TOPCon电池行业定义分类、产业链全景图谱、竞争格局及发展趋势分析

摘要:随着全球范围内对可再生能源需求的显著增长,特别是光伏发电市场的蓬勃扩展,TOPCon电池凭借其高效、稳定的性能特点,迎来了前所未有的应用机遇。据统计,2022年中国TOPCon电池的产能已突破100GW大关,其中晶科能源独占鳌头,贡献了35GW的产能,天合光能则以8GW紧随其后。步入2023年,TOPCon电池的产能更是实现了飞跃式增长,超过了400GW的里程碑,带动市场规模攀升。2023年,中国TOPCon电池行业市场规模达570亿元,同比增长201.42%。
一、定义及分类
TOPCon电池,全称为Tunnel Oxide Passivated Contact,即隧穿氧化层钝化接触电池,是一种基于选择性载流子原理的高效N型硅太阳能电池技术。TOPCon电池的核心特点是在电池背面制备一层超薄氧化硅和一层掺杂硅薄层,形成钝化接触结构,有效降低表面复合和金属接触复合,从而提升电池的开路电压和短路电流,进而提高电池的转换效率。按照硅片类型的分类方式,TOPCon电池主要分为N型TOPCon电池和P型TOPCon电池两种。
二、行业政策
中国政府高度重视光伏行业的发展,特别是在“双碳”目标的指引下,出台了一系列政策以推动包括TOPCon电池在内的光伏技术的创新和应用。2024年9月,工业和信息化部印发《光伏产业标准体系建设指南(2024版)》,规范晶体硅和薄膜光伏电池制造设备的要求;规范薄膜光伏电池所需材料的技术要求;规范电池及组件上用于收集载流子和传输电流的电极材料的技术要求;规范光伏电池和组件的测量要求;规范光伏电池的相关技术要求等。该政策将推动TOPCon电池技术的标准化和规范化发展,提高生产效率和产品质量,促进光伏产业的融合与创新。同时,还将为TOPCon电池企业提供更加明确的市场导向和技术支持,助力企业在激烈的市场竞争中脱颖而出。
三、发展历程
中国TOPCon电池行业发展主要经历了三个阶段。2013年至2017年的技术雏形期,TOPCon技术概念最早由德国Fraunhofer研究所于2013年提出。2015年,Fraunhofer研究所研发出效率达到25.1%的TOPCon电池。2017年,美国乔治亚理工学院对TOPCon电池的电性能模拟研究将其电池效率提高到了25.7%。
2018年至2020年的产品布局期,2018年,晶科能源在大面积商用硅片衬底上制备的N型TOPCon电池最高效率达到了24.19%。2019年,天合光能宣布其光伏科学与技术国家重点实验室所研发的高效N型单晶i-TOPCon太阳电池光电转换效率高达24.58%。
2021年至今的商业推广期,2021年,隆基绿能在单晶硅片商业化尺寸TOPCon电池效率上首次突破25%,N型TOPCon转换效率达到了25.21%。2022年,晶科能源自主研发的182 N型高效单晶硅电池最高效率达到了25.7%,TOPCon电池开始启动规模化应用。2023年,晶科能源在182及以上尺寸大面积N型TOPCon电池实现26.4%的转换效率。2024年2月,中环低碳(安徽)新能源科技有限公司研发生产的N型TOPCon电池量产转换效率达26.31%。
四、行业壁垒
1、技术壁垒
TOPCon电池技术具有较高的工艺复杂性,需要企业拥有深厚的技术积累和研发能力。例如,TOPCon电池生产过程中通常需要经过多达11步工序,改变任意工序的设备使用时长、反应物浓度等参数都可能对电池性能产生不确定影响。此外,TOPCon电池技术路线多点开花、各具优劣,目前用于生长高质量重掺杂多晶硅层的主流工艺为通过热氧法生长约1.5-2nm的隧穿氧化层,而掺杂多晶硅层主要分为LPCVD、PECVD、PEALD及PVD四种技术路线。这些技术路线的选择和优化需要企业进行大量的实验和生产实践,积累经验。
2、成本控制壁垒
TOPCon电池的非硅成本较传统PERC电池高,主要体现在银浆消耗量增加、设备投资成本增加、能耗增加以及良率和耗材成本增加等方面。企业需要通过技术创新和工艺优化来降低成本,例如通过使用SMBB、无主栅及激光转印等技术降低银浆消耗量,或者通过优化设备和工艺来降低能耗和提高良率。此外,TOPCon电池的设备投资额较高,需要企业有足够的资金实力和成本控制能力。
