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本篇講光伏中游電池，下篇講光伏中游組件
六、電池
27. 市場(chǎng)：150 GW 900 億
2021 年全國(guó)電池片產(chǎn)量?152 GW?912 億（0.6元/W)
28. 原理：半導(dǎo)體光電特性
半導(dǎo)體摻入Ⅴ族元素（磷P砷As），V族元素相比Ⅳ族的外層電子多出一個(gè)，多出的電子能夠作為導(dǎo)電的來(lái)源，這種摻雜手段被稱為N（Negative）型摻雜如果摻入Ⅲ族元素（如硼B(yǎng)氟化硼B(yǎng)F2），Ⅲ族元素相比Ⅳ族的外層電子少一個(gè)，這種缺少電子的空位被稱為空穴，空穴同樣能夠?qū)щ?，?duì)應(yīng)的摻雜手段被稱為P（Positive）型摻雜
當(dāng)太陽(yáng)光照射在表面，PN結(jié)附近的電子吸收能量變?yōu)橐苿?dòng)的自由電子，同時(shí)在原來(lái)的位置形成空穴，當(dāng)連接電池正負(fù)極形成閉合回路時(shí)，自由電子受到內(nèi)電場(chǎng)的力從N區(qū)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線向P區(qū)移動(dòng)，在外電路產(chǎn)生電流，詳細(xì)分析請(qǐng)參考半導(dǎo)體全面分析（一）：兩大特性，三大政策，四大分類！
29. 技術(shù)路線：Al-BSF→PERC→TOPCon/HJT→HBC/TBC→疊層鈣鈦礦/多帶隙/熱載流子
根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為三大類
晶體硅太陽(yáng)能電池：單晶硅、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池：硅基薄膜、化合物類以及有機(jī)類新型太陽(yáng)能電池：疊層、多帶隙、熱載流子
技術(shù)路線為 Al-BSF→PERC→TOPCon/HJT→HBC/TBC→疊層鈣鈦礦/多帶隙/熱載流子，下面一一介紹
30. Al-BSF：制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、絲印、燒結(jié)、分選
基于光伏原理，提升光電轉(zhuǎn)換效率要降低光損失、減少電子空穴對(duì)復(fù)合
降低光損失：光照射時(shí)，電池片正反面都會(huì)產(chǎn)生折射和反射，降低電池片反射率的工藝包括表面制絨、柵線遮光、制備雙層減反膜等
減少電子空穴對(duì)復(fù)合：光伏利用少數(shù)載流子（電子/空穴）進(jìn)行工作，少數(shù)載流子壽命（少子從產(chǎn)生到復(fù)合的時(shí)間間隔）決定轉(zhuǎn)換效率，減少少子復(fù)合可以增加少子壽命，少子復(fù)合包括體復(fù)合和表面復(fù)合，減少少子復(fù)合的工藝包括正面鍍膜（同時(shí)減少體復(fù)合和表面復(fù)合）、鋁背場(chǎng)（減少背面復(fù)合）、鍍氧化鋁鈍化（減少背面復(fù)合）等
Al-BSF 鋁背場(chǎng)電池指在 PN 結(jié)制備完成后，在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備 P+層的光伏電池，既可以減少少數(shù)載流子在背面復(fù)合的概率，也可以作為背面的金屬電極，包括制絨清洗、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、制備減反射膜、印刷電極、燒結(jié)及自動(dòng)分選七道工序
制絨清洗：利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)，由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率
擴(kuò)散制結(jié)：太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的 PN 結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)散爐即為制造太陽(yáng)能電池 PN 結(jié)的專用設(shè)備
去磷硅玻璃：把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃
