薛定谔的电池片:HJT的资本悖论

芯锂话

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· 1月11日

在HJT电池片没有量产前,没有人知道这条路线最终能否带来成本的降低。

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薛定谔的电池片:HJT的资本悖论

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图片来源@视觉中国

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文 | 芯锂话

“拥硅为王”的2021年,电池片成为整个产业链中最“内卷”的环节,其不仅利润被上游硅料企业榨干,且在行业内也面临着新一轮的产业迭代。

目前,PERC是光伏电池片的主流技术,经历硅片大尺寸迭代后,仅2021年PERC 电池片厂商规划的新增产能就达143GW,整体产能达到惊人的316GW,PERC的产能扩张已经进入尾声。

尤其PERC电池的效率逐渐接近24%的理论上限,再加上存在PID、LID、LeTID 等衰减现象,让行业内开始寻找下一代替代技术。

晶体硅异质结太阳电池(HJT)由于在转换效率(目前已超 24%)、工艺步骤和温度、双面率、抗衰减性等方面优势明显,似乎已经成为业界公认为的第三代主流电池片技术。

然而,尽管HJT电池片参数极佳,但却因生产设备与PERC生产线不共享,需要大量的前期固定投资成本,再加上生产中用到低温银浆全部需要进口,这就导致现阶段HJT的成本投入明显更高。

光伏技术迭代,从根本来看是为了提升效率,进而降低成本,这归根到底是一个性价比的问题。但现阶段HJT路线带来的效率提升真的能够填补前期的大量的设备投入,并取得比其他技术路线更高的性价比吗?

01 理论上的“完美”革命

复盘光伏电池片迭代史,目前主流的PERC电池属于第二代技术,在2017年之前,光伏行业所采用的普遍为铝背场BSF电池。

随着技术的进步,业界逐渐发现铝背场BSF电池的转换效率达到20%后,很难再进一步提升,受制于背面全金属结构,导致一定量的效率损失,因此业界才逐渐开始研发新的电池类型。

与BSF电池相比,PERC电池背面增加了钝化层,促使电池的表面复合速率大大降低,由于背面钝化层可以增加光学内反射作用,因此电池的电流ISC也会有显著的提升。

光伏行业的核心是“降本+升效”、降低度电成本。PERC电池诞生伊始,其转化效率就明显高于BSF电池,并且效率提升的速率更快, 因此PERC电池迅速替代BSF电池成为光伏行业的主流技术。

从2017年的15%到2020年的86%,PERC电池仅用三年时间就完成市场渗透率的逆袭。然而,当PERC电池成为业界公认的技术路线,这就意味着这项技术可供挖掘的点也就不多了。

与前期如出一辙,当下的PERC电池也达到了转化效率的天花板,而被视为下一代技术的HJT电池同样能够轻易的突破PERC电池的理论效率上限,除此之外HJT电池还可以弥补PERC电池的多项不足,堪称PERC电池的“完美”升级方案。

首先,转换效率更优。如果HJT成为主流技术路线,那么其潜力转换效率有望突破28%,远高于目前PERC电池24%的理论极限。从理论角度看,HJT电池能够帮助光伏产业进一步提升转化效率。

其次,工艺流程更简单。不同于PERC电池繁琐的加工流程,HJT电池工艺仅有4个步骤,大幅降低运营成本,同时采用低温工艺,在燃料成本的节约上有明显的提升。

第三,光致衰减更低。HJT电池的10年衰减率小于3%,25年发电量下降仅为8%,每年衰减速度约为0.25%,明显低于HJT电池0.45%的衰减速度,这导致HJT电池可能更加的耐用。

此外,在运营稳定度和双面率上,HJT电池都较PERC电池有所提升,能够弥补PERC电池运营中的缺陷。

如果仅考虑理论数据,那么HJT电池对于PERC电池来说,无疑是一次全面的升级。按照PERC电池替代BSF电池的速度,可能短则三年,长则五年,HJT电池就会成为光伏电池片的主流技术。

但一切真的会如此顺利吗?

02 HJT的资本悖论

HJT电池取代PERC电池是为了提升效率,但同时也需要付出更多的资本投入,这就给最终HJT电池效率提升程度画上了一个问号。

更多的资本投入主要集中在两方面:其一是前期设备投入,其二是更高的耗材成本。

由于HJT电池的生产步骤仅为4步,与传统PERC电池大相径庭,这就意味着想要生产HJT电池就需要另外投建完整的生产线。

在HJT电池4大工艺步骤中,非晶硅薄膜沉积(PECVD)是最为关键的步骤,设备投资占比达总设备投入的50%,制绒清洗、TCO 制备、电极制备分别占总成本的10%、25%和15%。

虽然HJT电池全部的生产设备均实现国产化,但目前约5亿元/GW的设备投资额度依然是一笔不菲的开支。当然这一设备投资额存在很大的降本空间,但这却基于规模化的基础上,但如果不投入又不会产生规模,这就变成了“先有鸡还是先有蛋”的问题,HJT电池设备成本降低并不容易。

