HJT电池转换效率再创新高 从专利视角看隆基的技术布局|企业创新评测实验室

科技 (1288) 1个月前

《麻辣财经》7月1日讯(研究员 王锋 欧绪),近日,隆基硅异质结光伏电池(HJT)研发再次取得重大突破,经德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测试,M6全尺寸电池(274.4cm²)光电转换效率达26.50%,创造了大尺寸单结晶硅光伏电池效率新的世界纪录。

随着隆基HJT电池转换效率再创新高,加上近期HJT异质结电池项目的密集落地,HJT一再成为市场关注的热点。

异质结HJT(全称Heterojunction with Intrinsic Thin Lyer)也被称为HIT,是一种特殊的PN结。HJT电池为对称双面电池结构,由非晶硅和晶体硅材料形成,在晶体硅上沉积非晶硅薄膜。

HJT电池综合了晶体硅电池与薄膜电池的优势,具有转换效率高、工艺温度低、稳定性高、衰减率低、双面发电等优点,是高转换效率硅基太阳能电池的热点方向之一。

全球HJT电池专利申请以中美为主

HJT/HIT电池最早由日本三洋公司于90年代初成功研发,2015年三洋公司(被松下收购)的专利保护结束,技术壁垒消除,各国公司和研究机构纷纷加大对该技术的研发和投入。

根据智慧芽数据显示,全球目前共有8800余件适用于HJT电池制造领域的专利申请。从申请趋势看,该领域的专利自2009年起每年的申请量明显上升。

此外,上述8800余件专利中,发明专利占比超过95%,且其中4700余件发明专利已获授权。从技术布局看,当前在HJT领域的专利申请主要集中于钙钛矿、异质结、有机薄膜等相关领域。

值得一提的是,在8800余件专利中,来源于美国的专利申请数量最多,约占总量的29.8%,中国紧随其后,约占29.4%。与此同时,从目标市场布局来看,8800余件专利中,布局于中国市场的专利数量最多,约占总量的36%以上,随后是美国,约17.8%。

HJT领域专利申请主体的技术布局

从专利申请主体的维度看,全球在HJT领域申请专利数量排名前列的企业有:LG innotek、Knek、东芝、松下、IBM等,专利申请量均过百。

聚焦国内企业,相关专利申请量排名前列的企业有:中建材玻璃新材料、台积电、华睿光电、天合光能、天光材料、隆基、晋能科技等,专利申请量在20-70件范围内。其中台积电、华睿光电、天光材料的HJT专利技术主要分别聚焦于半导体、OLED面板材料、有机半导体领域,中建材玻璃新材料、天合光能、隆基、晋能科技的相关专利则专注于HJT电池的研发与应用。具体来看:

中建材玻璃新材料研究院集团的专利多集中于光伏器件、薄膜、制备方法等方面。

天合光能的相关专利侧重于太阳能电池、非晶硅层、透明导电膜、叠层、背接触、光伏器件等领域,其HJT产品完成TUV认证,正在积极进行市场推广。

晋能科技的专利多聚焦于PEVCD设备、异质结电池结构、制备方法等,公司2021年与金辰机械合作开发了应用于异质结电池生产的大产能PECVD设备,目前已完成工艺验证,进入微晶PECVD设备及工艺开发阶段。

日前在HJT电池研发取得新突破的隆基绿能,包括其关联公司在内,HJT专利申请超过20件。从申请趋势来看,隆基自2020年起在该领域的申请量开始攀升。公司共有17件专利正处于审中状态。其专利布局主要集中于钙钛矿、叠层电池、光伏器件等相关领域。(注:数据截至2022年6月27日,专利公开具有一定的滞后性,从申请到公开可查询,约4到18个月。)目前隆基已开启HJT中试线扩产计划,代表着传统电池厂商对HJT的认可在提升。

多种技术争奇斗艳,未来方向尚待选择

随着光伏电池主流PERC技术的成熟,业界正在寻找具有更高转换效率的下一代技术。虽然HJT是高效光伏电池的热点方向之一,但业界对新技术的选择目前尚无定论,TOPCon、HJT、IBC等多条新型技术路线正在并行

从理论转化效率来看,HJT的理论最高转换效率为27.5%,低于TOPCon的28.7%,但HJT可以采用叠层和钙钛矿等技术,叠加后最高效率有望提升至30%以上。

在电池制造工序上,HJT电池的工艺环节仅4步,相比PERC电池通常的9-10步,HJT的生产步骤大大减少。但其核心环节PECVD与之前的工序完全不同,生产设备与PERC生产线不共享,而该类设备投资占比达总设备投入的50%,因此产能提升速度暂时比不上TOPCon。

同时,PERC与TOPCon使用的是高温银浆,HJT只能使用低温银浆,根据CPIA的数据,HJT电池与PERC相比,银浆单耗提升102%。而目前生产中用到的低温银浆更多依赖进口,使现阶段HJT的成本投入更高。

总体来看,TOPCon对存量的产线和技术积累较为友好,新玩家则更倾向于布局HJT。而光伏龙头公司对于下一代技术的选择,更成为行业关注焦点。

以隆基为例,除HJT技术以外,隆基对其他多条电池路线也进行了技术储备。

在PERC技术上,隆基的单晶双面PERC电池正面转换效率达到了24.06%,是商业化尺寸PERC电池效率首次突破24%,打破了行业此前认为的PERC电池24%的效率瓶颈。

在TOPCon技术上,隆基绿能实现了P型25.19%、N型25.21%的水平。

在IBC技术上,隆基首次提出了基于P型硅片的IBC技术,即HPBC。6月27日,网上传出了其新产品HPBC组件的图片。IBC技术的壁垒较高,量产难度更大,目前的理论实验室效率纪录为26.63%,仍由2017年由光伏电池板生产商Knek创造。

对于各项新技术,隆基等光伏龙头将多大程度应用到实际的量产产线中,值得未来持续关注。

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