光伏产业链：从多晶硅料到电站，探索太阳能电池与组件的奥秘

? 太阳能电池产品

太阳能电池又称“太阳能芯片”或“光伏电池”，在一定的光照条件下能输出电压，在电路存在下能产生电流，完成光能到电能的转换。太阳能电池位于光伏产业链的中游，是光伏发电系统的核心部件。 #

? 光伏组件产品 #

晶体硅太阳能电池的技术原理 #

在各类太阳能电池中，晶体硅太阳能电池凭借光电转换效率高、技术成熟、成本低等优势，占据了绝大部分的市场份额。晶体硅太阳能电池工作的基础是PN结和光伏效应。纯硅作为半导体材料，常温下电导率很低，通过向硅中掺杂其他元素，可以调节硅的电导率。例如在硅晶体中添加镓可以制成P型半导体，添加磷可以制成N型半导体。在完整的硅片上利用掺杂工艺，可以在两种半导体界面附近区域形成PN结，形成电位差和内建电场。 #

当太阳光照射到电池表面时，能量超过硅材料禁带宽度的光子将以本征吸收的形式被硅吸收，产生电子空穴对。在PN结内建电场作用下，电子向N区漂移，空穴向P区漂移，在电池两端产生电压。将电池接上负载后，外电路形成闭合电路光伏材料制备技术，将能量输出到外界。太阳能电池就是通过这种工作方式将光能转化为电能。 #

从技术层面看，电池效率的提升主要围绕光伏效应的两个方面，一是提高电池对太阳光的吸收效率，关键是降低电池表面对光的反射率，实际操作中主要通过铺绒、沉积减反膜、细栅线印刷、激光SE等工艺步骤降低光损失。二是提高电池对太阳光的转换效率，关键是降低内部电能损失，实际操作中主要通过嵌入钝化材料、选择性掺杂、高密度栅线等技术手段降低电能损失。 #

晶体硅太阳能电池的分类及技术发展趋势 #

? 从多晶到单晶

晶硅电池根据所用基板材料晶体结构不同，可分为单晶电池和多晶电池。近年来，单晶硅电池、电池片及组件的制造技术不断提升。单晶组件相较于多晶产品，转换效率更高，在提升光伏电站发电量的同时，有效降低度电成本??，大幅提升了其市场份额。

? 从小尺寸到大尺寸

大尺寸技术有效提升组件功率，降低物流成本及电站安装成本，摊薄每瓦生产、运输及安装成本，进而降低终端度电成本。根据CPIA数据，今年182mm及以上大尺寸硅片市场占比将达82.8%，预计2023年这一占比将进一步提升至93.2%。

? 从P型到N型

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晶体硅太阳能电池根据基底硅材料掺杂元素的不同，可分为P型电池（掺杂镓的硅片）和N型电池（掺杂磷的硅片）。 #

P型晶硅电池技术路线主要有BSF（常规铝背场）和PERC（钝化发射极和背接触）两种，PERC电池通过增加背面钝化层，有效降低光电损耗，提高转换效率，自2023年起逐渐取代BSF电池，成为市场主流技术。 #

晶体硅太阳能电池在光照下会产生光生载流子，其中少数载流子的寿命是决定电池效率的关键。硅片的缺陷、金属杂质等对少数载流子的寿命影响很大。N型硅片中的少数载流子为空穴，对金属杂质的敏感度相对较低。因此，与P型硅片相比，N型硅片具有少数载流子寿命较长、抗光衰能力更强的优势，用其制备出的N型电池具有更高的光电转换效率和长期稳定性。因此，N型电池已成为电池技术的重要发展方向。 #

根据CPIA数据，随着今年下半年部分N型电池产能逐渐释放，今年N型电池市场份额将上升至9.1%。N型电池技术主要包括（隧穿氧化物钝化接触）和HJT（异质结），其中HJT已成为当前N型技术的主流路线。 #

