優(yōu)勢一:HJT開路電壓高,轉(zhuǎn)換效率高
HJT 電池具備較高的轉(zhuǎn)換效率。HJT 電池結(jié)構(gòu)以 N 型單晶硅(c-Si)為襯底光吸收區(qū),經(jīng)過 制絨清洗后,其正反面依次沉積本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和摻雜的P型非晶硅(p-a-Si:H), 與硅襯底形成 p-n 異質(zhì)結(jié)。雙面沉積的透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)不僅可以減少收集電流 時的串聯(lián)電阻,還能起到類似晶硅電池上氮化硅層的減反作用,從而形成較高的開路電壓, 提高轉(zhuǎn)換效率。HJT 理論效率可達 27.5%,目前澳大利亞電鍍技術(shù)初創(chuàng)公司 SunDrive 聯(lián) 合異質(zhì)結(jié)設(shè)備龍頭企業(yè)邁為股份,在全尺寸(M6 尺寸,274.5cm2)單晶 HJT 電池上的最高 轉(zhuǎn)換效率達到 25.54%。
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HJT 電池實現(xiàn)高轉(zhuǎn)化效率的核心在于氫化本征非晶硅薄膜。HJT 電池高轉(zhuǎn)換效率源于高開 路電壓,HJT 電池的開路電壓(VOC)可以接近 750mV,而普通 PERC 電池則普遍低于 700mV。HJT 電池的高開路電壓主要因為加入氫化本征非晶硅薄膜,薄膜具備優(yōu)良的鈍化 效果,光生載流子可以貫穿氫化非晶硅薄膜,因此不需要激光開膜或形成歐姆接觸,可以 有效減少復(fù)合。
優(yōu)勢二:HJT電池具備結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,功率衰減低
光伏組件在投運一段時間后,最大輸出功率會低于投運初始值,衰減率越低,組件發(fā)電效 率越高,發(fā)電量就越高。衰減類型分為 LID(光熱衰減)和 PID(電位誘導(dǎo)衰減)。與 PERC 相比,HJT 在結(jié)構(gòu)方面具備衰減率低的優(yōu)勢。
HJT 電池采用 N 型硅片,不存在 LID 衰減問題。LID 指組件首次暴露在光照下后功率損 失的百分比,LID 衰減機理為硼氧復(fù)合導(dǎo)致,即由 P 型(摻硼)晶體硅片制作的組件,在 光照的作用下,硅片中的硼和氧產(chǎn)生復(fù)合體,從而降低了其少子壽命。由于 HJT 電池襯 底通常為 N 型單晶硅,而 N 型單晶硅為磷摻雜,不存在 P 型晶硅中的硼氧復(fù)合、硼鐵復(fù) 合等,所以 HJT 電池對于 LID 效應(yīng)是免疫的。
HJT 的 TCO 薄膜可在結(jié)構(gòu)上避免出現(xiàn) PID 衰減。PID 衰減主要由于晶體硅光伏組件中的 電路與其接地金屬邊框之間的高電壓導(dǎo)致。在高電壓的作用下,組件電池的封裝材料和組 件表面層的材料出現(xiàn)離子遷移現(xiàn)象,從而導(dǎo)致衰減。HJT 電池的表面沉積有 TCO 薄膜, 無絕緣層,TCO 具有導(dǎo)電特性,電荷不會在表面產(chǎn)生極化現(xiàn)象,無電位誘導(dǎo)衰減 PID,從 結(jié)構(gòu)上避免 PID 現(xiàn)象的發(fā)生,而且市場和組件可靠性測試方面也沒有發(fā)現(xiàn)過 PID 效應(yīng)。
HJT 衰減率明顯低于 PERC。從首年衰減數(shù)據(jù)來看,根據(jù)隆基泰州實證電站測試的數(shù)據(jù), 其單晶 PERC 組件曝曬一年后正面功率平均衰減 0.55%,HJT 組件僅衰減了 0.25%,為 PERC 衰減率的一半。從長期使用的組件衰減率來看,目前常規(guī)的 PERC 組件衰減方面, 一般一線企業(yè)承諾 10 年衰減 10%,25 年衰減 20%。據(jù)三洋公布的 HJT 電池衰減:使用 13 年的組件功率只衰減了 2-3%,HJT 衰減率大幅降低。
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優(yōu)勢三:低溫度系數(shù),輸出功率穩(wěn)定
光伏電池溫度系數(shù)是影響發(fā)電量的重要參數(shù)。溫度系數(shù)是指電池的屬性隨著溫度變化而變 化的比率,由于溫度上升,電池電阻升高,開路電壓下降,因此電池輸出功率隨著溫度上 升而下降。溫度系數(shù)越低的電池,越不易受升溫的影響,輸出功率更加穩(wěn)定。
HJT 電池溫度系數(shù)優(yōu)于 PERC、TOPCon。目前常規(guī) PERC 電池溫度系數(shù)一般為-0.45% ~-0.35%/℃,TOPCon 電池溫度系數(shù)一般為-0.29%~-0.28%/℃,而 HJT 電池的功率溫度 系數(shù)通常為-0.25~-0.2%/℃,優(yōu)于 PERC 及 TOPCon 電池。HJT 的低溫度系數(shù)意味著在組件高溫運行環(huán)境中,HJT 電池具有相對較高的發(fā)電性能,從而實現(xiàn)了發(fā)電量增益,并且 降低了系統(tǒng)的度電成本。
HJT 溫度系數(shù)低的主要原因是開路電壓高以及串聯(lián)電阻。開路電壓隨著溫度的升高而降低, HJT電池具有較高的開路電壓,單片電壓達到750mV以上,而PERC電池普遍低于700mV, 因此當(dāng)溫度下降時,HJT 電池開路電壓的影響程度相對較小。另一方面,HJT 電池表現(xiàn)出 串聯(lián)電阻對溫度的依賴性,由于 HJT 電池不同薄膜之間的界面處 Rs 成分是一種阻擋層, 在高溫下電阻會降低,串阻下降后,電池的轉(zhuǎn)換效率會得到一定提升。
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HJT 電池可大幅降低升溫對電池功率的損失。根據(jù)坎德拉的測試數(shù)據(jù),分別選取-0.24%/℃ 溫度系數(shù)的 HJT 組件和溫度系數(shù)為-0.35%/℃的 PERC 組件,放到格爾木、銀川、阿布扎 比等溫差較大的地區(qū)進行試驗,采用固定支架的情況下,HJT 電池溫度損失率較 PERC 低 0.6%~2.8%,采用跟蹤支架的情況下,HJT 電池溫度損失率較 PERC 低 0.8%~3%, HJT 輸出功率更為穩(wěn)定。
優(yōu)勢四:HJT電池結(jié)構(gòu)對稱,支持硅片薄片化和雙面發(fā)電
HJT 電池結(jié)構(gòu)對稱,雙面率高。HJT 電池是在單晶硅片的兩面分別沉積本征層、摻雜層和 TCO 以及雙面印刷電極,HJT 電池具有雙面對稱性,正反面受光照后都能發(fā)電,可以做 成雙面組件。PERC 電池的雙面率(背面效率與正面效率比值)一般為 60%-70%,并且由于 背面特殊的鈍化開槽設(shè)計使得其雙面率難以進一步提高,而 HJT 高度對稱結(jié)構(gòu)使其雙面 率能夠達到 90%-96%,其年平均發(fā)電量比單面電池片組件高出約 10%。
HJT 的對稱結(jié)構(gòu)和低溫工藝有利于硅片薄片化應(yīng)用。HJT 電池片的對稱結(jié)構(gòu)減少了電池 制作中的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力,HJT 整個工藝通常不超過 200℃,硅片本身受熱損傷和熱形 變影響小,可以使用更薄的硅片,因此更適合薄片化發(fā)展,日本三洋早年的 HJT 電池厚 度可達 98μm。根據(jù) solarzoom 的數(shù)據(jù)顯示,以 120-130μm 的 HJT 電池與 170μm 的 PERC 電池對比,薄片化的 HJT 電池轉(zhuǎn)換效率的損失不足 0.1%,而且碎片率的上升也不到 2%。 卻帶來了單瓦硅耗的減少,大幅降低了硅成本。
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優(yōu)勢五:工藝流程短,利于產(chǎn)業(yè)化
HJT 電池生產(chǎn)工藝流程較短。HJT 電池生產(chǎn)過程的核心即為各層薄膜的沉積,不涉及擴散、 注入等工藝,整體而言其工藝流程較短,主工藝僅有 4 步,即清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、 TCO 鍍膜、絲網(wǎng)印刷 4 個工藝環(huán)節(jié)。而 BSF 電池需要 6 道工藝、PERC 需要 8 道工藝、 TOPCON 需要 10 多道工藝,HJT 是目前光伏電池中工藝流程較短的技術(shù)路線,較短的工 藝流程降低了工藝控制的復(fù)雜程度和產(chǎn)業(yè)化的難度,可以同時提高電池片良率和生產(chǎn)效率, 目前已實現(xiàn) HJT 量產(chǎn)的產(chǎn)線產(chǎn)品良率可穩(wěn)定在 98%以上。
