CSPV 精彩回顧∣ 晶矽電池模組發展現狀和趨勢

緊扣光伏前沿技術和最新應用的大會特色專題一直是CSPV的名片，每年均有來自國內外的學術專家分享展示在矽材料、太陽能電池、光伏輔材、系統應用、檢測認證和裝備等光伏產業領域最新的研究成果和發展動態。本文將回顧2021年CSPV中晶矽電池模組方面展示的精彩內容。
 

顆粒矽

在市場全面押注塊狀多晶矽料的時候，保利協鑫在顆粒狀多晶矽領域已經蟄伏十年。今年2月，保利協鑫宣佈FBR顆粒矽產能由6000噸提升至1萬噸，11月保利協鑫再次宣佈在既有1萬噸產能達產下， FBR顆粒矽再增2萬噸產能並正式投產，頭部企業也紛紛拋出橄欖枝，隆基、中環，晶澳均與保利協鑫簽顆粒矽長單採購合同，市場對於FBR顆粒矽的討論高漲。本次會議中，保利協鑫詳盡的闡述了FBR法的生產流程，以及相比傳統西門子法，FBR法顆粒矽生產工藝降低多晶矽生產綜合電耗70%。具備流程短、綜合能耗低、反應單次轉換效率高的優勢，滿足能源雙控要求，助力光伏進入低碳新時代。

Source: 2021 CSPV_顆粒矽技術與應用

針對拉晶過程中使用顆粒矽導致的“氫跳”和“刮灰”導致顆粒矽無法大比率投爐使用的問題，保利協鑫亦分享了相關的解決辦法，並分享了顆粒矽75%-100%替代棒狀矽後在拉晶端各根次的頭部少⼦壽命與使⽤棒狀料各根次持平，和在電池端效率與其它廠家矽⽚⽔平相當的效率表現。

儘管目前FBR顆粒矽產出有限，當前主要的用處仍被視為填充塊狀矽料的間隙，提升晶矽爐的加料量，隨著保利協鑫2022-2023年20-30萬噸顆粒矽的佈局，顆粒矽的生產耗電量方面僅為改良西門子法的1/3，預計成本方面具有一定的優勢，值得行業期待與關注。
 

薄片化加速

隨著19年以來大尺寸的陸續推進，矽片厚度停留在170-180um至少3年多的時間。伴隨著今年矽料短缺與矽料價格的一路攀升，以及大尺寸設備均為近兩年來新上，薄片化推進忽然提速，據隆基會議上分享，目前P型M10主流厚度已降至160-165um，市場上更薄矽片的需求也越來越多；而中環展示的薄片化技術路線圖顯示2021年G12 P型的厚度僅為160um, 近期亦聽聞不論矽片端還是電池端，均在加速G12 160um 厚度的切換工作。

Source: 2021 CSPV_隆基大尺寸高效單晶矽片技術概況及展望                
Source: 2021 CSPV_G12+工業4.0引領行業發展
 

大尺寸之爭

隨著大尺寸產業鏈技術日臻成熟，大尺寸體系降本突出，目前公認的可降低全產業鏈生產成本約0.07-0.09元/W，同時各環節產業集中度提升推動巨頭聯盟化，一體化龍頭先行，諸多因素決定尺寸升級已勢不可擋，大尺寸在2021H2市占首次超過50%並持續增加中。

自2019年後中環210和隆基18X的相繼推出，大尺寸的選擇討論一直是行業中的熱點話題，尤其是210陣營600W+模組的推出，尺寸之爭愈演愈烈。近期配套輔料、逆變器和接線盒，以及工作溫度和熱斑問題的爭論已慢慢淡出，但運輸方式和可靠性方面的爭論仍較激烈。

CSPV前中環推出218.2mm尺寸矽片， 儘管沒有太多的報告提及，但會中針對該尺寸的提問仍較多，其中隆基呂俊博士面對提問回答到“我們不反對大尺寸矽片，但是反對大尺寸模組”。 而5排218.2mm的模組與6排182mm的模組寬度一致，模組環節的物料多數可共用，但是218.2mm的模組為奇數排，增加的匯流條是否影響模組外觀，以及生產該尺寸又將面臨新一輪設備的夾具工裝改造等問題仍是電池模組廠商的主要顧慮。由於下游電池模組廠商也不樂見一再快速的進行尺寸轉換，截止目前，仍未有電池與模組廠公開聲稱生產218.2mm的產品，218.2mm能否成為下一代尺寸標準仍有待觀望。
 

N型電池

隨著PERC提效進入瓶頸期，近年來開啟了光伏電池P型向N型反覆運算的趨勢，從而邁向更高的效率臺階，不管是研發還是量產，N型電池技術陸續取得突破，產業化進程提速明顯。目前關於PERC後的下一代電池技術討論主要集中在N型TOPCon 和HJT 上，兩種電池雖然不是非此即彼的關係，但是電池效率提升和成本降低的進步速度將決定二者誰將率先佔據PERC後產能擴張的高點。
 

