2020年以来,光伏平价、全球碳零净排、欧洲能源危机三大事件推动了光伏制造市场需求从100GW出头的规模快速增长到了500GW以上。这也催生了光伏电池技术的跨越式发展,光伏制造业逐步从“由硅片技术进步主导产业链发展的十年”进入“由电池技术进步主导产业链发展的新十年”。
进入2024年后,全球光储平价的经济性条件全面成立,全球金融市场即将迎来降息大周期,银价创十一年以来新高。在此背景下,HJT电池首次登上光伏制造业的历史舞台。HJT电池组件能否实现740W+量产功率,能否实现量产生产成本与TOPCon技术打平,能否实现国内、外各10GW级的量产出货,决定了2024年能否成为HJT电池技术真正的元年。
2024年3月11日,由十家HJT电池组件企业共同发起的高效异质结俱乐部(简称“740W+俱乐部”)在上海成立。俱乐部旨在汇聚产业精英,共同推动光伏产业的技术创新、产业升级和生态构建。同时,十家发起企业以俱乐部为平台,加强产业链上下游的沟通与合作,实现资源共享、优势互补、互助共赢,共同提升中国光伏产业的国际竞争力。
本《中国光伏HJT产业发展白皮书》作为高效异质结俱乐部的公开规范报告,在SOLARZOOM新能源智库的主笔下,集高效异质结俱乐部全体成员的共识,将立足于HJT这一光伏制造第三代平台级电池技术,针对HJT的产业发展规模、HJT电池组件的技术标准、技术进步路线图、生产成本分解、客户价值等问题给出行业性的指引。我们将结合HJT产业发展所受到的国际政治经济形势、技术及市场环境的影响,合理预测HJT产业的未来趋势,真正起到行业引领的作用,为HJT产业链企业及其上下游的发展规划提供一个相对客观的依据。
我们衷心祝愿:今日之HJT产业,将成为2030年的光伏产业;今日之光储电力,将成为2050年的能源产业。
三、 全球HJT组件出货量及HJT组件出货渗透率预测
一、 不同维度的最大价值:光伏组件应用端客户的永恒追求
当前,全球先进HJT电池产能绝大多数集中于国内。截止2024年6月,国内现有已投产HJT电池产线数量约67条,已投产HJT电池产能规模约为42.3GW。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
从电池设备厂商角度看,在截止2024年6月的国内HJT电池产能中,迈为产线51条(产能30.9GW),其中双面微晶产线47条(产能28.6GW);钧石产线10条(产能8.0GW);理想产线5条(产能2.7GW)。
从HJT电池尺寸角度看,在截止2024年6月的国内HJT电池产能中,210半片产线52条(产能33.7GW),210R半片产能9条(产能5.4GW)。
基于国际可再生能源机构(IRENA)的统计口径及数据,2023年,全球光伏新增装机量达346GW,全球光伏装机保有量达1412GW。与此同时,2023年全球光伏发电量超过16000亿kWh,其占全球总发电量的比例首次突破5%。
从2024年开始,伴随着光伏组件价格跌至0.80-0.90元/W左右的历史低位,以及锂电池价格的大幅降低,全球“1W光伏+2Wh储能”光储电力系统的经济性平价条件得以满足,光伏产业发展即将进入全新的历史时期。
但在2024年下半年至2025年上半年的国内及海外光伏市场,仍有以下三大因素制约光伏新增装机量的增长:(1)光伏装机保有量的快速提升导致午间光伏出力时段的电力供求关系快速恶化,全球储能的配置仍显不足,电力约束问题的爆发将在一段时间内抑制部分地区的光伏新增装机量,直至高光储配置比的光储电站市场成熟;(2)海外金融市场利率在过去一段时间处于较高水平,显著抑制光伏电站的投资意愿,如全球进入降息周期并出现100BP以上的利率水平下降,则有望刺激光伏新增装机量;(3)虽然国际油价仍维持在中高水平,但海外天然气价格已经回落至远低于2022年初俄乌冲突爆发前的水平,若出现经济高增长或地缘政治危机再次冲击油气价格,则将激发光伏需求。由此,2024年全球光伏新增装机量恐较难出现两位数的增长。
在影响2024年光伏组件出货量的两大因素中,除2024年全球光伏新增装机量增速放缓外,“光伏组件出货/新增装机量”系数也将伴随着光伏制造企业资金链的从紧从超高水平逐步回落至常态。2024年全球光伏组件出货量或将出现一定程度的负增长,达510GW左右的水平。

资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库注:以上全球光伏新增装机量历史数据采用IRENA统计口径
从未来20-30年的较长时期来看,全球光伏新增装机量、光伏组件出货量仍将维持大约10年时间的高速增长,直至全球光伏发电量渗透率超过35-40%,光伏制造才将迎来其历史性的需求顶峰。根据预测,十年后,每年的全球光伏新增装机量或将接近3000GW,每年的全球光伏组件出货量或将超过3000GW。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
三、全球HJT组件出货量及HJT组件出货渗透率预测
全球HJT组件出货量受HJT电池产能及产能利用率的约束,而HJT电池扩产规模则受到HJT电池企业每W净利润、资本市场融资情况、经营管理水平及人才数量、HJT电池设备供应量等因素的影响。