HJT 電池生產(chǎn)主工藝分為以下 4 步:
① 清洗制絨:對硅片進行清洗并形成絨面以陷光,采用 RAC 工藝或臭氧清洗,清洗制 絨設(shè)備約占設(shè)備總投資的 10%。
② 非晶硅薄膜沉積:非晶硅薄膜沉積是形成 HJT 結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵,采用 PECVD 設(shè)備完成, 約占設(shè)備總投資的 50%。
③ TCO 鍍膜:雙面沉積透明導(dǎo)電氧化物薄膜,具備良好的透光性和導(dǎo)電性,降低了表面 光反射損失,同時彌補非晶硅薄膜導(dǎo)電性差的特點,收集載流子并運輸?shù)诫姌O上。工 藝上采用 RPD 或 PVD 設(shè)備,約占設(shè)備投資額的 25%。
④ 絲網(wǎng)印刷:金屬極化,與 P-N 結(jié)兩端形成緊密的歐姆接觸,約占設(shè)備總投資額的 15%。
優(yōu)勢六:可結(jié)合鈣鈦礦、IBC提升轉(zhuǎn)換效率,HJT技術(shù)生命周期長
HJT 電池具備轉(zhuǎn)換效率提升空間。HJT 電池轉(zhuǎn)換效率已位居晶硅電池前列,但仍有進一步 的提效空間,可通過提高開路電壓、短路電流、填充因子三方面著手提效。HJT 作為底層 平臺技術(shù),可搭載 IBC 和鈣鈦礦等其他工藝進一步提升轉(zhuǎn)換效率,轉(zhuǎn)換效率最高已提升至 30%+,具備較強的延展空間。
HJT+IBC=HBC,轉(zhuǎn)換效率可提升至 26%+。IBC 是將正負電極移到電池片背面,特點為 P-N 結(jié)在背面呈叉指狀間隔排列,而正面無柵線遮擋,因此避免了遮光電流損失。HBC 在 IBC 基礎(chǔ)上在電池背面插入非晶硅鈍化層和透明導(dǎo)電膜層,具有更好的鈍化效果。2017 年日本 Kaneka 公司 HBC 電池實驗室效率可達 26.63%。
HJT 是最適合疊鈣鈦礦的電池,HJT+鈣鈦礦疊層工藝可將電池轉(zhuǎn)換效率提升至 30%+。 HJT 晶體硅主要吸收太陽的紅外光,而鈣鈦礦可有效利用紫外和藍綠光,疊層技術(shù)用低溫 沉積工藝(PVD/CVD 方式)實現(xiàn)短波長吸收(鈣鈦礦)和長波長吸收(HJT)的結(jié)合, 從而拓寬太陽電池對太陽光譜的能量吸收范圍,大幅提高轉(zhuǎn)換效率。2020 年 Oxford PV 光伏鈣鈦礦晶硅疊層電池在 1.12 平方厘米的面積上達到了 29.52%的實驗室轉(zhuǎn)換效率,后 續(xù)甚至有望進一步提升至 30%以上。
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二、目前HJT的產(chǎn)能和量產(chǎn)情況如何?
HJT發(fā)展歷程:經(jīng)歷47年,21年逐步量產(chǎn)
HJT 發(fā)展至今已有 47 年時間,伴隨著技術(shù)的迭代、轉(zhuǎn)換效率的提升,HJT 發(fā)展可分為三 個階段:
1974-1996 年,HJT 研發(fā)階段。1974 年 WalterFuhs 提出非晶硅與晶硅結(jié)合的 HJT 結(jié)構(gòu), 并于 1983 年研制出 HJT 電池,但轉(zhuǎn)換效率僅 12.3%。1991 年日本三洋首次在硅異質(zhì)結(jié) 結(jié)構(gòu)的太陽能電池中應(yīng)用本征非晶硅薄膜,實現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)界面鈍化作用,其轉(zhuǎn)換效率高達 18.1%,日本三洋申請了專利。
1997-2014 年,HJT 工藝發(fā)展階段。1997 年日本三洋生產(chǎn) HJT 光伏組件,此后 HJT 電 池的轉(zhuǎn)換效率不斷提高,2003 年三洋 HJT 太陽能電池的實驗室效率達到了 21.3%。2013 年,松下(收購三洋)研制了厚度僅有 98μm 的 HJT 電池,效率達 24.7%。2014 年, 松下采用 IBC 技術(shù),將 HJT 電池的轉(zhuǎn)換效率提升到 25.6%。德國光伏設(shè)備公司 Roth&Rau (后被梅耶博格收購)以及法國國家太陽能研究所(CEA/INES)也投入 HJT 電池的研發(fā)。
2015-至今,國產(chǎn)商業(yè)化階段。2015 年后,松下對于 HJT 電池的專利已經(jīng)過期,技術(shù)壁壘消除,國產(chǎn)廠商紛紛布局 HJT。2017 年,晉能試生產(chǎn) HJT 電池,2018 年實際產(chǎn)能已 經(jīng)達到 50MW,2019 年 3 月,晉能 HJT 電池量產(chǎn)平均效率突破 23.79%;通威、愛康等 廠商宣布 GW 級量產(chǎn)線計劃,HJT 電池規(guī)?;瘧?yīng)用在即。
HJT產(chǎn)能:量產(chǎn)產(chǎn)能有望快速增長
2020 年全球 HJT 在產(chǎn)產(chǎn)能已超 5GW,國產(chǎn)廠商產(chǎn)能占比超 30%。根據(jù) PV InfoLink統(tǒng)計,2020 年全球 HJT 在產(chǎn)產(chǎn)能已超過 5GW,包括松下在日本和馬來西亞合計 1GW 的產(chǎn) 能、REC 新加坡 600MW 產(chǎn)能、國內(nèi)鈞石 600MW 產(chǎn)能、晉能 120MW 產(chǎn)能、通威合肥 (250MW)、成都(150MW)、華晟 500MW 在產(chǎn)產(chǎn)能等。目前在產(chǎn)的中試線產(chǎn)能 4GW 左右,全球在產(chǎn)的量產(chǎn)線合計產(chǎn)能約為 1.5GW,在產(chǎn) HJT 產(chǎn)能中國產(chǎn)電池企業(yè)產(chǎn)能占比約 50%。
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GW 級投資規(guī)劃頻出,2021 年 HJT 新投資產(chǎn)能有望達 10~15GW。目前華晟新能源、鈞 石能源、山煤國際、通威股份、愛康科技、東方日升、明陽智能、金剛玻璃等企業(yè)均已宣 布投資新建 GW 級的 HJT 相關(guān)項目,據(jù)公開資料顯示,目前市場上規(guī)劃 HJT 電池片技術(shù) 的產(chǎn)能有近 40GW+。2020 年 10 月,通威完成 1GW 的 HJT 電池招標,標志著 HJT 電池 開啟 GW 級建設(shè)時代,根據(jù)目前的擴建項目情況統(tǒng)計,我們預(yù)計 21 年將新增 10GW 的 HJT 招標產(chǎn)能。
HJT轉(zhuǎn)換效率:量產(chǎn)線最高轉(zhuǎn)換效率已突破25%
國內(nèi)中試線轉(zhuǎn)換效率突破 25%+,半年時間轉(zhuǎn)換效率提升近 1pct。中試線方面,HJT 電 池于 2020Q3 開始在國內(nèi)多條中試線上實現(xiàn)約 24.0-24.3%的平均轉(zhuǎn)換效率(晉能、通威 合肥、通威成都),阿特斯 21 年 3 月末電池效率達 23.9%,備受市場關(guān)注的合肥通威線的 最新電池效率穩(wěn)定在 24%左右。21 年 6 月 1 日隆基 HJT 電池轉(zhuǎn)換效率已達 25.26%。
國內(nèi)量產(chǎn)線最高轉(zhuǎn)換效率已達 25%+,量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率快速提升。量產(chǎn)線方面,21 年 3 月 18 日安徽華晟 500MW HJT 電池量產(chǎn)項目正式流片,首周試產(chǎn) HJT 電池片平均轉(zhuǎn)換效率 達到 23.8%,最高效率達到 24.39%。隨著不到 3 個月的產(chǎn)能爬坡,6 月 8 日華晟量產(chǎn)平 均效率已達 24.71%,單片最高效率達 25.06%。21 年 5 月 30 日,經(jīng)德國哈梅林太陽能 研究所認證,邁為 HJT 量產(chǎn)電池轉(zhuǎn)換效率達 25.05%。
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三、如何提高現(xiàn)有HJT產(chǎn)線的轉(zhuǎn)換效率?
