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光伏电池片及相关设备概览
日期:2020-06-30   [复制链接]
责任编辑:zhangchi_zrm 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
光伏电池片及相关设备概览

光伏电池片分类


2019年,我国光伏电池片产量为128GW,占全球产量的占比达83%,是电池片最大的生产国。随着光伏行业的稳步发展和电池片技术的不断革新,电池片厂商加速扩产,相关设备生产商也随之迎来快速发展。

按照材质不同,光伏电池片可分为晶硅电池和薄膜电池,目前晶硅电池是行业的主流,可进一步细分为多晶电池和单晶电池。单晶电池包括P型电池(硼扩散)和N型电池(磷扩散)两大类,目前P型电池的占比较高,但N型电池的转换效率上限高于P型电池,是未来的主流方向。

根据CPIA(中国光伏行业协会)的数据,各类材质电池片的市场占有率情况如下:

按照电池结构不同,光伏电池片可分为AL-BSF、PERC、PERT、TOPCON、HIT、IBC等类别,具体如下:


目前,AL-BSF已经逐步被淘汰,PERC是市场主流产品,PERT的经济性较差,TOPCON是PERC的改进产品,HIT有望成为下一代主流产品,IBC则尚需进一步技术突破。PERC、TOPCON、HIT的基本情况对比如下:


PERC电池及相关设备情况

PERC电池已成为市场主流


PERC电池因为良好的背表面钝化而具有较高的转换效率,是目前产业界认为最有潜力的高效电池技术之一。与常规电池工艺相比,PERC电池主要增加了背面钝化和激光打孔两道工艺。背面钝化工艺在硅片背面沉积三氧化二铝和氮化硅,三氧化二铝由于具备较高的电荷密度,可以对P型表面提供良好的钝化;氮化硅主要作用是保护背部钝化膜,并保证电池背面的光学性能。激光打孔工艺是利用一定脉冲宽度的激光去除部分覆盖在电池背面的钝化层和氮化硅覆盖层,以使丝网印刷的铝浆可以与电池背面的硅片形成有效接触,从而使光生电流可以通过铝背场导出。

PERC电池目前成为电池升级的主流方向,主要在于以下优点:1)电池效率提升明显,多晶电池可提升1-1.2%,单晶电池可提升1.2-1.5%;2)产线升级方便,在传统AL-BSF电池工艺的基础上增加两个工序即可。PERC电池的缺点在于其效率提升存在极限。

根据Energy Trend(集邦新能源网)统计的数据,2019年排名前15的电池片厂商的PERC产能已超过100GW,且未来几年仍将保持高速增长,各厂商PERC具体产能情况如下:

PERC电池的生产过程及相关设备

PERC电池的生产共分为9步,相较于上一代AL-BSF电池新增了氮化硅背面、激光开槽两个环节,可以在原有AL-BSF电池生产线的基础上通过增加沉积设备和激光开槽设备来实现。PERC电池的具体生产环节如下:

上述生产过程主要涉及以下设备:

制绒设备:利用碱对单晶硅表面的各向异性腐蚀,工业生产中一般采用成本较低的氢氧化钠或氢氧化钾稀溶液来制备绒面。目前国内外的设备厂家包括RENA、施密德、捷佳伟创、晶洲装备等。国内以捷佳伟创为代表的设备企业在产能、控温精度、自动配补液精度等方面的性能已经达到世界先进水平。

扩散设备:扩散主要是电池片制P-N结的过程,扩散工艺的好坏直接影响电池片效率的多少,核心技术指标是扩散方阻均匀性、控温精度和稳定性、工艺时间等。扩散炉的提供厂家包括Tempress、Centrotherm、捷佳伟创、丰盛装备、北方华创等。

钝化设备:目前PERC电池中钝化工艺主要包括两种方式:1)使用PECVD(等离子体化学气相沉积)设备一次性完成三氧化二铝和氮化硅膜的层叠;2)使用ALD(原子层沉积)设备完成三氧化二铝镀膜,PECVD完成氮化硅镀膜。相对于传统的沉积工艺而言,ALD在膜层的均匀性、阶梯覆盖率以及厚度控制等方面都有较大优势。ALD的设备厂商包括Solay tec、理想能源、江苏微导等。PECVD分为板式PECVD和管式PECVD,其中板式PECVD的设备和工艺更为稳定,主要厂商为Meyer Burger;管式PECVD设备的主要厂商为Centrotherm、捷佳伟创、丰盛装备。

