BC是新的平台型电池架构,在行业头部企业的持续投入与迭代过程中,提效降本取得显著进展,预计BC后续可能在屋顶分布式等领域逐步具有竞争力。当前N型主力仍是TOPCon,即便经过过去2年的高效迭代,TOPCon后续在制程工艺、材料体系等方面仍有很可观的提效降本空间。
摘要
BC是全新平台型技术方案。BC电池(Back Contact Cell)改变传统光伏电池的载流子流向,区别PERC等电池PN结纵向分布,BC射区、基区及对应金属化电极呈指装交叉分布位于电池背面,规避正面的光线遮挡,短路电流密度更高,同时由于无需考虑正面光学影响,可更专注于电池性能提升,形成更好的表面钝化方案,此外BC电池背面电极可以采用较宽的金属栅线来降低内阻,提升填充因子,叠加组件封装方案优化,BC电池正面效率表现也比较好。
BC提效降本获得突破,有望在屋顶等市场形成竞争力。隆基、爱旭等BC领先企业持续投入优化,BC路线不断刷新晶硅电池效率新高,参考头部企业披露数据当前量产效率在27%上下,组件效率超过24%。但BC工艺流程更长,设备、耗材、良率等因素造成其成本偏高,估算其成本仍较TOPCon仍高8分/W或更高。综合考虑其产品特点,BC电池可能在高价值屋顶等不需要双面率的市场具有竞争力。
TOPCon仍有相当大的提效降本潜力。自2022年产业化以来,领先TOPCon企业高效带动完成SE、双插、LECO等升级,电池效率不断提升,非硅成本由0.2附近降至0.14上下。而结合近期的产业反馈,当前的TOPCon远未开发完全,后续潜在的0BB、Poly/LECO优化、金属化方案升级等带来超过1pct的升级,此外,TOPCon采用BC结构的TBC产品可能也会逐步起量。
风险提示:行业需求与价格战风险;海外专利技术风险;新技术不确定性。
具体推荐及投资建议,请参照正式报告
一、BC是全新的平台技术方案
1、背接触电池结构特征
常规晶体硅电池发射区、基区分别位于电池正背面,正面主细栅区域存在遮挡,影响电池转换效率。背接触电池改变光伏电池内部的电流流向,是差异化的光伏电池平台结构,其早期方案包括金属环绕贯穿电池(MWT)和发射区环绕贯穿电池(EWT)等,但产业化难度大,而IBC(interdigitated back-contact)电池成为最具潜力的背接触方案。
BC电池(Back Contact Cell)PN结交叉分布于背面,正面仅做光线入口,在光照条件下衬底半导体材料中的电子由价带跃迁至导带,形成电子-空穴对(与传统PERC、TOPCon一致),背面PN结内建电场作用下光生电子-空穴对分离,由于PN结排布区别传统电池,载流子流向也由简单的正背面流向变为背面PN区交叉分离,进而产生电势,经由栅线、焊带互联形成完整的电源结构,外电路导通时对外做功完成光电转换。
2、正面效率大幅提升
正面效率大幅度提升。光伏电池效率指到达太阳能电池表面的光能有效转变为电能的比例,即η=Pm/Pin=VOCISCFF/Pin。损失的主要来源可以分为1)光学损失(低能光子损失等)、2)电学损失(接触电压损失等)两类,BC电池提效的着力点包括增加入射光照量、减少复合、降低电学损失等几个维度:
1)增加受光:区别PERC、TOPCon等电池PN结纵向分布,BC射区、基区及对应金属化电极呈指装交叉分布位于电池背面,规避正面的光线遮挡,短路电流密度JSC更高。
2)优化钝化:同时由于无需考虑正面光学影响,可更专注于电池性能提升,形成更好的表面钝化方案,例如相较主流TOPCon仅做背面钝化,ABC电池P、N区均进行钝化处理,提升开路电压VOC,也由此形成多样化的xBC电池结构。
3)金属化改善:此外BC电池背面电极可以采用较宽的金属栅线来降低内阻Rs,提升填充因子FF。
4)组件封装效果更好:由于BC电池背面金属化,焊带无需前后弯折,电池片排布更紧密,实现更高CTM。
二、BC提效降本获得突破,有望在分布式等市场形成竞争力
1、BC电池不断刷新晶硅效率纪录
BC是全新的平台技术方案,底层发电原理与PERC、TOPCon、HJT等兼容。因此各类BC的区分度主要在于衬底选择、界面钝化方案等,形成PBC、TBC、HBC等多种xBC结构。
目前TBC产业化进程更领先,如爱旭ABC系列,2024年隆基新发布HPBC2.0也升级为N型衬底。