2024年,HJT电池环节景气将呈现“前低后高”态势:一至四季度的HJT电池需求、产能利用率或将逐季上升,HJT电池组件价格或将在年底出现上涨;另一方面,伴随着降本技术的逐步量产导入对生产成本的降低,以及产能利用率提升对每W制造费用的显著摊薄,2024年HJT电池生产成本的主要降幅或将出现在四季度。故而,HJT电池环节或将在2024年四季度首次出现全行业盈利。由此,HJT电池企业或将从2025年上半年开始进入加速扩产的状态。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
注:HJT组件出货量含电镀铜子路线,含HBC、HJT+钙钛矿叠层等产品(下同)
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
从2024年4月开始,在高效异质结俱乐部成员的共同推动下,HJT组件与TOPCon组件价格的差异开始显著缩小。此外,HJT电池组件企业针对不同的终端市场需求,设计了高功率BOM配置产品、(保证产品可靠性前提下的)经济型BOM配置产品。其中,高功率BOM配置产品针对高功率市场,追求超高效,采用“适当银含量的银包铜、高浆料湿重、全开口网版、高少子寿命硅片、高迁移率靶材、无主栅、光转膜、背面白色镀膜玻璃”等提效型技术,借HJT的功率优势、每W发电量优势与高功率TOPCon产品形成竞争优势。经济型BOM配置产品采用“超低银含量的银包铜、超低浆料湿重、HJT专用硅片、无铟靶材、多主栅、非光转膜、非网格玻璃”等降本型技术,每W生产成本比高功率BOM配置产品显著更低,该产品通过低成本及每W发电量优势与PERC产品、TOPCon产品形成竞争优势。因此,在660-740W+的组件功率区间内,HJT电池组件全面具备“以最恰当的产品与PERC、TOPCon产品竞争”的超强实力。在全球光伏组件出货中,HJT将在细分市场上优先于PERC、TOPCon技术挑选订单。
根据测算,HJT组件在全球光伏组件出货量中的渗透率将从2023年的1.4%快速增长至2024年的5%,2025-2027年,HJT组件出货量渗透率将几乎以每年翻番以上的速度增长。保守估计:2024-2026年,HJT组件出货量或将分别达到25GW、70GW、184GW;2027年,将是HJT组件出货量渗透率首次达到50%的一年;2028年,将是HJT产品出货量占据主力市场优势的一年。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
注:HJT组件出货量含电镀铜子路线,含HBC、HJT+钙钛矿叠层等产品(下同)
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
图 2 全球HJT组件出货量及HJT组件出货渗透率预测(保守版)
乐观估计:2024-2028年,HJT组件出货量或将分别达到25GW、90GW、338GW、640GW、903GW;2026年,HJT组件出货量渗透率首次超过50%。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
图 3 全球HJT组件出货量及HJT组件出货渗透率预测(乐观版)
为了推动HJT技术及产业的发展,2024年5月,经高效异质结俱乐部第三次会议讨论,初步确定HJT组件外观及EL标准建议,并由本白皮书正式公布,供HJT组件应用端客户、HJT电池组件企业、HJT各环节供应链企业参考。HJT电池、原材料及其他各项技术标准的建议,待高效异质结俱乐部后续会议讨论后另行公布。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)
注:0BB技术方案不涉及pad点,焊带偏移中的有关标准不适用
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)
2024年,伴随着HJT电池组件竞争优势的扩大及10GW级的规模出货,HJT技术将自身定位为一个适用于全场景、可满足客户差异化需求的主流电池技术。HJT电池组件的技术进步呈现出两大方向:
(1)提效:在可靠性达标的前提下,HJT电池组件通过实施提效型技术进步,大幅提升产品功率,并追求在同等效率提升前提下的增量成本最小化。针对效率敏感型客户,HJT电池组件企业通过提效,满足客户价值。
(2)降本:在可靠性达标的前提下,HJT电池组件通过实施降本型技术进步,以成本可控为首要目标,追求在同等成本降低前提下的效率降低最小化。针对成本敏感型客户,HJT电池组件企业通过降本,来开展产品设计。
上述两大技术方向,相互并不矛盾。在场地极度稀缺且租金较高、劳动力价格高、电力消纳不存在瓶颈、化石能源价格高的光伏市场,提效型技术方案将被更多使用;在场地趋于无限且租金价格较低、劳动力价格低、电力消纳存在约束、化石能源价格较低的光伏市场,降本型技术方案将被更多使用。通过灵活使用上述两类技术进步方案,HJT电池组件企业将组合出最适合客户的产品,最终实现客户性价比的最大化。
HJT硅片的吸杂,是利用高温工艺及杂质浓度的梯度影响,使硅片中的重金属杂质扩散到硅片表面的PSG中,再通过清洗工序将PSG去除,并最终达到降低硅片中重金属杂质含量的目的。HJT硅片的选择性精准吸杂,是基于棒次、棒段位置、体电阻率、少数载流子寿命等指标,对部分硅片实施吸杂,并对剩余硅片直接利用。
HJT硅片吸杂的好处是通过降低重金属杂质而提高HJT电池的平均转换效率,降低其效率的分布极差。对于少子寿命、电阻率较差的硅片而言,硅片吸杂可以有效的提高电池片转换效率约0.05-0.2%不等。而HJT硅片的选择性精准吸杂,可以节省无须吸杂硅片部分的吸杂工序成本。
