2020年异质结电池HJT行业深度分析报告.pdf

1、年异质结电池行业深度分析报告目录HJT 是电池片环节的平台级技术.5高转换效率得益于电池材料和结构.5技术和工艺的延展性拓展提效空间.8多重优势加持，产业化热情逐步上升.10高转换效率与强发电能力支撑HJT 组件溢价 .13转换效率溢价来自于发电功率提升和电站成本摊薄.13抗衰减性能可支撑约0.08 元/W 溢价 .15发电增益对溢价空间亦有贡献.17小结：HJT 组件当前溢价空间可观.19组件溢价构建 HJT 电池非硅成本空间.20高功率有助于摊薄组件封装成本.20硅片成本有望受益于薄片化.21当前组件溢价可允许HJT 非硅成本高出0.18-0.27元/W.21投资建议.24风险提示.25捷

2、佳伟创 .27东方日升 .29图表目录图表 1.降低光电转换中电损失的主要途径.5图表 2.PERC 电池的基本结构（钝化层为局部钝化）.6图表 3.TOPCon 电池的基本结构 .6图表 4.异质结电池的基本结构 .6图表 5.异质结电池发展历程.7图表 6.NREL 光伏电池转换效率图（蓝色部分为晶硅电池、蓝色实心圆点为异质结电池）.7图表 7.近年来 Sanyo/松下异质结电池转换效率与参数.8图表 8.异质结电池实验室最高转换效率.8图表 9.汉能异质结电池转换效率提升历程.9图表 10.异质结电池的基本提效思路.9图表 11.HBC、IBC电池的转换效率与参数及与HJT电池的对比 .

3、9图表 12.HBC 电池基本结构 .10图表 13.Kaneka HBC 电池 26.33%转换效率与参数图.10图表 14.钙钛矿与异质结电池的叠加.10图表 15.异质结电池生产工艺流程（深红色为主工艺）.11图表 16.不同电池技术的相对输出功率与组件温度的关系.11图表 17.松下异质结组件长期发电量情况（14年，3.34kW系统）.12图表 18.部分企业异质结电池产能（量产+试验）.12图表 19.光伏发电国内三类资源区划分.13图表 20.相同电站 IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格 1.7元/W）.13图表 21.相同电站 IRR水平

4、下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 23%、组件价格 1.7元/W）.14图表 22.相同电站 IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格 1.5元/W）.14图表 23.不同情景下组件溢价与异质结电池转换效率的关系（PERC效率 22.5%、组件价格 1.7元/W）.15图表 24.异质结组件热循环测试（-40至+85）结果.15图表 25.P型单晶组件的典型衰减趋势.16图表 26.单晶 PERC组件与异质结组件的衰减趋势假设.16图表 27.异质结组件抗衰减溢价（异质结电池转换效率22.5%、无其他发电增益）16图表 28.相同电站 IRR水平

5、下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件1.7元/W）.17图表 29.相同电站 IRR水平下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 23%、组件1.7元/W）.18图表 30.相同电站 IRR水平下发电增益可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件1.5元/W）.18图表 31.不同情景下组件溢价与发电增益的关系（PERC效率 22.5%、组件价格 1.7元/W、HJT效率 23.5%）.19图表 32.异质结组件合理溢价测算结果（假设异质结电池转换效率23.5%、发电增益 4%）.19图表 33.异质结组件溢价的组成示意（非定量）.20图表 34.单晶 PERC组件

6、封装成本构成 .20图表 35.当前异质结组件与单晶PERC组件封装成本对比.20图表 36.CPIA对于硅片厚度的预测 .21图表 37.近期光伏组件价格走势 .22图表 38.近期光伏电池片价格走势.22图表 39.异质结电池非硅成本空间.22图表 40.异质结电池非硅成本拆分及目标.23图表 41.单晶 PERC电池产能扩张历程 .23附录图表 42.报告中提及上市公司估值表.26HJT 是电池片环节的平台级技术高转换效率得益于电池材料和结构异质结电池与同质结电池的差异：广义而言，p-n结由两种不同类型的半导体材料组成的太阳能电池均可称为异质结太阳能电池，与之相对的是同质结电池，即 p-

