HJT電池轉換效率再創新高 從專利視角看隆基的技術布局|企業創新評測實驗室

科創板日報 發佈 2022-07-05T05:28:57.760902+00:00

《科創板日報》7月1日訊(研究員 王鋒 歐緒),近日,隆基矽異質結光伏電池(HJT)研發再次取得重大突破,經德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)測試,M6全尺寸電池(274.4cm²)光電轉換效率達26.50%,創造了大尺寸單結晶矽光伏電池效率新的世界紀錄。

《科創板日報》7月1日訊(研究員 王鋒 歐緒),近日,隆基矽異質結光伏電池(HJT)研發再次取得重大突破,經德國哈梅林太陽能研究所(ISFH)測試,M6全尺寸電池(274.4cm²)光電轉換效率達26.50%,創造了大尺寸單結晶矽光伏電池效率新的世界紀錄。

隨著隆基HJT電池轉換效率再創新高,加上近期HJT異質結電池項目的密集落地,HJT一再成為市場關注的熱點。

異質結HJT(全稱Heterojunction with Intrinsic Thin Layer)也被稱為HIT,是一種特殊的PN結。HJT電池為對稱雙面電池結構,由非晶矽和晶體矽材料形成,在晶體矽上沉積非晶矽薄膜。

HJT電池綜合了晶體矽電池與薄膜電池的優勢,具有轉換效率高、工藝溫度低、穩定性高、衰減率低、雙面發電等優點,是高轉換效率矽基太陽能電池的熱點方向之一。

全球HJT電池專利申請以中美為主

HJT/HIT電池最早由日本三洋公司於90年代初成功研發,2015年三洋公司(被松下收購)的專利保護結束,技術壁壘消除,各國公司和研究機構紛紛加大對該技術的研發和投入。

根據智慧芽數據顯示,全球目前共有8800餘件適用於HJT電池製造領域的專利申請。從申請趨勢看,該領域的專利自2009年起每年的申請量明顯上升。

此外,上述8800餘件專利中,發明專利占比超過95%,且其中4700餘件發明專利已獲授權。從技術布局看,當前在HJT領域的專利申請主要集中於鈣鈦礦、異質結、有機薄膜等相關領域。

值得一提的是,在8800餘件專利中,來源於美國的專利申請數量最多,約占總量的29.8%,中國緊隨其後,約占29.4%。與此同時,從目標市場布局來看,8800餘件專利中,布局於中國市場的專利數量最多,約占總量的36%以上,隨後是美國,約17.8%。

HJT領域專利申請主體的技術布局

從專利申請主體的維度看,全球在HJT領域申請專利數量排名前列的企業有:LG innotek、Kaneka、東芝、松下、IBM等,專利申請量均過百。

聚焦國內企業,相關專利申請量排名前列的企業有:中建材玻璃新材料、台積電、華睿光電、天合光能、天光材料、隆基、晉能科技等,專利申請量在20-70件範圍內。其中台積電、華睿光電、天光材料的HJT專利技術主要分別聚焦於半導體、OLED面板材料、有機半導體領域,中建材玻璃新材料、天合光能、隆基、晉能科技的相關專利則專注於HJT電池的研發與應用。具體來看:

中建材玻璃新材料研究院集團的專利多集中於光伏器件、薄膜、製備方法等方面。

天合光能的相關專利側重於太陽能電池、非晶矽層、透明導電膜、疊層、背接觸、光伏器件等領域,其HJT產品完成TUV認證,正在積極進行市場推廣。

晉能科技的專利多聚焦於PEVCD設備、異質結電池結構、製備方法等,公司2021年與金辰機械合作開發了應用於異質結電池生產的大產能PECVD設備,目前已完成工藝驗證,進入微晶PECVD設備及工藝開發階段。

日前在HJT電池研發取得新突破的隆基綠能,包括其關聯公司在內,HJT專利申請超過20件。從申請趨勢來看,隆基自2020年起在該領域的申請量開始攀升。公司共有17件專利正處於審中狀態。其專利布局主要集中於鈣鈦礦、疊層電池、光伏器件等相關領域。(註:數據截至2022年6月27日,專利公開具有一定的滯後性,從申請到公開可查詢,約4到18個月。)目前隆基已開啟HJT中試線擴產計劃,代表著傳統電池廠商對HJT的認可在提升。

多種技術爭奇鬥豔,未來方向尚待選擇

隨著光伏電池主流PERC技術的成熟,業界正在尋找具有更高轉換效率的下一代技術。雖然HJT是高效光伏電池的熱點方向之一,但業界對新技術的選擇目前尚無定論,TOPCon、HJT、IBC等多條新型技術路線正在並行

從理論轉化效率來看,HJT的理論最高轉換效率為27.5%,低於TOPCon的28.7%,但HJT可以採用疊層和鈣鈦礦等技術,疊加後最高效率有望提升至30%以上。

在電池製造工序上,HJT電池的工藝環節僅4步,相比PERC電池通常的9-10步,HJT的生產步驟大大減少。但其核心環節PECVD與之前的工序完全不同,生產設備與PERC生產線不共享,而該類設備投資占比達總設備投入的50%,因此產能提升速度暫時比不上TOPCon。

同時,PERC與TOPCon使用的是高溫銀漿,HJT只能使用低溫銀漿,根據CPIA的數據,HJT電池與PERC相比,銀漿單耗提升102%。而目前生產中用到的低溫銀漿更多依賴進口,使現階段HJT的成本投入更高。

總體來看,TOPCon對存量的產線和技術積累較為友好,新玩家則更傾向於布局HJT。而光伏龍頭公司對於下一代技術的選擇,更成為行業關注焦點。

以隆基為例,除HJT技術以外,隆基對其他多條電池路線也進行了技術儲備。

在PERC技術上,隆基的單晶雙面PERC電池正面轉換效率達到了24.06%,是商業化尺寸PERC電池效率首次突破24%,打破了行業此前認為的PERC電池24%的效率瓶頸。

在TOPCon技術上,隆基綠能實現了P型25.19%、N型25.21%的水平。

在IBC技術上,隆基首次提出了基於P型矽片的IBC技術,即HPBC。6月27日,網上傳出了其新產品HPBC組件的圖片。IBC技術的壁壘較高,量產難度更大,目前的理論實驗室效率紀錄為26.63%,仍由2017年由光伏電池板生產商Kaneka創造。

對於各項新技術,隆基等光伏龍頭將多大程度應用到實際的量產產線中,值得未來持續關注。

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