非晶硅鍍膜工藝優(yōu)化:提升鈍化效果
HJT 電池可獲得較高的轉(zhuǎn)換效率,非晶硅薄膜的鈍化效果是關(guān)鍵,提升鈍化效果的關(guān)鍵是 降低雜質(zhì)影響,目前可通過改變鍍膜順序和預(yù)處理工藝來減少雜質(zhì)。
改變 PECVD 鍍膜順序,減少本征層硼污染,轉(zhuǎn)換效率有望提升 0.15%。目前生產(chǎn) HJT 鍍膜一般先完成一面鍍膜,再翻面完成另一面鍍膜,即 ip+in 或 in+ip 的順序,該工藝的缺 點在于 p 型摻雜層鍍膜完成后,硼殘留在腔體及托盤表面,硼污染會影響本征層的鈍化效 果,降低轉(zhuǎn)換效率。目前,PECVD 設(shè)備采用兩次翻面即 i-in-p 鍍膜,可有效減少硼污染。 邁為新一代 PECVD 設(shè)備已開始使用該技術(shù),由 2臺CVD 變?yōu)?3 臺 CVD,并增加一次翻 片,使得電池轉(zhuǎn)換效率提升 0.15%。
硅片預(yù)處理工藝,減少硅片雜質(zhì)提升轉(zhuǎn)換效率??赏ㄟ^氫氟酸或氫等離子體對硅片進行預(yù) 處理,減少硅片表面的重金屬雜質(zhì),從而提升少子壽命、提高電池片效率,優(yōu)化界面鈍化 效果。
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HJT電池膜層優(yōu)化:非晶微晶相結(jié)合
提升非晶硅薄膜的晶化率可有效提升轉(zhuǎn)換效率。HJT 電池的轉(zhuǎn)換效率與非晶硅薄膜的晶化 率、電導(dǎo)率和吸收率相關(guān),如果把非晶硅的晶化率提高,電導(dǎo)率會大幅提高,而自吸收則 下降,可以減少 ITO 橫向電導(dǎo)的壓力,實現(xiàn)更好的鈍化效果。
非晶微晶相結(jié)合可提升 HJT 轉(zhuǎn)換效率。納米晶硅/微晶硅是由晶粒和非晶組成的一種混和 材料,其晶化率更高,具有良好的長波響應(yīng)特性,可與非晶硅組成疊層結(jié)構(gòu),提高太陽光 譜響應(yīng)范圍,減小寄生吸收、增加橫向?qū)щ娦?、減小帶隙失配、減小對低溫銀漿溫度的限 制,提升電池轉(zhuǎn)換效率。
非晶微晶相結(jié)合技術(shù)目前還處于實驗室階段,規(guī)?;瘧?yīng)用仍需時日。微晶硅沉積使用 PECVD、HWCVD 或 VHF-PECVD 技術(shù),目前由于微晶硅生長速率較慢,且存在縱向不 均勻,在界面處易生成非晶孵化層,影響電池性能,一般使用 VHF-PECVD 制備微晶硅, 但該技術(shù)目前規(guī)?;a(chǎn)的薄膜均勻性較差,納米晶硅/微晶硅作為未來 HJT 的發(fā)展方向,大規(guī)模應(yīng)用仍需解決技術(shù)工藝問題。
電池材料優(yōu)化:靶材、銀漿材料優(yōu)化,提升轉(zhuǎn)換效率
靶材的選擇決定了薄膜的光電特性,進而影響電池轉(zhuǎn)換效率。目前TCO鍍膜主要采用PVD 或 RPD 技術(shù),PVD 主要采用 ITO 和 SCOT 靶材,目前 ITO 靶材已較為成熟,ITO 的錫 含量越低,電池轉(zhuǎn)換效率越高,97/3 和 99/1 低錫含量濺射靶材所制備的異質(zhì)結(jié)電池的轉(zhuǎn) 換效率要優(yōu)于普通成分比為 90/10 的 ITO 靶材。RPD 主要采用 IWO 和 ICO 靶材,新型 ICO 靶材載子遷移率可達 50-150cm2 /Vs,高于 IWO 的 40-80cm2 /Vs,有望大大優(yōu)化薄膜 性能,未來靶材材料的創(chuàng)新有望進一步帶動電池轉(zhuǎn)換效率的提升。
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HJT 低溫銀漿電阻率較高。目前 PERC 電池采用的高溫銀漿是 1-3um 的球形銀粉,該種 銀粉在燒結(jié)過程中部分熔融形成電阻低的銀電極,目前晶硅電池電阻率水平是在 2-3*10-6 Ωcm。而 HJT 電池工藝中的電極成型溫度達不到可使球形銀粉部分熔融燒結(jié)的要求,所 以電阻較高,目前 HJT 低溫銀漿電阻率達到 5-6*10-6Ωcm,是高溫銀漿的 1.5-2 倍,這 是 HJT 電池串聯(lián)電阻高的主要原因之一。
低溫銀漿材料優(yōu)化,可降低電阻率提升電池效率。目前,一方面通過對不同尺寸、不同形 貌銀粉的復(fù)配,使銀粉在銀漿中達到最優(yōu)的密堆積狀態(tài),減少電極固化后的內(nèi)部孔洞密度。 另一方面并通過提升銀含量,提升電極固化過程的體積收縮率,增加電極固化后銀顆粒之 間的接觸點及接觸有效性,HJT 銀漿電阻率有望降低至 3-4*10-6Ωcm,電阻降低可有效 提升 HJT 電池效率。
組件結(jié)構(gòu)優(yōu)化:無主柵設(shè)計提升轉(zhuǎn)換效率
無主柵技術(shù)具備提升光照面積并降低電阻的優(yōu)勢。光伏柵線的責(zé)任在于傳導(dǎo)電流,從電阻 率的角度分析,柵線越細則導(dǎo)電橫截面積越小,電阻損失越大,而柵線越粗會遮擋部分太 陽光進入電池,因此主柵和副柵設(shè)計的核心是在遮光和導(dǎo)電之間取得平衡。無主柵技術(shù)保留正面?zhèn)鹘y(tǒng)的絲網(wǎng)印刷,制作底層細柵線,然后通過不同方法將多條垂直于細柵的柵線覆 蓋在細柵之上,形成交叉的網(wǎng)格結(jié)構(gòu),以金屬線代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊帶,匯集電流的同時實現(xiàn)電池 互聯(lián),從而減少陽光遮擋,降低電阻。
無主柵技術(shù)可提升 0.3%的電池轉(zhuǎn)換效率。梅耶博格的 SWCT 技術(shù)將內(nèi)嵌銅線的聚合物薄 膜覆蓋在 HJT 電池正面,在組件層壓過程中,依靠層壓機的壓力和溫度使銅線和絲網(wǎng)印 刷的細柵線直接結(jié)合在一起,銅線代替了銀主柵,節(jié)省了材料成本。預(yù)計 SWCT 可將組 件封裝后的電池片轉(zhuǎn)換效率提升 0.3%,耗銀量最高可減少 83%。
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轉(zhuǎn)換效率提升路徑清晰:預(yù)計2025年HJT量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率達26%+
預(yù)計 2025 年 HJT 量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率達 26%+,HJT+鈣鈦礦中試線效率可達 28%。按照 目前 HJT 電池廠對 HJT 技術(shù)升級的規(guī)劃,預(yù)計 21 年通過改變 PECVD 鍍膜順序、吸雜工 藝等方式,HJT 量產(chǎn)穩(wěn)態(tài)效率可達 24.7%+;22 年可通過銀漿、靶材的材料優(yōu)化將 HJT 平價量產(chǎn)效率提升到 25%;23 年可通過非晶微晶相結(jié)合,將量產(chǎn)平均轉(zhuǎn)換效率提升到 25.5%;24 年通過無主柵等技術(shù)將 HJT 電池量產(chǎn)效率提升到 26%;25 年通過 HJT 疊層 鈣鈦礦中試線效率達 28%,HJT 量產(chǎn)線效率有望達 26%+。
四、如何看待HJT和TOPCon兩種技術(shù)路線?