7、n结由同种半导体材料组成。目前实际商业应用的晶硅太阳能电池基本均为同质结电池（p-n结由晶体硅材料形成），而产业中一般所提到的异质结电池则是指p-n结由非晶硅和晶体硅两种材料形成的电池，其中含本征非晶硅薄膜的异质结电池（Heterojunction with Intrinsic Thin-Layer，HIT/HJT，下称“HJT电池”或“异质结电池”）转换效率较为优秀，受到的关注度相对较高，与大规模产业化的距离亦相对更近。钝化是提高光伏电池转换效率的重要途径：一般而言，提升光伏电池片光电转换效率的核心是降低光电转换过程中的能量损失，主要是光损失与电损失。其中降低电损失的主要方法包括选择高品质硅

8、片、提高p-n结质量、提高少数载流子寿命、降低材料体电阻等。在提高少数载流子寿命这一途径中，通过改善晶面缺陷来降低衬底硅片表面的复合速率（即钝化接触）是光伏电池提效的重要研究和产业化方向。图表 1.降低光电转换中电损失的主要途径降低能量损失降低电损失选择高品质硅片提高 p-n结质量提高少数载流子寿命提高电极接触质量降低光损失资料来源：中国知网，中银国际证券常见电池结构大多受钝化思路影响：良好的钝化接触可以在最大化降低接触表面的载流子负荷速率的同时保持电池较好的电学性能，近年来产业中常见的PERC电池（背面 Al2O3/SiNx（SiO2）叠层钝化）、TOPCon电池（SiO2和多晶/微晶硅层钝

9、化）、异质结电池（氢化本征非晶硅钝化）结构的产生均受钝化接触思路的影响，而异质结电池结构是其中的佼佼者。图表 2.PERC电池的基本结构（钝化层为局部钝化）图表 3.TOPCon电池的基本结构资料来源：索比光伏网，中银国际证券资料来源：光伏前沿，中银国际证券异质结电池在1997年实现量产：20世纪 80-90年代，日本Sanyo（目前已被松下收购）首次将本征非晶硅薄膜用于非晶硅/晶体硅异质结光伏电池，在P 型非晶硅和N 型单晶硅的p-n异质结之间插入一层本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H），有效降低了晶硅/非晶硅异质结表面的复合速率，同时补偿了本征非晶硅层自身存在的悬挂键缺陷，在硅片表面获得了令

10、人满意的钝化效果，以这一结构为基础的光伏电池随后在1997年实现量产，即光伏异质结（HIT/HJT）电池。HJT异质结电池的基本结构：HJT异质结电池以N型单晶硅片为衬底，在经过清洗制绒的N 型硅片正面依次沉积厚度为5-10nm的本征 a-Si:H薄膜和 P型掺杂 a-Si:H薄膜以形成p-n异质结，在硅片背面依次沉积厚度为5-10nm的本征 a-Si:H薄膜和 N 型掺杂 a-Si:H薄膜形成背表面场，在掺杂 a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜（TCO），最后通过丝网印刷或电镀技术在电池两侧的顶层形成金属集电极，其结构具有对称性。图表 4.异质结电池的基本结构资料来源：Green

11、，中银国际证券图表 5.异质结电池发展历程资料来源：TaiyangNews，中银国际证券HJT电池转换效率已在晶硅光伏电池中位居前列：HJT电池量产之后，日本Sanyo/松下仍在持续研究提高其光电转换效率，近年来HJT电池转换效率已在晶硅光伏电池中位居前列。图表 6.NREL光伏电池转换效率图（蓝色部分为晶硅电池、蓝色实心圆点为异质结电池）资料来源：NREL，中银国际证券图表 7.近年来 Sanyo/松下异质结电池转换效率与参数年份开路电压（V）短路电流密度（mAcm-2）填充因子(%)转换效率(%)2014（HBC）0.740 41.8 82.7 25.6 2013 0.750 39.5 8