从2022年开始,硅片吸杂已经成为了HJT技术的标准量产工艺。但在2023年及以前,硅片吸杂的相关工作由HJT电池片企业实施。从2024年二季度开始,硅片企业主动增添吸杂工序,为客户分类提供“无须吸杂硅片”及“吸杂后硅片”,并全新定义了“HJT专用硅片”。
硅片环节增添吸杂工序的必要性在于:(1)头尾料、边皮料、HJT专用硅料硅片在HJT电池的应用都需要以吸杂为前提,提供吸杂后硅片可降低批次内的电性能差异;(2)是否愿意增添吸杂工序,体现了硅片企业是否愿意为HJT电池企业量身定制HJT专用硅片的战略决心。
硅片掺杂元素优化,是对N型硅片中所使用的掺杂元素磷(P)进行调整或优化,通过以元素周期表内的五价元素替代磷元素,或与磷元素共掺,实现对硅片品质的提升。
硅片掺杂元素优化对HJT电池的好处包括:(1)降低硅棒头尾位置的电阻率分布差异;(2)改善硅片吸杂的效果;(3)提升硅片的弯曲强度及抗断裂能力。
根据产业链企业的测算,硅片掺杂元素优化对成本测的影响忽略不计,但对HJT电池片平均效率的正面提效预计不低于+0.1%。
硅片掺杂元素优化作为2024年3月提出的新技术方向,其在HJT电池中的探索还在试产阶段,但预计到2024年四季度有较大概率获得HJT电池企业的量产导入。
硅片背面抛光是一个侧重于正面提效的双面电池技术,常应用于屋顶分布式光伏、水面光伏发电项目等背面光线反射较差的场景,其本质是将HJT电池片背面的绒面金字塔结构改成平面结构。通过上述改变,背抛工艺一方面减小电池片背面比表面积,从而降低少数载流子的复合,提高开路电压,提高电池片效率;另一方面增强光在电池片背面的镜面反射,从而提高短路电流,提高电池片效率。
HJT电池的背抛工艺,需要增加设备和工序,从而在一定程度上拉长了HJT电池产线的长度。该工艺主要的优势是可以提高电池片效率0.15-0.20%左右。
考虑到背抛工艺需要增加全新设备,预计HJT背抛技术的工艺成熟及量产导入最快要到2024年四季度。
高迁移率靶材是材料端的技术进步,改善了“TCO层内少数载流子浓度对导电性和透光性的矛盾作用对电池效率的制约”。通过使用高迁移率靶材,可以使得在较低少数载流子浓度的情况下,就实现普通靶材需要更高少数载流子浓度所能达到的导电性,但由此能改善透光性,提高电流、提高效率;另一种思路是在保持少数载流子浓度不变(从而透光性不变)的情况下,改善导电性,提升填充因子。
当前,HJT电池所使用的常规靶材是991成分,即:99%的氧化铟,1%的少数元素,可以做到的迁移率约在60-80cm2/V·s。高迁移率靶材通过改变1%的少数元素,提高靶材迁移率至90-110cm2/V·s,相比常规991靶材可以提效0.05-0.1%左右。高迁移率靶材在HJT电池产线上量产导入的时间预计在2024年三、四季度。
全开口网版,包括三种具体的技术形式:钢片钢网网版、全开口电铸镍合金网版、局部全开口丝网网版。全开口网版相比普通的丝网网版,其对栅线线型的塑造更佳,体现为栅线更高的高宽比,更小的开口线宽及印刷线宽;另外,在全开口网版印刷过程中,由于没有网纱的阻挡,栅线高度不存在沿着栅线方向的波浪形高低起伏,线型更均匀。基于上述两点,全开口网版是一个“既提高效率,又降低浆料湿重”的提效降本型技术。
全开口网版的实验室效率增益可达0.3%以上,浆料减重在10-15mg/片左右,印刷线宽预计可以做到20-25μm;当前在量产线上已实现的效率增益约为0.1%,印刷线宽可以做到30μm左右。全开口网版技术推广的难点在于:(1)在浆料端,需要专门针对全开口网版去设计、匹配浆料;(2)在网版端,需要同时兼顾材料强度、开口线宽、网版寿命和成本;(3)在设备端,需要做到与丝印机匹配,产能不下降;(4)全开口网版对丝网网版企业的颠覆性较强,从而导致原有的丝网网版企业去推动该项技术进步的动机不强。
综合评估钢片钢网网版、全开口电铸镍合金网版、局部全开口丝网网版三个技术方向的进展,考虑到重新匹配后浆料的可靠性测试时间,预计相关解决方案成熟(量产提效超过0.15%,且不增加浆料、网版方面的综合成本)并量产导入的时间点预计在2024年四季度。
0BB技术是HJT以组件环节为主的技术进步,该技术进步是一个“既提高效率,又降低成本”的提效降本型技术进步。0BB技术的核心,是取消电池片丝印环节的主栅印刷,并将焊带直接与细栅相交,形成对电流的导通。HJT电池组件企业0BB技术下主流的焊带数量目前选24栅,相比18-20BB的HJT组件,由于减小了电流传输负荷,故而可减小焊带的直径和细栅的宽度、降低对电池片表面的遮挡。由此,0BB技术相比18-20BB在2384×1303版型组件上存在约5W左右的功率提升。0BB技术虽为组件环节的技术进步,但其至少可以从以下四个方向降低HJT电池片的成本,一是取消主栅纯银浆料的使用(减重20-30mg/片),二是降低细栅的成本,三是可推动硅片薄片化至100μm甚至更低,四是或可减少原先第二、第四道的丝网印刷机。但在0BB不同的子技术方向上,在细栅浆料、胶膜、胶水或胶块、焊带、串焊机等方面存在成本的增加项或调整项。
除早期的SMART-WIRE技术外,0BB技术目前有三个子技术方向:(1)焊接+点/印胶方案;(2)印胶+固化方案;(3)皮肤膜覆膜方案。其中,在制程方面,焊接+点/印胶方案与SMBB下的主流胶膜封装方案更兼容,且可在层前检测不良。在成本方面,焊接+点/印胶方案要解决的问题包括:如何降低细栅加粗部分所增加的湿重并在此位置使用低银含量的银包铜浆料,如何省去二、四两道印刷设备,如何不降低组件产能;印胶+固化方案要解决的问题包括:如何降低为减少流动性而导致的胶膜增量成本及加价,如何降低UV胶的用量及成本;皮肤膜覆膜方案要解决的问题包括:如何显著降低皮肤膜的成本,并通过降低胶膜的用量来降低综合成本。