TOPCon

會議期間，中來，晶科，東方日升，隆基以及正泰等客戶均分享了其TOPCon在量產方面達到24%+的效率水準，而更多的報告分享來源於TOPCon設備廠商，而TOPCon 技術路線的選擇仍為本次會議的焦點話題。下表根據本次會議期間設備商所展示的技術路線整理而得。

整體上，LPCVD是當前更為成熟的一個技術，但是PECVD技術更具發展潛力。針對PECVD法鍍膜含氫量較高易薄膜的問題，通威和寧波材料所均有提及通過優化SiH4/H2的比例、沉積溫度等工藝以及採用SiCx爆膜取代poly-Si從而降低甚至解決PECVD薄膜的問題。

另外，常規的硼摻雜均為採用BBr3或BCl3硼擴工藝，針對當前硼擴工藝均勻性偏差，易形成富硼層，以及工藝耗時較長等不足，寧波材料所提出PECVD沉積硼擴散源的思路從而提升摻雜的均勻性，但是工藝耗時仍較長，目前該方法仍停留在研發階段，尚無可使用的產業化設備；而漢可亦提出用熱絲CVD摻入摻雜原子（硼 ）形成源層，與推結分成2步進行從而形成摻雜層，該思路同樣具備濃度分佈均勻性好的優勢。
 

HJT

目前HJT電池技術本身的發展已經漸趨成熟，各廠商均聲稱量產效率達到了24.0%-24.5%的水準，而華晟CTO王文靜博士和邁為分享的通過VHF-PECVD製作微晶矽替代現有的非晶矽薄膜，HJT電池量產效率將實現25.0%+的水準，目前華晟和金剛玻璃均已佈局該技術，2022年將投入量產。

隨著HJT電池產能的逐步擴大，模組封裝問題逐漸凸顯，由於模組端焊接封裝技術普遍停留在對PERC電池的認知層面，同時行業仍缺乏統一的HJT電池測試標準，導致各電池廠商的效率以及CTM偏差相較PERC電池高出較多。

電池效率的偏差可以理解為缺乏標準，相比PERC電池較低的CTM水準則來源於HJT本身的結構與現有焊接封裝技術的不匹配。
 

封裝損失 (Cell to Module loss, CTM loss)

Source: 2021 CSPV_ Reliability challenge of Amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cell

從各位專家的分享中可看出導致CTM偏低的主要影響因素為：

1. 邊緣損失：因為ITO導電實際HJT電池片邊緣均預留部分區域不沉積ITO,導致實際受光面積變小。
2. 鐳射劃片損失：劃片過程中鈍化層以及膜層會被損傷，導致HJT劃片損失較PERC高出0.15%以上，儘管無損切割可降低該損失，但是劃片損失仍較高，好消息是新上的HJT均為大尺寸電池預切半片，該部分損失可完全去除。
3. 暗衰損失：光注入可以明顯改善開路電壓和填充因數，但是靜置後暗衰仍有0.1-0.2%，特殊的光注入技術可一定程度上抑制衰減幅度。焊接和层压另外，HJT厂商均有在尝试推广SMBB，主栅虽然进一步变细，但是主栅数量明显增多，叠加高精度串焊工艺，HJT电池效率和CTM均有望获得进一步提高。
4. 焊接和層壓另外，HJT廠商均有在嘗試推廣SMBB，主柵雖然進一步變細，但是主柵數量明顯增多，疊加高精度串焊工藝，HJT電池效率和CTM均有望獲得進一步提高。

铜电镀

HJT憑藉較高的效率以及工藝簡單等優勢受到光伏行業的廣泛關注，但是受制於較高的生產成本導致量產化推進仍較緩慢，其中金屬化環節的高成本為制約HJT發展的最大因素。銅金屬化被認為低成本HJT太陽能電池最有可能的解決方案，儘管銅電鍍本身工藝簡單且成本較低，但是配套的種子層以及掩膜製備導致整個銅電鍍工藝步驟較多，仍需步驟簡單且低成本的量產化路線，同時銅替代銀之後的模組可靠性仍需進一步確認。

Source: 2021 CSPV_ Copper metallization of electrodes for silicon heterojunction solar cells
 

背接觸電池

隨著愛旭宣佈佈局ABC電池，其中300MW中試線已經在建，以及傳聞行業龍頭企業也可能佈局背接觸電池，不管是TOPCon 亦或HJT疊加背接觸結構，背接觸電池結構的關注度近期持續高昂。會議期間，除了浙江大學分享了“以MoOx薄膜為鈍化減反層、基於非摻雜全背接觸的柔性單晶矽異質結太陽能電池”之外，王文靜博士也詳細分享了HBC電池的優劣勢。雖然HBC正面無金屬化遮擋，但是HBC雙面能力較差，HBC發電能力不一定會比HJT高，另外，HBC可支援無銦技術以及對賤金屬的容忍度更高，這些優勢導致HBC降本更為容易，從而得出“HBC不一定是增效的技術，但或許是一種降本技術”的結論。