電池轉(zhuǎn)換效率:TOPCon理論效率高,HJT中試和量產(chǎn)線效率更優(yōu)
TOPCon 電池通過背面鈍化提升發(fā)電效率。TOPCon 即隧穿氧化層鈍化接觸電池,前表 面與 N-PERC 電池沒有本質(zhì)區(qū)別,主要區(qū)別在于采用超薄二氧化硅(SiO2)隧道層和摻雜非 晶硅鈍化背面,二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu),可以使多子電子隧穿進入多晶硅層同時阻 擋少子空穴的復(fù)合,進而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集,從而極大地降低了金屬接 觸復(fù)合電流,提升了電池的開路電壓和短路電流,從而提升電池的轉(zhuǎn)換效率。
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雙面鈍化TOPCON電池理論效率極限高,單面鈍化TOPCON電池理論效率與HJT接近。 根據(jù) ISFH 的測算,PERC、HJT、TOPCon 電池的理論極限效率分別為 24.5%、27.5%、 28.7%。TOPCon 電池理論效率高于 HJT,但是 28.7%的理論效率需要實現(xiàn)雙面多晶硅鈍 化,正表面多晶硅鈍化吸光嚴重,電池生產(chǎn)難度非常大,雙面多晶硅鈍化 TOPCon 電池 實驗室效率僅 22.5%。目前常用的背表面鈍化技術(shù) TOPCon 電池理論效率極限為 27.1%, 與 HJT 理論效率差異不大。
HJT 中試線和量產(chǎn)線效率更優(yōu)。目前 PERC、HJT、TOPCon 電池中試線最高效率紀錄依次為 24.09%(隆基)、25.18%(通威)、25.07%(隆基),量產(chǎn)效率最高紀錄分別為 23.05%(隆 基)、25.06%(華晟)、23.85%(中來)。目前 PERC 電池量產(chǎn)效率已越來越接近理論極 限,HJT 中試線和量產(chǎn)線效率優(yōu)于 PERC 和 TOPCon。
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生產(chǎn)工藝:HJT工藝簡單,TOPCon有待工藝改進提升良率
生產(chǎn)工藝方面,TOPCon 電池工藝最難最復(fù)雜,PERC 次之,HJT 工藝最簡單。PERC、 HJT、TOPCon 電池生產(chǎn)分別需要 10/6/13 步。相較于 PERC,TOPCon 多了 3 道工序, 包括硼擴、非晶硅沉積、鍍氧化層膜,該三大工藝均存在較多技術(shù)挑戰(zhàn),因此目前 TOPCon 電池良率約為 90%以下,低于 PERC 98~99%的良率。HJT 由于工藝僅 6 步,電池良率 約 98~99%,隨著工藝的改進,HJT 和 TOPCon 的生產(chǎn)良率有望持續(xù)提升。
TOPCon 電池良率提升主要需要解決硼擴散難題,以及 LPCVD 多晶硅薄膜制備難題。
硼擴散面臨的問題:
① 硼在硅中的濃度難以把握,濃度低不易得到高濃度發(fā)射區(qū),濃度高會導(dǎo)致硼原子不激 活,難于制備選擇性發(fā)射層。
② 擴散對管材要求高,硼擴散過程容易出現(xiàn)黏舟、黏管、腐蝕管壁的情況。
③ 擴散溫度高,溫度達 950 度,擴散時間較長。
LPCVD 多晶硅薄膜制備面臨的問題:
① 熱壁沉積問題,在沉積非晶硅膜的同時在管壁上也沉積同樣厚度的膜層,經(jīng)常要清洗 管道,降低了生產(chǎn)效率。
② 原位摻雜較難。有死層、會降低沉積溫度。因此一般需要沉積本征非晶硅,再進行磷 擴散。
③ 存在繞鍍,導(dǎo)致良率下降,需要后續(xù)使用濕法清洗正面繞鍍。
④ 后擴散過程中,雜質(zhì)原子會透過 SiO2 層進入單晶硅區(qū)域,導(dǎo)致鈍化失效。
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成本:TOPCon電池非硅成本低,HJT降本路線清晰
目前 TOPCon 電池成本低于 HJT 約 0.13 元/W。以 166 的電池為例,假設(shè) Topcon 銀耗 150mg,HJT240mg,PERC、TOPCon、HJT 非硅成本約為 0.2 元/W,TOPCon 和 HJT 非硅成本較 PERC 高 45%/110%。TOPCon 電池中非硅成本占比 38%,其中銀漿、 設(shè)備折舊、輔材和其他在總成本占比分別為 16%/4%/9%/9%。HJT 電池中非硅成本占比 47%,其中銀漿、設(shè)備折舊、輔材和其他在總成本占比分別為 25%/5%/6%/11%。HJT 與 TOPCON 相比成本差距主要體現(xiàn)在銀漿上,銀漿、設(shè)備折舊、輔材和其他 HJT 分別高于 TOPCON 電池 0.1 元/W。
HJT 銀漿降本路線更為清晰。銀耗是導(dǎo)致 HJT 和 TOPCon 電池成本差異的核心,20 年底 HJT 銀耗約 240mg,而 TOPCon 銀耗約 150mg。通過多主柵技術(shù)以及新款副柵材料的應(yīng) 用,可將 HJT 銀耗降至 160mg,達到與 TOPCON 銀耗差不多的水平。此外,HJT 可通 過銀包銅技術(shù),將銀耗降至 106mg。由于銀包銅是低溫工藝,無法在 TOPCON 電池應(yīng)用,目前 TOPCON 電池正在研發(fā)電鍍銅工藝,由于銅容易氧化,過程涉及濕化學(xué),拉力較難 控制,因此電鍍銅工藝較難,目前還處于實驗室階段。
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TOPCon 可在 PERC 產(chǎn)線上改造升級,設(shè)備投資額低。由于 TOPCon 和 PERC 工藝相似, 因此在 PERC 產(chǎn)線上新增非晶硅沉積的 LPCVD/PECVD 設(shè)備以及鍍膜設(shè)備,可將 PERC 產(chǎn)線升級至 TOPCon。目前 PERC 設(shè)備投資在 1.2-1.5 億元/GW,TOPCon 投資約 2-2.5 億元/GW,將 PERC 改造為 TOPCon 僅需 0.8 億元/GW,可大幅降低電池設(shè)備投資成本, 擁有 PERC 電池產(chǎn)能的企業(yè)投資意愿更強。而 HJT 是低溫工藝,因此需要重新新建產(chǎn)線, 投資額在4-4.5億元/GW。但目前HJT設(shè)備折舊上與TOPCon相比成本差異僅0.02元/W, 未來通過設(shè)備零部件國產(chǎn)化,以及 HJT 規(guī)模的上量,設(shè)備投資額有望降至 4 億元以內(nèi), 進一步降低設(shè)備折舊成本差異,拉動投資意愿。
五、HJT產(chǎn)業(yè)鏈配套情況如何?
硅料:退火吸雜工藝有望解決硅料純度瓶頸
N 型硅片對硅料純度要求高,因此 N 型硅片成本高于 P 型。N 型硅片對于多晶硅原料以 及部分輔材的純度要求更高,同時因為磷在硅中的分凝系數(shù)僅為 0.35,在以其為摻雜劑的 N 型單晶拉制過程中,雜質(zhì)分布的均勻性較難控制,因此 N 型硅片較 P 型硅片溢價約 8%。
退火吸雜技術(shù)將降低 N 型硅片對硅料純度的要求,有望降低 N 型硅片成本。目前邁為等 企業(yè)已研發(fā)出退火吸雜設(shè)備,在硅片生產(chǎn)過程中采用退火吸雜的工藝,減少硅片表面的重 金屬雜質(zhì),從而提升少子壽命、提高電池片效率的均值并減小其方差,采用退火吸雜技術(shù) 只需增加擴散爐,成本增加不到 0.01 元/W,但可使用生產(chǎn) P 型硅片所用的雜質(zhì)含量較高 的硅料,可大幅降低 N 型硅片成本,有望實現(xiàn) N 型硅片和 P 型硅片同價。
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硅片:薄片化有望加速HJT滲透
目前現(xiàn)有硅片產(chǎn)能均可生產(chǎn) N 型硅片。PERC 電池用的是 P 型硅片,即在硅片中摻入硼 的硅片,而 HJT 電池用的是 N 型硅片,是指硅片中摻入磷。目前隆基、中環(huán)、晶科、晶 澳、上機數(shù)控等硅片企業(yè)的現(xiàn)有產(chǎn)能均可生產(chǎn) N 型硅片。20 年 12 月,高景太陽能的 50GW 光伏大硅片項目明確技術(shù)路線為 N 型。由于 20 年 PERC 電池為主流,因此 N 型硅片產(chǎn) 量約為 5%,隨著 HJT 和 TOPCon 電池技術(shù)的日益成熟,N 型硅片產(chǎn)量有望快速增長。
硅片薄片化發(fā)展已成為趨勢,HJT 優(yōu)勢明顯。HJT 電池由于其對稱結(jié)構(gòu)較 PERC 更適合 薄片化硅片,而硅片薄片化可大幅降低硅料用量,降低硅成本。根據(jù)中環(huán)股份的測算,硅 片厚度從 175μm 減薄至 160μm,可以覆蓋多晶硅料 8 元/KG 的價格漲幅,減輕硅料的 成本壓力。目前光伏硅片主流厚度從 180μm 轉(zhuǎn)向 175μm,21 年 2 月中環(huán)股份表示愿意 配合下游客戶逐步推動 170μm、165μm 和 160μm 厚度單晶硅片的應(yīng)用,硅片薄片化 將加速 HJT 電池的滲透。
組件:半片滲透率提升,促進HJT電池發(fā)展
半片組件滲透率快速提升。半片電池組件與傳統(tǒng)組件相比,由于減少了內(nèi)部電路內(nèi)耗,封 裝效率提高,且組件工作溫度降低,提高了組件的可靠性和安全性。2020 年半片組件滲 透率快速提升,半片組件滲透率達 71%,同比提升 50pct。
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HJT 電池多為半片,半片組件滲透率提升有望促進 HJT 電池發(fā)展。目前國產(chǎn)的 HJT 電池 多為半片電池,阿特斯 250MW 產(chǎn)線已采用 182 半片,通威合肥 250MW 中試線采用 210半片,半片 HJT 電池可使用更薄的硅片來實現(xiàn)降本目的,并且半片電池可降低切損,降 低隱裂,提升電池可靠性,理論上 HJT 若采用半片工藝,硅片厚度可低至 120μm,可大 幅降低硅耗。目前半片組件滲透率快速提升,有望促進 HJT 電池的快速發(fā)展。
六、如何來降低HJT的成本?