截止目前,上述三个0BB子技术方向各有优势,并未达成行业一致,HJT电池规模最大的两家企业已在量产线上分别采用了两种不同的技术方案。预计到2024年四季度,0BB技术将逐步导入行业量产,但其子技术路线的选择未必立即形成行业性的统一方案。
光转膜是HJT组件环节的技术进步,其通过在EVA、EPE、POE等胶膜中增加一定用量的光转剂来实现对380nm以下波长紫外光的吸收与转换,一方面可保护HJT电池片免受紫外线的破坏,另一方面可将波长转换后的光能用于提效。故而,光转膜相比截止膜存在着不低于1.0%的组件功率增益。
光转膜的核心成本增加项在光转剂。如何做到既保证光转剂的25年可靠性,又可提高光转膜相比截止膜的功率增益至1.5-2.0%,还能降低光转膜相比截止膜的增量成本至3元/平米以下,是光转膜技术进步的核心。当前,进口光转剂的效率增益较大,但成本是其核心痛点;国产光转剂的成本较低,但效率增益及稳定性有待提高是其核心痛点。虽然光转膜已经实现了部分量产导入,但国产光转剂仍需大幅提高效率,进口光转剂仍需大幅降低成本,方能实现该项技术的更高性价比。
综上所述,2024年HJT电池组件正在推动的各项提效型技术汇总如下:
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
HJT电池与TOPCon电池对硅料的要求是不同的,由于TOPCon电池存在900℃以上的高温制程,对控制硅片氧含量的要求相对较高,而HJT电池属于低温工艺,对控制硅片氧含量的要求不高。这就使得HJT电池可以使用碎粉硅、提纯硅、(部分甚至全部)颗粒硅等硅料用于拉棒,再结合硅片吸杂工艺将因差异化硅料而导致的硅片超标重金属杂质予以去除。在当前硅料价格体系下,上述几种形式的差异化硅料及其组合,相比常规硅料可以在硅料端大致降低约10元/kg(含税)左右的成本,由此可带来HJT电池大约0.015元/W左右的生产成本降低。
HJT专用硅料技术方案目前还处于规模验证阶段,已获得一定量产数据的支撑。该方案的意义在于:可以解决短期(2024年)、中期(2025年)、长期(2026年及以后)的HJT专用硅片供应难题,其所能提供的硅片数量可以满足HJT出货规模超过300GW。HJT专用硅料方案的大规模量产导入时间预计在2024年下半年。
在外观品质达标的前提下,HJT专用硅片包括以下几种形式:(1)晶棒头部高氧区硅片;(2)晶棒偏尾部硅片;(3)晶棒边皮料(纵向切片)。
其中,头尾棒硅片的少子寿命偏低,晶棒头部高氧区硅片的氧含量偏高,其硅棒的购买成本只比硅料略高,但比常规硅棒的成本至少有10-15元/kg(含税)的优势,每W成本优势0.014-0.021元/W。这部分硅片经吸杂后相比正品A级硅片(需要吸杂的部分)的效率降低约为0.2%,故而具有较强的极致降本性价比(注:0.1%效率降低带来0.004元/W以上降本的技术方案,具备极致降本性价比优势)。头尾棒硅片的主要问题是:其在整根硅棒中的比例较低,一般合计不超过5%。故而,在2024年光伏组件出货量在500GW左右的背景下,这部分硅片的供应总量可以满足HJT电池对硅片降本的需求。但当2025年HJT出货量达到70GW时,这一技术方向的供应量就无法满足需求。
边皮料在硅棒供应中的占比理论上可以达到25%以上,边皮料硅片经吸杂后制成HJT电池片相比正品A级硅片的效率损失也不足0.1%,但边皮料方案最大的问题是:这部分硅棒的厚度极薄,若拼棒后进行切片,其考虑厚片在内的不良率很难做到10%以下,其在专利上还需要解决一些问题。故而,当硅棒的非硅成本大幅降低时,边皮料的方案就较难成为切片厂商的首推。
HJT专用硅片方案当前已经成为极致降本技术方向上各HJT电池企业的必备选项,从2024年二季度开始有大规模的出货。
硅片薄片化是HJT硅片降本的重要方向之一,通过减薄硅片的厚度,增加每kg方棒的出片数,从而降低硅片成本。
影响HJT硅片厚度的制约因素出现在硅片、电池、组件、电站应用等环节。过薄的硅片不仅会大幅降低硅片的切片良率,影响电池片的效率,还会导致组件生产环节的不良及其在运输、安装过程中的隐裂。从电性能的角度看,HJT电池接受薄片化的临界值在100μm左右,大于这一厚度时的硅片减薄对效率的负面影响不大,但低于这一厚度时的硅片减薄对效率的影响较大,每10μm减薄的实验室数据影响超过0.1%。从切片良率的角度看,最新款切片设备在210半片尺寸上可以以接近于95%的良率切出100μm厚度的硅片,但当硅片厚度小于等于90μm时,切片良率显著降低至90%以下。以当前的技术水平及硅棒成本计算:1kg方棒可以在110μm厚度下切出不少于114片A级硅片,但在100μm厚度下切出的A级硅片数量可达121片以上;若基于60元/kg(含税)左右的方棒价格测算,硅片厚度从110μm减薄至100μm带来的降本约为0.005元/W。
考虑到在组件环节的良率,小于110μm厚度的硅片宜在0BB方案下实施。0BB量产导入是100μm厚度硅片量产导入的前提条件,100μm厚度硅片量产导入的预计时间最快在2024年四季度。
银包铜浆料技术自2022年底量产导入HJT电池产业链以来,获得了持续的技术进步。2023年二季度,HJT电池量产线首次导入了正背面银包铜细栅浆料,2024年一季度,HJT电池量产线在浆料可靠性测试通过后首次量产导入了30%银含量的银包铜细栅浆料。
