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光伏依賴制造業(yè)特質(zhì)降本增效的路徑已接近天花板，技術(shù)升級將成為光伏企業(yè)競爭的主賽場。

過去二十多年，光伏制造的成本通過完善生產(chǎn)工藝、擴大生產(chǎn)規(guī)模降低了90%以上；同時，占據(jù)市場主流的光伏電池轉(zhuǎn)換效率從12%提升到了23%左右——繼續(xù)提高效率必須倚賴技術(shù)革新。

光伏電池技術(shù)更迭已進入關(guān)鍵節(jié)點，更高效的電池已經(jīng)量產(chǎn)。所有光伏企業(yè)都必須調(diào)整產(chǎn)線，選擇一條更高效的新技術(shù)路線，否則就將被淘汰或被邊緣化。

大量涌入的資本是催促光伏技術(shù)加速更迭的另一主因。2022年中國光伏企業(yè)的融資總額達1362億元，是2019年的近4倍，推動產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)產(chǎn)能都超過2019年的3倍。這些新投產(chǎn)能都采用新技術(shù)路線，新技術(shù)產(chǎn)品的產(chǎn)量一到兩年內(nèi)就將超過目前的主流電池產(chǎn)量。屆時，新舊產(chǎn)能將開始大規(guī)模替換。

搶位新技術(shù)

光伏制造業(yè)從上游到下游分為硅料、硅片、電池片和組件四個環(huán)節(jié)。電池轉(zhuǎn)換效率決定了光伏發(fā)電整體的效率，不同的電池技術(shù)對上下游產(chǎn)品有不同的要求。根據(jù)硅片襯底不同，晶硅光伏電池分為P型和N型。此前，光伏主流電池使用的是P型硅片；如今，從P型向N型的轉(zhuǎn)型已經(jīng)開始。

P型的BSF（鋁背場電池）是上一代主流光伏電池，同為P型的PERC電池是當前的主流產(chǎn)品；N型電池轉(zhuǎn)換效率更高，目前量產(chǎn)的主要有TOPCon和HJT兩種N型電池。

BSF電池占據(jù)光伏市場主流的位置十多年，PERC電池占據(jù)主流位置的時間縮短至六年，預(yù)計2024至2025年間，PERC的主流位置將被替代。

目前看，最有希望接棒主流光伏電池位置的是TOPCon電池，其于2022年開始量產(chǎn)。HJT緊隨其后，從2023年開始大規(guī)模量產(chǎn)。

中國光伏協(xié)會發(fā)布的《2022-2023年中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖》顯示，2022 年，量產(chǎn)的PERC 電池平均光電轉(zhuǎn)換效率為23.2%。量產(chǎn)的TOPCon電池平均轉(zhuǎn)換效率達到24.5%，量產(chǎn)的異質(zhì)結(jié)電池平均轉(zhuǎn)換效率達到 24.6%。電池效率提高1個百分點，意味著每平方米光伏組件一年可多發(fā)12.5度電（根據(jù)行業(yè)平均數(shù)估算）。

業(yè)內(nèi)普遍認為，由于資本的巨大推動力，這兩款電池將在兩三年內(nèi)快速成為主流。不過，TOPCon和HJT皆為過渡性產(chǎn)品，兩者最終皆需要與鈣鈦礦電池疊加，產(chǎn)生一種更高效的疊層光伏電池，預(yù)期光電轉(zhuǎn)化效率可超過30%。

多數(shù)廠商投資建設(shè)TOPCon產(chǎn)線，是因為現(xiàn)在沒有一種技術(shù)能超越它的性價比。HJT效率優(yōu)勢更明顯，工藝流程更簡短，但其成本降低的速度較慢，現(xiàn)在還是非主流的產(chǎn)品。未來，這兩種技術(shù)會在較長一段時間內(nèi)共存，但市場份額有所不同，主要看誰的性價比更高。

新舊產(chǎn)能的替換將在未來兩年內(nèi)展開。據(jù)中國光伏協(xié)會統(tǒng)計，2022年中國光伏電池片總產(chǎn)能為505.5GW，產(chǎn)量為330.6GW 。其中，PERC 電池片市場占比下降至 88%；TOPCon電池片市場占比約 8.3%，合27.4GW；異質(zhì)結(jié)電池片市場占比約 0.6%，合2GW。

根據(jù)招商證券、PV-tech統(tǒng)計，2022年公布的TOPCon電池擴產(chǎn)規(guī)模達400-500GW。截至2023年5月中旬，投產(chǎn)的TOPCon電池產(chǎn)能大致在100 GW，滿產(chǎn)運行的容量大致在70GW。預(yù)計2023年全年的TOPCon電池出貨量在100GW上下，大約是2022年的4倍。

