疊層電池效率可以達(dá)28%以上
2）HIT電池?fù)碛懈蟮慕党杀究臻g。HIT電池結(jié)合了薄膜太陽(yáng)能電池低溫的制造優(yōu)點(diǎn)，避免了傳統(tǒng)的高溫工藝，不僅大大的節(jié)約燃料能源，而且低溫加工環(huán)境有利于實(shí)現(xiàn)HIT電池薄片化，減少硅的使用量，降低硅原料成本。另外，HIT工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)化，全部生產(chǎn)流程只需四步即可完成，而P-PERC為了實(shí)現(xiàn)23.9%的轉(zhuǎn)化效率，需要疊加多種技術(shù)，工藝步驟多達(dá)8步，由此帶來(lái)了更高的成本。
圖11：硅片薄片化后成本測(cè)算
圖12：由于HIT的雙面對(duì)稱結(jié)構(gòu)，具有更高的雙面率
HIT電池結(jié)合了薄膜太陽(yáng)能電池的低溫（<250℃）制造優(yōu)勢(shì)，整個(gè)工藝環(huán)節(jié)的溫度一般在200℃左右，而傳統(tǒng)的高溫?cái)U(kuò)散工藝形成p-n結(jié)的溫度在900℃以上。這種低溫工藝不僅可以節(jié)省能源，也能有效地降低高溫對(duì)硅片的熱損傷。
5）具有更低的光致衰減。P型組件通常會(huì)發(fā)生光致衰減現(xiàn)象，主要是由于以“硼”為主要參雜元素的P型硅片會(huì)出現(xiàn)硼氧復(fù)合體，降低電池少子壽命，產(chǎn)生光致衰減的困擾。而HIT電池的N型硅片以“磷”為主要參雜元素，不存在硼氧復(fù)合因子，根除了初始光衰的可能性，衰減速度非常慢。根據(jù)松下HIT組件戶外衰減數(shù)據(jù)顯示，HIT電池10年衰減小于3%，25年發(fā)電量的下降僅為8%。
6）制備工藝流程相對(duì)于其他光伏電池大為簡(jiǎn)化，只有制絨清洗、非晶硅薄膜的沉積制備、TCO薄膜的沉積制備以及電極的制備（通常使用絲網(wǎng)印刷）四個(gè)步驟。HIT電池比傳統(tǒng)光伏電池少了擴(kuò)散和刻蝕2個(gè)步驟，比當(dāng)前最流行的PERC工藝少了4個(gè)步驟。而TOPcon電池則還需在PERC電池上增加4步，工藝更多。
圖13：HIT、TOPCon、PERC主要電池參數(shù)對(duì)比
HIT需要高昂的生產(chǎn)原材料和設(shè)備投入成為了制約其快速發(fā)展的重要因素之一。未來(lái)，降低成本、增加效率成為HIT電池行業(yè)的主要發(fā)展方向。
圖14：HIT電池降本提效路線
從生產(chǎn)原材料構(gòu)成角度來(lái)說(shuō)，截止至2018年底，HIT電池生產(chǎn)成本約為1.22元/W,其中硅片成本和漿料成本占比最高，分別為47.13%和24.34%。
圖15：HIT電池成本構(gòu)成（單位：元）
為了實(shí)現(xiàn)降本的目標(biāo)，HIT電池生產(chǎn)企業(yè)主要可以從1）降低硅片厚度、減少硅使用量；2）控制銀漿消耗量、實(shí)現(xiàn)低溫銀漿國(guó)產(chǎn)化和本土化；3）提高設(shè)備單產(chǎn)效率和規(guī)模化；4）生產(chǎn)設(shè)備從進(jìn)口為主轉(zhuǎn)向依靠國(guó)產(chǎn)自足等途徑實(shí)現(xiàn)。
目前設(shè)備折舊約占電池成本的15%，未來(lái)有望通過(guò)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化和設(shè)備效率的提升，將設(shè)備折舊降低到7-8%。
圖16：HIT電池成本下降實(shí)現(xiàn)方法
從材料角度出發(fā)：
1）降低硅片厚度，減少硅原材料的使用量是控制成本的有效途徑。HIT電池采用較低溫度（240℃）的加工技術(shù)，能夠確保N型單晶硅片在薄片化后不會(huì)影響到硅片的電性能，仍保持較高的發(fā)電效率。相比之下，P-PERC加熱溫度高達(dá)800-900℃，如果降低P型硅片厚度，容易出現(xiàn)翹邊問(wèn)題；此外，由于P-PERC背部的鋁背場(chǎng)溫度系數(shù)和硅片溫度系數(shù)存在差異，過(guò)薄的P型硅片容易出現(xiàn)隱裂。所以，相比之下，HIT可以在保證電池效率的同時(shí)，降低N型硅片的厚度，節(jié)約硅原料成本。目前HIT硅片厚度為180um，隨著技術(shù)的不斷提升，有望降低到100um。
2）HIT低溫銀漿消耗量有望減少，國(guó)產(chǎn)自足成為控本新突破。HIT電池正面電極通常在200度的低溫狀態(tài)下燒結(jié)，因此必須使用低溫電極漿料。而相較于高溫?zé)Y(jié)型銀漿料，低溫銀漿生產(chǎn)工藝要求更高，且運(yùn)輸過(guò)程必須采用冷鏈物流，采購(gòu)成本價(jià)格更高，大約是普通銀漿的1.1-1.2倍。
