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文|朱玥 任佳玮 王吉颖
BC电池具备高功率、美观性优势,在分布式市场具备较强竞争力。IBC电池正面无栅线、背面电极叉指状排列,相较其他电池工艺复杂且精度要求高,新增多道激光工序。同时BC作为一种平台型技术,能够兼容TOPCon/HJT,能与其他钝化电池技术相结合。25年BC技术从1到10趋势较为明确,关注具备技术领先优势的主材企业以及价值量提升的设备、材料环节。
IBC电池正面无栅线、背面电极叉指状排列,工艺复杂且精度要求高。制备工艺上,BC结构的制备工艺核心难点主要在于如何通过低成本手段在电池背面进行图形化加工,以在背面制备出叉指状间隔排列的N、P区,以及在N、P区上方分别形成金属化接触和栅线。BC结构背面需要2-3道激光工艺,对设备稳定性和加工精度要求较高,否则容易造成N/P区直接接触的漏电问题。
BC作为一种平台型技术,能够兼容TOPCon/HJT。IBC主要通过激光图形化将p+发射极、n+背场区以及金属化结构放置于电池背面,是电池背面图形结构的变化。而其他三种电池技术路线则主要是通过改变电池钝化的膜层结构,实现效率以及其他特性的改变。因此IBC电池在电池继续优化性能、提升效率的过程中可以与其他钝化电池技术相结合。
IBC电池具备高功率、美观性优势。IBC电池由于前表面避免了金属栅线电极的遮挡,能够最大限度地利用入射光,减少光学损失,因此具有更高的短路电流。此外,IBC电池具有衰减小,温度系数低的优势,且由于正面无栅线,更具美观性。海外BOS成本较高,高功率能够带来的BOS成本节省非常明显。
国央企集采启动BC组件招标,BC市占率有望提升。我们预计25-26年国内BC产能将达105/175GW。
25年BC技术从1到10趋势较为明确,关注具备技术领先优势的主材企业以及价值量提升设备环节。
BC电池结构复杂,工艺难度较高,能够与TOPCon、HJT叠加
背接触(Back Contact,BC)电池的概念最早可追溯至20世纪70年代Michael D. Lammert和Richard J. Schwartz的论文《The interdigitated back contact solar cell: A silicon solar cell for use in concentrated sunlight》。该论文指出,这种类型的电池在高聚光水平下使用时,相比传统太阳能电池设计具有显著优势,即降低了内部串联电阻、具有非饱和开路电压以及不存在因正面接触指而产生的遮光。
IBC电池正面无栅线、背面电极叉指状排列,工艺复杂且精度要求高。1975年,Schwartz和Lammert首次提出背接触式太阳电池概念。经过多年发展,人们研发出了叉指式背接触(IBC)太阳电池。IBC最大特点是正面无栅线,而是在电池背面制备出呈叉指状间隔排列的P、N区,以及在其上面分别形成金属化栅线。
IBC电池结构复杂,对硅片体寿命要求更高,大部分均以N型硅片为衬底。IBC电池发射极位于电池背面,而入射光中能量较大的光子在电池前表面区域被吸收生成电子空穴对之后,前表面处的非平衡少子需运动至少整个衬底厚度并达到背面P/N结附近才可以被有效收集、分离,因此IBC电池对硅片体寿命要求更高。由于N型硅片具有更高的体寿命,能够保证非平衡载流子在复合前顺利到达背面P/N结区域,因此目前大部分IBC电池均以N型硅片为衬底。
在IBC电池的正面结构中,一般先是通过掺磷形成n+FSF(正表面场),能够有效阻挡少子向较高缺陷密度的表面附近移动,降低少子复合几率。之后再在正面形成SiO2/SiNx叠层钝化,一是起到减反作用,提高电池对光的吸收率,二是可以抑制电池表面少子复合。电池背面通过掺硼/磷形成交叉排布的n+BSF(背表面场)/p+emitter(发射极),两者之间由未进行重掺杂的基区分隔开来,且各掺杂区对应的正负电极栅线也交叉排布在IBC电池的背表面。其中p+emitter与N型硅片形成PN结,n+BSF与前表面n+FSF形成高低结,增强电池具备发电能力。另外,背面钝化层用于钝化n+BSF、n型基区以及p+emitter。