使用50%左右银含量的银包铜细栅浆料相比纯银细栅浆料在同等网版图形下的效率损失约为0.05-0.1%,采用30%银含量银包铜在当前技术水平下的细栅浆料相比50%左右银包铜细栅浆料,其效率损失在0.15%左右。
在成本方面,从2024年4月中旬开始,HJT全产业链银包铜浆料的报价公式已经调整为:浆料价格=银价×银含量+加价。其中,加价已在2024年5月初下调至2000元/kg以内。故而,以30%银含量银包铜浆料替代50%银含量银包铜浆料,在细栅浆料BOM耗量45-80mg/片的区间内,可以降低成本约0.012-0.021元/W。
银包铜浆料的成本优势,是HJT相比TOPCon技术主要的差异化竞争力所在。TOPCon之所以不能使用银包铜浆料,主要原因是其高温工艺制程所致。而HJT电池组件的制程温度不超过250℃,只要银包铜粉的银层厚度不小于100nm且银铜粉的包裹度较完整,就不存在铜裸露后被氧化的风险。当前,在银包铜粉体颗粒平均直径在3-5μm的前提下,银包铜粉的银含量可以做到20%以内,银包铜浆料的银含量可以做到40%左右。当改进银包铜粉体制备工艺,在不提高最大粒径的前提下适当提高平均粒径,则可在不改变银层厚度、不显著降低印刷性能的情况下降低银包铜粉的银含量至10-15%,银包铜浆料银含量可以降低至30%左右。若再进一步对纳米银粉的活性进行优化,并在确保可靠性的前提下逐步探索银包铜粉颗粒银层厚度的极限,则能将银包铜浆料银含量进一步降低至20%左右。
目前,HJT电池企业正在密集测试各浆料厂商的30%银含量银包铜产品,并已开始考虑电池厂、浆料厂、银铜粉厂之间的三方合作,预计2024年四季度30%银含量银包铜浆料将全面量产导入各家HJT电池企业,20%银含量的银包铜浆料的量产导入最快将在2025年一季度(在性能与可靠性保证的前提下)。
无铟靶材是(部分)采用非氧化铟体系的靶材替代氧化铟体系靶材,以实现HJT电池TCO镀膜环节的降本;目前氧化锡体系是供应商主要的探索方向。无铟靶材相比ITO靶材,其迁移率更低,故而其所面临的透光性-导电性矛盾更为激烈。目前主流设备厂商HJT产线有上、下多个靶位,无铟靶材所占的靶位数量越多,HJT电池的靶材成本就越低,但其HJT电池的电性能表现也就越差。
2024年,HJT产业链在导入无铟靶材方面的目标是:到2024年底在低功率HJT组件订单上量产使用50%左右比例的无铟靶材,产业链对其相比991靶材在效率降低方面的期待值是不超过0.15%。当前,在正背面外层TCO膜上使用无铟靶材的效率下降在0.2-0.3%左右。但从成本角度看,在3000元/kg的铟价下,目前可以通过导入50%无铟靶材实现0.014元/W的成本下降。
低铟靶材是降低HJT电池所耗费靶材成本的另一种技术进步思路,其在靶材制备过程中降低粉体中的氧化铟含量,而在PVD设备所有靶位上全部使用该种低铟含量的靶材。根据目前供应商的产品推出计划,预计在2024年三季度有铟含量在40%左右的低铟靶材面向市场。上述靶材最快量产导入HJT产业链的时间在2024年底。
无论采用50%无铟靶材还是低铟靶材,其思路都是在低功率HJT订单上,通过降低铟的使用,一定程度牺牲迁移率和电池片效率,最终显著降低成本。无铟靶材和低铟靶材作为HJT产业链对抗铟金属炒作的重要技术手段,其技术路线方向已经获得广大HJT电池企业的集体重视。
在2024-2026年,HJT产业链的靶材降本目标是:铟金属在整体靶材中的含量从2023年底的80%左右,降低至2024年底的40%左右、2025年底的20%左右、2026年底的10%左右。无论铟价如何上涨,要通过持续导入更高比例的无铟靶材和更低铟含量的低铟靶材,确保靶材在HJT电池片中的成本控制在0.03元/W以内,努力目标能做到0.02元/W以内。
综上所述,2024年HJT电池组件正在推动的各项降本型技术汇总如下:
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
电镀铜技术是HJT电池的支线升级技术。该技术在电池片的前三步工序(清洗制绒、CVD、PVD)与标准HJT技术并无显著差异,但对于原先的第四步工序,则将丝网印刷改成了采用电镀铜工艺:通过“种子层、图形化、镀铜、后处理”等工序实现铜栅线的金属导电。
电镀铜技术在2018-2019年HJT电池的浆料成本超过0.2元/W时有明显的成本优势,同时因更好的栅线高宽比、更少的电池片表面遮挡(印刷线宽15-20μm)而具备效率上的优势。自2023年中双面银包铜技术量产导入HJT后,电镀铜技术在理论上的成本优势就已经部分丧失,仅剩下效率上的0.2-0.3%左右优势。
2024年全开口网版技术进入中试后,电镀铜技术在效率上的优势也开始进一步减少。如果在2024年四季度,全开口网版最终实现了量产导入,且印刷线宽低至20-25μm,则电镀铜技术的效率优势或将缩小到0.1%左右。
在成本方面,电镀铜技术下的量产每W金属化成本大约可降至0.06-0.08元/W。而30%银含量的银包铜技术若能在2024年底叠加0BB技术、全开口网版技术,则浆料湿重可降低至60mg/片左右,在8000元/kg的银价下(30%银含量银包铜浆料价格约在4000元/kg左右),其金属化成本可做到0.039元/W。故而,银包铜相比电镀铜存在0.02-0.04元/W的成本优势。若银价上涨至20000元/kg(30%银含量银包铜浆料价格约在7600元/kg),银包铜的金属化成本将提高至0.073元/W,与电镀铜的成本相当。而若银包铜技术在2025年上半年继续进步,实现20%银含量的银包铜量产导入,则银价要上涨到30000元/kg,电镀铜在成本上才与银包铜相当。