隨著無(wú)主柵電池和組件封裝技術(shù)的推廣和應(yīng)用，HIT的低溫銀漿消耗量有望降低2/3。根據(jù)目前的方案，HIT電池片的正反面共需低溫銀漿280-300mg/片，合計(jì)成本1.8元/片；梅耶博格最新推出SmartWire智能網(wǎng)柵連接技術(shù)，正反面銀漿用量將降低到90-100mg/片，成本將大幅降至0.6元/片。
此外，與過(guò)往只能依靠?jī)r(jià)格高昂的進(jìn)口漿料不同，如果低溫銀漿實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)自足，成本將會(huì)下降到與傳統(tǒng)P型電池常規(guī)銀漿同一水平線上。截止目前，低溫銀漿國(guó)產(chǎn)化以及本地化進(jìn)程不斷加快，中國(guó)企業(yè)紛紛布局，現(xiàn)已有中國(guó)的合資企業(yè)、民企具備了生產(chǎn)低溫銀漿的能力。
圖17：低溫銀漿國(guó)產(chǎn)化+用量減少是大勢(shì)所趨
3）提高單機(jī)產(chǎn)能效率，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。HIT電池生產(chǎn)線包括制絨、PECVD、PVD、印刷四道工藝，其中第一、三、四道工藝基本上已經(jīng)達(dá)到每臺(tái)200MW的產(chǎn)能，約合6000片電池。但是第二道工藝PECVD目前只能實(shí)現(xiàn)每臺(tái)100MW（約合3000片）的產(chǎn)能。如果要充分發(fā)揮產(chǎn)線所有設(shè)備的生產(chǎn)能力，就必須突破PECVD單機(jī)產(chǎn)能低的瓶頸，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的規(guī)?；?，降低單位產(chǎn)能的投資成本。正如Von Ardenne新推出的 PVD設(shè)備價(jià)格提高了12.5%，但是產(chǎn)能提升了56.3%，單位投資額降低了26.4%，PECVD作為HIT工藝中價(jià)值量占比最高的設(shè)備，其產(chǎn)能的提升有望為投資成本的降低帶來(lái)更大彈性。
4）設(shè)備國(guó)產(chǎn)化有利于降低成本。HIT生產(chǎn)設(shè)備目前仍主要依靠國(guó)外進(jìn)口，整線設(shè)備投資高達(dá)10億元/GW左右。如果將工藝材料（靶材、低溫銀漿等）轉(zhuǎn)為依靠國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的情況下，HIT國(guó)產(chǎn)設(shè)備的整線投資額能夠降低到5-6億元/GW，這將會(huì)推動(dòng)國(guó)內(nèi)電池片廠商積極進(jìn)入HIT設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程中，降低HIT生產(chǎn)設(shè)備成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能規(guī)模化。目前捷佳偉創(chuàng)、理想、邁為、均石紛紛在HIT的不同工序布局。但HIT國(guó)產(chǎn)設(shè)備相較于PERC 2-3億元/GW的設(shè)備投資額，成本仍然非常高。我們預(yù)測(cè)，隨著HIT設(shè)備投資額能降至5億元/GW以下的水平，憑借HIT電池穩(wěn)定產(chǎn)出、良率高的優(yōu)質(zhì)性能，有望對(duì)PERC產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)大規(guī)模替代，HIT電池的市場(chǎng)空間非常大。
3 HIT技術(shù)路線設(shè)備數(shù)量少但難度高，鍍膜設(shè)備是核心設(shè)備
3.1. HIT電池制備工藝較PERC顯著減少，鍍膜設(shè)備地位提升
HIT電池的生產(chǎn)工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要4大類設(shè)備：分別是制絨清洗設(shè)備（投資占比10%）、非晶硅沉積設(shè)備（投資占比50%）、透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備（投資占比25%）和印刷設(shè)備（投資占比15%）。相比于PERC電池少了擴(kuò)散、激光和刻蝕步驟。但是這四步工藝的難度相對(duì)較大，而且HIT生產(chǎn)設(shè)備和PERC電池生產(chǎn)所需的設(shè)備的工藝重合度較小。
通過(guò)下圖，我們可以更直觀的看到目前主要三類電池制備工藝的對(duì)比。主流的PREC工藝需要8道工藝，TOPCON電池需要10道工藝，而HIT電池只需要4道工藝。這不僅減少了生產(chǎn)時(shí)所需設(shè)備的數(shù)量，還可以降低電池的不良率、人工成本和維護(hù)成本。