工廠建設(shè)和產(chǎn)線達到滿產(chǎn)所需的爬坡時間總共約一年，因此，2024年將是TOPCon電池產(chǎn)能規(guī)模大幅增長的年份。中信建投證券發(fā)布的研報統(tǒng)計，2023年TOPCon產(chǎn)能在372GW左右，到2024年年底，建成產(chǎn)能將達到635GW。這一數(shù)字將超過建成的PERC電池產(chǎn)能。

HJT電池的產(chǎn)能建設(shè)速度目前相對TOPCon較慢。據(jù)國信證券統(tǒng)計，截至2023年7月，國內(nèi)光伏企業(yè)HJT電池現(xiàn)有及規(guī)劃產(chǎn)能超過214.6GW。

華晟新能源董事長徐曉華表示，與TOPCon相比，HJT的設(shè)備供應(yīng)和原物料供應(yīng)相對有限，對團隊掌握的技術(shù)水平要求較高，必須要有半導(dǎo)體與薄膜電池的技術(shù)與經(jīng)驗積累，這樣的團隊比較稀缺。因此，HJT比較適合有能力的新公司和有積累的龍頭企業(yè)做。

中國光伏協(xié)會預(yù)計，到2025年，TOPCon和HJT兩者總共的市場占比將超過50%；到2030年，HJT電池的市場占比將與TOPCon接近，兩者一共將占據(jù)約7成的市場份額。

協(xié)鑫集成執(zhí)行總裁蔣衛(wèi)朋說，現(xiàn)階段TOPCon技術(shù)的性價比更高，未來HJT與鈣鈦礦疊層理論上更適合，所以，公司先建了TOPCon的量產(chǎn)產(chǎn)線，同時籌建HJT中試產(chǎn)線。協(xié)鑫集成的母公司協(xié)鑫集團擁有中國最大的鈣鈦礦電池中試產(chǎn)線。

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新，穿透紅海入藍海

解決成本問題需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新，突破工藝和設(shè)備供應(yīng)的難關(guān)。

工藝優(yōu)化和設(shè)備改進是控制成本的最佳手段。比如，6月，羅博特科出貨了首臺單體GW銅電鍍設(shè)備，將銅電鍍設(shè)備單臺產(chǎn)能從600MW提升到1GW，還減少了20%的占地面積，顯然將優(yōu)化光伏電池廠商生產(chǎn)成本。

同時，N型HJT電池想要大規(guī)模擴產(chǎn)，追趕N型TOPCon電池的腳步，還必須解決設(shè)備供應(yīng)的問題。根據(jù)上海有色網(wǎng)SMM調(diào)研，目前，國內(nèi)可量產(chǎn)HJT核心設(shè)備及整線設(shè)備的企業(yè)僅4家公司，HJT設(shè)備產(chǎn)能較為緊張。

產(chǎn)業(yè)鏈中游光伏設(shè)備企業(yè)擴大設(shè)備產(chǎn)能，提升設(shè)備技術(shù)是破局關(guān)鍵。國內(nèi)已實現(xiàn)HJT整線設(shè)備供應(yīng)能力的企業(yè)，比如邁為股份、捷佳偉創(chuàng)等，應(yīng)該更重視對包括設(shè)備投資額中占比過半的PECVD在內(nèi)的核心設(shè)備技術(shù)層面的突破。

無論如何，在當前行業(yè)激烈的競爭下，發(fā)展HJT電池“卷”出一條路是光伏企業(yè)的必然選擇。目前，越來越多光伏企業(yè)開始加入HJT電池生產(chǎn)線的投建大軍中。經(jīng)上海有色網(wǎng)SMM近期調(diào)研，國內(nèi)規(guī)劃布局HJT電池生產(chǎn)線的公司有46家左右，項目基地達59個以上。國內(nèi)HJT電池規(guī)劃產(chǎn)能達到308GW以上，相較年初規(guī)劃規(guī)模增長了163%。產(chǎn)能規(guī)劃最大的公司為華晟，其次東方日升。未來預(yù)計多家龍頭公司將進入HJT電池擴產(chǎn)大軍。

而來自下游的需求增長也一定會推動上游企業(yè)技術(shù)迭代和創(chuàng)新，以爭奪更多客戶。SMM預(yù)計，2024年將為HJT電池產(chǎn)能擴張大年，預(yù)計此后在N型電池市場獨具競爭優(yōu)勢。HJT有望在2025年之前量產(chǎn)單瓦成本低于PERC/Topcon電池成為市場主流，并在2027—2030年之間與鈣鈦礦優(yōu)勢結(jié)合大幅推動其市占率提升。

