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HJT六大降本方式

日期:2021-10-13    来源:未来智库网

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2021
10/13
11:05
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关键词: 异质结电池 光伏银奖 HJT电池

如何来降低HJT的成本?

降低HJT电池非硅成本是关键

HJT非硅成本占比高于PERC。HJT电池的成本主要由硅片、浆料、靶材、设备折旧和其他构成,成本占比分别为53%/25%/6%/5%/11%。目前HJT非硅成本占比约47%,而PERC电池非硅成本占比约43%,主要是HJT低温银浆、靶材、设备等非硅成本较高。

HJT电池成本较PERC每瓦高0.18元,94%的成本增加在非硅成本上。假设PERC和HJT电池转换效率分别为22.7%/24%,产品良率分别为98.9%/98.5%,单片银耗分别为90/120mg。由于N型硅片较P型硅片溢价8%,预计HJT单瓦硅片成本为0.48元,较PERC高2.1%。由于低温银浆较高温银浆溢价30%,且HJT银耗更高,HJT单瓦银浆成本约为0.23元,较PERC高130%。由于HJT设备单位GW需要4.5亿元投资,而单位GW的PERC设备投资约1.7亿元,因此HJT设备单瓦折旧约0.05元,较PERC高150%。此外,HJT靶材成本每瓦约0.05元,而PERC无靶材成本。由于HJT生产工序少,制造费用等预计每瓦较PERC低0.03元。综合以上,HJT电池生产成本约为0.9元/W,与PERC0.72元/W的成本相比高出0.18元/W,高出的成本中硅片、银浆、靶材、设备折旧成本增加的占比分别为6%/72%/28%/17%。未来HJT降本主要依靠硅耗减少、银浆降本、靶材国产化、设备降本来实现。

银浆降本:银包铜技术有望大幅降本,栅线工艺优化降低银耗

目前HJT电池银耗约为PERC的2倍多。PERC的银浆通过高温烧结固化,银粉熔融在一起,容易形成导电通路。而HJT是低温工艺,低温银浆的导电性能弱于高温银浆,因此需要提高银的含量来提高导电性。以166电池片为例,单片HJT电池银浆耗量超过200mg,而PERC电池银耗约为90mg。

银包铜技术可大幅降低银耗,单瓦成本降低0.12元。银包铜是在铜的表面包裹银粉,低温加工工艺使得铜作为导电材料,从而降低银的使用量。一般低温银浆中银含量约92%,8%为有机物玻璃粉等,而银包铜中银、铜、有机物的含量分别为41%/51%/8%,使得银含量占比降低近一半。以166电池片为例,银包铜技术可使HJT电池银耗降至106mg,达到与PERC接近的银耗水平。而银包铜技术需采用低温工艺,对于PERC、TOPCON的高温工艺不适用,可快速降低HJT的银耗差距。考虑到低温银浆相比高温银浆30%的溢价,在其他条件不变的情况下,若银耗相同,HJT的电池的单瓦成本将由0.9元降至0.78元,较PERC成本高8%。

银包铜技术有望得到量产验证。目前京都KE公司可实现银包铜量产,华晟将于21年6月采用银含量62%的银包铜浆料进行试验,若试验通过,HJT电池单位银耗与PERC电池单位银耗之间的差距将从2020年的100%左右急剧缩小到20%以内。若华晟通过银包铜试验,21Q4将采用银包铜技术进行量产,HJT银耗仍有进一步下降空间,贴近甚至低于PERC银耗量,真正开启HJT技术的低成本量产时代。

高精串焊技术可降低银耗,单瓦成本降低0.08元。目前主栅银耗约为20mg,细栅银耗约110mg,通过高精度串焊减少主栅pad点大小,使得主栅变细、变短,副栅变少,减少细栅及主栅银耗,银耗有望从180mg/片降至120mg/片,电池单瓦成本有望降低0.08元。目前高精串焊技术已在华晟量产线上进行使用,预计21年6月底前会有4台高精串焊设备进行量产试用。

无主栅技术可降低银耗,每瓦成本降低0.11元。得益于HJT电池表面导电的特性,取消金属栅线电极,直接贴合低温合金包覆的铜丝到TCO上,形成欧姆接触,可制造无主栅电池,无主栅后银浆耗量有望从180mg降至100mg,每瓦成本降低0.11元。