除了单一类型的电芯，IBC电池技术也作为平台技术稳步发展，通过与PERC、HJT技术叠加，可形成PBC、TBC、HBC电芯，进一步提升转换效率。 #

主要产品工艺流程图

1. 电池单元

（1）单晶PERC太阳能电池 #

单晶PERC电池片生产工艺包括制绒、扩散、激光SE、预氧化、碱抛光、后氧化、镀膜、金属化、检测、分选等主要工艺步骤，具体工艺流程图如下：

制绒：利用碱性溶液腐蚀硅片表面，使硅片表面反射率由35%降低到10%以下，减少光反射，增大短路电流，提高电池转换效率。 #

扩散：在高温下（＞800℃）光伏材料制备技术，磷原子扩散到硅片表面，形成PN结，PN结的内建电场可以将光生载流子分离，向外部输出电流。

激光SE：在硅片的入光面形成透光区轻掺杂区域、金属化区重掺杂区域的结构，利用激光产生瞬时高温使硅片表面的磷进行二次扩散，形成局部重掺杂区域。

预氧化：修复激光SE扫描位置的氧化层，使得硅片入光面形成完整的氧化硅掩模层，在碱性抛光反应过程中起到保护作用。

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碱性抛光：在氧化硅掩模层的保护下，碱性溶液只腐蚀硅片背面和边缘的硅，并对硅片背面进行抛光，使硅片背面的反射率由原来的10%提高到40%以上，表面更加平整，有利于生长高质量的钝化膜层，减少表面悬挂键，减少表面复合，增加电池的长波吸收，提高电池的转换效率。

后氧化：在硅片受光面生长一层二氧化硅薄膜，提高电池正面的钝化效果和抗PID能力。

涂层：首先在硅片背面生长一层氧化铝钝化层和一层氮化硅保护层，减少背面复合，提高开路电压。然后在正面生长一层氮化硅层，使硅片表面反射率由10%降低到2%，从而提高电池的短路电流。

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金属化：金属化包括激光开槽、浆料印刷、高温烧结、电注入四个步骤。激光开槽是指利用激光去除电池背面局部的氮化硅和氧化铝薄膜，使铝浆能够与硅直接接触；浆料印刷是指利用丝网印刷将银浆和铝浆印刷到电池片表面；高温烧结是指银和铝在高温下与硅发生反应，形成欧姆接触，可以传导电流；电注入是指对电池进行退火处理，提高电池片的稳定性。 #

检测及分选：分选检测包含颜色检测、效率检测、EL检测、分选四个步骤。颜色检测指对电芯正反面外观颜色的检测；效率检测指利用太阳模拟器对电芯光电转换效率的检测；EL检测指利用红外摄像机拍摄电芯电致发光图像，以检测太阳电池内部缺陷等异常情况；分选指利用前述检测数据，对电芯性能等级进行分类。 #

（2）单晶N型太阳能电池

单晶N型太阳能电池生产工艺流程包括制绒、硼扩散、激光SE、退火、碱抛光、PE-poly、退火、RCA、镀膜、金属化、测试检验等主要工艺步骤，具体工艺流程图如下： #

硼扩散：硼原子在高温环境下扩散到N型硅片表面，形成PN结，PN结的内建电场可以将光生载流子分离，向外部输出电流。 #

PE-poly：采用等离子化学气相沉积技术，先通过N2O与Si的反应在硅片表面沉积一层厚度约2nm的SiO2薄膜，再通过SiH4、H2与PH3的反应，原位掺杂沉积一层Poly-Si薄膜。 #

退火：对等离子化学气相沉积生长的Poly-Si薄膜进行高温退火，以提高薄膜质量和电池的转换效率。

RCA：采用链式PSG蚀刻，去除硅片边缘及正面的氧化层，露出镀层表面。蚀刻过程中，电池背面的氧化硅层被水膜保护，再对硅片进行沟槽蚀刻加工。背面的氧化硅可作为掩膜层，保护背面的Poly-Si膜。边缘及正面的Poly-Si膜被蚀刻液腐蚀去除。 #

镀膜：首先利用原子层沉积法使TMA与H2O发生反应，在硅片表面沉积一层氧化铝薄膜，钝化电池正面。再利用等离子化学气相沉积法在电池正反面制备一层氮化硅薄膜，降低电池正面对入射光的反射率，保护电池背面的Poly-Si薄膜。

