光伏發電產業鏈及發展階段分析

一、光伏發電的基本原理

光生伏特效應（即“光伏效應”）是指當物體受到光照時，因光能被吸收，電子發生躍遷，物體內的電荷分布狀態發生變化而產生電動勢和電流的一種效應。

根據半導體的特性，半導體中有電子和空穴兩種電流載體（指可以自由移動的帶有電荷的物質微粒，簡稱“載流子”），其中電子帶負電、空穴帶正電，半導體材料中某種載流子占大多數，則稱它為多子，占小部分的即為少子。硅片最基本的材料是“硅”，純凈的硅不導電，但可以通過在硅中摻雜來改變特性：在硅晶體中摻入硼元素，即可做成P型硅片；摻入磷元素，即可做成N型硅片。因硼元素和磷元素價位特點不同，P型硅片中空穴作為多子主要參與導電，電子是少數載流子（少子）；N型硅片中電子作為多子主要參與導電，空穴是少子，上述P（Positive，正電）和N（Negative，負電）即根據硅片多子的正負電情況進行的命名。PN結（結是指交叉，譯自英文“PNjunction”）是光伏電池片的基本結構單元，其通常形成于同一塊硅片中P型區域和N型區域的交界處，可以通過向P型硅片表面擴散磷元素或者向N型硅片表面擴散硼元素制得。光伏電池片發電即是利用PN結位置產生的自由電子的電位差來產生電流，當太陽光照射在電池片表面時，電子吸收能量變為移動的自由電子，同時在原來的位置形成空穴，自由電子受到內電場的作用會向N區移動，同時對應空穴向P區移動，當連接電池正負極形成閉合回路時，自由電子受到內電場的力從N區經過導線向P區移動，在外電路產生電流。

圖表：光伏電池片內部結構及發電原理的簡要示意圖

二、影響光伏發電效率的核心要素

光伏發電的本質是將光能轉化為電能，因此減少光學損失和電學損失是提升光伏電池片轉換效率的兩個關鍵方向。

光學損失產生的主要原因是材料表面的反射及遮擋損失，包括電池片前表面和背表面的反射以及組件玻璃的反射、電池柵線的遮擋等。目前減少光學損失的主要方法包括：①利用化學方法對硅片表面進行腐蝕，形成絨面，增加陷光作用；②制備減反膜降低反射率，例如玻璃減反膜、電池表面的氮化硅減反膜；③優化電池柵線，減少柵線遮擋損失，例如使用多主柵及新型高效的XBC電池技術。目前，制絨、減反膜、多主柵等技術目前應用已較為廣泛，發展較為成熟，XBC電池技術正在進入快速發展階段，XBC電池的PN結和金屬接觸都處于電池的背面，正面沒有金屬電極遮擋的影響，同時背面可以容許較寬的金屬柵線來降低串聯電阻從而提高填充因子。

電學損失產生的主要原因是光伏電池片體內及表面電子和空穴的復合，復合率越低，光電轉換效率就越高。電池片表面的表面態（懸掛鍵、雜質、晶格失配和損傷層等）以及電池片內部存在的雜質，它們都會成為載流子的復合中心。對于解決材料本身的內部缺陷及雜質等引起的問題，單晶硅要優于多晶硅，N型電池要優于P型電池；對于電池表面的復合中心，通過改變光伏電池的結構，如引入鈍化膜（主要為Al2O3、SiNx）、隧穿氧化及摻雜多晶硅層等方式，可以有效延長電池片內部少子壽命，減少復合導致的電學損失。隨著單晶硅片已基本取代多晶硅片以及以Al2O3、SiNx為代表的鈍化膜技術在此前的PERC技術也已經得到普遍應用，在材料方面引入N型硅片襯底及電池片結構方面進一步加強鈍化效果（如引入隧穿氧化及摻雜多晶硅層）是目前進一步降低電學損失的成熟有效方式，應用該等改善材料和進行結構改變的包括了TOPCon、XBC及HJT等新型高效光伏電池片技術。

三、光伏發電產業鏈情況

在全球低碳的產業政策引導和市場需求的雙輪驅動下，中國光伏產業實現了快速發展，已經成為中國可參與國際競爭并取得領先優勢的戰略性新興產業，也是中國產業經濟發展的一張嶄新名片和推動我國能源變革的重要引擎。當前中國已經形成了從工業硅、高純硅材料、硅錠/硅棒/硅片、電池片、組件、逆變器、光伏輔材輔料、光伏生產設備到系統集成和光伏產品應用等全球最完整的產業鏈，并且在各主要環節均形成了一批世界級的領先企業。中國光伏產業鏈具備顯著的技術水平高、效率高、成本低和上下游配套健全等優勢，中國光伏供應鏈對全球光伏產業發展具有重要的影響力，中國光伏企業持續領導全球產業供應格局。

圖表：光伏產業的具體產業鏈及對應的設備需求情況

四、光伏電池片行業發展階段

降本增效是推動光伏行業不斷發展的內在牽引動力，隨著光伏各個產業鏈的日趨成熟，光伏電池片作為光電轉換效率的決定性影響因素，是現階段光伏產業鏈最核心的技術變革領域。光伏電池片技術的技術迭代與光伏設備的技術演進以及應用相互推動和成就，共同推動光伏電池片生產的降本增效。

從光伏電池片的技術發展和迭代來看，整體可分為四個階段：

第一個階段是2015年以前，光伏電池片市場主要采取多晶Al-BSF技術，單晶PERC電池片處于技術驗證階段，以試驗產能為主，增長迅速但總量較小，隨著單晶PERC電池片技術逐漸成熟，其商業化的可行性得到確認；

第二階段是2015-2017年，單晶PERC電池片投資吸引力凸顯，國內廠商開始加碼PERC電池片生產，但從整個光伏電池片市場發展過程來看，多晶Al-BSF技術此階段仍占據著市場主要份額；

第三階段是2018-2021年，PERC電池片產能實現爆發式增長，根據中國光伏行業協會數據，2019年至2021年的新建量產產線以PERC電池片產線為主，PERC電池片在2021年的市場份額超過90%；在這個階段內，主流電池片廠商以及公司在內的設備廠商開始逐步布局TOPCon、XBC及HJT等新型高效光伏電池片技術，并共同推動產業化落地；

第四階段是2022年至今，隨著PERC電池片轉換效率接近理論極限值，以TOPCon、XBC、HJT為代表的轉換效率更高的新型高效電池片技術進入產業化進程。從實際落地的情況來看，TOPCon、XBC在突破設備、工藝、材料等瓶頸后，技術日趨成熟并實現成本和性能的平衡，率先完成量產；相較于TOPCon和XBC，目前主流廠商在HJT領域產能布局尚不廣泛，HJT電池片投產和量產規模仍較小。

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