12、3.2 24.7 2011 0.745 39.4 80.9 23.7 2009 0.729 39.5 80.0 23.0 2007 0.725 39.2 79.1 22.3 2006 0.718 38.4 79.0 21.8 2004 0.712 38.3 78.7 21.5 资料来源：人工晶体学报，中银国际证券技术和工艺的延展性拓展提效空间纯异质结电池实验室转换效率已超过25%：在日本松下/Sanyo之外，目前国内外对异质结电池的研究已大范围展开，转换效率亦逐步攀升。现在在 M2的标准硅片尺寸下，纯异质结结构电池的转换效率世界纪录为25.11%，由我国汉能成都研发中心创造，且此转换效率是在使

13、用量产设备和量产工艺的前提下取得的，具备相当程度的量产可能性。图表 8.异质结电池实验室最高转换效率21.0%21.5%22.0%22.5%23.0%23.5%24.0%24.5%25.0%25.5%汉能KanekaPanasonic晋能中智上海微系统所实验室最高效率资料来源：中科院电工所，中银国际证券图表 9.汉能异质结电池转换效率提升历程22.0%22.5%23.0%23.5%24.0%24.5%25.0%25.5%资料来源：汉能官网，中银国际证券异质结电池仍有进一步提效空间：异质结电池转换效率已位居晶硅电池前列，但其仍有进一步的提效空间。在不改变其结构的基础上，可以从提高开路电压、短路电

14、流、填充因子三方面着手提效。而异质结电池的内部结构亦具备与其他技术路线或工艺的可叠加性，可在优化内部结构的基础上吸取其他工艺的优点进一步提高电池转换效率。图表 10.异质结电池的基本提效思路改善重点工艺思路具体方式（不完全统计）开路电压提升 a-Si:H/c-Si 异质结界面性能提高清洗制绒质量提高成膜质量在成膜的同时降低硅片表面损伤短路电流减少 a-Si:H和 TCO的光吸收损失、减少遮光损失优化绒面结构优化栅线电极填充因子减少电池的串联电阻和漏电流提高栅线材料电性能减少 TCO层电阻资料来源：中国知网，中银国际证券异质结叠加IBC技术转换效率突破26%：在高效光伏电池领域，IBC（Inte

15、rdigitated Back Contact，交叉背接触）电池在产业中也颇受关注，其结构特点是p-n结和金属电极接触都位于电池背部，电池正面避免了金属栅线电极的遮挡，能够最大限度地利用入射光，减少光学损失。日本松下、Kaneka 等公司将 IBC电池的结构优点与异质结电池相结合，将 p-n结转移至背面的同时保留本征非晶硅的钝化结构，称为HBC电池，目前已实现实验室26.63%的转换效率。图表 11.HBC、IBC电池的转换效率与参数及与HJT电池的对比公司电池类型开路电压（V）短路电流密度（mAcm-2）填充因子(%)转换效率(%)Kaneka HBC 0.740 42.5 84.6 26.

16、63 Kaneka HBC 0.744 42.25 83.78 26.33 Panasonic HBC 0.740 41.8 82.7 25.6 SunPower IBC 0.747 41.33 82.71 25.2 Kaneka HJT 0.738 40.8 83.5 25.1 Panasonic HJT 0.750 39.49 83.2 24.7 资料来源：Kaneka，中银国际证券图表 12.HBC电池基本结构图表 13.Kaneka HBC电池 26.33%转换效率与参数图资料来源：GUNAM，中银国际证券资料来源：Kaneka，中银国际证券异质结叠加钙钛矿进一步提升效率上限：在叠加I

17、BC技术成为HBC电池的路径之外，异质结电池同时也比较适合叠加钙钛矿成为叠层/多结电池。叠层技术需要用低温沉积工艺（PVD/CVD方式）实现短波长吸收（钙钛矿）和长波长吸收（HJT）的结合，其所应用的TCO膜层已然在异质结电池中采用，而在 HJT单结中损失的蓝光可被上层钙钛矿收集利用。整体而言，HJT与钙钛矿在兼容性上有着天然的优势，目前英国Oxford PV的叠层电池已获得了28%的实验室转换效率，后续甚至有望进一步提升至 30%以上。图表 14.钙钛矿与异质结电池的叠加资料来源：捷佳伟创行业会议演示材料，中银国际证券异质结电池具备技术路线和工艺方面的延展性：此外，异质结电池亦有可能吸收其他