圖18：HIT工藝步驟最少，只有4步
其中，第一步和第四步設(shè)備，制絨清洗設(shè)備和絲網(wǎng)印刷設(shè)備，國(guó)內(nèi)的捷佳偉創(chuàng)和邁為股份已經(jīng)可以進(jìn)行國(guó)產(chǎn)替代。而最關(guān)鍵的鍍膜設(shè)備，PVD和CVD，則很大程度上依賴于進(jìn)口設(shè)備廠商，如梅耶博格、Singulus。優(yōu)秀的國(guó)內(nèi)廠商，如邁為股份、捷佳偉創(chuàng)和理想能源已經(jīng)開(kāi)始了鍍膜設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)且小批量出貨，關(guān)鍵的CVD設(shè)備也開(kāi)始進(jìn)入主流電池片廠商的產(chǎn)品認(rèn)證過(guò)程中。
圖19：HIT 4類設(shè)備的廠商布局
圖20：精曜科技整線圖——在TCO鍍膜環(huán)節(jié)使用RPD
圖21：梅耶博格整線圖——在TCO環(huán)節(jié)使用PVD，其余和精曜科技布局一樣
（1）制絨清洗設(shè)備主要是利用化學(xué)制劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗和表面結(jié)構(gòu)化。該工藝涉及到的設(shè)備是濕式化學(xué)清洗設(shè)備，雖然HIT電池和PERC電池的制絨清洗設(shè)備功能相近，但是比PREC電池要求更高。此外，這個(gè)環(huán)節(jié)中絨面質(zhì)量和化學(xué)試劑密切相關(guān)，制絨液中的乙醇或異丙醇、NaOH、硅酸納三者濃度比例決定著溶液的腐蝕速率和角錐體形成情況。主要廠商有日本YAC、Singulus和捷佳偉創(chuàng)。
（2）非晶硅沉積設(shè)備主要用CVD（化學(xué)沉積）的方式來(lái)鍍本征非晶硅層、P型非晶硅層、N型非晶硅層，該步驟取代了傳統(tǒng)PERC工藝中的擴(kuò)散工藝，是構(gòu)造異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，難度較高。主要設(shè)備包括PECVD、Cat-CVD等，相比于平面鍍膜工藝的PECVD具備自動(dòng)化設(shè)備用量少、鍍膜均勻、生產(chǎn)節(jié)奏快等明顯優(yōu)點(diǎn)， 縱向?qū)盈B式工藝的CAT-CVD設(shè)備雖然的薄膜質(zhì)量高、系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是對(duì)自動(dòng)化要求高，且設(shè)備復(fù)雜成本高，不容易做大規(guī)模。在供應(yīng)商方面，主要以進(jìn)口設(shè)備為主。PECVD的供應(yīng)商有Meyer Burger（梅耶博格）、AMAT(應(yīng)用材料)等，國(guó)內(nèi)邁為股份和理想能源也研發(fā)了PECVD設(shè)備；CAT-CVD的供應(yīng)商有ULVAC（日本真空）和捷佳偉創(chuàng)（和日本真空合作）。
（3）透明導(dǎo)電薄膜設(shè)備主要設(shè)備有RPD 和PVD，目前主流技術(shù)路線是用PVD（物理氣相沉淀）的方式制備前后表面的TCO膜。相較于PVD，RPD的效率和質(zhì)量更高，但是受制于日本住友公司對(duì)設(shè)備和靶材的壟斷，有著成本高等缺點(diǎn)。RPD的設(shè)備供應(yīng)商有Sumitomo（日本住友,專利所有者）和捷佳偉創(chuàng)（獲得專利授權(quán)）；PVD的設(shè)備供應(yīng)商有Meyer Burger（梅耶博格）、Von Ardenne（馮阿登納）、Singulus等。
（4）印刷設(shè)備主要是在硅片的兩面制造精細(xì)的電路，將電極金屬化。有絲網(wǎng)印刷（包括絲網(wǎng)印刷機(jī)，燒結(jié)爐，分選機(jī)）和電鍍銅電極兩種技術(shù)路線。相較于絲網(wǎng)印刷，電鍍銅電極更便宜，但是也有工序較多、工藝復(fù)雜、廢水處理等問(wèn)題，而且電鍍銅電極的環(huán)評(píng)存在風(fēng)險(xiǎn)。電鍍銅電極工藝不是主流，供應(yīng)商只有鈞石能源一家。絲網(wǎng)印刷設(shè)備主要供應(yīng)商有Baccini（AMAT的子公司）、邁為股份、捷佳偉創(chuàng)，其中以絲網(wǎng)印刷機(jī)起家的邁為股份具備較為明顯的優(yōu)勢(shì)。
圖22：HIT電池生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，只需要4大類設(shè)備