低温银浆有望实现进口替代,大幅降低银浆价格。高温银浆市场已逐步实现进口替代,国产厂商于2017年对高温银浆进行进口替代,到2020年国产品牌帝科股份、苏州固锝、匡宇科技、常州聚合高温银浆市占率约40%+,海外供应商日本KE、杜邦、汉高、贺利氏由于成本劣势,正逐步被国产品牌替代。目前低温银浆由于对原料要求高,90%的低温银浆由日本KE供应,未来随着国产HJT投资规模的扩大,低温银浆也有望实现进口替代,常州聚和、苏州晶银已经实现低温银浆小批量生产,浙江凯盈进入产品测试阶段。目前进口银浆价格约6500-6800元/kg,国内低温银浆价格约为5000-5500元/kg,随着国产化量产,低温银浆价格有望降至5000元/kg以下,与高温银浆平价。

靶材降本:国产化有望大幅降低靶材成本

靶材是TCO薄膜生产的核心材料。TCO薄膜生产主要采用ITO、SCOT、IWO、ICO四种靶材,溅射是制造TCO薄膜的主要工艺,利用离子源产生的离子,在真空中经过加速聚集,形成高速离子束流,轰击固体表面,离子和固体表面的原子发生动能交换,使固体表面的原子离开固体并沉积在基底表面,被轰击的固体称为溅射靶材。TCO薄膜沉积主要采用PVD和RPD两种技术,PVD技术以ITO、SCOT作为靶材,RPD以IWO、ICO作为靶材。

靶材的生产制造具有一定的技术壁垒。由于靶材的质量直接影响TCO薄膜的一致性和均匀性,因此靶材的纯度、致密度和均匀性等要求较高,靶材的金属纯度要求达到99.995%以上,靶材的致密度对TCO薄膜的电学和光学性能有显著影响,靶材的成分、晶粒度直接影响薄膜的一致性和均匀性,因此靶材的材料和制造工艺具有一定的技术壁垒。

大尺寸高纯靶材市场被日韩企业占据。高纯溅射靶材上游的高纯金属市场主要被日韩企业垄断,目前高纯溅射靶材的主要供应商为日本三井、东曹、日立、三星、康宁,国内企业在大尺寸高纯靶材的生产能力与外资相比仍有差距,日韩企业可做出长3000毫米、宽1200毫米的靶材,但国产靶材的长度不超过1000毫米。

ITO、IWO靶材已逐步实现国产化,国产化有望将电池的靶材成本降低57%。目前国内先导、映日等企业ITO靶材已较为成熟,先导通过收购优美科国际公司,其靶材生产的纯度、密度大幅提升,长度可达4000毫米,目前SCOT靶材正在研发,IWO壹纳光电已实现国产。以IWO靶材为例,在同样是4-4.5g/cm的密度下,进口靶材价格为3200元/kg,对应电池靶材成本0.6-0.7元/片,国产靶材价格约2000元/kg,对应电池靶材成本0.2-0.3元/片,采用国产靶材电池单片成本可降低57%。

设备降本:国产化+提升效率,设备投资额有望不断下降

HJT设备国产化可大幅降低成本。2017-2018年HJT设备主要由梅耶博格、YAC、AMAT、日本住友等外资品牌提供,设备成本约10-20亿/GW;2019年迈为、钧石、捷佳伟创等开始进行进口替代,设备成本降至5-10亿/GW;2020年6月欧洲老牌光伏设备龙头梅耶博格退出HJT的竞争,国内设备商加码研发,迈为和钧石具备了HJT整线设备供应能力,20年HJT设备成本降至5亿/GW左右,随着量产产能的投放,以及设备国产化率的提升,预计21年HJT设备成本有望降至4亿/GW。

非晶硅沉积和TCO制备设备降本是关键。HJT生产包括清洗制绒、非晶硅沉积、TCO制备、丝网印刷和光注入退火,以上五个环节设备成本占比分别10%/50%/20%/15%/5%,非晶硅沉积和TCO制备的设备占到整个设备成本的70%,是降本的关键。

