P型電池效率逼近天花板，N型電池大勢所趨

　　當前光伏電池片的主流技術P型PERC電池。與當年的常規(guī)鋁背場電池BSF相比，PERC電池通過在電池背面增加氧化鋁或者氧化硅等鈍化層，降低了載流子的復合，從而實現(xiàn)了轉換效率的大幅提升。截至2021年底，國內主流單晶PERC電池轉換效率為22.6%，產能超200GW，單GW投資額1.5億/GW左右。

所以效率層面看，而當前PERC電池已經(jīng)逼近理論轉換效率的天花板。

　　PERC電池受益于各類技術的迭代，轉換效率每年大致提高0.5%，當前行業(yè)內PERC電池主流的量產轉換效率是22.6%，最高效率是隆基股份于2019年創(chuàng)出的24.06%。PERC電池的理論轉換效率為24.5%，另外，P型硅片中硼和氧的復合會導致少子壽命的降低，影響組件的輸出功率，也就是通常所說的光致衰減效應。

　　圖1. PERC電池轉換效率曲線

　　N型硅片中摻雜P，所以硅片本身對雜質不敏感，很大程度上避免了光致衰減效應，因而少子壽命更長，有助于進一步提高電池片轉換效率。另一方面，N 型硅片薄片化潛力大，通過節(jié)省硅料的使用量成本更具下降空間。此外，N 型硅片較 P 型純度更高，電阻率更容易控制。

在光伏行業(yè)降低成本的訴求下，電池片技術從P型單晶到N型單晶的轉變已經(jīng)成為了市場的共識。

　　按照電池結構，量產化前景較高的兩種N型電池技術分別是TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸)電池和HIT(異質結)電池。

　　圖2 . 光伏電池技術路線

TOPCon技術路線的優(yōu)勢和瓶頸

　　與PERC電池類似，TOPCon (Thin Oxide Passivated Contact，隧穿氧化層鈍化接觸)電池本質上也是通過鈍化接觸的方法提高轉換效率。PERC 電池雖然通過鈍化的方法解決了電池背面載流子復合的問題，但是由于金屬電極與硅襯底仍然直接接觸，依舊會產生大量的少子復合中心，影響轉換效率。

　　如圖3所示，TOPCon 電池結構中，電池背面新增了一層超薄隧穿氧化層和高摻雜的多晶硅薄膜，超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入多晶硅層同時阻擋少子空穴復合，實現(xiàn)載流子的選擇性收集。金屬電極則并不直接與硅襯底接觸，而是在多晶硅層收集電子，從而極大地降低了金屬接觸復合電流，提升了電池的開路電壓和短路電流。

　　圖3 . PERC和TOPCon電池結構對比

　　數(shù)據(jù)來源：光伏產業(yè)信息網(wǎng)，寧波材料研究所

根據(jù)專業(yè)研究機構的結論，TOPCon電池的理論轉換效率最高為28.7%， 高于PERC 電池（24.5%）和單體HIT 電池（27.5%）的極限效率。從國內電池和組件廠商的研發(fā)進程來看，TOPCon 電池的轉換效率記錄也在不斷被刷新。

　　2021年10月，晶科能源宣布，公司研究院所研發(fā)的高效N型單晶硅單結電池技術，在權威第三方測試認證機構日本JET檢測實驗室標定，全面積電池最高轉化效率達到25.4%，近一年來第四次創(chuàng)造新的大面積N型單晶鈍化接觸(TOPCon)電池轉化效率世界紀錄。量產效率層面，晶科能源高管亦表示可以穩(wěn)定實現(xiàn)24.5%的轉換效率。

　　2021 年 9 月，經(jīng)過中國計量科學研究院的第三方檢測認證，中來股份基于182mm*182mm 尺寸硅片及 POPAID 技術的 TOPCon2.0 電池實驗室轉換效率亦達到了25.4%。TOPCon電池量產效率方面，中來股份的董秘公開表示可以達到25.4%。，2021年6月，隆基股份公開宣布其單晶雙面 N 型 TOPCon 電池也已經(jīng)實現(xiàn)了25.21%的轉換效率。

