企业竞争图谱：2024年BC（背接触）光伏电池 头豹词条报告系列

马天奇·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-08-02未经平台授权，禁止转载 关键词：光伏组件光伏银浆光伏电站 产业链分析 行业规模 SIZE数据 摘要光伏电池是决定组件效率和成本的关键器件，也是产业链中技术含量最高的环节。过去几年，无论是单晶还是多晶电池，每年效率均提升0.3%-0.4%。然而，当前转换效率的提升已达到极限，且电池环节的盈利能力较低。开发新技术提高转化效率成为当前光伏技术竞争的核心。背接触（BackContact）电池技术，把正负电极都置于电池背面，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有效发电面积，拥有高转换效率，且外观上更加美观。BC电池兼容性强，可与TOPCon、HJT等技术叠加降低成本，提高电池效率，也称为“xBC电池”。2019年—2023年，中国BC电池行业市场规模由0亿元增长至27.47亿元。预计2024年—2028年，BC电池行业市场规模由137.76亿元增长至1,431.38亿元，期间年复合增长率79.54%。 行业定义[1] 光伏电池是决定组件效率和成本的关键器件，也是产业链中技术含量最高的环节。过去几年，无论是单晶还是多晶电池，每年效率均提升0.3%-0.4%。然而，当前转换效率的提升已达到极限，且电池环节的盈利能力较低。开发新技术提高转化效率成为当前光伏技术竞争的核心。 定义：背接触（BackContact）电池技术，把正负电极都置于电池背面，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有效发电面积，拥有高转换效率，且外观上更加美观。BC电池兼容性强，可与TOPCon、HJT等技术叠加降低成本，提高电池效率，也称为“xBC电池”。 行业分类[2] 按照技术路线的分类方式，BC电池行业可以分为如下类别： BC电池行业基于技术类型的分类 行业特征[3] BC电池行业特征包括：1.对比传统技术兼容性强，效率更高；2.核心工艺在于钝化、图形化、金属化；3.产业处于快速降本阶段；4.生产端：脱银化趋势确立。 1对比传统技术：兼容性强，效率更高 叉指背接触式（IBC）太阳电池具有正负电极在背面交叉分布的特点，正面无金属栅线遮挡，消除了遮光损失，因而具有较高的短路电流，是目前光电转换效率最高的晶体硅太阳电池之一。提升IBC太阳电池光电转换效率的两种主要方向是：提高钝化效果和作为底电池应用于叠层电池中以提升光利用率。现阶段，通过优化IBC太阳电池表面钝化衍生出新型高效太阳电池，这些新型电池通过应用载流子选择钝化接触，抑制少数载流子在界面处的复合速度，从而有效提高表面钝化效果。包括叉指背接触异质结（HBC）电池和多晶硅氧化物选择钝化背接触（POLO-IBC）电池等，体现出其兼容性较强。通过对比发现，IBC（29.1%）相比PERC（24.5%）和TOPCon（28.5-28.7%）理论最高值有显著提升，量产效率与HJT（高于PERC和TOPCon）基本相同。 2核心工艺：钝化、图形化、金属化 钝化：高效率和低成本是太阳能电池研究的核心方向。在生产过程中，基体硅片成本占比最高，为降低生产成本并实现光伏电价平价上网，硅片薄化成为趋势。然而，薄化导致的表面复合问题对表面钝化技术提出了更高要求。IBC太阳电池采用金字塔结构和抗反射层以增强光捕获效果，并在钝化层下通过扩散形成前表面场（FSF）或p型浮动结（FFE）结构。FSF结构利用n+/n高低结电场排斥少数载流子，减少复合，提高光电转换效率；FFE结构通过P+/n结注入少子空穴，增加短路电流密度。图形化：BC电池背面通常通过印刷源浆、光刻、激光掺杂等方式形成叉指状的P+区和n+区，优化P+区占比和减小金属接触面积有助于提升电池性能。以HIBC制备工艺为例，背面发射极的制备过程需要反复沉积（PECVD与PVD工艺）薄膜并蚀刻。