降低HJT電池非硅成本是關(guān)鍵
HJT 非硅成本占比高于 PERC。HJT 電池的成本主要由硅片、漿料、靶材、設(shè)備折舊和其 他構(gòu)成,成本占比分別為53%/25%/6%/5%/11%。目前HJT非硅成本占比約47%,而PERC 電池非硅成本占比約 43%,主要是 HJT 低溫銀漿、靶材、設(shè)備等非硅成本較高。
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HJT 電池成本較 PERC 每瓦高 0.18 元,94%的成本增加在非硅成本上。假設(shè) PERC 和 HJT 電池轉(zhuǎn)換效率分別為 22.7%/24%,產(chǎn)品良率分別為 98.9%/98.5%,單片銀耗分別為 90/120mg。由于 N 型硅片較 P 型硅片溢價 8%,預(yù)計 HJT 單瓦硅片成本為 0.48 元,較 PERC 高 2.1%。由于低溫銀漿較高溫銀漿溢價 30%,且 HJT 銀耗更高,HJT 單瓦銀漿成 本約為 0.23 元,較 PERC 高 130%。由于 HJT 設(shè)備單位 GW 需要 4.5 億元投資,而單位 GW的PERC設(shè)備投資約1.7億元,因此HJT設(shè)備單瓦折舊約0.05元,較PERC高150%。 此外,HJT 靶材成本每瓦約 0.05 元,而 PERC 無靶材成本。由于 HJT 生產(chǎn)工序少,制造 費用等預(yù)計每瓦較 PERC 低 0.03 元。綜合以上,HJT 電池生產(chǎn)成本約為 0.9 元/W,與 PERC 0.72 元/W 的成本相比高出 0.18 元/W,高出的成本中硅片、銀漿、靶材、設(shè)備折 舊成本增加的占比分別為 6%/72%/28%/17%。未來 HJT 降本主要依靠硅耗減少、銀漿降 本、靶材國產(chǎn)化、設(shè)備降本來實現(xiàn)。
銀漿降本:銀包銅技術(shù)有望大幅降本,柵線工藝優(yōu)化降低銀耗
目前 HJT 電池銀耗約為 PERC 的 2 倍多。PERC 的銀漿通過高溫?zé)Y(jié)固化,銀粉熔融在 一起,容易形成導(dǎo)電通路。而 HJT 是低溫工藝,低溫銀漿的導(dǎo)電性能弱于高溫銀漿,因 此需要提高銀的含量來提高導(dǎo)電性。以 166 電池片為例,單片 HJT 電池銀漿耗量超過 200mg,而 PERC 電池銀耗約為 90mg。
銀包銅技術(shù)可大幅降低銀耗,單瓦成本降低 0.12 元。銀包銅是在銅的表面包裹銀粉,低 溫加工工藝使得銅作為導(dǎo)電材料,從而降低銀的使用量。一般低溫銀漿中銀含量約 92%, 8%為有機物玻璃粉等,而銀包銅中銀、銅、有機物的含量分別為 41%/51%/8%,使得銀 含量占比降低近一半。以 166 電池片為例,銀包銅技術(shù)可使 HJT 電池銀耗降至 106mg, 達到與 PERC 接近的銀耗水平。而銀包銅技術(shù)需采用低溫工藝,對于 PERC、TOPCON 的高溫工藝不適用,可快速降低 HJT 的銀耗差距??紤]到低溫銀漿相比高溫銀漿 30%的 溢價,在其他條件不變的情況下,若銀耗相同,HJT 的電池的單瓦成本將由 0.9 元降至 0.78 元,較 PERC 成本高 8%。
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銀包銅技術(shù)有望得到量產(chǎn)驗證。目前京都 KE 公司可實現(xiàn)銀包銅量產(chǎn),華晟將于 21 年 6 月采用銀含量 62%的銀包銅漿料進行試驗,若試驗通過,HJT 電池單位銀耗與 PERC 電 池單位銀耗之間的差距將從 2020 年的 100%左右急劇縮小到 20%以內(nèi)。若華晟通過銀包 銅試驗,21Q4 將采用銀包銅技術(shù)進行量產(chǎn),HJT 銀耗仍有進一步下降空間,貼近甚至低 于 PERC 銀耗量,真正開啟 HJT 技術(shù)的低成本量產(chǎn)時代。
高精串焊技術(shù)可降低銀耗,單瓦成本降低 0.08 元。目前主柵銀耗約為 20mg,細柵銀耗約 110mg,通過高精度串焊減少主柵 pad 點大小,使得主柵變細、變短,副柵變少,減少細 柵及主柵銀耗,銀耗有望從 180mg/片降至 120mg/片,電池單瓦成本有望降低 0.08 元。 目前高精串焊技術(shù)已在華晟量產(chǎn)線上進行使用,預(yù)計 21 年 6 月底前會有 4 臺高精串焊設(shè) 備進行量產(chǎn)試用。
無主柵技術(shù)可降低銀耗,每瓦成本降低 0.11 元。得益于 HJT 電池表面導(dǎo)電的特性,取消金屬柵線電極,直接貼合低溫合金包覆的銅絲到 TCO 上,形成歐姆接觸,可制造無主柵 電池,無主柵后銀漿耗量有望從 180mg 降至 100mg,每瓦成本降低 0.11 元。
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低溫銀漿有望實現(xiàn)進口替代,大幅降低銀漿價格。高溫銀漿市場已逐步實現(xiàn)進口替代,國 產(chǎn)廠商于 2017 年對高溫銀漿進行進口替代,到 2020 年國產(chǎn)品牌帝科股份、蘇州固锝、 匡宇科技、常州聚合高溫銀漿市占率約 40%+,海外供應(yīng)商日本 KE、杜邦、漢高、賀利 氏由于成本劣勢,正逐步被國產(chǎn)品牌替代。目前低溫銀漿由于對原料要求高,90%的低溫 銀漿由日本KE供應(yīng),未來隨著國產(chǎn)HJT投資規(guī)模的擴大,低溫銀漿也有望實現(xiàn)進口替代,常州聚和、蘇州晶銀已經(jīng)實現(xiàn)低溫銀漿小批量生產(chǎn),浙江凱盈進入產(chǎn)品測試階段。目前進 口銀漿價格約 6500-6800 元/kg,國內(nèi)低溫銀漿價格約為 5000-5500 元/kg,隨著國產(chǎn)化量 產(chǎn),低溫銀漿價格有望降至 5000 元/kg 以下,與高溫銀漿平價。
靶材降本:國產(chǎn)化有望大幅降低靶材成本
靶材是 TCO 薄膜生產(chǎn)的核心材料。TCO 薄膜生產(chǎn)主要采用 ITO、SCOT、IWO、ICO 四 種靶材,濺射是制造 TCO 薄膜的主要工藝,利用離子源產(chǎn)生的離子,在真空中經(jīng)過加速 聚集,形成高速離子束流,轟擊固體表面,離子和固體表面的原子發(fā)生動能交換,使固體 表面的原子離開固體并沉積在基底表面,被轟擊的固體稱為濺射靶材。TCO 薄膜沉積主 要采用 PVD 和 RPD 兩種技術(shù),PVD 技術(shù)以 ITO、SCOT 作為靶材,RPD 以 IWO、ICO 作為靶材。
靶材的生產(chǎn)制造具有一定的技術(shù)壁壘。由于靶材的質(zhì)量直接影響 TCO 薄膜的一致性和均 勻性,因此靶材的純度、致密度和均勻性等要求較高,靶材的金屬純度要求達到 99.995% 以上,靶材的致密度對 TCO 薄膜的電學(xué)和光學(xué)性能有顯著影響,靶材的成分、晶粒度直 接影響薄膜的一致性和均勻性,因此靶材的材料和制造工藝具有一定的技術(shù)壁壘。
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大尺寸高純靶材市場被日韓企業(yè)占據(jù)。高純?yōu)R射靶材上游的高純金屬市場主要被日韓企業(yè) 壟斷,目前高純?yōu)R射靶材的主要供應(yīng)商為日本三井、東曹、日立、三星、康寧,國內(nèi)企業(yè) 在大尺寸高純靶材的生產(chǎn)能力與外資相比仍有差距,日韓企業(yè)可做出長 3000 毫米、寬 1200 毫米的靶材,但國產(chǎn)靶材的長度不超過 1000 毫米。
ITO、IWO 靶材已逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化,國產(chǎn)化有望將電池的靶材成本降低 57%。目前國內(nèi)先 導(dǎo)、映日等企業(yè) ITO 靶材已較為成熟,先導(dǎo)通過收購優(yōu)美科國際公司,其靶材生產(chǎn)的純度、 密度大幅提升,長度可達 4000 毫米,目前 SCOT 靶材正在研發(fā),IWO 壹納光電已實現(xiàn)國 產(chǎn)。以 IWO 靶材為例,在同樣是 4-4.5g/cm3的密度下,進口靶材價格為 3200 元/kg,對 應(yīng)電池靶材成本 0.6-0.7 元/片,國產(chǎn)靶材價格約 2000 元/kg,對應(yīng)電池靶材成本 0.2-0.3 元/片,采用國產(chǎn)靶材電池單片成本可降低 57%。
設(shè)備降本:國產(chǎn)化+提升效率,設(shè)備投資額有望不斷下降
HJT 設(shè)備國產(chǎn)化可大幅降低成本。2017-2018 年 HJT 設(shè)備主要由梅耶博格、YAC、AMAT、 日本住友等外資品牌提供,設(shè)備成本約 10-20 億/GW;2019 年邁為、鈞石、捷佳偉創(chuàng)等 開始進行進口替代,設(shè)備成本降至 5-10 億/GW;2020 年 6 月歐洲老牌光伏設(shè)備龍頭梅耶 博格退出 HJT 的競爭,國內(nèi)設(shè)備商加碼研發(fā),邁為和鈞石具備了 HJT 整線設(shè)備供應(yīng)能力, 20 年 HJT 設(shè)備成本降至 5 億/GW 左右,隨著量產(chǎn)產(chǎn)能的投放,以及設(shè)備國產(chǎn)化率的提升, 預(yù)計 21 年 HJT 設(shè)備成本有望降至 4 億/GW。