3、市场准入壁垒
随着国内外市场对高效光伏产品的需求增加,TOPCon电池因其高效率而受到市场青睐。但同时,市场对光伏产品的性能、可靠性和成本效益要求也越来越高。企业需要获得相关的市场认证,如TÜV、IEC等国际认证,以证明其产品的质量和可靠性。此外,企业还需要建立稳定的销售渠道和客户关系,以确保产品的市场接受度和竞争力。对于新进入者来说,建立品牌信誉和市场份额需要时间和大量的市场推广投入。
五、产业链
1、行业产业链分析
TOPCon电池行业产业链上游主要生产TOPCon电池所需的原材料和核心制备设备。原材料涉及高纯多晶硅、单晶硅片、银浆等,其中硅片是电池的基础材料,对电池性能有直接影响。核心制备设备则包括清洗制绒设备、硼扩散设备、镀膜设备(如LPCVD、PECVD)、刻蚀设备、丝网印刷机等,这些设备用于制造过程中的不同阶段,对电池的最终性能和质量起到关键作用。产业链中游是TOPCon电池的生产制造环节。产业链下游主要涉及TOPCon电池的应用领域,包括集中式光伏电站、分布式光伏电站、光热电站等。
2、行业领先企业分析
(1)晶科能源股份有限公司
晶科能源股份有限公司是全球光伏行业的龙头企业之一,形成了硅片、电池、组件垂直一体化的发展布局。2024年上半年,公司已实现稳定量产的N型电池产能超过75GW,N型TOPCon电池大规模量产平均测试效率已超26.1%,良率保持在98%以上,电池入库效率、非硅成本和新技术导入节奏保持行业领先;182mm72版型N型TOPCon组件量产平均功率超595W。公司上半年出货量中N型组件占比超过80%,总出货量及N型产品出货量继续保持行业第一。同时,公司也在积极布局面向未来的中长期技术提效方案,其中公司基于N型TOPCon的钙钛矿叠层电池研发取得重大突破,经中科院上海微系统与信息技术研究所检测,其转化效率达到33.24%,大幅提升了公司之前保持的同类叠层电池最高转换效率,进一步拓展了N型TOPCon向下一代电池技术升级空间。2024年上半年,晶科能源营业收入为473亿元,同比下降11.88%;归母净利润为12亿元,同比下降68.77%。由于光伏价格下跌,带动公司业绩承压,如今N型组件价格再度下跌,晶科能源三季度业绩或许不太乐观。
(2)天合光能股份有限公司
天合光能股份有限公司是全球领先的光伏智慧能源整体解决方案提供商,业务覆盖光伏产品、光伏系统、智慧能源三大板块。天合光能的TOPCon研发始于2015年,当时公司率先在国内开展TOPCon研究并形成首个专利。2023年5月,天合光能发布了新一代N型i-TOPCon先进技术,该技术使电池量产效率达到26%,组件量产功率高达700W。2024年4月,天合光能宣布其210+N型i-TOPCon光伏组件最高输出功率达到740.6W,创造了新的世界纪录。2024年上半年,天合光能营业收入为430亿元,同比下降12.99%;归母净利润为5亿元,同比下降85.14%。随着光伏产业链上中下游各环节的市场价格跌跌不休,公司组件业务的盈利能力受到严重冲击。特别是N型TOPCon组件的市场价格继续承压下行,已跌至最低0.78元/瓦,P型组件价格更低。这种价格战直接影响公司的业绩。
六、行业现状
随着全球范围内对可再生能源需求的显著增长,特别是光伏发电市场的蓬勃扩展,TOPCon电池凭借其高效、稳定的性能特点,迎来了前所未有的应用机遇。据统计,2022年中国TOPCon电池的产能已突破100GW大关,其中晶科能源独占鳌头,贡献了35GW的产能,天合光能则以8GW紧随其后。步入2023年,TOPCon电池的产能更是实现了飞跃式增长,超过了400GW的里程碑,带动市场规模攀升。2023年,中国TOPCon电池行业市场规模达570亿元,同比增长201.42%。
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