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金属化：金属化包括浆料印刷、高温烧结、光注入三个步骤。浆料印刷是指将银浆、银铝浆通过丝网印刷的方式印刷到电池片表面；高温烧结是指浆料与硅在高温下发生反应，形成欧姆接触；光注入是指对电池片进行退火处理，以提高电池片的稳定性。 #

2. 组件 #

组件生产工序包括焊接、堆垛、层压、组框、清洗、检测、分级、包装等，具体工艺流程图如下： #

焊接：将标记好的电芯焊接成电池串

层压：将电池串排列并焊接在一起

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层压：利用层压工艺，将堆叠的部件转变为层压部件

框架：将铝制框架和接线盒用硅胶组装在层压板上

清洁：硅胶固化后清洁组件 #

测试：测试组件实际功率数据 #

分级包装：按不同功率等级、质量等级进行包装，并堆放在托盘上储存 #

光伏行业发展趋势

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1.光伏行业发展历史

2006年至2011年，光伏产业处于发展启动阶段，以德国为首的欧洲国家出台政府补贴政策推动光伏产业发展，促进光伏发电规模和技术突破。2012年至2023年，光伏产业进入发展转型期，国家以产业政策和行业技术进步为驱动，带动产业链各环节降低成本、提高效率，市场逐渐形成自发需求，产业规模不断扩大，光伏产业逐渐由政策驱动转向市场驱动。

2023年至今，受益于光伏行业技术进步和成本改善，目前全球大部分地区光伏发电成本低于燃煤发电价格，光伏行业发展的内生经济驱动力显著；在各国能源安全需求和碳中和目标驱动下，光伏发电已成为许多国家具有竞争优势的能源形式，光伏开始进入平价上网新周期。 #

目前光伏行业诸多环节集中度较高，中国企业抓住战略机遇，不断提升技术水平，推动产业升级，拓展国内市场，依托技术优势和成本优势，2023年各主要环节产量占据全球市场主要份额，全球光伏产业重心将进一步向我国转移。 #

2.光伏产业发展现状 #

（1）技术进步助力平价上网，光伏发电经济效益日益凸显

随着技术不断进步，光伏发电成本不断下降，光伏行业正在逐步摆脱对补贴政策的依赖。2023年光伏发电成本较十年前下降约90%，全球大部分地区光伏发电成本已经与煤电标杆电价相当。 #

根据CPIA数据，今年，全投资模式下地面光伏电站在等效利用小时数1800小时、1500小时、1200小时、1000小时的平准化成本分别为0.18元/千瓦时、0.22元/千瓦时、0.28元/千瓦时、0.34元/千瓦时。即使在上述最低等效利用小时数下，今年光伏发电平准化成本也已经低于全国平均煤电标杆电价0.38元/千瓦时。光伏发电的经济效益日益凸显，市场需求持续增加。

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今年四季度以来，产业链各环节更加成熟，随着上游硅料产能释放，硅料及硅片价格回落，以及该环节技术的不断创新升级，预计光伏发电成本仍有较大下行空间，经济驱动力不断增强，最终推动光伏发电实现更大规模、更多场景应用。

（2）实现碳中和与能源安全刻不容缓，增加光伏发电占比意义重大 #

近百年来，全球各主要经济体二氧化碳排放量快速增长，据统计，2023年全球二氧化碳排放量已达371亿吨。碳排放的快速增长，带动全球对新能源的需求。全球迈向碳中和，是气候变暖背景下的必由之路，也是地球可持续发展的必然选择。

根据IRENA统计，截至2023年4月，已有130个国家（约占所有国家的三分之二）承诺在2050年实现净零排放。实现净零排放的主要途径是发展可再生能源发电。其中，光伏作为清洁、安全、利用率高、标准化、可控的能源，成为各国可再生能源的重点发展方向。 #

截至2023年底，全球发电仍以煤炭和天然气为主，绝对规模不断增长。化石能源不可再生且分布不均，将威胁世界各国能源安全。地缘政治冲突使得欧洲及世界各国进一步审视能源安全相关政策的恰当性和充分性。 #

今年初，受地缘政治冲突影响，欧洲天然气等化石能源供应出现缺口，传统能源价格上涨。今年5月，欧盟计划将“21世纪21世纪”规划中的可再生能源目标由40%提高至45%。我国化石能源资源禀赋具有“富煤、贫油、少气”的特点，煤炭利用受碳中和目标制约，油气资源对外依存度较高，包括增加光伏发电占比在内的电力绿色转型成为重要解决之道。