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非晶硅沉積和 TCO 制備設(shè)備降本是關(guān)鍵。HJT 生產(chǎn)包括清洗制絨、非晶硅沉積、TCO 制 備、絲網(wǎng)印刷和光注入退火,以上五個環(huán)節(jié)設(shè)備成本占比分別 10%/50%/20%/15%/5%, 非晶硅沉積和 TCO 制備的設(shè)備占到整個設(shè)備成本的 70%,是降本的關(guān)鍵。
非晶硅沉積設(shè)備降本主要依靠設(shè)備國產(chǎn)化和提升生產(chǎn)效率。目前非晶硅沉積主要采用 PECVD 設(shè)備,有量產(chǎn)供應(yīng)能力的 PECVD 設(shè)備商有梅耶博格(自用)、應(yīng)用材料、邁為股 份、理想萬里暉。目前PECVD進口設(shè)備的價格約4.8億/GW,國產(chǎn)設(shè)備的價格僅2億/GW,價格為進口設(shè)備一半。國產(chǎn)設(shè)備成本低主要是生產(chǎn)效率較高,2018 年梅耶博格 PECVD 生產(chǎn)效率是2400片/小時,整線年產(chǎn)能只有110MW,導(dǎo)致整線設(shè)備投資額高達10億/GW。 2019 年邁為給通威提供的設(shè)備將 PECVD 生產(chǎn)效率提升至 6000 片/小時,整線年產(chǎn)能達 250MW,整線成本降至 6 億/GW。PECVD 生產(chǎn)效率的提升可大幅降低設(shè)備成本,目前邁 為 PECVD 設(shè)備生產(chǎn)效率可達 8000 片/小時,年產(chǎn)能提升至 400MW,整線成本降至 4 億 /GW 左右。
TCO 設(shè)備有望通過國產(chǎn)化進一步降本。TCO 膜的生產(chǎn)采用 PVD 和 RPD 技術(shù),PVD 工藝 較為成熟,主要進口設(shè)備供應(yīng)商包括馮阿登納、梅耶博格、新格拉斯,國產(chǎn)廠商包括邁為、 鈞石能源、捷佳偉創(chuàng)、捷造光電等。馮阿登納和新格拉斯 PVD 設(shè)備效率可達 8000/6000 片/小時,邁為 PVD 設(shè)備效率也達到了 8000 片/小時,未來有望提升至 10000 片/小時, 可進一步降低成本。RPD 方面,國內(nèi)捷佳偉創(chuàng)已獲得住友公司 RPD 授權(quán),每小時生產(chǎn)效 率由梅耶博格的 3000 片提升到每小時 5500 片,隨著國產(chǎn)設(shè)備的降本增效,TCO 設(shè)備有 望持續(xù)降本。
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硅片降本:HJT相比PERC更適合硅片薄片化,可大幅降低硅成本
PERC 電池薄片化面臨壓力。硅片薄片化可降低硅成本,硅片每減薄 20μm,對應(yīng)組件成 本降低約 5-6 分/W。目前 PERC 電池厚度一般在 170-180μm,由于 PERC 電池是非對稱 結(jié)構(gòu),若降到 160μm 以下容易發(fā)生硅片碎片,PERC 電池也容易發(fā)生彎曲,導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效 率的降低,甚至短路現(xiàn)象,理論上 PERC 電池厚度不能低于 110μm。
HJT 電池結(jié)構(gòu)對稱,適合硅片薄片化發(fā)展。HJT 電池片的對稱結(jié)構(gòu)減少了電池制作中的機 械應(yīng)力,因此硅片的碎片率更低;由于 HJT 是低溫工藝,生產(chǎn)工藝在 200°C 以下,硅片 在低溫下也不容易發(fā)生翹曲,薄片化電池的良品率更高。此外,HJT 電池在硅片變薄的 情況下,開路電壓上升,短路電流下降,電池的效率能夠基本維持不變,HJT 更適合薄片 化硅片。
HJT 正不斷探索薄片化進程。日本三洋早年的 HJT 電池厚度僅 98μm,實驗室轉(zhuǎn)換效率可 達到 24.7%。目前理想萬里暉 PECVD 產(chǎn)品可使硅片厚度降低到 130-150μm,相比 170μm 的普通電池片,薄片化電池不僅轉(zhuǎn)換效率的損失不足 0.1%,而且碎片率的上升也不到 2%, HJT 產(chǎn)業(yè)將在未來幾年進一步探索 120-130μm 的薄片化進程。
硅片薄片化可降低電池硅耗。按照 PERC 電池 175μm 厚度計算,166/182/210 出片量分 別為 62/51/38 片。若 HJT 電池厚度降至 160μm,166/182/210 出片量將分別增加至 68/56/42 片,硅耗較 175μm 的 PERC 電池降低 8.57%,若 HJT 電池厚度降至 150μm, 166/182/210 出片量將分別增加至 72/60/44 片,硅耗較 175μm 的 PERC 電池降低 14%
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效率提升:帶來各環(huán)節(jié)的成本攤薄
電池轉(zhuǎn)換效率的提升可攤薄光伏全生命周期成本。由于 HJT 電池發(fā)電效率比 PERC 高 1.0%-1.5%,因此 HJT 組件功率可以比 PERC 更大,大功率組件一方面具有價格溢價, 另一方面可以帶來電站建設(shè)成本的攤薄??紤]到全生命周期的成本攤薄,HJT 電池修正成 本優(yōu)勢=HJT 電池生產(chǎn)成本差異+組件非硅成本差異+BOS 成本差異+發(fā)電量溢價。
HJT 較 PERC 具備全生命周期成本優(yōu)勢。以 3.5 元/W 的光伏系統(tǒng)為例,假設(shè) HJT 轉(zhuǎn)換效 率高于 PERC 1.3pct,HJT 比 PERC 全生命周期每瓦發(fā)電量將多出 7%,HJT 電池會帶來 0.26 元/W 的含稅銷售溢價,雖然 HJT 電池成本較 PERC 高 0.18 元/W,但發(fā)電量的增加, HJT 技術(shù)可以帶來組件 BOS 成本下降 0.015 元/W,組件非硅成本下降 0.025 元/W,綜合 以上,HJT 較 PERC 有 0.12 元/W 的修正成本優(yōu)勢。
七、HJT規(guī)模化量產(chǎn)時代何時到來?
硅成本:2021實現(xiàn)硅片N、P同價,2022年N型硅片成本有望低于P型
2021 年 HJT 電池硅成本可實現(xiàn) NP 同價,2022 年 N 型硅片成本有望低于 P 型。按照 M6 175μm P 型硅片不含稅價格 3.59 元/片,由于 N 型硅片硅料純度要求高,因此 N 型硅 片價格一般較 P 型高 7%。P 型硅片價格約 3.84 元/片,硅片每減薄 5μm,單片價格下降 約 5 分。當(dāng) HJT 電池厚度達 150μm 時,HJT 硅片價格達 3.59 元/片,可實現(xiàn) P、N 硅片 同價。目前華晟量產(chǎn)線生產(chǎn)的硅片為 150μm,并計劃生產(chǎn) 130μm 的硅片,130μm 的 N 型硅片成本將低于 P 型 5%,2022 年 N 型硅片成本有望低于 P 型。
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未來 HJT 硅成本降本空間大。①吸雜降本:增加不到 0.01 元/W 工序成本,可降低 N 型 硅料純度要求,縮減 N、P 硅片價差,提高電池轉(zhuǎn)換效率 0.2%。②半片化:目前邁為的 HJT 設(shè)備生產(chǎn)的電池片均為半片,210 半片電池可兼容硅片薄片到 100-120μm,可進一 步降低硅成本;③邊皮料利用:從圓棒到方棒的加工過程中,增加四個半圓中的硅材料利 用,收料率可大幅提升 8%+。此外,目前硅料價格快速上漲,HJT 薄片化優(yōu)勢更加凸顯, 有望加速 HJT 薄片化進程。
非硅成本:2022年HJT非硅成本有望與PERC持平
2021 年 12BB 成熟應(yīng)用,HJT 和 PERC 電池的非硅成本差異較 2020 年降低一半。2020 年 HJT 非硅成本約 0.42 元/W,PERC 電池非硅成本約 0.2 元/W,HJT 非硅成本高于 PERC 電池 110%。2021 年通過 12BB 柵線的應(yīng)用,銀耗可由 240mg/片降至 190mg/片,通過 應(yīng)用新款 KE132 副柵漿料,加上圖形優(yōu)化,銀耗可進一步降低至 160mg/片,按照 1 萬元 的進口漿料價格計算,預(yù)計銀漿成本降低 0.11 元/W,HJT 非硅成本有望降至 0.31 元/W, 非硅成本高于 PERC 電池 59%。目前華晟量產(chǎn)線已成功導(dǎo)入 12BB,M6 硅片銀耗已降至 160mg,預(yù)計到 21 年底 HJT 和 PERC 電池的非硅成本差異將較 2020 年降低一半。
2022 年銀包銅和漿料、靶材國產(chǎn)化,HJT 非硅成本有望與 PERC 持平。銀包銅漿料的導(dǎo) 入可將銀耗由 160mg/片降至 106mg/片,銀漿成本有望降低 0.072 元/W,隨著 HJT 規(guī)模 化量產(chǎn),以及國產(chǎn)漿料替代進口,漿料價格有望由 1 萬元/kg 降至 0.7 萬元/kg,銀漿成本 有望降低至 0.11 元/W,基本與 PERC 持平。此外,靶材國產(chǎn)化、加上新材料應(yīng)用,靶材 價格有望降低 25%,靶材成本有望降低 0.014 元/W?;谝陨辖当韭窂?,2022 年 HJT 非硅成本有望達 0.19 元/W,屆時將與 PERC 非硅成本持平。
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八、如何看待HJT設(shè)備行業(yè)的競爭格局?