HIT路線的大規(guī)模應(yīng)用受限于成本，我們認(rèn)為設(shè)備是降本增效的關(guān)鍵。HIT降成本主要體現(xiàn)在設(shè)備、銀漿、靶材、N型硅片四個(gè)環(huán)節(jié)，目前這些環(huán)節(jié)均有不同程度的下降。在這四個(gè)環(huán)節(jié)中，我們認(rèn)為設(shè)備是降本增效的關(guān)鍵：以前HIT的設(shè)備投資是10億/GW，隨著梅耶博格、邁為股份、捷佳偉創(chuàng)等公司的介入，我們預(yù)計(jì)到2019年年底設(shè)備成本很快會(huì)降到6億/GW以下，但跟PERC電池2.5億/GW的投資還有一定差距。
非晶硅沉淀環(huán)節(jié)仍面臨100MW的產(chǎn)能瓶頸。目前對(duì)外資公司而言（梅耶博格等）， 250MW產(chǎn)能的產(chǎn)線是最經(jīng)濟(jì)的，價(jià)格為2-2.5億元。在HIT的四道工藝?yán)铮渌拦に嚩伎梢赃_(dá)到250MW的產(chǎn)能。只有第二道工藝，非晶硅沉淀，仍然面臨100MW的產(chǎn)能瓶頸。就國(guó)內(nèi)廠商而言，邁為現(xiàn)在可以做出價(jià)格在1.5億元的250MW的產(chǎn)線。其整條線都由一臺(tái)套設(shè)備完成，即為1臺(tái)清洗制絨設(shè)備，1套PECVD設(shè)備（1臺(tái)做P型非晶硅沉積，一臺(tái)做N型非晶硅沉積），1臺(tái)PVD和1臺(tái)絲網(wǎng)印刷機(jī)。
表1：邁為股份報(bào)價(jià)最低，為5-6億/GW
圖23：目前各個(gè)設(shè)備公司在HIT各個(gè)環(huán)節(jié)的布局情況（部分為已經(jīng)供應(yīng)，部分為正在布局）
HIT的制絨清洗工藝涉及到的設(shè)備是化學(xué)清洗設(shè)備，主要是利用強(qiáng)腐蝕性的化學(xué)制劑對(duì)硅片進(jìn)行清洗和表面結(jié)構(gòu)化，從而在表面制得金字塔狀的突起。制得的絨面結(jié)構(gòu)增加了入射光在硅片表面反射和折射的次數(shù)，增加了光的吸收，有助于提高電池的性能。
目前，制絨清洗設(shè)備已可以進(jìn)行國(guó)產(chǎn)設(shè)備替代。主要廠商有，捷佳偉創(chuàng)、日本YAC和Singulus。其中YAC的制絨清洗設(shè)備有非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。首先，YAC的制絨清洗設(shè)備可以在較寬的Si濃度下（0%-4%）進(jìn)行穩(wěn)定的制絨（2-10μm）。與其他產(chǎn)品相比，YAC的制絨劑TK81有著粘度低，易于制備和供應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。這樣制絨劑的腐蝕反應(yīng)速率不會(huì)很快，硅片表面金字塔結(jié)構(gòu)更加均勻，對(duì)光的吸收更好。此外，高純度的化學(xué)試劑也幫助YAC制作出質(zhì)量更高的絨面，因?yàn)榍逑措s質(zhì)的效果會(huì)影響后續(xù)工藝的制備效果。因?yàn)镠IT電池制備是在低溫下完成的，無(wú)法通過(guò)后續(xù)的高溫工藝除去雜質(zhì)。所以如果在制絨清洗環(huán)節(jié)中，如果沒(méi)有把雜質(zhì)清洗干凈，這將對(duì)后續(xù)工藝造成很大的影響。
圖24：制絨清洗設(shè)備對(duì)比
圖25：在制絨清洗環(huán)節(jié)，HIT比PERC多了制絨前后的氧化清洗環(huán)節(jié)
因此，這個(gè)環(huán)節(jié)中硅片的質(zhì)量和化學(xué)試劑密切相關(guān)，制絨液中的乙醇或異丙醇、NaOH、硅酸納三者濃度比例決定著溶液的腐蝕速率和角錐體形成情況。但是目前HIT電池制絨添加劑成本還是較高，主要原因還是在于依靠從日本進(jìn)口添加劑，因此YAC作為日本公司具備天然的優(yōu)勢(shì)。但添加劑本身的成本非常低，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家也在研究制絨添加劑并已有所突破，所以相信這部分成本會(huì)很快降下來(lái)。
3.3. CVD鍍膜設(shè)備：占整線投資額比例最高的核心設(shè)備
第二步非晶硅薄膜沉積為核心工藝，需要CVD鍍膜設(shè)備來(lái)完成。該工藝涉及本征和摻雜非晶硅薄膜的多層堆疊，并在納米尺度上對(duì)其進(jìn)行控制。因?yàn)閜-n異質(zhì)結(jié)是在n型晶硅襯底表面形成，并且沉積層決定鈍化的效果，因此這一步驟是決定HIT電池性能好壞的關(guān)鍵。
