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降本增效是光伏的第一性原理。光伏的产业终局就是电力基础设施，这一终局决定了光伏产品长期价格端的下行趋势，唯有技术升级降本增效，才可增厚企业盈利；在短期技术领先产品相较技术落后产品的供需格局带来的价格韧性，也为产业链企业带来业绩机会。而电池的技术进步是降本的最重要一环，当前主流电池技术路线中，PERC→TOPCon→HJT→钙钛矿是粗略的迭代路径，光伏产业当前正处于由P型电池代表PERC向N型电池代表TOPCon过渡替代的进程中。 光伏电池N型替代的核心原因是P型电池理论极限已然迫近。据CPIA统计，2022年P型PERC电池量产平均效率达到23.2%，世界效率记录24.06%，十分接近24.5%的理论天花板。但N型电池2022年量产的平均效率就已经全部超过24.5%。例如TOPCon方面晶科能源在2022年10月就创下了26.4%的纪录，HJT方面隆基绿能在2022年11月创下了26.81%的记录。从商业化放量角度看，TOPCon电池在2023年放量迅速，市场预期2023-2024是TOPCon电池的加速渗透窗口期。但在刚结束的5月24日-5月26日SNEC全球光伏展会上，HJT电池以其更强的技术优势，也收获了大量市场关注。为理解HJT电池相对于TOPCon电池的技术优势，首先要理解光伏电池的工作原理与主要瓶颈。 HJT技术原理： 化学元素周期表中，第4组元素的导电能力随着原子序数的增加而增强。碳在钻石结构下是真正的绝缘体，硅和锗导电能力稍高，但相对金属锡和铅等仍差距较大，由于其导电能力介于中间，被称为半导体。对半导体元素而言，有导电能力意味着有自由电子，为实现导电，半导体需要有部分价电子能够完成逃逸，需要有某种途径（如光照）提供打破共价键所需的能量，价电子脱离晶体结构所需能量成为bandgap energy，即光伏术语中常见的“禁带宽度”。 当“禁带能量”被超越，电子完成逃逸后，会在结构上产生一个空缺，原本稳态原子在价电子逃离后，带正电。而这个带正电的离子化原子如果能从临近的稳态原子捕获一个电子的话，其自身又回到稳态，遭到“抢劫”的原子发生离子化带正电。以此递推，这个“空缺”可以在不同原子之间移动，被光伏学界具象为“空穴”。因此只要有价电子完成逃逸，就产生一个自由电子和一个空穴，电子带负电向高电位方向移动；空穴带正电向低电位方向移动，形成电流。电子和空穴由于其电荷运输的能力，都称为“载流子”。 而在光伏电池中，P-N结就是利用了这种光生伏特现象的主要结构。当P型半导体和N型半导体相结合时，由于P型半导体中空穴浓度高，N型半导体中电子浓度高，从而形成热扩散运动，即P型半导体的空穴向N型半导体中扩散，N型半导体的电子向P型半导体中扩散。而后在P型区形成负电荷，在N型区形成正电荷，P-N结中形成一个内建电场。光照时能量大于禁带宽度的光子被吸收，PN结电子完成逃逸形成电子-空穴对，在内建电场的作用下相互分开，产生光生电流。 但以上只是理论情形下的光电原理，在实操过程中，光伏电池的光学损失和电学损失会造成电池效率的限制，从而形成光伏电池技术的瓶颈。假设整块光伏电池都有PN结构成，效率的一大掣肘在电池表面。光学损失维度，由于晶体硅的折射率与空气相差很大，导致很大一部分入射光被反射，因此需要电池表面制绒、沉积减反膜来降低表面反射，提高光子吸收效率。电学损失维度，由于电池表明包括吸附杂质、悬挂键在内的表面缺陷，会形成载流子复合中心，即当电子和空穴的运动由于杂质等缺陷影响紊乱碰撞，电子掉进空穴里，被打破的共价键修好了，电子获得的能量以光子的形式扩散出去，如LED发光二极管就是利用这一原理，但对光伏电池而言这种载流子复合是制约电池效率的。 解决光学损失和电学损失的一大思路就是界面钝化，钝化是光伏电池提效的关键，选择合适的钝化材料至关重要，需要根据表面电荷特性和电池结构合理搭配。可以粗略地说不同的钝化结构决定了不同的电池技术路线，产生不同的电池理论效率极限。如PERC电池的钝化材料是氧化铝（Al2O3），TOPCon电池的钝化材料是氧化硅（SiO2），HJT电池的钝化材料是氢化非晶硅（a-Si:H）。
表：不同电池技术组件特性对比 （信息来源：东方日升、银河证券） HJT电池优势： （1）转换效率更优：HJT效率潜力超过28%，远超PERC电池。待钙钛矿技术成熟后，HJT电池路线可升级为新式钙钛光伏电池，其中单层钙钛矿效率达31%；钙钛矿双结叠层效率可达35%；钙钛矿三结叠层效率可达45%以上。 （2）工艺流程简化、降本空间大：受氢化非晶硅的特殊性质影响，HJT为低温工艺，可减少硅片使用量，在硅片成本（薄片化、减少热损伤）和非硅成本（节约燃料）上均有优势。同时，HJT只需要4道工艺，PERC需要8道工艺、TOPCon技术需要9-12道工艺，流程显著简化。 （3）光衰效应更低。HJT电池10年衰减率小于3%，25年低于8%，衰减速度远低于PERC和TOPCon电池。 （4）低温度系数：高温难以影响HJT的工作效率，在82摄氏度环境下，HJT的光电转换效率比传统组件高出13%。 （5）双面率更高：双面率即光伏电池板的反面被特殊处理，增强反射效果，提高反面的发电能力，而非只是正面入射。HJT为双面对称结构，双面率有望提升至93-98%，而PERC和TOPCon的双面率极限在80%左右，HJT可获超10%的发电量增益。 （6）弱光响应高。HJT在弱光环境下的发电性能更强，因此在清晨可以更早开始工作，傍晚可以工作到更晚，相较PERC等电池发电时长提升10%左右。 HJT市场前景： 受益于HJT电池的多项竞争优势，其未来市场前景广阔，可为提前布局的光伏企业带来业绩机会。国际光伏技术路线图（ITRPV）预测2025年/2030年全球HJT市场份额约9%/13%；我国光伏协会对HJT发展前景相对更乐观，预测2025/2030年其市场份额约18%/32%。
图：全球光伏电池技术市场份额统计预测 （信息来源：CPIA、银河证券） 商业化路径上，部分头部光伏企业仍在加快工艺技术优化。如HJT电池钝化层如果用微晶硅薄膜替代传统非晶硅薄膜，则能拥有更好的透光率、更低的缺陷密度、更高的掺杂效率、更高的导电率，从而进一步提升转化效率。当前华晟新能源采用迈为VHF-PECVD设备的单面微晶HJT2.0电池片效率达到24.86%，目前宣城二期平均效率约25%，预计今年双面微晶导入后平均效率达到25.5%。东方日升双面微晶产品“伏羲”电池效率中试验效率也已达到25.5%。通威股份采用纳晶工艺，年底完成双面纳晶导入有望突破25.5%效率。 整体在TOPCon电池对PERC电池逐年进行替代放量的背景下，HJT电池、钙钛矿电池指向技术迭代的远期空间，头部上市企业积极布局，在关键里程碑节点都将形成预期提振机会窗口，值得持续关注。配置工具上可采用新能宽基，如$碳中和ETF泰康(560560)，以把握以光储电力系统为主的长期技术迭代成长机会。 |
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