18、电池在结构层面上的优点以提高转换效率。总而言之，我们认为在技术路线和工艺方面的延展性使得异质结结构可被视为光伏电池片的平台级技术，这也是异质结电池具备长期提效空间和发展潜力的重要原因。多重优势加持，产业化热情逐步上升在最为重要的效率优势之外，异质结电池同时具备生产流程较短、温度系数良好、基本无光衰、双面率高等多方面优点。生产流程共4 步主工艺：从电池结构上看，异质结电池由中心的硅片基底叠加两侧的数层薄膜组成，其生产过程的核心即为各层薄膜的沉积，整体而言其工艺流程较短，主工艺仅有4 步。相对于同属于 N 型电池、但生产工艺需要10-20步的 IBC和 TOPCon电池，异质结电池较短的工艺流程在

19、一定程度上降低了工艺控制的复杂程度和产业化的难度。图表 15.异质结电池生产工艺流程（深红色为主工艺）清洗制绒沉积非晶硅膜沉积TCO膜制作金属电极光注入退火检测资料来源：捷佳伟创行业会议演示材料，中银国际证券低温度系数提高发电稳定性：光伏电池在发电的过程中由于太阳光的照射和自身电流产生的热效应，电池表面温度会有一定程度的上升。一般情况下当温度上升时，光伏电池的开路电压下降、短路电流上升，且电压降幅一般大于电流升幅，因此温度上升一般会导致电池转换效率下降。目前主流的单晶 PERC电池的温度系数一般在-0.4%/（即温度每升高1，发电功率相对于基准功率降低0.4%）左右，而异质结电池的温度系数仅约

20、-0.25%/，因此在长时间光照温度升高的情况下，使用异质结电池的光伏电站发电量和发电稳定性都更高。图表 16.不同电池技术的相对输出功率与组件温度的关系资料来源：TaiyangNews，中银国际证券高双面率提高发电增益：异质结电池为正反面对称结构，且背面无金属背场阻挡光线进入，因此其天然具备双面发电能力，且双面率可超过90%，可在扩展应用范围（沙地、雪地、水面等）的同时进一步提升发电量。基本无光衰且可薄片化：目前在产的异质结电池基本均为N型硅片衬底，因此也具备N 型硅片相对于目前主流P型硅片的固有优势，如无光致衰减（LID）和可薄片化（异质结结构本身亦对可薄片化有所贡献）。N 型硅片掺杂物质

21、为磷，硼含量极低，因此由硼氧对（B-O）导致的光衰（LID）基本可以忽略，可提升电池片使用寿命和长期发电量。同时，可薄片化意味着同片数的电池对应更少的硅用量，有助于在硅成本方面形成比较优势。图表 17.松下异质结组件长期发电量情况（14年，3.34kW系统）资料来源：松下官网，中银国际证券多方面优势带动产业化热情：出于异质结电池在上述多方面存在的优势，在异质结电池结构专利过期后，世界范围内异质结电池的产业化开始萌芽，国内亦有企业和科研院所进行研发和生产。近两年随着试验产品转换效率逐步提升以及制造设备的成本下降取得一定进展，产业内对异质结电池产线的投资热情逐步提高，目前全球范围内已有约5GW量产

22、与试验产能。HJT组件将应用于领跑者项目：近日东方日升宣布公司成功中标吉林白城光伏（100MW）领跑者奖励1号项目，将为项目提供约25MW异质结组件，意味着HJT技术开始在国内成规模投入实际应用。图表 18.部分企业异质结电池产能（量产+试验）公司国家产能（MW）状态松下日本1040 可量产REC 新加坡600 可量产松下/特斯拉美国300 可量产Hevel 俄罗斯250 可量产Sunpreme 美国200 可量产中智电力中国160 可量产晋能科技中国100 可量产Kaneka 日本30 可量产钧石能源中国600 可量产汉能薄膜发电中国600 试验通威股份中国450 试验江苏某公司中国200