（3）光伏行业市场需求快速增长，未来发展前景广阔 #

在上述背景下，为促进光伏产业健康可持续发展，光伏平价上网相关政策相继出台，平价上网政策和技术进步带动光伏产业链加速降本增效，光伏发电市场需求持续增加。

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据CPIA数据，在主要经济体的带动下，2023-今年全球新增光伏装机容量分别为130GW、170GW、230GW，复合增长率为33.01%。

我国光伏企业在电池环节优势突出，今年我国光伏电池产量占全球总产量的90.30%。报告期内，我国太阳能电池产量规模逐年增加，增速整体呈上升趋势。根据CPIA数据，今年我国电池总产量约331GW，增速达67.05%。 #

从行业集中度来看，据CPIA统计，2023年以来，我国电池片行业集中度持续提升，行业头部效应明显。太阳能电池片生产工序复杂，投入大，是技术、资金密集型行业。深厚的技术底蕴和丰富的生产工艺经验是电池片生产企业保持和强化市场竞争优势的关键。今年产量前十厂商中，专业电池片生产企业依然保持较高的市场份额，产量占当年总产量的39%，在行业中占据重要地位。 #

光伏电池技术水平及特点

（1）晶体硅电池技术仍占据主流市场，N型电池市场份额将逐步提升

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在技??术的产业化应用方面，由于光伏发电价格需与传统化石能源发电价格竞争，因此能够大规模产业化的太阳能电池通常具有更高的性价比，晶硅电池仍是现阶段产业发展的主流技术。 #

根据今年实际市场份额及2023-2024年预测，P型PERC电池是晶硅电池出货的主要类型，由于N型硅片少数载流子寿命更长，效率衰减更小，转换效率比P型硅片电池更容易提升，N型电池市场份额逐渐扩大。N型电池技术主要包括（隧穿氧化钝化接触）和HJT（异质结），该技术在今年已进入规模量产阶段。 #

此外，IBC（交错背接触电池技术）将正负极以交错状排列于电池的背光侧，可进行堆叠，并可利用HJT技术形成TBC、HBC电池，进一步提升转换效率。晶硅电池主要技术路线的优缺点及未来发展趋势如下：

如上表所示，PERC电池技术依然保持主流地位，而N型电池技术则取得突破并逐步进入量产阶段。受益于设备投资成本的下降以及N型硅片制备技术的进步，N型电池在组件端和系统端逐渐展现出经济性，N型电池技术产业化发展较为迅速。受多种因素对量产经济性的影响，未来PERC与各类N型电池技术将并行发展。CPIA预测各类技术的市场份额如下图所示： #

上述各项技术保持平行发展的具体原因有：一是市场需求广泛，由于光伏发电系统安装地点的自然条件、经济发展条件、项目地政策等各有不同，各类组件的每千瓦时成本也存在差异，导致不同安装地点对组件类型的选择不同，不同应用场景也存在一定的需求偏好。二是新技术量产的经济可行性验证需要时间，光伏产业链技术升级存在一定的转换成本和阶段性的供需失衡，现有技术也会为了应对竞争格局的变化而快速调整，技术转换通常有一个较长的过渡期。

（二）多措并举持续降低成本，推动光伏发电进一步规模化应用 #

为了适应和推动光伏发电的进一步规模化应用，在不断提高光电转换效率的同时，不断降低制备成本也是光伏电池技术发展的重要趋势。 #

硅片端，大尺寸硅片的使用可以降低硅片及电池每瓦的人工及制造成本，目前182mm、210mm已成为主流尺寸；减薄硅片的使用可以有效降低单片硅片及电池的制造成本，目前P型PERC电池及N型电池所用硅片的主流厚度分别已降至150μm、130μm。 #

浆料端，有望通过推进浆料国产化、优化金属化技术、探索银包铜技术等措施降低银浆成本。除上述材料端不断降低成本外，提高产线自动化、智能化水平、改进工艺提高单线产量等方法可有效降低人工及制造成本。