丝网印刷:丝网印刷设备主要是依次完成背场、背电极、正栅线电极的制作,目前主要厂商包括Baccini、迈为股份、科隆威等。

激光开槽:激光开槽设备是利用一定脉冲宽度的激光在去除部分覆盖在电池背面的钝化层和SiNx覆盖层,以使丝网印刷的铝浆可以与电池背面的硅片形成有效接触,从而使光生电流可以通过AL层到处。

目前PERC电池设备国产化率较高,除了技术要求极高的板式PECVD需要进口外,其他国内设备厂家已经具有很强的竞争力,在下游客户降本增效的需求下,市场占有率有望进一步提高。根据CPIA的数据, 2019年PERC产线的平均投资成本已经降至3.03亿元/GW,同比下降27.86%,且未来仍有进一步下降空间,预计至2025年可下降至2.00亿元/GW。

PERC+电池

在PERC电池的基础上,已逐步衍生出PERT、TOPCON两项新技术,两者均为N型电池。

PERT是典型的双面电池并且能够兼容N型硅片,能够通过背面扩散形成背场,实现背面的效率增益。然而,与PERC双面电池相比,PERT电池并没有成本或效率上的明显优势,已经被证明为不经济的路线。

TOPCON是在电池背面制备一层超薄的二氧化硅和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者形成的钝化层能够很大程度上降低背面复合,从而提升N型电池的效率。TOPCON仅需在PERC的基础上增加LPCVD(低压化学气相沉积)的设备,能够较好的与目前量产工艺兼容,便于产线升级,预计未来将占有一定比例的市场,目前需要进一步提升背面收光的效率。

PERC、PERT、TOPCON三种电池片的基本情况对比如下:


HIT电池及相关设备情况

HIT电池有望成为下一代主流产品


HIT电池最早由日本三洋公司在1990年开发,是通过晶体硅基板和非晶体硅薄膜混合制成的太阳能电池,是N型电池的一种,在钝化效果、稳定性、转化效率、迁移率以及能量损耗方面相较于其他的技术路线有一定优势。由于HIT已经被三洋公司注册为商标,异质结电池有时又被称为HJT或HDT。

相较于目前市场主流的PERC电池,HIT的优势主要体现在:

1)结构对称、工艺简单、设备较少。HIT电池是在单晶硅片的两面分别沉积本征层、掺杂层和TCO以及双面印刷电极,其结构对称、工艺相对简单。

2)低温制造工艺。HIT电池采用硅基薄膜工艺形成P-N结发射区,制程中的最高温度就是非晶硅薄膜的形成温度,避免了传统晶体硅电池形成P-N结的高温,可以降低能耗、减少对硅片的热损伤。

3)获得较高的转换效率。HIT电池中的本征薄膜能有效钝化晶体硅和掺杂非晶硅的界面缺陷,形成较高的开路电压。

HIT电池由于其较高的转换效率、较少的工序以及已经有量产实绩,已成为下一代高效电池的主要发展方向,但目前仍然存在设备投资较高、低温组件封装工艺不成熟、透明导电膜成本较高等问题。

HIT电池的生产过程及相关设备

HIT电池的生产共分为4步,但其中的非晶硅沉积、TCO(透明氧化物导电薄膜)沉积工艺的技术难度较高,需要进行多层镀膜,且生产过程中对于清洁度的要求更为苛刻。HIT电池的具体生产环节如下:

上述生产过程主要涉及以下设备:

制绒清洗:与常规电池相似,通过刻蚀去除硅片表面的损伤层,然后进行制绒处理。虽然HIT电池和PERC电池的制绒清洗设备功能相近,但是比PREC电池要求更高,主要厂商有日本YAC、Singulus和捷佳伟创。

非晶硅膜层镀膜:在硅片两侧沉积本征非晶硅薄膜,然后在硅片两侧沉积极性相反的掺杂非晶硅薄膜。该步骤取代了传统PERC工艺中的扩散工艺,是构造异质结结构的关键,难度较高,主要设备包括PECVD、CAT-CVD等,相比于平面镀膜工艺的PECVD具备自动化设备用量少、镀膜均匀、生产节奏快等明显优点,纵向层叠式工艺的CAT-CVD设备虽然的薄膜质量高、系统简单,但是对自动化要求高,且设备复杂成本高,不容易做大规模。目前相关设备以进口为主,PECVD的供应商有Meyer Burger(梅耶博格)、AMAT(应用材料)等,国内迈为股份和理想能源也研发了PECVD设备;CAT-CVD的供应商有ULVAC(日本真空)和捷佳伟创(和日本真空合作)。

