HIT的發(fā)展趨勢
在現(xiàn)在的生活中,太陽能產(chǎn)品處處可見,人們用太陽能煮飯,還有太陽能熱水器等等,無處不見太陽能產(chǎn)品,當(dāng)然,最重要的還是太陽能發(fā)電,但是目前的技術(shù)并不能讓人們很好利用太陽能發(fā)電。受益于異軍突起的HIT光伏電池概念股,近期光伏概念指數(shù)大漲。1月7日,光伏板塊有超過10家個股漲停,其中異質(zhì)結(jié)電池(HIT)概念股捷佳偉創(chuàng)、山煤國際、東方日升、金辰股份、邁為股份全部漲停。消息面,機構(gòu)近期密集關(guān)注HIT,招商證券指出:“綜合產(chǎn)業(yè)端的現(xiàn)狀,HIT電池產(chǎn)業(yè)化在加速,并且可能正在醞釀著突破。”。
HIT是“異質(zhì)結(jié)”電池技術(shù)的英文簡稱,簡單說就是一種全新的光伏電池生產(chǎn)技術(shù)。HIT技術(shù)具有幾方面優(yōu)勢:光電轉(zhuǎn)換效率高,性能優(yōu)異,降成本空間大,平價上網(wǎng)前景好。作為電池技術(shù)解決方案之一,HIT技術(shù)一度被業(yè)內(nèi)稱為下一代商業(yè)光伏生產(chǎn)的候選技術(shù)之一。
從HIT光伏電池發(fā)展歷史看,近期才真正開始出現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破。2019年,國內(nèi)企業(yè)漢能研發(fā)效率達25.11%,晉能和鈞石研發(fā)效率接近25%,量產(chǎn)效率站上24%。靶材和銀漿國產(chǎn)化也取得了重大突破,HIT降低成本的路徑越來越清晰,性價比不斷提升,布局HIT的企業(yè)從早期7家拓展到了目前的約20家。未來,隨著光伏電池技術(shù)革新帶來產(chǎn)業(yè)繁榮,光伏市場規(guī)模有望保持高速增長,也將為相關(guān)上市公司股價提供有力支撐。
何為HIT?
1、HIT電池結(jié)構(gòu)和原理
HIT是Heterojunctionwith Intrinsic Thin-layer的縮寫,意為本征薄膜異質(zhì)結(jié),因HIT已被日本三洋公司申請為注冊商標(biāo),所以又被稱為HJT或SHJ(Silicon Hetero junctionsolar cell)。該類型太陽能電池最早由日本三洋公司于1990年成功開發(fā),當(dāng)時轉(zhuǎn)換效率可達到14.5%(4mm2的電池),后來在三洋公司的不斷改進下,三洋HIT電池的轉(zhuǎn)換效率于2015年已達到25.6%。2015年三洋的HIT專利保護結(jié)束,技術(shù)壁壘消除,是我國大力發(fā)展和推廣HIT技術(shù)的大好時機。
下圖是HIT太陽能電池的基本構(gòu)造,其特征是以光照射側(cè)的p-i型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)和背面?zhèn)鹊膇-n型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)夾住晶體硅片,在兩側(cè)的頂層形成透明的電極和集電極,構(gòu)成具有對稱結(jié)構(gòu)的HIT太陽能電池。
2、HIT電池工藝流程
HIT電池的一大優(yōu)勢在于工藝步驟相對簡單,總共分為四個步驟:制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO制備、電極制備。制備的核心工藝是非晶硅薄膜的沉積,其對工藝清潔度要求極高,量產(chǎn)過程中可靠性和可重復(fù)性是一大挑戰(zhàn),目前通常用PECVD法制備。HIT電池的制備工藝步驟簡單,且工藝溫度低,可避免高溫工藝對硅片的損傷,并有效降低排放,但是工藝難度大,且產(chǎn)線與傳統(tǒng)電池不兼容,設(shè)備資產(chǎn)投資較大。
3、優(yōu)勢和特點
HIT電池具有發(fā)電量高、度電成本低的優(yōu)勢,具體特點如下:
(1)低溫工藝HIT電池結(jié)合了薄膜太陽能電池低溫(<250℃)制造的優(yōu)點,從而避免采用傳統(tǒng)的高溫(>900℃)擴散工藝來獲得p-n結(jié)。這種技術(shù)不僅節(jié)約了能源,而且低溫環(huán)境使得a_Si:H基薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度等可以較精確控制,工藝上也易于優(yōu)化器件特性;低溫沉積過程中,單品硅片彎曲變形小,因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(約80μm);同時低溫過程消除了硅襯底在高溫處理中的性能退化,從而允許采用“低品質(zhì)”的晶體硅甚至多晶硅來作襯底。