当然,电镀铜技术当前产业化过程还存在以下困难:(1)量产产能较低,与HJT电池前几道工序14400片/小时匹配的难度较大;(2)产线较长,占地面积较大;(3)良率有待提升;(4)镀铜存在环保问题;(5)产业链生态尚未建立,各项成本较高, 且2021年以来的14家HJT电池企业中有93%并未选择电镀铜这一方向。
综上所述,电镀铜技术作为HJT电池的支线升级技术,其性价比优势有待进一步提升。在银价暴涨的历史背景下,电镀铜技术有持续观察跟踪的价值。
HBC技术是将HJT技术与IBC(交叉指式背接触)技术的结合,也是HJT电池重要的支线升级技术。HBC技术对HJT技术的主要升级点在金属化环节,通过将电池片正面的栅线移至背面,从而实现电池片表面的更少遮挡与更高效率。HBC技术为了实现将正面栅线移至背面,不仅要改变金属化环节,还要对HJT的电池片结构做出重大改变,如:正面的减反射层不再使用TCO而使用氮化硅,背面的电极不仅要实现正负电极交错,还要实现N+/P+掺杂非晶硅层的交错分布。为了实现背面的交叉电极,早年HBC技术的量产需要使用到光刻和刻蚀的方法,成本极高;而经过技术升级,当前最新的HBC技术采用激光图形化可量产制程工艺,显著降低了成本。
效率方面,在2023年以前,HBC技术相比标准HJT技术的效率提升大约在0.5%左右;但上述效率优势主要体现为实验室或中试数据,HBC技术尚未实现大规模量产。2024年以来,HJT电池全开口网版技术进入中试,印刷线宽大幅降低,若该技术能在四季度量产导入,则HBC技术要在量产上与HJT技术继续保持0.5%的效率优势,其挑战将进一步增加。
当前制约HBC技术大规模发展的主要问题包括:(1)HBC技术的良率较低,目前即使采用激光图形化可量产制程工艺,大规模量产的良率要做到90%以上也是较有挑战的;良率问题自然制约成本;(2)HBC的生态尚未建立,导致各项成本较高,2021年以来的14家HJT电池企业截止目前均没有选择HBC这一方向;(3)HBC技术的背面率较低,目前没有超过70%;对于地面反射率超过10%的应用场景,HBC相比标准HJT的背面发电量损失超过2%,从而背面发电量损失已经超越了HBC电池在正面所获得的效率增益;HBC电池由此只能应用于屋顶分布式或地面反射率极低的场景。
综上所述,HBC技术是HJT电池的支线升级技术,其在高端单面组件市场上,HBC技术有持续观察跟踪的价值。
HJT+钙钛矿叠层技术是HJT电池的主线升级技术。HJT+钙钛矿叠层电池是典型的多结电池,利用两种半导体材料的带隙差异可以充分吸收利用光谱不同波长的能量,从而达到显著提高综合光电转换效率的效果。HJT+钙钛矿叠层电池的工艺原理是:不同材料按禁带宽度从小到大、光谱波段由长到短从底层向顶层叠加,让波长较短的光被最上侧的宽带隙材料(钙钛矿)电池利用,让波长较长的光能透射进去并由窄带隙材料(HJT)电池利用,从而减少单结电池中载流子热弛豫导致的能量损失。HJT+钙钛矿叠层电池的标准结构是:将钙钛矿层插入HJT电池的标准结构中,从而形成钙钛矿电池与HJT电池相串联的“两端电池”结构。
从实验室效率看,HJT+钙钛矿叠层电池已录得33.9%的世界效率记录,其对HJT电池的效率提升可以达到7个百分点以上。
当前HJT+钙钛矿电池仍处于实验室研发的阶段,其产业化的难点包括但不限于:物色理想的钙钛矿材料以实现与HJT层的最佳光谱、电流匹配,显著提升钙钛矿层的稳定性及可靠性,解决钙钛矿层失效后的光学透射,将平面结构转为微纳米级别的小尺寸绒面结构,开发适合于大面积HJT+钙钛矿叠层电池制备的技术(如干法技术、干法+湿法技术),选择合适的传输层材料以阻挡金属化材料对基体的腐蚀,选择合适的金属化材料及低温制备技术,等等。
HJT+钙钛矿叠层电池产业化进程的最快预计为:2025年确定最优的工艺路线及设备选型方向,2026年进入中试阶段并开展大面积叠层电池量产工艺的开发验证、可靠性验证,2027年进入量产阶段,2028年实现GW级的量产,2029年实现GW级的量产出货。考虑到HJT+钙钛矿叠层电池所处的阶段尚早,故而无法预估其生产成本,更无法预估其满足大规模经济性量产的时间点。
基于高功率BOM配置HJT组件“提效降本”的技术大方向,在南德组件标准100%CTM反推电池片量产平均效率口径下,HJT电池已在2023年底取得24.8%的效率记录;在南德组件标准下,2384×1303尺寸组件在2023年底的量产平均功率已达到720W。
2024年底、2025年底、2026年底,在上述技术口径下(下同),HJT电池的量产平均效率将分别达到25.45%、25.70%、25.90%左右,HJT组件量产平均功率将分别达到740W、745W、750W。其中,2024年底HJT电池相比2023年底实现0.65%效率提升的主要技术依据包括:(1)硅片掺杂元素优化;(2)硅片背面抛光;(3)高迁移率靶材;(4)全开口网版;(5)0BB。
2027年底、2028年底,HJT产业链将实现HJT+钙钛矿叠层技术路线的量产,远期预估2027年底、2028年底的HJT+钙钛矿叠层电池量产平均效率将分别达到28.0%、29.0%,HJT组件量产平均功率将分别达到815W、840W。