產(chǎn)業(yè)化:HJT設(shè)備國產(chǎn)替代進行中,降本增效是關(guān)鍵
HJT 設(shè)備需平衡設(shè)備穩(wěn)定性和成本,PECVD 和 RPD/PVD 設(shè)備是核心。HJT 電池生產(chǎn)工 藝主要包括清洗制絨、非晶硅薄膜沉積、TCO 膜沉積、電極金屬化,四個工藝流程對應(yīng) 的設(shè)備價值量分別占比 10%/50%/20%/20%,PECVD 價值量占比最高。由于 HJT 電池對 設(shè)備要求較高,真空度、潔凈度、膜厚度、壓力、沉積速率等各種因素都會對鍍膜質(zhì)量產(chǎn) 生影響,非晶硅薄膜沉積、TCO 膜沉積是影響電池效率和穩(wěn)定性的核心工藝,因此 PECVD 和 RPD/PVD 是 HJT 的關(guān)鍵設(shè)備。
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HJT 設(shè)備正進行國產(chǎn)替代,擁有整線交付能力的企業(yè)優(yōu)勢明顯。早期 HJT 產(chǎn)線以梅耶博 格、YAC、Rena 等外資品牌設(shè)備為主,2017-2018 年 HJT 設(shè)備投資額在 9-12 億/GW, 設(shè)備投資額較高。2019 年起通威、愛康、華晟等電池廠商開始在部分設(shè)備上選取國產(chǎn)廠 商,僅用 2 年時間,設(shè)備投資額快速降至 5 億元/GW 以下,與此同時外資品牌因經(jīng)營情 況差,Amtech、梅耶博格、REC 等相繼退出光伏設(shè)備市場。目前邁為、鈞石、捷佳偉創(chuàng) 成為國內(nèi)競爭實力較強的 HJT 設(shè)備供應(yīng)商,邁為和鈞石已具備整線交付能力。由于 HJT 設(shè)備技術(shù)門檻高,擁有整線設(shè)備交付能力的供應(yīng)商將有更強的成本控制和議價能力,未來 整線設(shè)備商市場集中度有望持續(xù)提升。
清洗制絨:國產(chǎn)替代是必然趨勢,捷佳偉創(chuàng)和邁為具備潛力
清洗制絨直接決定 HJT 電池特性。清洗制絨是 HJT 電池生產(chǎn)的第一步,清洗制絨是利用 KOH 腐蝕液對 N 型硅片進行各項異性腐蝕,即在硅片表面形成絨面,可將硅片表面反射 率降低至 12.5%以下,從而產(chǎn)生更多的光生載流子。由于 HJT 是低溫工藝,無法通過高 溫工藝除去雜質(zhì),因此清洗制絨制備較為關(guān)鍵。
臭氧清洗工藝更具備發(fā)展?jié)摿?。制絨清洗工藝包括 RCA 清洗法和臭氧清洗法,RCA 清洗 通硫酸和過氧化氫制成高濃度混合溶液來進行清洗,優(yōu)點是清洗效果好,但清洗成本較高, 成本約 0.32 元/片。臭氧清洗是通過臭氧超純水來進行清洗,既可實現(xiàn)硅片表明的高效清 洗,同時可節(jié)省化學(xué)品用量,成本約為 0.25 元/片,成本更優(yōu),臭氧清洗已逐步取代 RCA 清洗并在量產(chǎn)中推廣。
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YAC 清洗制絨設(shè)備性能強,但價格較貴。目前制絨清洗海外設(shè)備商主要是日本 YAC 株式會社、德國 Singulus 和德國 Rena,外資設(shè)備中 YAC 實力較強。YAC 設(shè)備節(jié)拍可達 8000~10000wph,碎片率低于 0.03%,單晶制絨反射率在 11.1%-11.4%。目前已建成的 HJT 產(chǎn)線中 60%以上采用的是 YAC 的清洗制絨設(shè)備,但進口設(shè)備價格較貴,一臺進口的 250MW 的清洗制絨設(shè)備價格約 1000 萬元,對應(yīng) 1GW 產(chǎn)線設(shè)備投資額約 4000 萬元。
捷佳偉創(chuàng)清洗制絨設(shè)備具備較高性價比。國產(chǎn)設(shè)備商主要是捷佳偉創(chuàng)、北方華創(chuàng)。目前捷 佳偉創(chuàng)已形成清洗制絨供貨能力,通威、中威、金石能源的 HJT 生產(chǎn)線均有采用捷佳偉 創(chuàng)的清洗制絨設(shè)備。捷佳偉創(chuàng)設(shè)備節(jié)拍達 3200~6400 wph,碎片率低于 0.05%,單晶制 絨反射率低于 11%。公司研制了最新全自動配液、高精度補液術(shù)以及硅片表面預(yù)脫水技術(shù), 設(shè)備性能與外資品牌差距正不斷縮小。國產(chǎn)設(shè)備價格便宜,一臺國產(chǎn)的 330MW 的清洗制 絨設(shè)備價格約 500 萬元,對應(yīng) 1GW 產(chǎn)線設(shè)備投資額約 1500 萬元,約為進口設(shè)備價格的 37%,具備較強的性價比優(yōu)勢。
清洗制絨設(shè)備國產(chǎn)替代是必然趨勢。目前捷佳偉創(chuàng)已順利實現(xiàn)清洗制絨設(shè)備的國產(chǎn)化,其設(shè)備性能有望通過研發(fā)投入持續(xù)提升。邁為股份也通過與參股江蘇啟威星引進 YAC 全套 技術(shù),并結(jié)合了自有的半導(dǎo)體濕法技術(shù),突破了 HJT 清洗設(shè)備,加入整線解決方案中。 由于清洗制絨設(shè)備技術(shù)門檻不高,加上國產(chǎn)設(shè)備廠商技術(shù)迭代快、成本低,捷佳偉創(chuàng)和邁 為股份均具備較強的國產(chǎn)替代實力。
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PECVD:設(shè)備降本的關(guān)鍵,邁為實力強
PECVD 為主要的非晶硅薄膜沉積技術(shù)。HJT 電池生產(chǎn)的第二道工序非晶硅薄膜沉積,主 要有 PECVD 和 HWCVD 兩種工藝,HWCVD 是日本三洋選擇的方案,優(yōu)點是沉積非晶硅 質(zhì)量較好,缺陷更少;缺點是鍍膜均勻性較差,碎片率較高,電耗偏高。因此,PECVD 憑借良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性成為主流薄膜沉積技術(shù)。
PECVD 設(shè)備技術(shù)壁壘高。PECVD 通過微波或射頻波使腔室內(nèi)的反應(yīng)氣體分子電離,形 成的高化學(xué)活性等離子體,在基片表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),沉積成膜。PECVD 在傳統(tǒng)晶硅電 池中沉積的薄膜厚度均大于 100 nm,而在 HJT 中 PECVD 在硅片正反面先后沉積兩層非 晶硅薄膜用作鈍化層,鈍化層的厚度需控制在 5-10 nm,對薄膜的均勻性、致密度、容錯 率要求非常高,直接影響電池片的轉(zhuǎn)換效率,因此是 HJT 設(shè)備中技術(shù)難度最大的設(shè)備。
PECVD 有多種技術(shù)路線,核心為保證質(zhì)量、提升效率。根據(jù)等離子發(fā)射源的運作情況,可分為動態(tài)和靜態(tài) PECVD;根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu),可分為線列式和團簇式;根據(jù)射頻頻率的不 同,可分為 RF-PECVD 和 VHF-PECVD。不同的路線核心都是為了在保證鍍膜質(zhì)量的同 時,提升產(chǎn)能、降低成本。
RF-PECVD 技術(shù)是目前主流技術(shù)。氣體分子在射頻場下被電離成等離子體,按照射頻頻 率可分為 RF-PECVD 和 VHF-PECVD,其中 13.56MHz 為 RF-PECVD,30-300MHz 之 間為 VHF-PECVD。VHF-PECVD 高頻下薄膜致密性佳,導(dǎo)電率高,但是薄膜均勻性變差, 容易出現(xiàn)脫落或紋路,目前理想能源應(yīng)用此技術(shù)。RF-PECVD 雖然沉積速度慢,但薄膜 均勻性好,透光率高,目前為主流技術(shù),邁為、鈞石、應(yīng)材、梅耶博格均采用此技術(shù)。
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線列式 VS 團簇式,線列式串列是目前主流技術(shù),團簇式具備發(fā)展?jié)摿?。線列式串列是指 單一腔室內(nèi)僅進行單一類型薄膜的沉積,各沉積腔室呈鏈狀直線排開,此工藝占地面積較 大,但傳遞簡單,目前邁為、鈞石、理想、日本真空均采用此工藝。線列式并列技術(shù)工藝 易調(diào)整,但是傳遞過程中容易污染,目前梅耶博格、精矅采用此技術(shù)。團簇式設(shè)備以中央 傳輸室為中心,各腔室相互獨立、互不干擾,可同時處理較多硅片,產(chǎn)能較大,但需要采 用機械手進行硅片傳送,傳輸過程易造成碎片,自動化要求極高,目前應(yīng)用材料、INDEO 采用了這種技術(shù)。