可以預(yù)見，以高效N型光伏產(chǎn)品為動力，光伏產(chǎn)業(yè)鏈上下游都將迎來新一輪強勁發(fā)展的機遇。

鈣鈦礦挑起薄膜電池大梁

薄膜電池是晶硅電池之外，光伏電池技術(shù)的另一個重要分支，具有很高的轉(zhuǎn)換效 率潛力。薄膜電池是指在玻璃或柔性基底上沉積若干層，構(gòu)成 PN 結(jié)或 PIN 結(jié)的半 導(dǎo)體光伏器件。其核心是吸收層材料，目前主要包括硅基薄膜、銅銦鎵硒（CIGS）、 碲化鎘（CdTe）、砷化鎵（GaAs）、鈣鐵礦電池及有機薄膜電池等，以及各類薄膜-薄 膜、薄膜-晶硅疊層電池。薄膜電池總體上具備材料消耗少、生產(chǎn)時間短、制備能耗 低、制造環(huán)節(jié)少、適配柔性組件、弱光效應(yīng)好、重量輕等特點。 CdTe 目前是主流薄膜電池。2021 年全球薄膜太陽電池的產(chǎn)能 10.7GW，產(chǎn)量 約為 8.28GW，同比增長 27.7%，主要是受 First Solar 產(chǎn)量增長的拉動。其中 CdTe 電池產(chǎn)量約為 8.03GW，其中國外 7.9GW，國內(nèi) 130MW，在薄膜太陽電池中占比為 97%；CIGS 電池的產(chǎn)量約為 245MW，其中國外 210MW，國內(nèi) 35MW，占比為 3%。 2021 年全球薄膜電池市場占有率僅為 3.8%，同比下降 0.2pct，其增速不及晶硅 組件。薄膜太陽電池雖然受晶硅電池產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的擠壓而被推向邊緣化，但在光伏 建筑一體化（BIPV）、可穿戴設(shè)備、移動能源領(lǐng)域具備特定優(yōu)勢，同時生產(chǎn)過程低碳 足跡，因此薄膜電池未來仍有較好的發(fā)展應(yīng)用前景。

鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率提升迅速。2009 年，首個鈣鈦礦太陽能電池被發(fā)明，而轉(zhuǎn) 換效率僅為 3.8%。但經(jīng)歷各國實驗室重視研發(fā) 14 年后，其效率就被提升至 26%。 而晶硅電池轉(zhuǎn)換效率從 5%左右發(fā)展至 26.81%用了 60 余年，理論極限轉(zhuǎn)換效率為 29.4%，目前晶硅電池已逐步接近轉(zhuǎn)換效率的天花板，反觀鈣鈦礦電池仍具備較大的 發(fā)展?jié)摿?，如單結(jié)、雙疊層、三疊層、四疊層理論最高轉(zhuǎn)換效率分別達 32.5%、44.3%、 50.1%、54.0%。

協(xié)鑫光電新建的 1m×2m 尺寸鈣鈦礦組件作為全球首條 100MW 量產(chǎn)線已進入 中試，目前組件轉(zhuǎn)化效率近 16%，預(yù)計 2023 年底組件轉(zhuǎn)換效率可達 18%。

大型化和疊層是主流趨勢

目前行業(yè)內(nèi)鈣鈦礦電池生產(chǎn)大多處于小規(guī)模試驗階段，三條 100MW 及以上中 試線已經(jīng)建成，并先后投入運營，首批量產(chǎn)組件已經(jīng)開始分布式應(yīng)用實踐。2022 年 小電池片實驗室最高轉(zhuǎn)換效率為 25.6%，玻璃基小組件最高轉(zhuǎn)換效率為 22.4% （26.02cm2）。處于小規(guī)模試驗線量產(chǎn)階段的玻璃基組件中試最高轉(zhuǎn)換效率達到 18.2%。

鈣鈦礦電池組件降本增效持續(xù)進行。根據(jù) CPIA 預(yù)測，2023 年平米級鈣鈦礦光 伏產(chǎn)品有望實現(xiàn) 17-19%的轉(zhuǎn)換效率，預(yù)期 2030 年可能提升至 25%。當前百兆瓦級 產(chǎn)線階段成本可以控制在 1.0-1.5 元/W，2025 年后 GW 級產(chǎn)線有望將成本降至 0.8 元/W；2028-2030 年 10GW 級產(chǎn)線有望將成本降至 0.6 元/W。

鈣鈦礦大型化是降本的必經(jīng)之路。由于鈣鈦礦中的涂布和真空濺鍍的環(huán)節(jié)，使其 與現(xiàn)有的 OLED 產(chǎn)業(yè)有較大的相似之處。以 OLED 不同代的生產(chǎn)線為例，6 代線相 比于 2.5 代線，不經(jīng)單屏面積有一定提升，年產(chǎn)能也從原有的 3 萬 m2 提升至 100 萬 m2，同時大面積制備能夠攤薄設(shè)備折舊、人工、材料等成本，使其成本達到 90 美元 /m2，僅為 2.5 代線的十分之一。

