创维光伏公司金鑫(创维集团光伏)
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2022-12-28 18:18:59

日前,中国光伏巨头隆基绿能宣布,其自主研发的硅异质结(HJT)电池转换效率达到26.81%,这是继2017年日本公司创造单结晶硅电池效率纪录26.7%以来,时隔五年诞生的最新世界纪录。

“世界太阳能之父”、新南威尔士大学教授马丁*格林表示,26.81%的电池效率是目前全球硅基太阳能电池效率的最高纪录,不分技术路线。

资深业内人士,深圳创维光伏科技有限公司总经理金鑫博士对记者谈到以下几点:

首先,在气候政治、俄乌冲突等背景下,全球许多国家已经把光伏视为本国能源安全战略的重要组成部分,装机需求量急剧扩张;

其次,中国自本世纪初进入光伏行业以来,从“两头在外”做起,目前不但已经实现全产业链技术上的自主可控,而且从上游的硅料到下游的组件,基本垄断了全球整个行业体系中85%以上的产能;

第三,在中国产业政策和龙头企业的共同努力下,光伏发电成本一降再降,一卷再卷,除了中国龙头企业,基本已无别国企业有能力在技术和规模两方面跟上节奏,但中国企业本身的总产能已经远大于需求,面临“囚徒困境”;

第四,在硅异质结(HJT)电池提升效率的过程中,我们能够提升板式PECVD技术,这与芯片制造中的相关技术非常类似,如果能够在未来的3-5年突破HJT的生产工艺,会对整个中国半导体行业发展有所帮助;

第五,世界第三大单体光伏电站,800MW卡塔尔地面电站日前全容量并网,该站由隆基供应全部组件的,中国的光伏企业已经开始向很多其他国家输出电站等“公共产品”,如果电网基础设施作为配套一起向亚非拉国家“走出去”,效果可能会更好;

最后,中国光伏产业本身仍然存在一些问题,相关产业政策应当继续发力。

以下是采访实录:

记者:您怎么看隆基这次在HJT路线创效率纪录?

金鑫:首先,是很好的成绩,对降本意义也很大。

业内普遍认为,在20%的基础上,电池转换效率每提高一个百分点,可为下游电站节约5%以上的成本。但效率提升本身是困难的,从2017年到现在,目前主流的P型单晶PERC电池转换效率也只是从20.5%左右上升到现在的23.5%左右。PERC的世界纪录为隆基绿能创造的24.05%,当前的量产效率已经十分接近ISFH测得的24.5%的实验室效率极限,因此,行业巨头们都在投入下一代的HJT技术和TOPCon技术的研发和应用。

说回HJT本身,它是一个成熟技术,由德国学者在上世纪70年代发明,日本三洋公司在1997年开始产业化,一度垄断市场。2015年,三洋HJT专利保护于到期后,国内外光伏电池企业开始大力推动HJT量产。

目前来看,HJT是一个很特殊的技术,跟所有其他晶硅技术路线都存在博弈,它能实现的效率理论上要比另一条升级路线,TOPCon,要高1个百分点左右。但一方面,这次隆基宣布的HJT已经目前是最高的效率,但它只是在实验室实现的,还不是量产效率,它的量产工艺要比TOPCon难很多,要面临量产的均匀性、良率等问题,这些都需要实践去验证。

另一方面,目前更主流的晶硅升级路线是传统单晶硅-PERC-TOPCon,传统单晶向PERC转化的时候,只需要在生产线上加两台设备;从PERC的TOPCon变化会稍微大一点,但也只是再增加两台设备,再对前道工艺进行一些更新,不需要对整个产线进行一个革命性的变化。但HJT就比较颠覆,要把前道的设备几乎全换掉,这对传统产能来说,是一个非常大的挑战。

再加上HJT从硅片制成电池的过程中,均匀性和良率问题目前没有根本上的改善。所以,虽然前几年梅耶博格(Meyer Burger Technology)和股神巴菲特的推动下,HJT技术非常火热,有很多资本介入,但是仍然没有成为一个主流技术,业内普遍认为HJT可能还需要3年-5年的时间才能逐渐成熟。

资料:HJT电池技术发展情况

HJT电池的发展历程可以分为技术雏形期、专利垄断期、工业化期和产业化期四个阶段。

1)1974-1996年:HJT技术成功研发并专利化。1974年德国马尔堡大学的WaltherFuhs在论文中首次提出HJT(Hetero junction with Intrinsic Thin-Layer,即异质结)结构,并于1983年成功研制出HJT电池,其转换效率为12.3%,90年代日本三洋通过技术改进实现效率突破15%并申请了HJT结构专利;