工艺方面,IBC电池包含多道镀膜、激光图形化等步骤,工艺更加复杂。相较于其他电池技术,IBC电池生产工艺更为复杂,难度更高。经典的IBC电池生产工艺涵盖:制绒清洗、硼扩散、沉积掩膜、激光开槽、磷扩散、P/N区隔离、正面镀氮化硅层、背面镀氮化硅层、激光开槽、丝网印刷与烧结等。
BC电池难点在于在硅片上实现三种掺杂浓度不同的n+FSF、p+发射极和n+BSF的交叉排布,以及其上方对应的电极排布。解决掺杂问题以往常采用定域扩散方法(光刻掩膜结合管式高温扩散),解决电极金属化问题则常采用光刻、激光开孔结合丝网印刷、蒸镀、电镀等方式,因此BC制备工艺成本较高,且制造工艺难度更大。
制备工艺上,BC结构的制备工艺核心难点主要在于如何通过低成本手段在电池背面进行图形化加工,以在背面制备出叉指状间隔排列的N、P区,以及在N、P区上方分别形成金属化接触和栅线。BC结构背面需要2-3道激光工艺,对设备稳定性和加工精度要求较高,否则容易造成N/P区直接接触而产生的漏电问题。
BC作为一种平台型技术,具有很强的兼容性和拓展性,其背接触结构为多种材料和工艺的集成提供了基础平台。与TOPCon、HJT、PERC等技术不同的地方在于,IBC主要通过背面图形化工艺将p+发射极、n+背场区以及银栅线放置于电池背面,是电池背面图形结构的变化。而其他三种电池技术路线则主要是通过改变电池钝化的膜层结构,实现效率以及其他特性的改变。因此,IBC电池在电池继续优化性能、提升效率的过程中可以与其他钝化电池技术相结合,例如将HJT非晶硅钝化技术与IBC相结合可开发HBC电池;也有将TOPCon钝化接触技术与IBC相结合可研发TBC(POLO-IBC)电池。
TBC采用隧穿层+poly的结构进行钝化,部分工序与TOPCon电池兼容。TBC电池在普通IBC电池结构的基础上叠加TOPCon的钝化结构,在保留IBC正面高电流优点的同时可以进一步提高电池开路电压,从而提升电池转换效率。TOPCon电池背面隧穿氧化层及poly,主要是通过 LPCVD、PECVD、PVD等方法进行沉积。TBC电池在隧穿层和poly制备时,有部分工序与TOPCon电池兼容,其主要差异体现在如何实现背面的局域掺杂,以及背面金属电极的制备。
HBC采用氢化非晶硅钝化,同时叠加BC结构,具有高质量的钝化效果。HBC在IBC电池基础上,正面采用氢化非晶硅(a-Si(i))作为前表面钝化层,背面依次沉积氢化非晶硅(a-Si(i))背钝化层,以及钝化层上呈叉指状分布的a-Si(p)层和a-Si(n)层,分别作为发射极和背场BSF,同时两者间隙隔离。另外,HBC将透明导电膜沉积在发射极以及BSF上,作为电池的金属接触电极。HBC采用非晶硅层进行钝化,在背面形成局部a-Si/c-Si异质结结构,具有高质量的钝化效果,能够同时获得高开路电压和大短路电流,从而提高电池转换效率。
BC兼具高效率和美观性,有望在高价市场获得高额溢价
BC核心优势之一:高效率对应更高的发电功率,节省电站BOS成本
IBC电池具有高功率优势,且单面发电更适合分布式场景。相较于PERC、TOPCon、HJT等双面电池,IBC电池由于前表面避免了金属栅线电极的遮挡,能够最大限度地利用入射光,减少光学损失,因此具有更高的短路电流。同时正面增加的n+FSF也能进一步降低少子复合速率提升开路电压,使得IBC电池在转换效率上具有明显优势。
此外,IBC电池具有衰减小,温度系数低的优势,能够提升终端用户收益。由于BC组件有较高转化效率、低衰减系数和低温度系数,同样版型组件下,BC组件综合输出效率略高于TOPCon组件,从而降低电站单瓦BOS成本。