CVD鍍膜設(shè)備占整線設(shè)備投資額的50%，最為關(guān)鍵。在國(guó)產(chǎn)化的背景之下，如果按照1GW=4條線計(jì)算，每條線250MW需要1套PECVD鍍膜設(shè)備（即兩臺(tái)設(shè)備，一臺(tái)鍍正面P型非晶硅膜，一臺(tái)鍍背面n型非晶硅膜，鍍p膜和n膜之前兩臺(tái)設(shè)備分別鍍兩面的本征非晶硅膜），我們預(yù)估單臺(tái)設(shè)備的投資額是2500-3000萬(wàn)元，因此每條線所需的PECVD鍍膜設(shè)備投資額為5000-6000萬(wàn)元，則1GW對(duì)應(yīng)的該設(shè)備投資額約為3000*2*4=2.4億元，在HIT電池生產(chǎn)過(guò)程中投資額最高，也最為關(guān)鍵。
CVD設(shè)備中，PECVD是主流，具備自動(dòng)化設(shè)備用量少、鍍膜均勻、生產(chǎn)節(jié)奏快等明顯優(yōu)點(diǎn)。PECVD設(shè)備的供應(yīng)商包括瑞士的Meyer Burger、瑞士的INDEOtec、中國(guó)臺(tái)灣的精耀科技、中國(guó)理想能源公司和中國(guó)邁為股份。
1）Meyer Burger的PECVD設(shè)備——HELiA PECVD，采用直接RF等離子體平行板反應(yīng)器設(shè)計(jì)，已獲得專利認(rèn)證，并大規(guī)模用于生產(chǎn)。公司專門為其開(kāi)發(fā)了S-Cube等離子體技術(shù)，盒中盒式的設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)極低的污染和均勻的沉積。該設(shè)備支持每小時(shí)2400片硅片的生產(chǎn)量，在區(qū)熔單晶硅片(FZ)型上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超過(guò)10ms的有效少子壽命，在直拉硅片(CZ)上實(shí)現(xiàn)了超過(guò)2ms的有效少子壽命。
2）臺(tái)灣精耀科技已經(jīng)開(kāi)發(fā)了基于平行線等離子體的PECVD設(shè)備，并已申請(qǐng)專利授權(quán)。該技術(shù)能提供均勻的薄膜沉積和清潔處理環(huán)境，將有效減少污染。該設(shè)備每小時(shí)的額定生產(chǎn)量為2520片硅片。目前晉能和臺(tái)灣NSP等光伏制造商正在使用其生產(chǎn)的PECVD設(shè)備。
3）瑞士INDEOtec公司的核心技術(shù)可在沉積過(guò)程中避免破壞真空，有效解決了污染本征非晶硅薄膜的問(wèn)題。HIT電池生產(chǎn)過(guò)程中需要沉積本征非晶硅膜和摻雜非晶硅薄膜，當(dāng)在同一腔室中進(jìn)行沉積時(shí)，存在來(lái)自先前沉積步驟的摻雜劑污染本征非晶硅薄膜的風(fēng)險(xiǎn)。瑞士INDEOtec公司開(kāi)發(fā)了抗交叉污染處理(ACCT)特殊技術(shù)，盡管該技術(shù)能有效降低污染風(fēng)險(xiǎn)，但是也存在降低效率的局限性: 基于n型單晶硅片標(biāo)準(zhǔn)工藝流程的無(wú)主柵HIT電池效率為23.14%，而此方法的效率為23.04%。
4）鈞石能源也已進(jìn)入HIT電池生產(chǎn)設(shè)備領(lǐng)域，憑借其薄膜光伏設(shè)備的背景以及建立600MW硅片廠中所獲得的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始為HIT電池提供包括PECVD在內(nèi)的關(guān)鍵沉積設(shè)備，該設(shè)備在托盤內(nèi)可實(shí)現(xiàn)+/-5℃的溫度均勻性，每小時(shí)額定生產(chǎn)量為3,000片硅片，正常運(yùn)行時(shí)間達(dá)到90%。
5）Singulus公司正處于開(kāi)發(fā)PECVD技術(shù)的初始階段。
6）理想能源公司的沉積系統(tǒng)正在被漢能使用。
7）邁為僅需驗(yàn)證CVD設(shè)備，即可在HIT整線領(lǐng)域取得突破性成績(jī)。邁為的一套PECVD設(shè)備僅需2臺(tái)（一臺(tái)i和P層(正面)，一臺(tái)i和N層(背面)），和其它設(shè)備供應(yīng)商相比在非晶硅薄膜沉積環(huán)節(jié)所需設(shè)備數(shù)量較少，2臺(tái)設(shè)備產(chǎn)能互相匹配，每小時(shí)的生產(chǎn)量為6000片硅片。公司的清洗制絨和PVD設(shè)備分別采購(gòu)自日本和德國(guó)，印刷使用自主研發(fā)的設(shè)備，因此，未來(lái)只需驗(yàn)證PECVD設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，邁為的整線設(shè)備即可在HIT設(shè)備領(lǐng)域具備顯著的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
圖26：PECVD鍍膜設(shè)備對(duì)比
圖27：理想公司PECVD設(shè)備布局——腔室結(jié)構(gòu)