2)1997-2010年:三洋开启HJT技术垄断期。1997年开始三洋开始向市场提供HJT系统,其电池片和组件效率分别达到16.4%和14.4%,2003年其实验室效率达到了21.3%。此后HJT技术一直被三洋垄断,期间各国也在积极开展对HJT技术的研究;

3)2010-2015年:多厂商步入HJT工业化进程。2010年松下(收购三洋)的HJT专利到期后,国内外诸多厂商纷纷开启了HJT的工业化进程,期间松下于2011年达到23.7%的效率,于2014年转换效率最高已达24.7%,KANEKA于2015年突破记录达到25.1%的实验室效率;

4)2017-2022年:国内厂商加快HJT产业化步伐。2017年晋能科技成为了国内最早试生产HJT电池的厂商,此后越来越多的企业开始进入中试生产阶段,到2019年已有多家国内厂商宣布GW级HJT产能规划。2021年隆基绿能的研究团队更新HJT电池的理论极限效率至28.5%,并刷新纪录达到26.3%的实验室效率。

记者:近期,另一家中国光伏巨头晶科能源也宣布,其全面积TOPCon电池转化效率达到26.4%,在过去2年里,连续第7次打破N型TOPCon电池的世界记录。您怎么看晶科在TOPCon路线创效率纪录?

金鑫:刚才已经提到,TOPCon相对来说对原有产线改造较小,效率提升比较明确,工艺的控制也相对比较简单。所以像晶科、晶澳这些公司都早早押注TOPCon路线,最激进的可能是晶科,在今年年底到明年年中,他们可能就会几乎所有产线都调成TOPCon,晶澳紧随其后。

值得一提的是,隆基也有一大批产能在转向TOPCon,行业主流判断是,在明年末,TOPCon可能就会替代PERC,成为主流技术。

另外我认为值得注意的一点是,与TOPCon相比,HJT路线与芯片行业有更强的技术相关性。

HJT技术的本质是在晶体硅上镀一层非晶硅薄膜,使它能够综合晶体硅电池与薄膜电池的优势,具备转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发电等优点。这种镀膜用到的板式PECVD(Plasma Enhanced CVD,电浆辅助化学气相沉积)工艺,与芯片制造过程中的镀膜工艺有相关性。

这种工艺的难度比较高,在2008年以前,我所在的光电研究所是国内较早开展这方面研究的国家队,当时想找一个尺寸比较大的真空腔室,做一个相关工艺的中试线,但在国内找不到这种高精的加工设备。最后只能到台湾省去加工,加工成本高得离谱,比原材料加价10倍。

当时我们的中试线花了相当大的代价才建起来,但是在过去这两三年,我看到国内在大面积、高精度的真空腔室加工方面,出现了明显的技术进步,基本上已经没有太多技术门槛,剩下的可能就是工艺稳定性以及设备的一致性方面还有待提升。硬件上,国内设备在加工精度上已经堪用,只是高精度加工的成本偏高,产出的腔室在精度一致性上还偏低;软件上,复杂设备的工艺调试还需要一个过程,这也有点像光刻机,并不是哪一个部件到我们完全无法触及的难度,但所有部件整合起来,就对调试和匹配提出了系统性的考验。

无论在芯片行业,还是光伏HJT技术路线上,板式PECVD技术都面临着问题。其实三星、梅耶博格这些公司都有相关的技术研发能力,但是光伏并不像芯片是一个暴利行业,以至于他们认为相关研发和工艺生产成本过高,因而没有足够的动力去投入突破。台积电也存在同样的情况,他们曾经有一个团队在做HJT,包括铜铟镓硒、砷化镓等光伏电池的工艺研究,但是投了一点钱之后就不愿意投了,因为这个行业的利润已经不允许他们继续投入了。

记者:这是否导致国内相关技术与国外技术的差距正在缩小?

金鑫:正在非常明显地缩小,高精真空腔室、功率控制器、射频电源等等这些细节技术,国内在资本的助推下这几年发展速度比较快,虽然肯定会有一些资本打水漂,有一些企业“先驱变先烈”,但是从社会整体层面上来讲,还是积累了大量的经验和技术。

尤其是HJT的板式PECVD技术与芯片制造中的相关技术高度相似,而且这方面中国在设备和工艺上短板比较明显,因此我认为,即使HJT路线与TOPCon路线、以及可能成为下一代IBC技术竞争下,最后被证明在光伏行业不是那么经济(这是个概率问题,我认为还是有一定赢面),但中国如果能够在未来的3-5年突破HJT的生产工艺,一定会对整个中国半导体行业发展有所帮助。

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