靜態(tài) VS 動態(tài),邁為準動態(tài)技術(shù)具備優(yōu)勢。靜態(tài)鍍膜是指硅片在成膜期間靜止不動,等離 子體需要不斷的開啟和關(guān)閉進行鍍膜,優(yōu)點是運行穩(wěn)定、成品率高,缺點是生產(chǎn)效率低、 成本高,目前梅耶博格、應(yīng)材、鈞石、理想采用靜態(tài)鍍膜,生產(chǎn)節(jié)拍在 2400-5000wph 之 間。動態(tài)鍍膜是硅片按照特定的速度移動,等離子體在腔室內(nèi)不間斷生產(chǎn),優(yōu)點是生產(chǎn)效 率高,但生產(chǎn)不穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量難以保證,目前迅力光電采用動態(tài)鍍膜。邁為股份結(jié)合動 態(tài)和靜態(tài)兩種工藝優(yōu)勢,研發(fā)出準動態(tài)鍍膜技術(shù),在穩(wěn)定生產(chǎn)的情況下,生產(chǎn)節(jié)拍達 5000-8000wph,大幅提升效率,降低成本。
與外資品牌相比,內(nèi)資 PECVD 設(shè)備具備較強性價比優(yōu)勢。PECVD 在 HJT 產(chǎn)線中成本占 比 50%,是設(shè)備降本的關(guān)鍵,外資 PECVD 設(shè)備商主要是梅耶博格、應(yīng)材、INDEOtec, 由于外資 PECVD 設(shè)備是內(nèi)資價格的近 2 倍,近年來新投的 HJT 產(chǎn)線普遍采用內(nèi)資設(shè)備, 主要設(shè)備商是邁為、理想、鈞石,捷佳偉創(chuàng)積極布局 PECVD 設(shè)備。
理想設(shè)備抽屜式反應(yīng)腔可提升產(chǎn)能,頻率自適應(yīng)技術(shù)鍍膜質(zhì)量優(yōu)異。理想萬里暉的抽屜式 反應(yīng)腔為獨家核心技術(shù),沉積腔室內(nèi)部被分割成多個子腔室,可實現(xiàn)工藝并行運行,使產(chǎn) 能翻倍,公司運用頻率自適應(yīng)技術(shù),提升了鍍膜均勻性。目前理想的 PECVD 設(shè)備節(jié)拍達 4000-5200 wph,uptime≥90%,碎片率小于 0.1%,產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)異。理想設(shè)備主要應(yīng)用 在通威、華晟、中威產(chǎn)線上。
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鈞石設(shè)備鍍膜均勻性好,產(chǎn)品穩(wěn)定性高。鈞石能源模塊化鏈式 PECVD 系統(tǒng)采用獨特的 RF 電極設(shè)計,電極間距可調(diào)節(jié),穩(wěn)定性好,載板溫度均勻,沉積薄膜厚度均勻性好,可 兼容 M6、M10、G12 硅片,設(shè)備 uptime 超過 90%,目前節(jié)拍最高達 5200wph。鈞石 PECVD 目前主要用在通威、金石能源產(chǎn)線上。
邁為設(shè)備生產(chǎn)效率高,規(guī)模化量產(chǎn)具備高性價比優(yōu)勢。邁為 PECVD 設(shè)備核心優(yōu)勢是準動 態(tài)鍍膜工藝,目前節(jié)拍最高達 8000 wph,在華晟量產(chǎn)線上各項指標突出,量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率達 24.7%,uptime≥98%,碎片率小于 0.25%,各項指標優(yōu)異,且產(chǎn)能較高,具備量產(chǎn)的 性價比優(yōu)勢。通威、華晟、阿特斯已采用邁為 PECVD 設(shè)備。5 月 28 日,經(jīng)德國哈梅林 太陽能研究所(ISFH)測試認證,邁為股份研制的異質(zhì)結(jié)太陽能電池片,其全面積(大尺 寸 M6,274.3cm2)光電轉(zhuǎn)換效率達到了 25.05%,刷新了異質(zhì)結(jié)量產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的最高紀 錄。
PVD與RPD:國產(chǎn)化率高,提升靶材利用率是設(shè)備競爭關(guān)鍵
在硅片表面沉積非晶硅薄膜后,下一個步驟是在硅片正反面沉積透明導(dǎo)電氧化物(TCO) 薄膜,該薄膜作用是實現(xiàn)導(dǎo)電、減少反射、并保護非晶硅薄膜。導(dǎo)電性好、透過率高是 TCO 薄膜需要具備的關(guān)鍵特性。
PVD 鍍膜穩(wěn)定,RPD 效率高但存在專利限制。TCO 膜的生產(chǎn)主要采用 PVD 和 RPD 兩種 方式,PVD 利用加速的高能粒子轟擊靶材形成薄膜,是目前的主流技術(shù),鍍膜均勻易于 控制,工藝穩(wěn)定,缺點是銷量較 PERC 未拉開差距。RPD 是利用等離子體槍產(chǎn)生氬等離 子體轟擊靶材形成薄膜,較 PVD 技術(shù)有 0.3-1%的效率優(yōu)勢,但是設(shè)備價格高,且關(guān)鍵部 件和靶材、專利受日本住友限制,目前規(guī)模化應(yīng)用較少。捷佳偉創(chuàng)獲得日本住友授權(quán),可 制造 RPD 設(shè)備。
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PVD 國產(chǎn)化率高,降本空間有限。PVD 在 HJT 設(shè)備成本占比約 10%,外資廠商主要有馮 阿登納、Singulus、梅耶博格,國產(chǎn)廠商主要有捷佳偉創(chuàng)、邁為、鈞石、捷佳光電。PVD 設(shè)備產(chǎn)能目前已達較高水平,馮阿登納、Singulus、邁為產(chǎn)能分別達到 8000/6000/8000 片/小時,通過提升產(chǎn)能來降本的空間不大。PVD 設(shè)備技術(shù)門檻低,目前邁為、捷佳偉創(chuàng)、 鈞石設(shè)備性能優(yōu)異,已成為主流設(shè)備商,馮阿登納等外資廠商也通過在國內(nèi)設(shè)廠來降低成 本,PVD 國產(chǎn)化進展順利,降本空間相對有限。
提升靶材利用率是未來 PVD 設(shè)備競爭的核心。靶材的選擇決定了薄膜的光電特性,進而 影響電池轉(zhuǎn)換效率。目前大部分企業(yè)的 PVD 設(shè)備靶材利用率達 80%,PVD 主要采用 ITO 和 SCOT 靶材,RPD 主要采用 IWO 和 ICO 靶材,未來靶材利用率的提升可進一步提高 轉(zhuǎn)換效率,靶材利用率是 PVD 設(shè)備商競爭的關(guān)鍵。
捷佳偉創(chuàng) RPD 設(shè)備轉(zhuǎn)換效率高,RPD+PVD 一體機具備潛力。捷佳偉創(chuàng)獲得日本住友 RPD 專利授權(quán)后,自主研發(fā) RPD5500A 設(shè)備,uptime>90%,膜厚均勻度可控制在 5%以內(nèi), 碎片率≤0.05%,產(chǎn)能可達到 5500 片/小時,結(jié)合新一代的靶材技術(shù)和工藝,帶來更高的 效率和導(dǎo)電性。19 年 6 月為通威 HJT 產(chǎn)線提供了 RPD 設(shè)備。20 年公司推出了 PAR5500 設(shè)備,正面用 RPD,背面采用 PVD,成本較低,鍍膜質(zhì)量更好,具備量產(chǎn)潛力。
絲網(wǎng)印刷:國產(chǎn)設(shè)備商優(yōu)勢明顯
HJT 電池在完成 TCO 薄膜沉積后,需要進行電極的生產(chǎn),電極生產(chǎn)是通過與硅形成良好 導(dǎo)電性能和高電流收集效率的歐姆接觸,收集光生載流子并導(dǎo)出到電池,目前主要使用絲 網(wǎng)印刷工藝。
HJT 絲網(wǎng)印刷設(shè)備較 PERC 增量技術(shù)少。異質(zhì)結(jié)電池的絲網(wǎng)印刷與 PERC 的絲網(wǎng)印刷工 藝接近,唯一的差別是 HJT 是低溫工藝,絲網(wǎng)印刷需要將溫度控制在 200-220℃,目前主 流的 PERC 絲網(wǎng)印刷設(shè)備商均可提供 HJT 絲網(wǎng)印刷設(shè)備,HJT 絲網(wǎng)印刷設(shè)備增量技術(shù)較 少。
絲網(wǎng)印刷國產(chǎn)化率高。絲網(wǎng)印刷設(shè)備在 HJT 設(shè)備成本占比 10%,目前絲網(wǎng)印刷進口品牌 以應(yīng)材為主,國產(chǎn)品牌以邁為為主,其余廠商包括 mcrotec、捷佳偉創(chuàng)、金辰股份。目前 國產(chǎn)廠商的絲網(wǎng)印刷設(shè)備成本低于 1 億元/GW,國產(chǎn)廠商具備明顯優(yōu)勢。邁為在 PERC 絲網(wǎng)印刷市占率超過 70%,有望成為 HJT 絲網(wǎng)印刷龍頭。
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精選報告來源:【未來智庫官網(wǎng)】。
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