Source: 2021 CSPV_晶体硅太阳电池的技术进展

另外，異質結的高成本問題，會議期間，學術界分享了很多關於嘗試免摻雜的禁帶更寬（低寄生吸收）的過渡金屬氧化物或有機物如MoOx、WOx等代替a-Si:H (p)，採用低功函數的鹼金屬/鹼土金屬氟化物或金屬氧化物如TiOx、LiFx等代替a-Si:H (n))，部分金屬氧化物同時兼備鈍化層和減反射層的作用，目前該類產品仍停留在研發階段，期待該類產品早日商業化以進一步降低異質結產品的成本。
 

模組封裝

隨著能源結構升級轉型的加速，光伏發電專案的應用場景越來越多，因為戶外環境的不確定性，對模組中使用材料耐候性方面的要求也是越來越高，尤其是對光伏模組長期可靠性起到關鍵影響作用的封裝材料-封裝膠膜和光伏背板在耐候性，阻隔性等方面的要求更為苛刻，同時，豐富的應用場景也導致膠膜和背板的市場需求細分化。
 

封裝膠膜

當前封裝膠膜的選擇方案主要圍繞抗PID性能，模組端層壓良率，以及性價比三方面進行考量，綜合以上三方面，目前各類型模組的膠膜選擇大致如下：

1. 鑒於純POE交聯速度慢，層壓工藝差，易出現氣泡等問題，純POE被共擠POE即EPE取代的場景越來越多。
2. 關於間隙反光貼膜，會議期間斯威克有宣傳該類產品，間隙反光貼膜相比網格玻璃對功率的提升不足1%，另外該技術仍需要引進自動化貼膜設備，模組廠商普遍認為投資回報率偏低，實際使用的廠商仍較少。
3. 另外，近期各專業分析機構均預測明年膠膜粒子供應緊張，預計各廠家會加速搭配更細焊帶的使用以降低膠膜的克重。SMBB的導入預計會加速，同時分段焊帶亦或有更多的廠商嘗試以進一步降低背面膠膜的克重。

背板

儘管近年來雙玻模組的比率不斷攀升，但是隨著戶用，工商業等分散式電站的盛行，同時透明背板亦可作為雙面模組的背面封裝材料，背板仍佔有光伏模組背面封裝材料超過50%的市場份額。在背板演變過程中經歷了雙面含氟膜結構、雙面含氟結構（單面氟膜）、雙面塗料、強化PET型背板、聚烯烴背板（共擠背板、E/O膜背板）等等，目前超過95%的背板產自中國。隨著電池片結構、模組版型的變化，背板的定制化需求增多，市場需求細分化，如透明背板，網格背板，黑色背板, 環境友好型的無氟背板以及針對HJT開發的含鋁層背板。

Source: 2021 CSPV_新技术发展趋势下光伏背板的解决方案

1. 非氟背板因為耐候性方面的顧慮以及缺乏戶外實證，儘管成本相對較低，目前僅部分分散式電站有使用，含氟結構的背板仍為絕對的主流；TPT/KPK由于成本较高，已逐步退出市场，目前仅部分国企指定订单有使用；
2. TPT/KPK由於成本較高，已逐步退出市場，目前僅部分國企指定訂單有使用；
3. 目前PVDF基雙面含氟背板KPC/KPf市占比最高約35%，PVF基雙面含氟背板TPC市占比約15%，賽伍報告中提及預計2022年Q3 PVDF 原材料R142b供應有所緩和，KPf型背板價格會回落，最終比CPC/ PPf類背板高1元/m2左右；
4. 據中來報告分享雙面塗覆型背板CPC/FPf 今年市占比約30%，由於PVDF膜原材料面臨供應短缺和成本上漲的原因，塗覆型背板的市占比有望在2022年進一步提高；
5. 由於去年底玻璃大幅短缺、以及大尺寸產品的重量考慮，加上透明背板價格下降，去年底出現較多模組廠導入透明背板雙面模組。今年透明背板在雙面模組產品中的占比預估將首度突破兩成，總量約能到13GW左右。

結語

在中國大力推進實施“3060雙碳”目標過程中，需要不斷推廣清潔能源，提高可再生能源的應用比例。特別是在《中共中央關於制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》發佈後，國家對於光伏等新能源的重視又提升到了新的高度。隨著光伏發電技術的持續進步，全球光伏產業勢必將迎來爆發式的增長和發展。