TCO镀膜:在两侧镀上透明氧化物导电薄膜,包括RPD(反应等离子体沉积)和PVD(物理化学气象沉积)两种方法。RPD技术主要由日本住友重工掌握,国内捷佳伟创在获得住友重工授权以后进行研发制造,并实现了在通威产线的应用。目前应用较多、技术成熟的是PVD工艺,大部分设备厂商采用此技术,国外主流厂商为Meyer Burger,国内包括钧石能源、迈为股份、红太阳等。

丝网印刷:利用丝网印刷工艺采用银浆在硅片正面和背面印刷细栅,主要供应商包括Baccini(AMAT的子公司)、迈为股份、捷佳伟创,其中以丝网印刷机起家的迈为股份具备较为明显的优势。

HIT电池设备投资成本较高,根据东方日升2.5GW高效太阳能电池的项目投资来看,其设备总额为25亿元,单GW投资额为10亿元,远高于PERC的设备约2-3亿元的投资额。HIT技术的进一步普及有赖于设备价格的大幅下降,目前PECVD占所有设备的投资额比例达到40-50%,因此PECVD设备的价格下降是HIT技术推广普及的关键。

电池片设备的相关企业

捷佳伟创(300724.SZ)

公司成立于2003年,主营业务产品包括单/多晶制绒设备、管式扩散氧化退火炉、酸抛光及碱抛光设备、管式等离子体淀积炉、智能自动化设备、全自动丝网印刷设备等六大产品系列。公司已为全球200多家光伏电池生产企业,近900条电池生产线提供设备和服务,是全球领先的晶体硅太阳能电池设备供应商。

除丝网印刷外,公司基本涵盖了电池片生产的主要设备,包括PECVD设备(市占率50-60%)、扩散炉(市占率50%)、制绒设备(市占率70-80%)、刻蚀设备(市占率30%)、清洗设备(市占率70-80%)、自动化设备(市占率20%)等。公司产品合计价值量占整体产线整体投资额的60%以上,并且在各环节基本处于龙头地位,其中PECVD设备每年营收占比均超过30%,是公司核心业务。

公司为积极应对市场和技术的变化,以高效率、高产能和智能化为研发方向,超洁净HIT单晶制绒清洗设备研发、透光导电薄膜设备(RPD设备)研发、金属电极丝网印刷线研发已基本完成,进入工艺验证阶段,HIT整线生产设备国产化正在积极推进中;背钝化技术氧化铝镀膜设备研发已形成批量生产销售;TOPCON电池工艺技术钝化设备研发已进入工艺验证阶段;主营产品高温扩散氧化退火炉、管式等离子体沉积炉、湿法设备、自动化设备的研发也向大产能、高度自动化、集成化方向发展。

捷佳伟创最近三年主要财务数据如下:

迈为股份(300751.SZ)

公司成立于2010年,主营产品为太阳能电池丝网印刷生产线成套设备,主要应用于光伏产业链的中游电池片生产环节,包括核心设备全自动太阳能电池丝网印刷机和自动上片机、红外线干燥炉等生产线配套设备,现已与光伏行业巨头通威太阳能、晶科能源、隆基乐叶、协鑫、阿特斯、天合光能等建立了长期合作关系。

公司的丝网印刷机打破了进口垄断的格局,2019年在全球新增市场的占有率已超过90%,具有绝对领先优势,产品性能优于主要竞争对手Baccini,且价格低10%-20%。在现有光伏设备的基础上,公司相继进入光伏激光设备、叠瓦组件设备等光伏上下游设备领域,并进入了OLED显示装备领域。

迈为股份最近三年主要财务数据如下:

帝尔激光(300766.SZ)

公司成立于2008年,主营业务产品包括PERC激光消融设备、SE激光掺杂设备、MWT系列激光设备、全自动高速激光划片/裂片机、LID/R激光修复设备、激光扩硼设备等,涵盖多种类型高效太阳能电池工艺,目前已经发展成为世界领先的原创性高效太阳能电池激光加工设备供应商,设备应用于全球超过70%的PERC产能。

帝尔激光最近三年主要财务数据如下:



原标题: 光伏电池片及相关设备概览
 
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