金属化：BC电池需要分别将正负电极精准印刷在P+区和N+区，对工艺精度要求较高。背面金属化主要采用丝网印刷和铜蒸镀两种方式。随着丝网印刷材料和设备的优化，背面电极的精确对位问题已解决，使得背面设计和成本控制（可降低银浆用量）得到显著改善，丝网印刷方式的优势逐渐显现。通常情况下丝网印刷工序汇集了整条电池片生产线大约一半的工艺人员。 3产业阶段：快速降本阶段 相比钙钛矿技术路线，BC电池的难度系数较低，其光电转换效率理论值有望突破30%。BC电池的主要竞争对手是N型电池。无论是钙钛矿电池还是BC电池，核心问题在于规模化量产的成本。尤其是正负极栅线全部在背面的BC电池，制造难度较大，尚未彻底解决工艺复杂和成本高的问题。目前，BC电池的产品良率已 达到95%，具备大规模量产能力，当前处于快速降本阶段。预计BC电池成为产业主流需5-6年，目前仍面临成本挑战。 4生产端：脱银化趋势确立 银浆是高效太阳能电池的重要原材料，分为高温银浆（用于TOPCon电池）和低温银浆（用于异质结电池），占电池片非硅成本的30%-40%。根据中国光伏行业协会说明，TOPCon电池双面银浆平均消耗量约109mg/片，异质结电池双面低温银浆消耗量约115mg/片。由于银浆成本高且价格波动大，电池企业正通过工艺优化降低银浆消耗。例如爱旭珠海项目生产的N型ABC电池采用无银工艺，降低了成本。目前主流BC技术在P型硅片上使用铝浆替代银浆，性价比更优。N型硅片的BC电池采用电镀铜技术，但成本较高。悲观预计光伏产业即将进入TW时代，而目前脱银化还未完全普及，对银浆需求将大幅增长，占总供应量的35%-50%，可能导致银价上涨。 发展历程[4] 背接触（IBC）太阳电池技术自1975年提出概念以来，经历了技术验证（1975-1996年）、产业形成（1996-2012年）、研发突破（2012-2017年）和激烈竞争（2017年至今）四个阶段。技术验证期内，IBC技术从概念提出到实验研究取得突破；产业形成期，SunPower公司和天合光能等实现了IBC电池的高效性验证和初步产业化；研发突破期，中国企业技术不断提升，达到世界领先水平；激烈竞争期，全球IBC电池技术快速发展，中国IBC电池生产线规模化加速，混合高效技术逐步成熟，全球竞争加剧。 技术发展期1975~1996 1975年，Schwartz等人提出了背接触的概念。 1984年，Swanson等人报道了与IBC类似的点接触（Point Contact Cell， PCC）太阳电池，并在88倍聚光系统下得到19.7%的转换效率。1985年，Verlinden等人在标准光照下，制备出效率21％的IBC太阳电池。背接触太阳电池技术从概念提出、实验研究到技术突破的逐步发展。 产业形成期1996~2012 1997年，SunPower公司和斯坦福大学开发的IBC电池，在1个光照下得到23．2％的转换效率。2004年，SunPower公司采用点接触和丝网印刷技术研发出第一代大面积（149cm2）的IBC电池A－300，电池效率为21.5%。 2007年，SunPower公司经过对原有A－300 IBC电池工艺的优化和改进，研发出可量产的平均效率22.4%的第二代IBC电池。 2012年，天合光能承担国家863计划"效率20%以上低成本晶体硅电池产业化成套关键技术研究及示范生产线"。 IBC太阳电池技术从高效性验证、产业化初期、工艺优化与量产到国家支持与技术推广的逐步发展。 研发突破期2012~2017 2014年，SunPower公司在n型CZ硅片上制备的第三代IBC太阳电池，最高效率达到25.2％。2014年，天合光能创造了光电转换效率高达24.4%的世界纪录。2017年，天合光能公司通过自主研发，在6英寸（1英寸=2.54 cm）的n型单晶硅上实现了24.13%的IBC太阳电池光电转换效率。同年HBC电池报道出了26.6％的电池转换效率。中国企业技术不断突破，达到世界一流水平，此外HBC等技术方案不断推出。 