等離子刻蝕：擴(kuò)散過(guò)程中硅片表面擴(kuò)散上磷，PN 結(jié)正面所收集到的電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到 PN 結(jié)的背面造成短路，通常采用等離子刻蝕對(duì)太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕去除電池邊緣的 PN 結(jié)
鍍減反射膜：為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，采用 PECVD?設(shè)備沉積一層氮化硅減反射膜
絲網(wǎng)印刷：采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將預(yù)定圖形壓印在基板上，包括電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷、電池正面銀漿印刷
快速燒結(jié)：燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹(shù)脂粘合劑燃燒掉，剩下純粹由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極，當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸
自動(dòng)分選：自動(dòng)分選機(jī)通過(guò)模擬太陽(yáng)光譜光源，對(duì)電池片的相關(guān)電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果將電池片進(jìn)行分類
31. PERC：鍍膜開(kāi)槽，市占率 85%
Al-BSF（鋁背場(chǎng)電池）鋁背層紅外輻射光只有 60-70% 能被反射，產(chǎn)生光電損失，PERC 發(fā)射極鈍化和背面接觸（Passivated?Emitterand Rear Cell）在電池背面附上一層鈍化層(氧化鋁或氧化硅)產(chǎn)生更多反射光增加額外電流減少光電損失，如果背面不用鋁漿，改成局部鋁柵線，可以簡(jiǎn)單升級(jí)成雙面 PERC 結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到 75—85%
PERC 工藝增加兩道工序：PECVD 沉積背面鈍化疊層（增強(qiáng)背面鈍化反射能力）、背面鈍化層激光開(kāi)槽（打通鈍化疊層形成電學(xué)通路）
光電轉(zhuǎn)換效率：2021 年單晶 PERC 電池市占率達(dá)到 85%，隆基已可將 PERC 電池效率提升至 24.06% 逼近理論極限效率 24.5%
32. N 型：N-PERT 沒(méi)有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)
前文原理中提到 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體緊密結(jié)合后形成 P-N 結(jié)，但是實(shí)際中在工藝上難以實(shí)現(xiàn) P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體的直接結(jié)合，P 型硅片通常是在硅片端生產(chǎn)一片摻硼的硅片，然后通過(guò)擴(kuò)散爐給 P 型硅片的表面進(jìn)行擴(kuò)散摻入磷，從而形成 P-N 結(jié)，N 型則反之
N 型電池片轉(zhuǎn)換效率高于 P 型，主要原因是因?yàn)?P 型電池片與電子的結(jié)合能力更強(qiáng)，如果把電子比作蘿卜，空穴比作坑，則在 P 型硅片中坑很多，蘿卜少，所以每當(dāng)有電子流入正極很快就找到了坑，故而少子壽命低（復(fù)合速度快），而摻入磷的 N 型硅片體內(nèi)有大量的自由電子，坑少蘿卜多，此時(shí)則只能是來(lái)一個(gè)空穴占一個(gè)電子，其余電子則總處于自由激發(fā)態(tài)，少子壽命長(zhǎng)（復(fù)合速度慢）
N 型電池片工藝更為復(fù)雜，因?yàn)榱着c硅相溶性差，拉棒時(shí)磷分布不均，P型硅片摻硼元素，硼與硅分凝系數(shù)相當(dāng)，分散均勻度更容易控制，因此 P 型電池相對(duì)于 N 型電池在工藝上更為簡(jiǎn)單，成本也較低