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
2024-2025年,HJT产业链将以高功率BOM配置、经济型BOM配置两个版本的电池组件与TOPCon电池组件进行竞争:高功率BOM配置HJT组件将以740W超高功率在高端市场上争夺份额;经济型BOM配置HJT组件将以0.18元/W的电池非硅成本在较低功率市场上争夺份额,组件功率约为700W。
其中,高功率BOM配置HJT电池组件将在2024年末使用硅片掺杂元素优化、硅片背面抛光、高迁移率靶材、全开口网版、0BB等、光转膜等技术,并选择适当银含量的银包铜浆料及适当的湿重。
经济型BOM配置HJT电池组件将在高功率BOM配置产品的基础上使用HJT专用硅片、30%银含量的银包铜浆料、更低湿重、50%无铟靶材等技术,并不使用硅片背面抛光。
表 11 HJT电池组件不同BOM配置下的物料清单
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
注1:部份厂家使用不同的组件阻水以及0BB方案,成本略有差异(下同)
注2:上述物料清单仅代表当前技术水平下的优化方案,随着技术进步及产业发展,物料清单有可能持续优化
表 12 经济型BOM配置HJT电池组件生产成本分解
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
注:假设银价8000元/kg,铟价3000元/kg(下同)
经济型BOM配置HJT组件,以700W左右的功率与TOPCon产品竞争,其主要的竞争优势在于两点:
(1)经济型BOM配置HJT电池生产成本比TOPCon更有优势,更少受到国际银价上涨的困扰。在8000元/kg的银价下,HJT电池与TOPCon电池在2024年底的规模生产成本打平。但若在此基础上银价继续暴涨,则每上涨1000元/kg,HJT电池与TOPCon电池的成本优势将会提升0.006元/W。换言之,若银价上涨到18000元/kg,则HJT电池相比TOPCon的成本优势将急剧扩大到0.06元/W。
(2)因HJT温升系数低、双面率高、弱光响应更佳,双面HJT组件的每W发电量比TOPCon高3%左右。
基于上述测算,在700W左右的功率段上,经济型BOM配置HJT组件完全可以与TOPCon组件全面竞争价格,完全可以做到与TOPCon产品“同瓦同价”,TOPCon组件价格若降低至0.80元/W(含税),经济型BOM配置HJT组件价格也必然能降到上述水平。基于“同瓦同价”原则,电站运营商客户将得到更多的发电量增益,而HJT电池组件企业则得到了相比TOPCon企业更高的利润、更高的产能利用率。
表 13 高功率BOM配置HJT电池组件生产成本分解
资料来源:中国光伏HJT产业发展白皮书(2024版)、SOLARZOOM新能源智库
高功率BOM配置HJT组件,以740W左右的功率与TOPCon产品竞争,其主要的竞争优势在于:
功率水平更高。根据TOPCon产业链的发展计划,其高功率BOM配置组件在2024年末的平均功率将达到715W左右。由此,HJT技术高功率BOM配置组件740W的平均功率将与其形成25W的差异,完全可以做到“降维打击”。HJT组件将以更高的功率摊薄电站运营商在BOS环节与面积相关的各项成本。
鉴于高功率BOM配置HJT组件相比TOPCon组件在功率上的显著优势,再叠加HJT电池组件供应的稀缺性,在海外高价值市场上,HJT组件的售价将远高于TOPCon组件。HJT将通过抢夺海外高价值市场的份额,获得更高的利润。
1、不同维度的最大价值:光伏组件应用端客户的永恒追求
HJT电池,作为光伏制造新一代的平台级电池技术,将以最优的产品匹配光伏组件应用端客户的差异化需求,为不同客户创造极致的最大价值。
740W+俱乐部的成员企业,将通过以下多个维度为应用端客户展开画像:
(1)客户的光伏发电项目类型:集中式电站项目、工商业屋顶项目、户用屋顶项目、幕墙及栅栏项目、移动用能设施项目,等等。
(2)客户所在地区的自然环境特征:温湿度、风速、空气粉尘含量、辐照强度、直射散射比例、光谱特征,等等。
(3)客户所面临的宏观外部条件:客户在场地、项目指标、电力接入及消纳资源等方面所面临的约束条件,客户所面对的电力价格水平、场地租售价格水平、劳动力价格水平,等等。
通过为光伏组件应用端客户进行准确的画像,并对每一类型客户的需求痛点进行深入的剖析,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将有针对性的推出最适合于客户的组件产品,并推出能解决客户痛点问题、为客户创造最大化价值的行业性定制化策略。
国内大型集中式电站客户的GW级基地项目,追求光伏组件产品的高可靠性,追求技术进步及LCOE的长期持续下降,在较低的土地及劳动力价格、不高的电价及一定程度的电力约束下追求单位投资金额的回报率最大化。
针对国内大型集中式电站客户的上述特征,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将提供以下解决方案:
(1)以TOPCon组件为基准,推出“同版型同功率、同瓦同价”的行业性定制化产品及定价策略:HJT组件大规模定制产品的出货功率分布与TOPCon保持完全一致,HJT组件的每W售价与TOPCon组件保持完全一致。