非晶硅沉积设备降本主要依靠设备国产化和提升生产效率。目前非晶硅沉积主要采用PECVD设备,有量产供应能力的PECVD设备商有梅耶博格(自用)、应用材料、迈为股份、理想万里晖。目前PECVD进口设备的价格约4.8亿/GW,国产设备的价格仅2亿/GW,价格为进口设备一半。国产设备成本低主要是生产效率较高,2018年梅耶博格PECVD生产效率是2400片/小时,整线年产能只有110MW,导致整线设备投资额高达10亿/GW。2019年迈为给通威提供的设备将PECVD生产效率提升至6000片/小时,整线年产能达250MW,整线成本降至6亿/GW。PECVD生产效率的提升可大幅降低设备成本,目前迈为PECVD设备生产效率可达8000片/小时,年产能提升至400MW,整线成本降至4亿/GW左右。

TCO设备有望通过国产化进一步降本。TCO膜的生产采用PVD和RPD技术,PVD工艺较为成熟,主要进口设备供应商包括冯阿登纳、梅耶博格、新格拉斯,国产厂商包括迈为、钧石能源、捷佳伟创、捷造光电等。冯阿登纳和新格拉斯PVD设备效率可达8000/6000片/小时,迈为PVD设备效率也达到了8000片/小时,未来有望提升至10000片/小时,可进一步降低成本。RPD方面,国内捷佳伟创已获得住友公司RPD授权,每小时生产效率由梅耶博格的3000片提升到每小时5500片,随着国产设备的降本增效,TCO设备有望持续降本。

硅片降本:HJT相比PERC更适合硅片薄片化,可大幅降低硅成本

PERC电池薄片化面临压力。硅片薄片化可降低硅成本,硅片每减薄20μm,对应组件成本降低约5-6分/W。目前PERC电池厚度一般在170-180μm,由于PERC电池是非对称结构,若降到160μm以下容易发生硅片碎片,PERC电池也容易发生弯曲,导致转换效率的降低,甚至短路现象,理论上PERC电池厚度不能低于110μm。

HJT电池结构对称,适合硅片薄片化发展。HJT电池片的对称结构减少了电池制作中的机械应力,因此硅片的碎片率更低;由于HJT是低温工艺,生产工艺在200°C以下,硅片在低温下也不容易发生翘曲,薄片化电池的良品率更高。此外,HJT电池在硅片变薄的情况下,开路电压上升,短路电流下降,电池的效率能够基本维持不变,HJT更适合薄片化硅片。

HJT正不断探索薄片化进程。日本三洋早年的HJT电池厚度仅98μm,实验室转换效率可达到24.7%。目前理想万里晖PECVD产品可使硅片厚度降低到130-150μm,相比170μm的普通电池片,薄片化电池不仅转换效率的损失不足0.1%,而且碎片率的上升也不到2%,HJT产业将在未来几年进一步探索120-130μm的薄片化进程。

硅片薄片化可降低电池硅耗。按照PERC电池175μm厚度计算,166/182/210出片量分别为62/51/38片。若HJT电池厚度降至160μm,166/182/210出片量将分别增加至68/56/42片,硅耗较175μm的PERC电池降低8.57%,若HJT电池厚度降至150μm,166/182/210出片量将分别增加至72/60/44片,硅耗较175μm的PERC电池降低14%

效率提升:带来各环节的成本摊薄

电池转换效率的提升可摊薄光伏全生命周期成本。由于HJT电池发电效率比PERC高1.0%-1.5%,因此HJT组件功率可以比PERC更大,大功率组件一方面具有价格溢价,另一方面可以带来电站建设成本的摊薄。考虑到全生命周期的成本摊薄,HJT电池修正成本优势=HJT电池生产成本差异+组件非硅成本差异+BOS成本差异+发电量溢价。

HJT较PERC具备全生命周期成本优势。以3.5元/W的光伏系统为例,假设HJT转换效率高于PERC1.3pct,HJT比PERC全生命周期每瓦发电量将多出7%,HJT电池会带来0.26元/W的含税销售溢价,虽然HJT电池成本较PERC高0.18元/W,但发电量的增加,HJT技术可以带来组件BOS成本下降0.015元/W,组件非硅成本下降0.025元/W,综合以上,HJT较PERC有0.12元/W的修正成本优势。



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