N-PERT鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池（Passivated Emitter Rear Totally-diffused Cell）是一種全擴(kuò)散背場(chǎng)鈍化結(jié)構(gòu)，通常PN結(jié)在正面，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是最早的N型電池，是天然的雙面結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到80—95%，N-PERT 電池雖然實(shí)現(xiàn)了雙面發(fā)電，但效率提升有限，與 PERC 電池相比沒(méi)有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)?N-PERT 工藝：增加正面硼擴(kuò)散爐擴(kuò)硼、背面離子注入機(jī)注入磷、背面 PECVD 鈍化疊層，減少了激光開(kāi)槽工藝
33. TOPCon：擴(kuò)硼注磷鍍膜，原有產(chǎn)線改造
2013 年德國(guó) Fraunhofer 研究所?Frank Feldmann 博士提出 TOPCon?隧穿氧化層鈍化接觸電池(Tunnel Oxide Passivating Contacts Cell)，正面與 N-PERT 相同，在 N 型硅片背面沉積一層薄氧化硅，然后再沉積一層磷摻雜多晶硅薄膜，實(shí)現(xiàn)背面鈍化接觸，使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層同時(shí)阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，降低金屬接觸復(fù)合電流，提升開(kāi)路電壓和短路電流，提升電池轉(zhuǎn)化效率，極限理論效率?28.7%
TOPCon 增加 3 道工藝：正面硼擴(kuò)散爐擴(kuò)散硼、背面離子注入機(jī)注入磷、LPCVD/PECVD/PVD 沉積TOPCon 層
34. HJT：制絨鍍膜印刷，新建產(chǎn)線
1990 年日本三洋開(kāi)發(fā)HIT晶體硅異質(zhì)結(jié)電池（Heterojunctionwith Intrinsic Thin-layer），但HIT被三洋注冊(cè)為商標(biāo)又被稱為?HJT、HDT、SHJ，同質(zhì)結(jié)電池指同一種半導(dǎo)體材料構(gòu)成 P-N 結(jié)，異質(zhì)結(jié)是兩種不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，兼具晶硅電池優(yōu)異的光吸收性能和薄膜電池的鈍化性能
HJT 在?N 型晶體硅片（c-Si）正反面沉積非晶硅薄膜（a-Si）形成異質(zhì)PN結(jié)，再沉積雙面 TCO 透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide) 薄膜、雙面金屬電極，結(jié)構(gòu)對(duì)稱，適合于雙面發(fā)電
PERC 8 道工藝，TOPCon 10 道工藝，HJT?僅 4 道工序：清洗制絨、PECVD/Cat-CVD 沉積非晶硅薄膜，PVD/RPD 沉積 TCO薄膜、絲網(wǎng)印刷
35. IBC：與HIT結(jié)合HBC，與TOPCon結(jié)合TBC
IBC 叉指狀背接觸電池(Interdigitated Back Contact Cell)在N型硅片前后表面均覆蓋一層熱氧化膜，以降低表面復(fù)合，在電池背面分別進(jìn)行磷、硼局部擴(kuò)散，形成指狀交叉排列的PN結(jié)，正面無(wú)電極，無(wú)柵線遮光，能最大限度利用入射光，減少光學(xué)損失
IBC 與?HIT 結(jié)合可開(kāi)發(fā)出 HBC 電池，效率達(dá) 26.63%，與 TOPCON 結(jié)合可開(kāi)發(fā)出?TBC（POLO-IBC）電池，效率達(dá)?26.1%
IBC 工藝流程復(fù)雜：掩膜法制備 PN 結(jié)、正反面鈍化鍍膜、金屬化柵線等
36. 薄膜：能商業(yè)化的效率偏低，效率高的成本太高難以商業(yè)化
薄膜型太陽(yáng)能電池的發(fā)電原理與晶硅電池相同，但應(yīng)用的是由硫化鎘、砷化鎵等非硅材料制備成的微米量級(jí)厚度的光伏材料，基本產(chǎn)品形態(tài)為一層薄膜，故得名薄膜電池
薄膜電池可以制作成非平面構(gòu)造，可與建筑物結(jié)合 BIPV，還可以應(yīng)用于汽車(chē)、手機(jī)、衣服、背包、帳篷等
薄膜電池分為硅基薄膜、碲化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CIGS）、III-V 族系列砷化鎵（GaAs）疊層電池、燃料敏化電池、有機(jī)化合物電池等，但能商業(yè)化的效率偏低，效率高的成本太高難以商業(yè)化