(2)以采用2384×1303双面HJT组件产品满足客户需求,发挥HJT组件“温升系数低、双面率高、弱光响应佳”的每W发电量优势及低衰减率优势,力争首年发电小时数优于TOPCon产品~2-3%、全生命周期发电小时数优于TOPCon产品~4-5%。
(3)细化到HJT电池组件制造端,通过灵活的组合使用各项“提效降本型”技术及“极致降本型”技术(包括但不限于:硅片掺杂元素优化、全开口网版、0BB、HJT专用硅片、硅片薄片化、银包铜浆料、无铟靶材或低铟靶材),并适当调整浆料湿重,将HJT组件的功率定制为与TOPCon的主流档位一致,并实现HJT产品的生产成本低于TOPCon产品。
(4)确保银包铜浆料的可靠性,提供各电池企业基于银包铜技术的HJT组件的DH2000测试报告、户外实证“纯银-银包铜”发电量对比报告。
(5)持续推动HJT+钙钛矿叠层电池组件的中试与量产,为客户“追求LCOE长期持续下降”的MW级、10MW级、100MW级创新项目提供可靠的产品支持。
对国内大型集中式电站客户而言,采购与同版型TOPCon主流产品“同功率同瓦同价”的HJT组件产品,可获得以下收益:
(1)在不增加任何电站总成本的前提下,使用HJT组件相比TOPCon组件可获得约为4-5%的全生命周期发电量增益。其中,因HJT组件低温升系数、高双面率、更佳的弱光响应而带来的增益约为2-3%左右,因HJT组件低衰减率而在全生命周期内带来的发电量增益约为2%。
(2)在HJT组件“同功率同版型”前提下,可以将TOPCon组件选型变更为HJT组件,且无须改变原有电站的设计方案。
开路电压条件满足:700W功率TOPCon组件在25℃下的开路电压约为48.6V,考虑极寒天气-30℃情况下的开路电压约为55.0V,1500V逆变器所能容许的单一组串TOPCon组件数量为26块;而700W功率HJT组件在25℃下的开路电压约为49.5V,考虑极寒天气-30℃情况下的开路电压约为56.0V,1500V逆变器所能容许的单一组串HJT组件数量也为26块。
电流冗余度条件满足:HJT组件的双面率相比TOPCon组件高约5-10%左右,若正面的辐射强度超过1000W/m2,且地面反射辐照强度达到正面的20%,则HJT组件相比TOPCon组件更高的电流约为1-2%,这将占用原有组串的设计冗余。而电流上的设计冗余度一般高于10%,故而并不会因为HJT组件双面率高导致异常。
功率约束条件满足:HJT组件设计为与TOPCon同版型同功率,因此,若将TOPCon电站变更为HJT电站,原有组串TOPCon产品功率=新组串HJT产品功率。
安装条件满足:HJT组件采用与TOPCon组件同版型,并不改变组件尺寸、重量,故而不影响安装条件。
综上所述,综合考虑开路电压、电流冗余度、功率约束、安装条件等多个方面,在将TOPCon电站变更为HJT电站的过程中,除改变组件选型外,无须改变组串设计。
(3)HJT电池组件企业将在保证产品可靠性的前提下,持续探索更低银含量的银包铜技术。在大宗商品、国际银价暴涨的大背景下,使用HJT组件可保证大型集中式电站客户的长期采购成本不会因银价上涨而持续上升。
海外高电价市场屋顶分布式光伏客户,首先关注组件产品的可靠性;在有限的屋顶面积、较高的场地及劳动力价格、充足的电力消纳前提下,屋顶分布式光伏客户追求光伏发电所提供电能、所节省电费金额的最大化。
针对海外高电价市场屋顶分布式光伏客户的上述特征,740W+俱乐部的HJT电池组件企业将提供以下行业性定制化解决方案:
(1)2024年四季度,在对光伏组件面积没有上限要求的市场,推出主流功率为740W的单面HJT组件;对于光伏组件面积有2平米上限要求的市场,推出1762×1134版型主流功率为465W的单面HJT组件,最高功率470W。
(2)以HJT组件“温升系数低、弱光响应佳”的每W发电量优势及低衰减率优势,力争首年发电小时数优于TOPCon组件~1-2%、全生命周期发电小时数优于TOPCon产品~3-4%。
(3)细化到HJT电池组件制造端,通过充分运用各项“提效型”技术(包括但不限于:硅片掺杂元素优化、硅片背面抛光、全开口网版、0BB、高迁移率靶材、光转膜),以可接受的价格为客户提供全球最高功率的光伏组件。
对海外高电价市场屋顶分布式光伏客户而言,采购全球最高量产功率的HJT组件(2384×1303版型740W+,1762×1134版型465W+)产品,相比同版型的TOPCon产品可获得以下收益:在屋顶分布式光伏BOS成本不变的情况下,每100平米屋顶每年可以多发约1000度电,其中:70%左右来自于HJT组件更高的功率,30%左右来自于HJT组件更高的每W发电量。
测算如下:每100平米屋顶实施26块2384×1303版型组件。若按715W计算,TOPCon电站功率为18.59kW,若按740W计算,HJT电站功率为19.24kW。假设TOPCon电站年发电1100小时,TOPCon电站每年发电量约20449度;HJT电站因温升系数及弱光效应优势,年发电1116小时,HJT电站每年发电量约21472度。
中国已将光伏产业列入七大战略性新兴产业之中。有着全球最大的光伏市场作支撑,在全球脱钩断链的大时代背景下,我国加快加大HJT异质结技术发展,并尽快形成具有全球竞争力的产业生态,刻不容缓。
2024年将是光伏产业极具挑战的一年,无论对于传统品牌还是新势力企业,危机和机遇并存,想要在极度内卷的市场站稳脚跟,需内外兼修:内修产品的差异化竞争能力,外修对市场的前瞻性精准洞察和对市场正确引导的创新性探索。这是在格局重塑的赛道中取胜的必需,也是必由之路。