23、试验3 Sun 意大利200 试验EkoRE 土耳其200 试验资料来源：PVInfolink，中科院电工所，中银国际证券高转换效率与强发电能力支撑HJT 组件溢价考虑到衡量技术路线性价比的最终落脚点在光伏电站的收益水平，我们从光伏电站IRR 和度电成本的角度对异质结电池在组件端可具备的合理溢价水平进行了测算。整体测算考虑国内II 类弱资源区和 III类资源区的光照条件，在平价无补贴条件下进行，上网电价取0.39元/kWh（含税）。图表 19.光伏发电国内三类资源区划分资源区包含地区I类资源区宁夏，青海海西，甘肃嘉峪关、武威、张掖、酒泉、敦煌、金昌，新疆哈密、塔城、阿勒泰、克拉玛依，内蒙古除赤

24、峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔以外地区II 类资源区北京，天津，黑龙江，吉林，辽宁，四川，云南，内蒙古赤峰、通辽、兴安盟、呼伦贝尔，河北承德、张家口、唐山、秦皇岛，山西大同、朔州、忻州，陕西榆林、延安，青海、甘肃、新疆除I类外其他地区III类资源区山东，江苏，安徽，浙江，上海，江西，福建，河南，湖北，湖南，广东，广西，海南，贵州，重庆，河北南网覆盖地区，廊坊，山西、陕西除II类外其他地区资料来源：国家发改委，中银国际证券转换效率溢价来自于发电功率提升和电站成本摊薄在给定电站规模的情况下，电池转换效率对组件功率的提升可摊薄电站建设的面积相关成本。在单晶 PERC电池转换效率22.5%（目前领先的量产

25、效率）、组件价格1.7元/W（含税）、电站规模一定的条件下，测算在不同发电增益水平（扣除衰减因素）下组件合理溢价与异质结和PERC 电池的转换效率之差的关系，可以得到异质结电池转换效率由22.5%提升至 25.5%（转换效率之差由0%提升至3%）时，异质结组件可获取的合理溢价大约提高0.16-0.17元/W，可以认为转换效率每提升1个百分点，异质结组件合理溢价增加0.05-0.06元/W。其中，在4%的发电增益水平下，异质结组件的合理溢价为 0.220-0.387元/W。考虑异质结目前约23.5%的量产电池效率（取新加坡REC量产效率），异质结组件的合理溢价约为0.280元/W。图表 20.相

26、同电站IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格1.7元/W）0.000.100.200.300.400.500.600.00%0.25%0.50%0.75%1.00%1.25%1.50%1.75%2.00%2.25%2.50%2.75%3.00%转换效率之差发电增益 0%发电增益 2%发电增益 4%发电增益 6%发电增益 8%（元/W）资料来源：中银国际证券如考虑单晶PERC电池进一步提效，在PERC转换效率23%，组件价格1.7元/W（含税）的条件下，溢价曲线整体有所下移，但趋势保持不变，异质结电池转换效率由22.5%提升至 25.5%（转换效率之差由-0

27、.5%提升至 2.5%）时，异质结组件可获取的合理溢价仍大约提高0.16-0.17元/W，可以认为转换效率每提升1个百分点，异质结组件合理溢价增加0.05-0.06元/W。在 4%的发电增益水平下，异质结组件的合理溢价为0.186-0.353元/W。考虑异质结目前约23.5%的量产电池效率，异质结组件的合理溢价约为 0.246元/W，相比 PERC电池 22.5%效率下的结果均略有收窄。图表 21.相同电站IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 23%、组件价格1.7元/W）0.000.100.200.300.400.500.60-0.50%-0.25%0.00%0.25%0.