兩端疊層有望成為未來的主流趨勢。疊層電池技術(shù)路線豐富多樣，主要結(jié)構(gòu)有四 種。1）集成一體的兩端器件：兩個子電池通過復(fù)合層連接，容易集成到光伏系統(tǒng)中。 2）機械堆疊的四端器件：頂?shù)纂姵鬲毩⒅圃欤槐乜紤]工藝兼容問題，但需要三個 透明導(dǎo)電電極，寄生吸收大且制造成本高，同時需考慮外接兩種不同型號的逆變器。 3）光學(xué)耦合的四端器件：通過二向色鏡將穿過頂電池的光反射到底電池，但二向色 鏡成本極高。（4）串聯(lián)-并聯(lián)（S-P）疊層器件：存在電流匹配問題。

疊層電池是突破單結(jié)電池效率極限的重要方法。疊層電池通過將寬帶隙電池與 窄帶隙電池串聯(lián)，能更加合理地利用全光譜范圍內(nèi)的光子，寬帶隙+窄帶隙疊加可減 少帶外吸收和熱弛豫損失。一般來說，硅電池帶隙為 1.1eV，非常適合作疊層電池底電池，通過理論計算，再與一種帶隙 1.7eV 的頂電池相結(jié)合，可以實現(xiàn)效率超過 30% 的疊層電池。鈣鈦礦具有諸多優(yōu)點，是制造頂電池的優(yōu)異材料。

疊層電池結(jié)數(shù)越多理論轉(zhuǎn)換效率越高，但制造難度越大。從理論上來說，當一個 電池的結(jié)數(shù)越多，其轉(zhuǎn)換效率越高，這是因為可以在更窄的波長段去選取具備更加適 合帶隙的材料。例如單結(jié)、雙疊層、三疊層、四疊層理論最高轉(zhuǎn)換效率分別達 32.5%、 44.3%、50.1%、54.0%。

鈣鈦礦電池的 ITO 層需匹配合適的緩沖層。ITO 層的存在會使制備兩端結(jié)時相 對方便，但隧穿連接層不可省略。因為鈣鈦礦材料直接與 ITO 接觸會產(chǎn)生穩(wěn)定性的 問題，因此鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)疊層仍然需要額外的隧穿連接層，其對提升疊層電池的效率 方面也存在較大影響。

晶硅/鈣鈦礦疊層電池轉(zhuǎn)換效率不斷提升。2022 年 12 月德國柏林亥姆霍茲中心 （HZB）制備的硅鈣鈦礦串聯(lián)電池效率高達 32.5%，經(jīng)意大利認證機構(gòu)歐洲太陽能 測試裝置（ESTI）測試創(chuàng)下新的世界紀錄。此項記錄在兩年內(nèi)三次刷新，2021 下半 年，HZB 團隊通過周期性納米織物實現(xiàn)了 29.8%的光電轉(zhuǎn)化效率；2022 年夏天，瑞 士洛桑高等理工學(xué)院研制出轉(zhuǎn)換效率 31.25%的串聯(lián)電池。疊層電池未來有望替代昂 貴的Ⅲ/Ⅴ族化合物半導(dǎo)體電池—如砷化鎵、銦鎵磷和氮化鎵等。

異質(zhì)結(jié)電池與鈣鈦礦疊層最為適配：1）目前主流晶硅電池中，僅異質(zhì)結(jié)電池具 備透明導(dǎo)電層 TCO，可與鈣鈦礦疊層完美適配，后續(xù)改造難度小，工藝流程簡單， 升級優(yōu)化成本低；2）異質(zhì)結(jié)電池的對稱性結(jié)構(gòu)，可兼容正反型鈣鈦礦電池技術(shù)；3） 異質(zhì)結(jié)電池開路電壓高，因此與鈣鈦礦疊層串聯(lián)輸出電壓高，從而保障鈣鈦礦/異質(zhì) 結(jié)疊層電池效率較高；4）異質(zhì)結(jié)電池和鈣鈦礦電池制備均屬于低溫工藝，工藝溫度 上較為適配。

截至 2023 年 2 月底，國內(nèi)已有協(xié)鑫光電、纖納光電和極電光能等 3 條百兆瓦以 上產(chǎn)能鈣鈦礦產(chǎn)線投產(chǎn)。其中，協(xié)鑫光電和纖鈉光電的產(chǎn)線產(chǎn)能分別為 100MW，極 電光能的為 150MW，此外，許多實驗室小線已經(jīng)建成或正在建設(shè)。

原標題：光伏競爭來到最激烈的賽場，兩大路線推進中，誰能拔得技術(shù)頭籌？