3.4. TCO鍍膜環(huán)節(jié)：PVD vs RPD路線之爭(zhēng),現(xiàn)階段更看好PVD制備方式
第三步TCO膜沉積通常應(yīng)用濺射的方法在PVD設(shè)備中完成。制備TCO薄膜也是HIT電池生產(chǎn)工藝中非常重要的一步，須注意保持電池背面的非晶硅薄膜的鈍化特性。TCO薄膜的質(zhì)量將影響橫向電荷收集。此外，TCO的透明度和電阻率也非常重要。
TCO鍍膜環(huán)節(jié)可采用PVD和RPD兩種沉積方式。Von Ardenne，Meyer Burger，Singulus和鈞石能源是領(lǐng)先的PVD設(shè)備供應(yīng)商。INDEOtec公司的OctopusII沉積系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)TCO薄膜的沉積。目前精曜科技和日本住友正在推廣反應(yīng)等離子體沉積(RPD)制備方式，后者的RPD設(shè)備獲得專利授權(quán)。目前捷佳偉創(chuàng)已獲得住友重工（中國(guó)大陸地區(qū)）授權(quán)研發(fā)制造RPD設(shè)備。RPD制備與PVD制備相比，屬于HIT電池生產(chǎn)TCO膜的跨越性升級(jí)技術(shù)，其可幫助HIT拉大與PERC和Topcon等技術(shù)的效率差距，保持HIT電池在效率上的絕對(duì)領(lǐng)先性。
圖28：TCO鍍膜環(huán)節(jié)設(shè)備對(duì)比，日本住友、精耀科技正在推廣RPD設(shè)備
RPD制備存在如下優(yōu)點(diǎn)：（1）電性能方面，RPD設(shè)備效率更高。根據(jù)2018年某國(guó)內(nèi)客戶量產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，排除設(shè)備異常等特殊情況，RPD設(shè)備較PVD設(shè)備提升約0.4%的絕對(duì)值效率；（2）RPD設(shè)備量產(chǎn)穩(wěn)定。精曜科技的RPD設(shè)備量產(chǎn)率穩(wěn)定在98%以上，平均98.5%以上；（3）電池效率方面，RPD設(shè)備（23%）高于PVD設(shè)備（22.5%）；（4）組件成本方面，RPD設(shè)備（2.13元/W）低于PVD設(shè)備（2.18元/W）；（5）毛利率方面，RPD設(shè)備（17.64%）高于PVD設(shè)備（12.68%）；（6）其它優(yōu)點(diǎn)：RPD設(shè)備工藝溫度較低，而在Sputtering制備下，工藝溫度約在150度以上；沉積速率較快；對(duì)非晶硅轟擊弱；薄膜結(jié)晶度高，粗糙率低；薄膜透過(guò)率高，電阻率低，低自由載子吸收確保有高的長(zhǎng)波和長(zhǎng)穿透率；低離子轟擊，RPD制備下，離子轟擊能量小于30eV,遠(yuǎn)低于PVD，有效確保非晶硅層與TCO接口的高質(zhì)量；優(yōu)異的結(jié)晶特性；優(yōu)異的短路電流，RPD設(shè)備工作電壓在15-20V左右；RPD設(shè)備改善空間大，可進(jìn)一步提高產(chǎn)能，降低生產(chǎn)成本。
表2：PVD和RPD相關(guān)參數(shù)對(duì)比
圖29：RPD與PVD比較
短期，我們更看好PVD制備方式在HIT電池規(guī)模化生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。盡管RPD制備下生產(chǎn)的HIT電池質(zhì)量更好，但PVD設(shè)備在產(chǎn)能（RPD的2倍，可以做到6000片每小時(shí)）、價(jià)格（二分之一左右）、設(shè)備穩(wěn)定、市場(chǎng)空間大等方面更具優(yōu)勢(shì)。
因此，就目前來(lái)看，RPD設(shè)備的質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)不足以彌補(bǔ)其在上述方面的劣勢(shì)，因此我們更看好PVD設(shè)備。但國(guó)內(nèi)的PVD設(shè)備較國(guó)外存在較大差距，德國(guó)的馮阿登納公司優(yōu)勢(shì)明顯，2019年已經(jīng)推出了8000片每小時(shí)的最新產(chǎn)品。下圖將鍍膜設(shè)備大體劃分為5部分，其中高附加值的部分大都依賴進(jìn)口。
表3：HIT鍍膜設(shè)備大體分為5部分，附加值高的產(chǎn)品大都依賴進(jìn)口
我們認(rèn)為PVD設(shè)備無(wú)法國(guó)產(chǎn)化的根本原因在于技術(shù)人員整合不足。技術(shù)人員很難同時(shí)兼顧自動(dòng)化設(shè)計(jì)、鍍膜和制造三方面，因此我們認(rèn)為這是PVD設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵突破點(diǎn)之一，設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化也有利于降低HIT電池生產(chǎn)成本，進(jìn)而推動(dòng)其加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