在过去2年N型电池的产业化迭代过程中,硅片、钝化接触方案、浆料等都在优化提升,同时隆基、爱旭等BC领先企业持续投入优化,BC路线不断刷新晶硅电池效率新高,参考头部企业披露数据当前量产效率在27%上下,组件效率超过24%。
2、成本持续优化
BC电池制造增加多道工序,以主流TOPCon及TBC作对比,TBC增加P区Poly钝化、多道激光开槽/掩膜图形化等工艺环节,且在组件封装环节增加绝缘胶涂覆等,设备及耗材用量整体有所增加,造成当前BC电池成本高于TOPCon等方案。近年来BC提效降本取得明显进展,结合目前调研粗略估算BC单W成本增量可能在8分-1毛上下。
参考企业公告,xBC单GW设备投资额在3亿上下,考虑工艺流程主要设备增量包括气相沉积、激光处理、金属化工艺设备(银/非银差异大)等环节。以6年折旧计,单W折旧额在5-6分。
BC电池栅线均在背面,为降低电学损耗,栅线宽高调整,银浆用量更大,估算对应非硅增加约2分左右。
此外产线工艺流程更长,能耗、人工等成本也有小幅增加,良率等因素增加批量生产成本。
3、有望在分布式等市场形成竞争力
BC电池正面效率高而双面率低于TOPCon等电池方案,理论上可以通过高正面转换率抵减背面发电量短板。
参照不同场景地面反射条件,测算转换效率增益如下表所示,考虑当前BC、TOPCon量产效率差额在1pct上下,双面率差额在20-30%区间(部分产品双面率超过70%,但可能需要考虑成本做最优解),在低反射率场景下,BC更具优势。
从光伏系统应用角度,相同版型下xBC组件较TOPCon功率更高形成溢价,参考目前BC电池实际成交价格,在部分场景已经形成全周期的回报率优势。
综合考虑其产品特点,BC电池可能在高价值屋顶等不需要双面率的市场具有竞争力。
三、TOPCon仍有显著的提效降本潜力
自2022年下半年以来,N型招标比例逐步提升,2023年8月以来,大部分项目N型比例在70%以上,部分项目要求全部N型,而2024年1-9月N型招标比例近9成,成为当前市场主力方案。
在过去2年TOPCon快速迭代升级。TOPCon是新一代光伏电池最先享受产业化红利的技术,全产业更多的资金资源投入对TOPCon技术形成正反馈,过去2年间TOPCon仍在持续快速迭代,包括LP双插、SE、LECO/LIF等升级。
从效率端看,2022年初量产TOPCon效率电池端在24.5%上下,考虑封损后组件效率22%左右,至当前领先量产TOPCon电池端效率达到26+%。
从成本端看,几个主要的成本增量,银浆耗量、设备投资、硅片厚度都在优化:1)银浆耗量由130mg降至80-90mg上下;2)设备投资由单GW 2亿下降0.4-0.5亿;3)硅片厚度由150μm降至当前约130μm。
TOPCon后续迭代包括0BB、边缘钝化、Poly层及金属化优化等,对应检测效率或由当前再提升1pct,同时成本进一步压缩。
□ 0BB:即在电池制造环节取消主栅线设计,将焊带与细栅连接接触,形成电流外送通路。0BB设计方案是SMBB的“极限化”,进一步放大其在成本及电学、光学角度的提效幅度。
□ 边缘钝化:组件封装大部分采用电池片切片封装工艺以降低电阻损失,提升组件功率。在电池激光切割过程使得电池片边缘裸露复合增加,降低电池片的转化效率。对边缘切割界面钝化能够修复损伤,同时降低组件端碎片率等。
□ Poly层减薄:TOPCon背面结构由隧穿氧化层SiOx+多晶硅n poly Si形成背面钝化接触结构,提供了良好的化学及场钝化性能,但Poly层同样存在寄生吸收的问题,降低Poly层的膜厚则是进一步提效的方向。此外,背面Poly层减薄后,还能够提升电池片背面透光度。
□ 代银浆料:银浆在光伏电池片的非硅成本占比越来越高,去银化成为光伏领域研发突破的焦点之一。除了电镀铜的思路,在现有丝网印刷基础上以铜(铝)浆替代银浆是业界关注的重要出路。近几年业界在铜浆领域获得了一定的进展,铜浆的产业化可能会加速。
□ LECO技术优化:在TOPCon电池正面金属化区域施加强激光脉冲,激光形成电流降低金属电极与硅基材料间的接触电阻,提升输出电压VOC,并优化FF,未来LECO技术的进一步可能带来电池效率的进一步提升。
风险提示
1、行业需求与价格战风险。
2、海外专利技术风险。
3、新技术不确定性。
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