光伏电池片行业深度报告：N型电池产业化、TOPCon、HJT、IBC（39页）

行业报告下载 2022年09月16日 08:32 管理员

降本增效是光伏行业的第一性原理。目前 P 型电池已经接近理论效率天花板，N 型电池的自身物理属性决定了其具有更高的理论光电转化效率。相较于 P 型硅片，N 型硅片具有以下优点：一是 N 型硅片的少子寿命更高。N 型材料中的杂质对少子（空穴）的捕获能力低于 P 型材料中的杂质对少子（电子）的捕获能力，相同电阻率的 N 型 CZ 硅片少子寿命比 P 型硅片的高出 1～2 个数量级，达到毫秒级，且 N 型材料的少子（空穴）的表面复合速率低于 P 型材料中电子的表面复合速率。二是 N 型硅片对金属污染的容忍度要高于 P 型硅片。Fe、Cr、Co、W、Cu、Ni 等金属对 P 型硅片少子寿命的影响均比 N 型硅片大。因为带正电荷的金属元素具有很强的捕获少子电子的能力，而对于少子空穴的捕获能力比较弱。在相同金属污染的情况下，N 型硅片的少子寿命要明显高于 P 型硅片。Au 对 N 型硅片的影响要大于 P 型硅片，但目前工业生产中，已经可以充分避免 Au 金属污染。目前，P 型电池占据主要市场份额。从硅片出货量看，2021 年 P 型硅片市场占比为 90.4%， N 型约占 4.1%。在过去 N 型硅片市场占有率偏低的原因主要有两个：一是 N 型硅片的成本偏高。N 型硅片要求更高的原材料纯度、更低的金属污染和含氧量，需要使用纯度更高的多晶硅料、高纯热场等，这也使得复拉料无法使用、降级片无法重复利用，这些都增加了 N 型硅片的成本。2018 年 N 型硅片成本比 P 型高 8%～10%。二是 N 型电池的成本较高，技术成熟度较 P 型电池低。

以 PERT、TOPCon、IBC、HJT 等为主的 N 型电池设备投资成本高，且选择性发射极的制备、薄膜沉积等关键工艺步骤的技术问题并未完全解决。而 PERC 技术、磷掺杂选择性发射极等技术推动着 P 型晶体硅电池产品的光电转换效率不断提升，使得 P 型电池的性价比一直高于 N 型电池。上述问题已经从一定程度上得到解决。 N 型硅片与 P 型硅片的成本差距在逐渐缩小。以中环股份 210 尺寸 150μm 厚硅片为例，N 型硅片较 P 型硅片溢价率约为 6%，较 2018 年水平有较大下降。HJT 电池的低温加工工艺更适合薄片化工艺，可进一步降低 N 型硅片的成本溢价。TOPCon、HJT、IBC 等电池的技术路线已逐渐成熟，其中 TOPCon 的单瓦成本已几乎追平 PERC 电池。中国光伏行业协会预测未来 N 型硅片市场份额将会逐渐提升，到 2030 年 N 型硅片市场份额将会接近 50%的水平，以 TOPCon、异质结电池为主的 N 型电池技术市场占比在 2030 年将会接近 70%。用更小的成本上涨带来更多的效率提升是光伏电池技术迭代的必然路径。更高的理论转化效率、与当前 PERC 产线高度兼容决定了 TOPCon 电池产业化进程会更加领先。更高的理论转化效率。TOPCon 电池效率极限 28.7%，最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率 29.43%。TOPCon 背表面创新的采用了一层 1~2nm 厚的氧化硅形成隧穿氧化层，然后在沉积一层磷掺杂的多晶硅层。这种结构通过四种机制对载流子产生选择性：①重掺杂的多晶硅层与衬底的功函数不同，在界面处产生积累层，积累层阻止空穴进入氧化层，帮助电子进入氧化层。②空穴隧穿需要 4.5eV 能量，电子隧穿只需 3.1eV 能量，空穴更难穿过氧化层。③电子准费米能级 EfN 位于多晶硅层的导带附近，可以为隧穿后的电子提供可占据的能级，而空穴的准费米能级 EfP 位于多晶硅层的禁带内，空穴不易隧穿。④场效应钝化减少了空穴浓度，降低了表面复合和 SRH 复合。