3.5. 電極金屬化環(huán)節(jié)：絲網(wǎng)印刷vs電鍍，絲網(wǎng)印刷更優(yōu)且降本空間大
絲網(wǎng)印刷和電鍍銅是HIT金屬化的主要方法。由于HIT電池結(jié)構(gòu)與常規(guī)電池完全不同，因此HIT的金屬化工藝也不同。HIT電池采用非晶硅薄膜，將工藝溫度限制在200°C至220°C的低溫環(huán)境下，而其它電池通常在約800°C的較高溫度下進(jìn)行燒結(jié)，所以金屬化的主流技術(shù)路線絲網(wǎng)印刷通常使用可在低溫下固化的特殊銀漿。銀漿的使用有一定的局限性，如加工時(shí)間長(zhǎng)和電阻較高，后者導(dǎo)致只有在銀漿沉積量較高的情況下，才能使導(dǎo)電率保持在相同水平，漿料成本也隨之增加。銀漿用量大成本高的缺點(diǎn)促進(jìn)了替代金屬化方法的發(fā)展，例如電鍍。同時(shí)金屬化工藝的選擇與組件生產(chǎn)中的互連技術(shù)密切相關(guān)。因此，在選擇HIT電池的表面金屬化技術(shù)時(shí)，必須認(rèn)真考慮電池片互聯(lián)問(wèn)題。
絲網(wǎng)印刷是HIT電池金屬化的主要手段，目前在低溫固化銀漿領(lǐng)域取得進(jìn)展。絲網(wǎng)印刷技術(shù)是光伏制造商普遍采用的工藝，但HIT電池使用的低溫銀漿為印刷增加了一定難度，主要不便之處在于低溫聚合物必須在-40°C下儲(chǔ)存，此外一旦打開(kāi)容器，聚合物就開(kāi)始反應(yīng)，這意味著必須立刻使用漿料。目前HIT電池在低溫固化銀漿領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，德國(guó)Heraeus和俄羅斯Monocrystal等漿料供應(yīng)商可提供在室溫下存儲(chǔ)和加工的低溫固化漿料。
我們認(rèn)為HIT降本的關(guān)鍵在于降低設(shè)備成本和金屬化環(huán)節(jié)成本，后者的主要手段是絲網(wǎng)印刷，主要突破口在銀漿成本。根據(jù)最新的調(diào)研成果，HIT電池中成本占比最大的是銀漿，為27%。絲網(wǎng)印刷的產(chǎn)能,以200MW為例，目前為5000片/小時(shí)（PERC為7000片/小時(shí)）。普通的HIT電池正反面的銀漿消耗量在280-300毫克，而低溫銀漿的價(jià)格在6000元/千克左右，由此我們估算每塊電池片銀漿的成本為1.8元。
Meyer Burger的SmartWire智能網(wǎng)柵技術(shù)能有效降低絲網(wǎng)印刷成本。該技術(shù)去掉正反面5根主柵，剩下的細(xì)柵直接用金屬絲連接，正常情況下正反面細(xì)柵銀漿耗量為90-100毫克，則我們預(yù)計(jì)每塊電池片可節(jié)省的細(xì)柵銀漿成本（同樣以6000元/千克進(jìn)行估算）為1.2元。同時(shí)去掉5根主柵，可將正反面印刷主柵的印刷頭從4個(gè)減至2個(gè)，這樣印刷頭的成本將降低200-300萬(wàn)，而效率沒(méi)有太大區(qū)別。
電鍍是可替代絲網(wǎng)印刷的一項(xiàng)技術(shù)。與絲網(wǎng)印刷相同，電鍍也需要進(jìn)行特定的改進(jìn)才能使其適用于HIT電池，主要原因系HIT電池表面存在導(dǎo)電的TCO薄膜。鈞石能源公司使用電鍍方式替代絲網(wǎng)印刷，與普通的印刷使用低溫銀漿對(duì)比，成本大幅下降。具體過(guò)程包括六步：PVD做銅種子層、邊緣刻蝕、正反覆蓋干掩膜、電鍍、去掩膜和反刻種子層。
綜合來(lái)看，我們認(rèn)為絲網(wǎng)印刷未來(lái)可實(shí)現(xiàn)降低銀漿成本的目標(biāo)，較電鍍具備更強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。電鍍的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)雙面電鍍。這意味著電池正背面金屬化可以同時(shí)完成，這也與HIT雙面電池的本質(zhì)相符合，同時(shí)銅的使用會(huì)節(jié)省成本。但電鍍也有工藝復(fù)雜、附著力差、廢水處理等難題亟待解決，存在環(huán)評(píng)存在無(wú)法通過(guò)的風(fēng)險(xiǎn)，目前的市場(chǎng)份額較小。絲網(wǎng)印刷的優(yōu)點(diǎn)是速度較快，但低溫銀漿用量大，成本較高，減少銀漿用量也是未來(lái)HIT電池降低成本的方式之一。隨著SmartWire技術(shù)的滲透率提高，預(yù)計(jì)無(wú)主柵是未來(lái)當(dāng)前主流技術(shù)路線，銀漿的用量有望降低70%（目前1.8元/片，未來(lái)有望是0.6元/片，每片可以降低1.2元），因此絲網(wǎng)印刷技術(shù)是絕對(duì)的主流，且降本空間大。