海外BOS成本较高,高功率能够带来的BOS成本节省非常明显。我们假设BOS成本中除逆变器以外,其他成本与电站面积相关,那么随着组件功率瓦数的增加,相应的BOS成本也会得到一定节省。据我们测算,在意大利、澳洲市场,组件功率每提升10W,电站BOS成本将分别下降0.015、0.011美元/W,对应人民币0.11、0.08元/W。在BC组件功率比TOPCon组件高出25W的前提下,两个市场BC组件相较于TOPCon组件的溢价空间将分别达到0.038、0.028美元/W的水平。
BC核心优势之二:正面无遮挡,美观性更优
由于正面无栅线,IBC 电池在外观上更加整洁、无遮挡,适用于各种对外观要求较高的场景。由于IBC正面完全没有栅线遮挡,PN结、栅线均位于背面,正面较为美观。从外观上来看,传统电池正面的金属栅线会在一定程度上影响电池板的视觉效果,使其看起来有明显的线条和纹路。而IBC组件中除了电池片之间缝隙以及边框以外,其他部分均为黑色;如果将背板以及边框也改为黑色材料,那么组件产品将变为全黑色组件,这种设计在建筑一体化(BIPV)应用场景中优势明显。
海外分布式市场对于组件美观程度要求较高。尤其是北欧地区,由于当地建筑风格往往以纯色系为主,并且屋顶多是黑色或者灰色,因此黑色组件与当地建筑能够更好地融合,该产品也更受当地居民欢迎,并且在实际销售过程中,黑色组件由于更贴合当地居民的个性化需求,因此当地客户也会为此支付一定溢价。
国央企集采启动BC组件招标,BC市占率有望提升
今年以来国央企集采逐步将BC组件纳入招标范围。今年下半年以来,央国企BC招标规模逐渐扩大,自9月以来华能、华电、国电投、粤水电等企业招标中陆续出现BC标段。据不完全统计,2024年下半年以来国央企BC组件招标超2.6GW,其中纯BC组件招标规模达1.1GW。
从中标价格来看,BC组件较TOPCon组件具备一定溢价。BC组件不仅在海外分布式市场具备较高溢价,同时在集中式市场也有一定溢价。11月11日华能2024年光伏组件(第二批)框架协议采购(15GW)招标项目公布中标候选人,其中TOPCon组件中标均价为0.707元/W,而隆基BC组件中标价为0.82元/W,较TOPCon组件均价高0.11元/W。
1、BC扩产进度不及预期的风险。目前能够大规模、低成本稳定量产BC电池的企业数量仍然不多,良率、成本仍然是BC量产的核心瓶颈。如果后续行业技术进步慢于预期,那么对BC的扩产进度可能会造成压制。
2、行业竞争加剧的风险。目前行业扩产仍然以TOPCon为主,未来BC是一大差异化技术路线。但头部企业目前在BC技术路线上也有一定储备,BC路线如果性价比能够体现出来,那么行业可能也会面临较大规模的BC扩产规模,面临竞争加剧的风险。
3、行业需求增速下滑的风险。2021-2024年行业需求处于高速增长阶段,目前基数较大,2025年需求增速可能存在降档风险。
朱玥:中信建投证券电力设备新能源行业首席分析师。2021年加入中信建投证券研究发展部,8年证券行业研究经验,曾就职于兴业证券、方正证券,《财经》杂志,专注于新能源产业链研究和国家政策解读跟踪,在2019至2022年期间带领团队多次在新财富、金麒麟,水晶球等行业权威评选中名列前茅。
任佳玮:中信建投证券电力设备及新能源分析师,南京大学经济学学士,复旦大学金融硕士,研究方向为光伏。2022年所在团队荣获新财富最佳分析师评选第四名,2022年上证报最佳电力设备新能源分析师第二名,金麒麟评选光伏设备第二名,水晶球新能源行业第三名,水晶球电力设备行业第五名。
王吉颖:中信建投证券电力设备及新能源分析师,中央财经大学金融学学硕士,研究方向为光伏,主要覆盖上游材料及辅材,2022年和2023年所在团队均荣获新财富最佳分析师评选第四名。
证券研究报告名称:《匠心铸艺,优势显技——BC电池系列深度之一》
对外发布时间:2025年2月6日
报告发布机构:中信建投证券股份有限公司
本报告分析师:
朱玥 SAC 编号:S1440521100008
SFC 编号:BTM546
任佳玮 SAC 编号:S1440520070012
王吉颖 SAC 编号:S1440521120004