二、我国光伏中游产业链分析
2.1、电池片
将硅片加工为电池片,是实现光电转换最为核心的步骤。此环节是资本和技术双密集型行业,要求企业及时跟进最新的电池制造技术以提升电池效率。我国的电池片产业起步较早,为传统优势行业,从2005年开始,尚德、中电光伏等一批优秀企业就已登上世界舞台。
2.1.1、产业现状
2014年我国共产电池片33.5GW,同比增33.5%。中国大陆与中国台湾占据了全球近80%的份额;此外东南亚也有约10%的份额,主要是因为我国企业为规避欧美贸易壁垒而新增东南亚地区的产能。33.5GW中约三分之一于国内安装,其余转为出口及库存。
图表33:我国历年电池片片产量 图表34:2014年全球电池片产量分布
在光伏电池种类方面,晶硅电池牢牢占据90%左右的份额。而在晶硅电池中,多晶硅仍为主流。2014年我国产出的电池中,多晶与单晶电池占比在87:13左右,而全球比例约为66:33。造成这一差异的原因为我国光伏终端应用以地面电站为主,成本更低的多晶电池占主导;而国外以分布式的屋顶电站为主,因此更高转换效率的单晶电池更适用。
2.1.2、竞争格局
全球产量排名前列的电池片公司主要在亚太地区。我国的企业主要包括:英利、天合、韩华、晶澳、晶科、海润光伏、江苏林洋新能源、拓日新能等公司;台湾企业主要包括:新日光、茂迪、昱晶等;日本厂商如三洋电机、三菱电机等同样在扩张产能。此外,随着光伏企业垂直一体化战略的发展,很多组件企业同样配备了电池片的产线。总体来看,我国企业虽具备产量优势,但技术研发落后于世界先进企业。
2.1.3、发展趋势
光伏电池的转换效率为电池企业的核心竞争力。因此,只有不断提升研发投入和跟进先进技术的企业,才能在竞争激烈的电池行业屹立不倒。在过去的5年中,无论是单晶还是多晶电池,都保持了约每年0.3%效率的提升,2014年我国企业的单晶平均效率已达19.3%,多晶硅达17.8%。
未来效率的提升会显著放缓,技术的进步主要依靠制备技术的更新换代。目前,具备大规模生产应用基础的高效电池技术包括PERC电池技术以及HIT电池技术,此外钙钛矿电池作为科研界的明星同样被业界看好。
1)PERC电池技术
PERC技术是指在电池的背电极与体层间添加一个电介质钝化层(一般为三氧化二铝、二氧化硅或氮化硅)来提高转换效率。由于标准电池结构中更高的效率水平受限于少数载流子的复合,PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度,这使得电子更稳定的流动,减少了复合,因此能够得到更高的效率水平。
截止2014年2季度,P型单模块PERC电池的实验室效率为19.8%到20.4%,而传统的P型多模块生产线的效率在17.2%到17.8%范围内,可以看出PERC电池效率的优势。当然,其更高的每瓦造价(约传统电池的1.5倍)为主要挑战,未来有望通过产量的激增摊薄成本。
目前,国外企业如新日光能源、SunEdition、Winaico等已开始运用PERC技术大规模生产电池,我国大部分企业已落后,仅晶澳、乐叶等一线企业在积极引入此技术。
2)HIT电池技术
HIT电池的特征是以光照射侧的p-i型a-Si:H膜(膜厚5~l0nm)和背面侧的i-n型a-Si:H膜(膜厚5~10nm)夹住晶体硅片,在两侧的顶层形成透明的电极和集电极,构成具有对称结构的光伏电池。其优势为:
(1)低温工艺。所有的制作过程都是在低于200℃的条件下进行,这对保证电池的优异性能和节省能耗具有重要的意义。
(2)高效率。HIT电池的特殊结构能够大大降低表面、界面漏电流,从而提高电池效率。目前松下公司研发的HIT电池实验室效率已达25.6%,组件效率也已达19.4%,比PERC技术更为优秀。
(3)高稳定性。HIT电池不会出现类似非晶硅太阳能电池转换效率因光照而衰退的现象;其温度稳定性也更好,与单晶硅电池-0.5%/℃的温度系数相比,HIT电池的温度系数可达到-0.25%/℃,使得电池即使在光照升温情况下仍有较好的输出。
(4)低成本潜力。HIT电池的厚度可以薄至100微米,为传统电池的一半厚,并且允许采用低纯度的廉价衬底。
图表40:HIT电池结构
日本松下在HIT电池的技术上遥遥领先,已在7月10日正式启用全日本最大的HIT太阳能发电站,装机容量为1.8MW,共使用6240组效率为18.8%的组件。