碲化鎘 CdTe 薄膜電池以 p 型 CdTe 和 n 型 Cd 的異質(zhì)結(jié)，領(lǐng)軍企業(yè)美國(guó) First Solar 一度成為全球市值最高的太陽(yáng)能電池企業(yè)，但效率偏低
砷化鎵GaAs薄膜電池成本較高，主要用于宇宙空間探測(cè)利用（太陽(yáng)能電池帆板）等方面，美國(guó) Emcore、波音 SpectroLab，中國(guó)航天科技上海空間電源研究所、中國(guó)電子18研究所等
37. 第三代：疊層鈣鈦礦、多帶隙、熱載流子
太陽(yáng)光光譜能量分布較寬，現(xiàn)有的任何一種半導(dǎo)體材料都只能吸收其中能量比其禁帶寬度值高的光子，能量較小的光子透過(guò)電池被背電極金屬吸收轉(zhuǎn)變成熱能，高能光子超出禁帶寬度的多余能量使材料本身發(fā)熱，因此單結(jié)太陽(yáng)能電池其轉(zhuǎn)換效率的理論極限只有 30% 左右
第三代太陽(yáng)電池有疊層、多帶隙、熱載流子等
雙/多結(jié)疊層電池（Tandem/Multi-junction）：將帶隙不同的兩個(gè)或多個(gè)子電池按帶隙大小依次串聯(lián)在一起，太陽(yáng)光入射時(shí)高能量光子先被帶隙大的子電池吸收, 低能量光子被帶隙小的子電池吸收，既增加了對(duì)低能量端光譜的吸收率，又降低了高能量光子的能量損失，可以顯著提高電池效率，鈣鈦礦Perovskite和晶體硅構(gòu)成的雙結(jié)疊層電池理論效率 50%，在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段
鈣鈦礦電池以有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料（如CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3）作為吸光層，能隙1.5eV，幾百納米厚的薄膜即可充分吸收 800nm以下的太陽(yáng)光，成本僅為晶硅電池的十分之一
多帶隙太陽(yáng)能電池：1997 年 Luque 和 Marti 提出中間帶太陽(yáng)能電池模型，在半導(dǎo)體的禁帶中引入一個(gè)能態(tài)密度小窄能帶，使得在保持開(kāi)路電壓不變的情況下，增加亞帶隙吸收，從而達(dá)到增加電流，提高轉(zhuǎn)換效率的目的，極限效率 63.1%，但技術(shù)也未成熟
熱載流子太陽(yáng)能電池：光子多余能量賦予載流子較高的熱能，這些“熱載流子”在被激發(fā)后約幾個(gè)皮秒的時(shí)間內(nèi)碰撞達(dá)到一定的熱平衡，經(jīng)過(guò)幾納秒載流子晶格發(fā)生碰撞把能量傳給晶格，幾微秒后電子和空穴重新復(fù)合，熱載流子電池要采用超晶格結(jié)構(gòu)作為吸收層延緩載流子冷卻提高對(duì)光的吸收，理論極限效率達(dá)到 86.8%，還在理論研究階段
38. 全球：通威、愛(ài)旭、隆基
2020 年全國(guó)電池片產(chǎn)量?134.8GW，同比增長(zhǎng) 22.2%，前五企業(yè)占 53.2%，2021 年預(yù)計(jì)?152 GW
2021 年底通威產(chǎn)能 42 GW、愛(ài)旭 40 GW、隆基 35 GW、晶澳、天合、晶科、阿特斯等
601012 通威股份：電池龍頭
通威業(yè)務(wù)分為農(nóng)業(yè)、光伏新能源兩大板塊，單晶硅產(chǎn)能 8 萬(wàn)噸，電池產(chǎn)能 42GW，全球第一，2020 年完成成都1GW HJT 電池招標(biāo)
600732 愛(ài)旭股份：電池第二
愛(ài)旭專注電池環(huán)節(jié)，2009 年成立，2010 年下線第一片電池片，2015 年量產(chǎn)PERC 單晶電池片，2016 年產(chǎn)量突破 1GW，2017 年 4.3GW，2021 年 40 GW 達(dá)全球第二，每一次電池片技術(shù)迭代都將帶來(lái)一次擴(kuò)產(chǎn)潮，并且重塑市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，在最終的技術(shù)大一統(tǒng)來(lái)臨之前，光伏電池片市場(chǎng)難以形成馬太效應(yīng)
39. 材料：高低溫銀漿，賀利氏、聚和、帝科
銀漿是由高純度(99.9%)金屬銀的微粒、玻璃氧化物、有機(jī)樹(shù)脂、有機(jī)溶劑等所組成的一種機(jī)械混和物的粘稠狀的漿料，分為導(dǎo)電銀漿、電阻銀漿、電熔銀漿
2020年全球銀漿總耗量 2990噸150億元（正面2137噸背面853噸5000元/Kg測(cè)算），我國(guó)2467噸（正面1763噸背面704噸）占 82.51%