據(jù)Meyer Burger首席技術(shù)官Gunter Erfurt表示，低溫固化漿料仍有很大的改進(jìn)空間。但是將來(lái)肯定會(huì)有更多特定的漿料產(chǎn)品可供選擇，且會(huì)有更多降低漿料成本的方法出現(xiàn)。
3.6. Meyer Burger：國(guó)際光伏行業(yè)龍頭，布局HIT時(shí)間早且研發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯
瑞士Meyer Burger公司成立于1953年，專業(yè)從事光伏（太陽(yáng)能）、半導(dǎo)體、光電行業(yè)的創(chuàng)新系統(tǒng)和生產(chǎn)設(shè)備。
公司是國(guó)際光伏行業(yè)龍頭，布局HIT電池時(shí)間早，目前已收到新加坡REC的設(shè)備采購(gòu)訂單。在光伏行業(yè)，公司以其應(yīng)用于傳統(tǒng)電池和PERC太陽(yáng)能電池鈍化的PECVD沉積設(shè)備而聞名，從十多年前著手研發(fā)HIT電池，是HIT技術(shù)的先驅(qū)。2018年5月，法國(guó)著名研究機(jī)構(gòu)國(guó)家太陽(yáng)能研究所（CEA INES）通過(guò)與梅耶博格合作，創(chuàng)下了72片異質(zhì)結(jié)（HIT）太陽(yáng)能電池片組件的新紀(jì)錄：輸出功率達(dá)到410W。這一冠軍組件采用了公司的工業(yè)級(jí)電池片生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)的異質(zhì)結(jié)電池片，設(shè)備產(chǎn)能達(dá)2,400片/小時(shí)，是CEA INES試產(chǎn)線的一部分。此外，該組件的連接采用了梅耶博格SmartWire智能網(wǎng)柵連接技術(shù)（SWCT）。歐洲和亞洲的幾家公司已從 Meyer Burger購(gòu)買HIT和SmartWire設(shè)備。公司于2018年12月收到新加坡REC建立600MW異質(zhì)結(jié)和智能網(wǎng)線技術(shù)生產(chǎn)線的購(gòu)買訂單，也是公司目前收到的最大的關(guān)于HIT電池的設(shè)備采購(gòu)訂單。
表4：目前可以提供HIT電池關(guān)鍵設(shè)備的廠商列表
HELiA PVD設(shè)備通過(guò)濺射方法使用透明導(dǎo)電氧化物（TCO）完成雙面鍍膜，無(wú)需翻轉(zhuǎn)硅片，且過(guò)程包含邊緣絕緣，這意味著邊緣絕緣不需要額外的步驟，該設(shè)備應(yīng)用于HIT電池生產(chǎn)過(guò)程中的第三步工藝。它能有效提高旋轉(zhuǎn)靶材的利用率和產(chǎn)量，并降低生產(chǎn)成本。該設(shè)備在薄膜質(zhì)量和容量方面與Meyer Burger的 PECVD 設(shè)備相匹配，兩種設(shè)備的產(chǎn)能均為2400片/小時(shí)。
圖30：HELiA是“高效低雜質(zhì)設(shè)備”的簡(jiǎn)稱，該平臺(tái)用于完成兩種異質(zhì)結(jié)電池片鍍膜工藝
對(duì)比國(guó)際設(shè)備龍頭，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商有望實(shí)現(xiàn)在HIT技術(shù)滲透率提高過(guò)程中實(shí)現(xiàn)彎道超越。光伏電池的技術(shù)革新既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。一方面，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商可依靠設(shè)備的產(chǎn)能提升、多元化與國(guó)產(chǎn)化發(fā)展，降低HIT電池的初始投資，目前HIT電池難以大規(guī)模應(yīng)用的最大難點(diǎn)在成本方面，因此國(guó)產(chǎn)化有望推動(dòng)國(guó)內(nèi)HIT電池大規(guī)模應(yīng)用；另一方面，HIT電池將PERC電池的工藝由8道減少為4道，即生產(chǎn)HIT電池的四個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的設(shè)備也會(huì)相應(yīng)改變，這將催生新的設(shè)備需求，新型的國(guó)內(nèi)設(shè)備提供廠商有望實(shí)現(xiàn)彎道超車。
寧德時(shí)代吳凱...
天合光能陳奕...
劉巖: 追光行...
黃震院士：大...