激烈竞争期2017~ 2019年，黄河水电公司建立了国内首条IBC电池量产线，取得了23.7%的量产IBC太阳电池光电转换效率。 2020年，T.C. Kho等人提出了一种SiO2-SiNx-SiO2(ONO)表面钝化膜结构，使IBC太阳电池的磷扩散和硼扩散表面饱和电流密度分别小于10和20fA/cm²，展现了优良的表面钝化效果，相应的IBC太阳电池也获得了25%的光电转换效率。 2022年，德国哈梅林太阳能研究所ISFH的科学家设计了一种集成光子晶体的多晶硅氧化物（POLO）叉指背接触（IBC） 太阳能电池，并且发现，通过改进钝化，效率还可以提高到29.1%。2023年，由福建金石能源有限公司高效太阳电池装备与技术国家工程研究中心、金阳新能源与华侨大学共同研发的首款钙钛矿/混合型BC（Hybrid BC）四端叠层太阳电池面世，叠加后转换效率达到33.94%。 中国IBC电池产线规模化加速，混合高效率xBC电池技术逐步成熟。 产业链分析 BC电池行业产业链上游为原材料，主要包括硅片、PET基膜、银浆等；产业链中游为电池组制造环节，主要包括零部件（光伏边框、光伏焊带、光伏胶膜等）、设备（自动化、激光、各类型生产设备等）、组件（电池组）；产业链下游为应用环节，主要包括电网输送、BIPV等。[7] BC（背接触）光伏电池行业产业链主要有以下核心研究观点：[7] 硅片价格大幅下跌和行业降本增效压力加大；设备厂商有望率先受益。2023年光伏行业经历价格波动，因供需失衡导致价格下跌，PERC电池和组件年末价格大幅下降，未来行业变革将依靠技术创新和规模化龙头企业，设备厂商在中游电池片制造商投产前有望受益。 多家主流光伏电池厂商布局BC电池；HPBC与ABC技术各具优势。 虽然隆基绿能的HPBC技术在成本控制方面有优势，但爱旭股份的ABC技术在电池转换效率和组件最高效率方面表现更佳，未来BC电池有望在成本和效率之间达到平衡。 光伏装机量创新高；BC电池适合分布式场景。 中国光伏装机全球领先，政策推动全球光伏装机大幅增长，BC电池凭借高转换效率和美观优势，适合分布式光伏场景，市场占有率有望大幅提升并推动相关企业出海，尤其在欧美市场。[7] 产业链上游 生产制造端 原材料 上游厂商 TCL中环新能源科技股份有限公司 隆基绿能科技股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 硅片大幅下跌、行业降本增效压力加大。 2023年上半年，光伏行业价格快速上涨至高位（2022年末硅料环节引发的短期价格非理性下跌后反弹）；下半年，因新建产能释放和季节性需求波动，价格进入下行趋势。因阶段性供需失衡矛盾突出，年末，182尺寸PERC电池和组件均价分别为0.36元/W和0.95元/W，较年内高点分别下跌68%和48%。全年硅料（多晶致密料）价格下降约70%。四季度，PERC电池降幅超40%，增加厂商销售压力和存货跌价损失。价格跌破盈亏成本线后，部分落后产能出清。未来，功率提升和度电成本下降将推动行业变革，技术创新与规模化龙头企业将占据有利地位。 设备厂商有望率先受益。 对比P-PERC、TOPCon、HJT和IBC光伏电池设备投资额，当前BC电池设备投资较高，平均达到3.3亿元/GW（P-PERC为1.3亿元/GW、TOPCon为1.5亿元/GW、HJT为3.5亿元/GW），但相比HJT更少。目前受行业关注的爱旭ABC电池由于工艺相对繁琐，根据浙江爱旭义乌六期15GW高效晶硅太阳能电池项目披露信息，气相沉积膜设备、金属化处理设备和光刻处理设备投资额占比最大（占比总设备投资59%），单位投资分别为：0.96亿元/GW、0.73亿元/GW、0.57亿元/GW。对比PERC电池（以某公司16GW项目为参照），金属化设备0.6亿元/GW，相比下IBC电池领域，设备的价值有所提升，相关厂商有望在中游电池片制造商投产前受益。 产业链中游中 品牌端 零部件、设备和组件 中游厂商 隆基绿能科技股份有限公司