　　圖4 . 重點企業(yè)TOPCon電池實驗室轉換效率

除了較高的轉換效率之外，TOPCon電池的另一重要優(yōu)勢在于其較低的產能轉換成本。

　　如圖3所示，TOPCon 電池結構正面結構與PERC電池主要區(qū)別在于電池背面增加了硼擴、隧穿氧化層沉積和鍍膜等步驟。因此，TOPCon 電池產線與PERC產線有較強的兼容性，可以在 PERC電池產線基礎上進行改造，主要是增加非晶硅沉積設備和鍍膜設備。具體投資成本而言，在PERC產線基礎上，TOPCon 電池單 GW 改造成本在 0.6-0.8 億元左右，新建成本2.5億元/GW，是目前最具投資性價比的N型電池技術路線。

有諸多優(yōu)勢的同時，TOPCon電池的推廣也面臨著部分需要解決的關卡，如良率和成本等問題。

　　PERC電池技術成熟，目前的良率可達 98%以上，但 TOPCon 電池工藝流程更長，在工藝上尚在完善，良率目前在90%以下。影響TOPCon 電池良率的核心，其實就是新增的硼擴及非晶硅沉積環(huán)節(jié)，具體問題包括硼擴散過程中的濃度控制和LPVCD(低壓化學氣相沉積)制備多晶硅膜中的繞鍍等問題。

　　圖5 . TOPCon和PERC電池生產工藝

　　隨著布局TOPcon產線的廠商對硼擴及非晶硅沉積環(huán)節(jié)技術工藝kownhow的掌握，TOPCon 電池良率的提升只是一個時間問題。從另一個角度看，TOPCon電池良率的提升也是未來該技術路線逐步走向成熟的重要標志。

　　根據(jù)各研究機構測算，目前 TOPCon 電池成本較 PERC至少高20%左右。結構層面看，TOPCon 電池成本高的主要原因包括：

　　?TOPCon 電池正反面均需要使用銀漿，單W用量比PERC高;

　　?N型硅片較P型硅片會有一定程度溢價;

　　?TOPCon設備投資額高于PERC，折舊會相對高;

　　?水電等其他耗材的成本高于PERC。

　　與導致成本高的原因對應，TOPCon%20電池成本的下降路徑其實也較為清晰，如用銀鋁漿等其他漿料替代銀漿，薄片化降低硅片成本，以及通過關鍵設備的國產化降低設備投資額等。

哪些企業(yè)在布局TOPCon電池產能？

目前國內有成規(guī)模的TOPCon電池產線的企業(yè)僅有中來股份

　　從公開信息看，，其他企業(yè)大多是中試生線或者規(guī)劃產線。根據(jù)中來股份披露，公司現(xiàn)有N型TOPCon電池產能3.6GW，包括原有的基于TOPCon1.0技術的2.1GW電池產線，和2021年底新投產的基于TOPCon2.0技術1.5GW智能電池工廠項目。其中，1.5GW智能電池工廠項目部分產線已于2021年四季度逐步投入試生產。

從目前規(guī)劃上看，各廠商已經(jīng)開始對TOPCon技術路線進行實質性的量產布局，考慮投產和建設周期，2022年下半年和2023年大概率是TOPCon電池產能投放的第一個高峰期。

　　規(guī)劃產能方面，根據(jù)Trendforce和中信證券的統(tǒng)計，目前全球已經(jīng)投建的TOPCon電池產能為8.75GW，2021年規(guī)劃新投產能達到80GW以上。

其中尤其值得關注是行業(yè)龍頭隆基股份和通威股份的動向和技術路線選擇。

　　根據(jù)上市公司公開信息和網(wǎng)絡公開信息，如表1所示，本文也梳理了部分企業(yè)的TOPCon電池規(guī)劃產能。

　　隆基股份近期成功公開發(fā)行了700,000萬元可轉換公司債券，募集的資金將主要用于西咸樂葉15GW高效單晶電池和寧夏樂葉年產3GW單晶電池制造項目的建設。

　　在15GW高效單晶電池(西咸樂葉)和年產3GW單晶電池制造(寧夏樂葉)項目相關的文件中，隆基股份并未明確指明電池項目的產線技術路線是TOPCon還是HIT，考慮到當前HIT產線單GW投資額基本都在5億元以上，從兩個項目單GW固定資產和設備投資額判斷，這兩個項目大概率是TOPCon電池產線。隆基股份在TOPCon和HIT領域同時都有技術布局和積累，而在當前電池從P型向N型進階的窗口，隆基股份作為行業(yè)龍頭的選擇顯得尤為重要。