28、50%0.75%1.00%1.25%1.50%1.75%2.00%2.25%2.50%转换效率之差发电增益0%发电增益2%发电增益4%发电增益6%发电增益8%（元/W）资料来源：中银国际证券单晶 PERC电池降价的情况与效率提升的情况类似，在 PERC转换效率22.5%，组件价格1.5元/W（含税）的条件下，溢价曲线整体下移，幅度小于提效情景，但趋势保持不变，异质结电池转换效率由22.5%提升至25.5%（转换效率之差由0%提升至3%）时，异质结组件可获取的合理溢价大约提高0.16-0.17元/W，可以认为转换效率每提升1个百分点，异质结组件合理溢价增加0.05-0.06元/W。在 4%的发电

29、增益水平下，异质结组件的合理溢价为0.201-0.369元/W。考虑异质结目前约23.5%的量产电池效率，异质结组件的合理溢价约为0.262元/W，相比 PERC组件 1.7元/W下的结果亦有下降。图表 22.相同电站IRR水平下转换效率之差可允许的合理溢价（PERC效率 22.5%、组件价格1.5元/W）0.000.100.200.300.400.500.600.00%0.25%0.50%0.75%1.00%1.25%1.50%1.75%2.00%2.25%2.50%2.75%3.00%转换效率之差发电增益0%发电增益2%发电增益4%发电增益6%发电增益8%（元/W）资料来源：中银国际证券如

30、考虑屋顶分布式光伏的典型情况，即项目经济性测算时的约束条件非装机容量而是屋顶面积，异质结组件高转换效率带来的高发电功率优势将更为明显地体现出来。对比同面积（屋顶分布式）与同容量（地面电站）两种情景下异质结组件合理溢价与电池转换效率的关系，可以得到在无其他发电增益的情况下，异质结组件溢价在同容量情景下的变化范围为0.082-0.250元/W，幅度约 0.17元/W，而在同面积情景下的变化范围为0.082-0.539元/W，幅度约0.46元/W；组件溢价对转换效率的敏感性，同面积情景明显高于同容量情景。由此可以判断，在一般情况下，相对于地面电站，屋顶分布式光伏使用异质结电池更为划算，异质结电池对单

31、晶PERC的性价比优势或先出现于屋顶分布式。图表 23.不同情景下组件溢价与异质结电池转换效率的关系（PERC效率 22.5%、组件价格1.7元/W）0.000.100.200.300.400.500.6022.50%22.75%23.00%23.25%23.50%23.75%24.00%24.25%24.50%24.75%25.00%25.25%25.50%同面积同容量（元/W）资料来源：中银国际证券抗衰减性能可支撑约0.08 元/W 溢价对于初始投资远大于运营成本的光伏电站而言，投资收益率对于电站发电量的敏感性相对较高，光伏电池和组件的抗衰减性能可在相当程度上影响电站整体的投资收益率。在目

32、前最领先的单晶PERC电池转换效率22.5%、组件价格1.7元/W（含税）的条件下，我们测算得出在异质结电池转换效率等同于 PERC电池、除衰减性能区别之外不存在其他发电增益的情况下，异质结组件仍具备约0.082元/W 的溢价空间。而当考虑PERC电池提效至23%或降价至1.5元/W的情况时，抗衰减性能带来的组件溢价空间仍有至少接近0.05元/W的水平，可以认为异质结电池优秀的抗衰减特性是支撑组件溢价的重要因素。图表 24.异质结组件热循环测试（-40至+85）结果情景开路电压（V）短路电流密度（mAcm-2）填充因子(%)转换效率(%)衰减(%)初始0.722 35.4 76.3 19.5

33、0 热循环 600次0.712 36.2 75.0 19.3 0.9 热循环 1200次0.721 35.8 75.0 19.3 0.8 资料来源：Meyer Burger，中银国际证券图表 25.P型单晶组件的典型衰减趋势资料来源：中科院电工所，中银国际证券图表 26.单晶 PERC组件与异质结组件的衰减趋势假设0.800.850.900.951.001.0512345678910111213141516171819202122232425相对功率发电年份异质结PERC资料来源：中银国际证券图表 27.异质结组件抗衰减溢价（异质结电池转换效率22.5%、无其他发电增益）测算假设异质结组件价格（元/W）溢价空间（元/W）单晶 PERC效率 22.5%、组件价格1.7元/W 1.782 0.082 单晶 PERC效率 23%、组件价格1.7元/W 1.749 0.049 单晶 PERC效率