另一方面,HJT电池在耗材银浆上也存在较高的成本支出。

在电池片的制备中,丝网印刷是其中的关键一步,通过在电池薄片上形成银电极栅线结构,用于收集和传导电池片表面的电流,是决定电池片导电性能的关键环节。

银浆作为最重要的耗材之一,其约占电池片非硅成本的三分之一,而银浆中主要的材料又是由金属银构成,很难降低成本,因此越少的银浆用料就越有成本优势。

现阶段,量产双面PERC电池片的银浆耗量约为100mg/片,而双面HJT电池的银浆消耗量则超过220mg/片,银浆用量翻倍提升。

此外,由于非晶硅层对温度敏感,HJT电池片制造温度需要低于200℃,这意味着需要特制的低温银浆,该银浆需-40℃储存,开封后须一次用完,目前主要依赖进口。

对于低温银浆的依赖进一步抬升了HJT电池耗材的成本,尽管可以通过“无主栅、多主栅技术”、“银包铜技术”来降低银浆的用量,并能通过低温银浆国产化降低成本,但这些依然需要经过长时间的迭代,甚至需要HJT电池普及后才能有进一步伴随提升。

除HJT电池较高的投入外,光伏电池其实还存在另一条技术路线TOPCon电池。

不同于HJT电池必须重新购买生产线,TOPCon电池可以在如今PERC电池生产线的基础上进行增强,只需要添加薄膜沉积设备(LPCVD),就可以完成产线升级。

PERC电池升级并非只有HJT电池这一条路,这是本次迭代不同于第一次迭代的地方。

与TOPCon电池相比,HJT电池的核心优势就没有那么强了。TOPCon电池不仅突破了PERC电池的转化效率上限,而且并不需要大量的设备投入,只需简单的产线升级。

尽管TOPCon电池当下的效率要低于HJT电池,但如果计算极限理论效率,TOPCon电池甚至可能更优,那么全面建设HJT电池产线的意义真的有那么大吗?

因此,TOPCon电池极有可能是阻碍HJT电池发展的最大变数,甚至在未来可能迎来一场关于电池片的技术路线之争。

03 谁在急于推进HJT

PERC电池成为主流技术,不过短短两年时间,在主流厂商大规模扩产PERC电池产能的情况下,对于电池片的全面技术颠覆真的有这么紧迫吗?

答案显然是否定的。实际上,目前的主流PERC电池片技术已经能够满足光伏“平价时代”的需求,对于HJT电池的研究更多是布局未来,而非聚焦现在。

市场有观点认为,2021年是HJT电池的投资元年,行业的扩产规模有望达到10-15GW,至2022年有望提升至30GW。

且不说这样的预期是否过热,即使能够达到这样的增速,与目前PERC电池片约316GW的规模相比,HJT电池的渗透率至2022年也不足10%。也就是说,即使是乐观估计,HJT电池的全面替代也不会那么快,当然这里存在超预期的情况。

那么为何目前HJT会成为资本市场的关注热点呢?其实更多的是一种预期的炒作。HJT确实有可能成为未来光伏产业的核心路线,但绝非是现在。

从目前HJT电池的产能规划看,宣称进行数GW产能规划的都是行业中的新晋公司,或者说是“电池新势力”,他们本身并没有PERC电池的现有产能压力,因此大规模投建HJT电池产线,借希望于HJT来实现弯道超车。

具体来看,除通威公布1GW的HJT产能规划外,PERC现有产能较为充足的隆基股份、晶澳科技、阿特斯太阳能对于HJT电池的规划产能均不足1GW,这表明对于传统电池片厂商依然将HJT电池当做一种储备技术,毕竟现有PERC产线具备升级TOPCon电池的能力,没有必要急于投身到HJT路线布局,实现自我革命。

除新晋电池片厂商外,HJT电池普及受益最多的则是相关的设备厂商,由于HJT产业链已经实现全面的国产替代,因此无论HJT电池最终能否顺利替代PERC电池,捷佳伟创、迈为股份、金辰股份等设备制造商都能通过部分企业对于HJT产线的设备布局而获得新的订单。

尽管HJT电池具备代替PERC电池的潜力,但传统电池片厂现有PERC产量充足,并不会迅速集中精力投身HJT电池研发。就算最终HJT电池获得了巨大的优势,传统厂商也可以通过升级PERC产线为TOPCon来暂时应对,并逐渐开始布局新的技术。

基于此,我们认为HJT带来的迭代,可能更多是“电池新势力”与设备厂的“心理攻势”,产业并没有迅速从“PERC时代”过渡到“HJT时代”的需求。

投资者并不应该将精力全部集中到HJT电池的产能扩建的消息上,而是应该更多的关注这条路线的市场占有率,只有当HJT电池的渗透率达到一定的数量级,它才会引起趋势性的改变,并引发趋势性的机会,而这绝非短期内能够做到的事情。

这就好像薛定谔的猫在打开前没有人知道它的生死一样,在HJT电池片没有量产前,没有人知道这条路线最终能否带来成本的降低,这实则是现阶段HJT身上存在的资本悖论。

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