太陽(yáng)能電池使用的厚膜導(dǎo)體漿料分為：受光面正面銀漿、背光面背面銀漿、背面鋁漿
正面銀漿形成受光面電極，匯集導(dǎo)出光生載流子，用在 P 型電池受光面，N 型電池雙面，分為高溫（占98%）、低溫（僅 HIT 使用）
高溫銀漿通過(guò)燒結(jié)工藝（500°C 及以上）將銀粉、玻璃氧化物、其它溶劑按照一定比例混合而成，銀粉作為導(dǎo)電功能相，含量及成本占比超過(guò) 90%，玻璃體系為高溫粘接相，有機(jī)體系影響印刷性能、印刷質(zhì)量
低溫銀漿：HJT前道工藝溫度均不超過(guò) 400℃，高溫銀漿對(duì)HJT電池薄膜結(jié)構(gòu)造成損傷，低溫銀漿成型固化溫度低于 250℃，采用銀粉、樹(shù)脂和其它溶劑按一定比例進(jìn)行混合而成
背面銀漿：主要起粘連作用，對(duì)導(dǎo)電性能要求相對(duì)較低，用在 P 型電池背光面
制備工藝：干混+濕混、研磨與分散、檢測(cè)入庫(kù)，關(guān)鍵在于配方、產(chǎn)品粒徑
成本：包括直接材料、直接人工、制造費(fèi)用，銀粉占成本超過(guò) 95%
銀粉顆粒粒徑越小，導(dǎo)電銀漿的電阻率越小，一般粒度?3～5μm 較好，相當(dāng)于?250 目普通絲網(wǎng)網(wǎng)徑的1/10～1/5，使導(dǎo)電微粒順利通過(guò)網(wǎng)孔，密集地沉積在承印物上，構(gòu)成飽滿的導(dǎo)電圖形，全球日本DOWA（市占率超過(guò)50%）、美國(guó)AMES等，中國(guó)蘇州思美特、寧波晶鑫、蘇州銀瑞等
玻璃體系為高溫粘接相，對(duì)銀粉的燒結(jié)及銀-硅歐姆接觸的形成有決定作用，蘇州晶銀、無(wú)錫帝科、深圳首騁、匡宇科技等打破了依賴韓國(guó)進(jìn)口
高溫銀漿：全球杜邦、賀利氏、三星SDI、中國(guó)臺(tái)灣碩禾，中國(guó)無(wú)錫帝科、蘇州晶銀、匡宇科技、常州聚和，深圳首騁、深賽爾、江蘇歐耐爾、合眾創(chuàng)能、浙江光達(dá)等
低溫銀漿：全球日本京都電子ELEX（KE）、住友、昭榮、Nanotech、賀利氏、LG、Namics、美國(guó)漢高、杜邦等，中國(guó)帝科、天盛、晶銀、聚和、首馳等
正面銀漿：2020 年德國(guó)賀利氏全球第一，聚和股份銷量 500 噸第二占?23.43%，帝科股份第三 328 噸占 15.4%，碩禾電子第四，杜邦第五，蘇州固锝第六 154.01 噸占 7.2%
背面銀漿全部國(guó)產(chǎn)化，前五廠商儒興、光達(dá)、大洲、正能、優(yōu)樂(lè)
A04940?聚和股份：中國(guó)銀漿龍頭
2015?年成立，2022 年 3 月 18 日科創(chuàng)板過(guò)會(huì)，2021 年銷量 944 噸營(yíng)收 50 億，國(guó)內(nèi)第一
40. 設(shè)備：前道捷佳偉創(chuàng)，后道邁為，激光帝爾
一代技術(shù)一代設(shè)備，新技術(shù)帶來(lái)新設(shè)備
PREC 生產(chǎn)線設(shè)備投資 1.5?億元/GW，前道設(shè)備龍頭捷佳偉創(chuàng)，后道設(shè)備龍頭邁為股份，激光設(shè)備龍頭帝爾激光，其他北方華創(chuàng)、羅博特科等
TopCon 電池設(shè)備新建 2 億元/GW，改造 0.5億/GW
HJT 電池設(shè)備?4 億元/GW，整線供應(yīng)邁為股份、捷佳偉創(chuàng)、鈞石能源三家，其他理想萬(wàn)里暉、拉普拉斯、江蘇微導(dǎo)、北方華創(chuàng)、江蘇杰太、金辰股份、中電 48 所等
300724 捷佳偉創(chuàng)：前道設(shè)備龍頭
捷佳偉創(chuàng)覆蓋整條電池片設(shè)備產(chǎn)品鏈，前道市占率超過(guò) 50%，鍍膜等核心工藝環(huán)節(jié)高達(dá) 70% 以上，HIT 實(shí)現(xiàn)整線突破，TOPCON 電池LPCVD 設(shè)備完成工藝調(diào)試，2020 年?duì)I收 40 億元
300751 邁為股份：后道設(shè)備龍頭
邁為股份覆蓋整條電池片設(shè)備產(chǎn)品鏈，光伏絲網(wǎng)印刷生產(chǎn)線成套設(shè)備市占率?70%，HJT 電池核心設(shè)備PECVD、絲印自制，2021 年?duì)I收 30 億元
300776 帝爾激光：激光設(shè)備龍頭
帝爾激光設(shè)備包括?PERC 消融、SE 摻雜、MWT、LIR 激光修復(fù)、半片、疊瓦等，市占率高達(dá) 85-90%，2020 年?duì)I收 10 億元
最后，大家更看好電池哪個(gè)技術(shù)路線？
下篇講光伏中游組件！