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（3）下一代电池技术将有助于进一步提高转换效率，目前正处于实验室和中试验证阶段。

硅材料由于自身结构特性的限制，只能吸收有限范围的太阳光谱，采用硅材料制成的电池（晶硅电池）的光电转换效率存在一个极限，越接近效率极限，需要的新技术或工艺就越难，效率提升的进度就越慢。 #

因此业界也开始研究通过钙钛矿等新材料体系，或者通过钙钛矿/晶体硅堆叠电池结构来提高转换效率的方法，但目前还处于实验室和中试验证阶段。 #

行业发展机遇 #

1、碳中和目标及能源危机驱动，光伏行业市场需求持续旺盛

随着技术的进步和不断迭代，光伏行业已步入平价上网时代，在经济性的基础上，碳中和目标与能源危机共同推动光伏行业步入快速发展轨道，光伏作为清洁、安全、利用率高、标准化、可控的能源，已成为各国可再生能源的重点发展方向。 #

基于全球新能源发展规划、光伏发电成本及各国政府的政策支持，光伏行业前景广阔，具有巨大的确定性需求。 #

根据国际可再生??能源机构（IRENA）2023年6月发布的《世界能源转型展望》报告，要实现1.5℃巴黎气候目标，到2030年全球运行太阳能光伏装机容量需达到5,400GW，到2050年全球太阳能光伏总装机容量需超过18,200GW。根据CPIA和IEA统计，今年全球新增光伏装机容量为230GW，累计光伏装机容量为1,156GW，与2030年和2050年目标相比差距较大。在长期确定性需求的支撑下，光伏电池行业面临广阔的市场空间。

2、优质产能稀缺及新技术更替，先进大尺寸电池产品供不应求 #

在2023年开始的新一轮扩产周期中，受上游原材料短缺影响，电池片板块扩产规模较小，导致今年以来大尺寸电池供应暂时吃紧，电池片板块议价能力增强。同时，电池片板块正处于新一轮技术升级期，新技术不断取得突破，光伏企业对技术路线的充分研究和测试是投入量产线的前提条件。

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今年第四季度以来，硅料价格因产能逐步释放进入下行通道，硅片价格随之回落。上游原材料价格水平趋于合理，推动了终端市场特别是集中式地面电站装机量的扩大，为电池及组件厂商提供了良好的发展机会。在此背景下，掌握先进电池技术及产能的厂商有望凭借其规模量产产品的质量及成本竞争力，进一步提升议价能力及产品吸纳能力。

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行业发展面临的挑战 #

我国家的光伏产业在国际上具有很高的竞争性，并且在满足国内市场生产需求之后，所有链接的产品都被出口。 #

在美国一方受到中级贸易摩擦影响的美国，美国对我国的光伏公司采取了许多限制性措施，要求我国家对太阳能电池，组件和其他产品的出口出口，以进行反倾销和反击调查和其他评论。 #

2023年8月，美国宣布了对太阳能电池和模块的反循环调查的最终裁决，该调查是从马来西亚，泰国，泰国，越南和柬埔寨出口的，并确定在四个国家中，在美国的四个国家中，在六月的时间内，均在四个国家中出口了抗圆形产品。来自东南亚四个国家的橄榄石产品仍然可以进入美国市场免于反倾销和反击的豁免职责；飞机，胶片，接线盒）生产向美国出口的光伏模块。 #

印度主要通过今年4月的关税来保护当地制造商，这将分别对我所在国家的进口太阳能电池和模块征收40％的关税，以保护当地光伏行业的开发，以抑制额外的关税。

在这两个欧盟法案的影响下，我国家的光伏出口公司将来可能会面临欧盟习俗的合规风险，并且海关有权主动将产品从特定地区主动拘留，这将增加我国光伏公司出口的运营风险。

to CPIA data, the of power in the , India, and in 2022 will be 18.6GW, 14.0GW, and 41.4GW, , for 32% of the new of power , and is one of the main for . At the same time, the , level, and of local are at a to . There is a large gap the of in the , India, and and the local , and a large of are to meet the .

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总而言之，考虑到一定程度的贸易障碍，在一定程度上增加了企业的运营风险，并提高了他们的响应成本； #