(2)雙面電池HIT是非常好的雙面電池,正面和背面基本無顏色差異,且雙面率(指電池背面效率與正面效率之比)可達到90%以上,最高可達96%,背面發(fā)電的優(yōu)勢明顯。
(3)高效率目前HIT電池的實驗室效率已達到23%,市售200W組件的電池效率達到19.5%。
(4)高穩(wěn)定性HIT電池的光照穩(wěn)定性好,理論研究表明非品硅薄膜/晶態(tài)硅異質(zhì)結(jié)中的非晶硅薄膜沒有發(fā)現(xiàn)Staebler-Wronski效應(yīng),從而不會出現(xiàn)類似非晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率因光照而衰退的現(xiàn)象;HIT電池的溫度穩(wěn)定性好,與單晶硅電池-0.5%/℃的溫度系數(shù)相比,HIT電池的溫度系數(shù)可達到-0.25%/℃,使得電池即使在光照升溫情況下仍有好的輸出。
(5)無光致衰減困擾晶硅太陽能電池最重要的問題之一就是光致衰減,而HIT電池天然無衰減,甚至在光照下效率有一定程度的增加,上海微系統(tǒng)所在做HIT光致衰減實驗時發(fā)現(xiàn),光照后HIT電池轉(zhuǎn)換效率增加了2.7%,在持續(xù)光照后同樣沒有出現(xiàn)衰減現(xiàn)象。
(6)對稱結(jié)構(gòu)適于薄片化HIT電池完美的對稱結(jié)構(gòu)和低溫度工藝使其非常適于薄片化,上海微系統(tǒng)所經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn),硅片厚度在100-180μm范圍內(nèi),平均效率幾乎不變,100μm厚度硅片已經(jīng)實現(xiàn)了23%以上的轉(zhuǎn)換效率,目前正在進行90μm硅片批量制備。
(7)低成本HIT電池的厚度薄,可以節(jié)省硅材料;低溫工藝可以減少能量的消耗,并且允許采用廉價襯底;高效率使得在相同輸出功率的條件下可以減少電池的面積,從而有效降低了電池的成本。
此外,影響HIT產(chǎn)業(yè)化的重要因素之一即成本問題。HIT電池BOM成本前四項為硅片、導(dǎo)電銀漿、靶材、制絨添加劑。針對這幾個高成本部分,可進行專項降本,包括降低原材料的消耗量、關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化、關(guān)鍵原材料的國產(chǎn)化、新技術(shù)的導(dǎo)入等。
4、發(fā)展現(xiàn)狀
從需求端看,由于HIT成本較高,國內(nèi)外市場需求不足。因此,HIT太陽能電池的量產(chǎn)存重大挑戰(zhàn)。從供給端來看,主要是由于HIT生產(chǎn)設(shè)備成本高,導(dǎo)致并未實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),性價比優(yōu)勢不明顯。目前HIT需要新建產(chǎn)線,不能利用原有產(chǎn)線,初始投資很高,進口生產(chǎn)設(shè)備約為8億~10億元/吉瓦,國產(chǎn)設(shè)備約為5億~8億元/吉瓦,是PERC產(chǎn)線的2~3倍。
晉能科技總經(jīng)理楊立友公開表示,HIT進入大規(guī)模量產(chǎn)需要同時滿足三個要求:轉(zhuǎn)換效率達到24.5%,成本不能高于單晶PERC的15%,設(shè)備初始投資不能超過單晶PERC的1.25倍。依此標(biāo)準(zhǔn)來看,HIT還處于小范圍示范階段,距離大規(guī)模量產(chǎn)還有一段路要走。對此,第三方機構(gòu)國際“光伏技術(shù)線路線”(TRPV)預(yù)測,HIT市場份額將從2018年的3%增加到2025年的10%。
全球領(lǐng)先的瑞士太陽能設(shè)備公司梅耶博格公司預(yù)測,HIT的市場份額2020年將達到8%,2023年將達到10%。而國內(nèi)最早做HIT的鈞石能源預(yù)測,2021年至2023年HIT裝機容量將擴產(chǎn)10吉瓦,到2025年HIT的市場份額將有望達到20%。目前太陽能還未能更好被人類利用,需要科研人員不斷努力,研究出更高效地產(chǎn)品,這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。