創維光伏金鑫：26.81%！隆基打破日企光伏電池效率紀錄背後的大邏輯
【採訪/觀察者網 周遠方】
11月19日，中國光伏巨頭隆基綠能宣佈，其自主研發的硅異質結（HJT）電池轉換效率達到26.81%，這是繼2017年日本公司創造單結晶硅電池效率紀錄26.7%以來，時隔五年誕生的最新世界紀錄。
“世界太陽能之父”、新南威爾士大學教授馬丁·格林表示，26.81%的電池效率是目前全球硅基太陽能電池效率的最高紀錄，不分技術路線。
資深業內人士，深圳創維光伏科技有限公司總經理金鑫博士對觀察者網談到以下幾點：
首先，在氣候政治、俄烏衝突等背景下，全球許多國家已經把光伏視為本國能源安全戰略的重要組成部分，裝機需求量急劇擴張；
其次，中國自本世紀初進入光伏行業以來，從“兩頭在外”做起，目前不但已經實現全產業鏈技術上的自主可控，而且從上游的硅料到下游的組件，基本壟斷了全球整個行業體系中85%以上的產能；
第三，在中國產業政策和龍頭企業的共同努力下，光伏發電成本一降再降，一卷再卷，除了中國龍頭企業，基本已無別國企業有能力在技術和規模兩方面跟上節奏，但中國企業本身的總產能已經遠大於需求，面臨“囚徒困境”；
第四，在硅異質結（HJT）電池提升效率的過程中，我們能夠提升板式PECVD技術，這與芯片製造中的相關技術非常類似，如果能夠在未來的3-5年突破HJT的生產工藝，會對整個中國半導體行業發展有所幫助；
第五，世界第三大單體光伏電站，800MW卡塔爾地面電站日前全容量併網，該站由隆基供應全部組件的，中國的光伏企業已經開始向很多其他國家輸出電站等“公共產品”，如果電網基礎設施作為配套一起向亞非拉國家“走出去”，效果可能會更好；
最後，中國光伏產業本身仍然存在一些問題，相關產業政策應當繼續發力。
位於Kharsaa地區的卡塔爾首座光伏電站（圖源：隆基官方網站）
以下是採訪實錄：
觀察者網：您怎麼看隆基這次在HJT路線創效率紀錄？
**金鑫：**首先，是很好的成績，對降本意義也很大。
業內普遍認為，在20%的基礎上，電池轉換效率每提高一個百分點，可為下游電站節約5%以上的成本。但效率提升本身是困難的，從2017年到現在，目前主流的P型單晶PERC電池轉換效率也只是從20.5%左右上升到現在的23.5%左右。PERC的世界紀錄為隆基綠能創造的24.05%，當前的量產效率已經十分接近ISFH測得的24.5%的實驗室效率極限，因此，行業巨頭們都在投入下一代的HJT技術和TOPCon技術的研發和應用。
説回HJT本身，它是一個成熟技術，由德國學者在上世紀70年代發明，日本三洋公司在1997年開始產業化，一度壟斷市場。2015年，三洋HJT專利保護於到期後，國內外光伏電池企業開始大力推動HJT量產。
目前來看，HJT是一個很特殊的技術，跟所有其他晶硅技術路線都存在博弈，它能實現的效率理論上要比另一條升級路線，TOPCon，要高1個百分點左右。但一方面，這次隆基宣佈的HJT已經目前是最高的效率，但它只是在實驗室實現的，還不是量產效率，它的量產工藝要比TOPCon難很多，要面臨量產的均勻性、良率等問題，這些都需要實踐去驗證。
另一方面，目前更主流的晶硅升級路線是傳統單晶硅-PERC-TOPCon，傳統單晶向PERC轉化的時候，只需要在生產線上加兩台設備；從PERC的TOPCon變化會稍微大一點，但也只是再增加兩台設備，再對前道工藝進行一些更新，不需要對整個產線進行一個革命性的變化。但HJT就比較顛覆，要把前道的設備幾乎全換掉，這對傳統產能來説，是一個非常大的挑戰。
再加上HJT從硅片製成電池的過程中，均勻性和良率問題目前沒有根本上的改善。所以，雖然前幾年梅耶博格（Meyer Burger Technology）和股神巴菲特的推動下，HJT技術非常火熱，有很多資本介入，但是仍然沒有成為一個主流技術，業內普遍認為HJT可能還需要3年-5年的時間才能逐漸成熟。
資料：HJT電池技術發展情況
HJT電池的發展歷程可以分為技術雛形期、專利壟斷期、工業化期和產業化期四個階段。
1）1974-1996年：HJT技術成功研發並專利化。1974年德國馬爾堡大學的WaltherFuhs在論文中首次提出HJT（Hetero junction with Intrinsic Thin-Layer，即異質結）結構，並於1983年成功研製出HJT電池，其轉換效率為12.3%，90年代日本三洋通過技術改進實現效率突破15%並申請了HJT結構專利；
2）1997-2010年：三洋開啓HJT技術壟斷期。1997年開始三洋開始向市場提供HJT系統，其電池片和組件效率分別達到16.4%和14.4%，2003年其實驗室效率達到了21.3%。此後HJT技術一直被三洋壟斷，期間各國也在積極開展對HJT技術的研究；
3）2010-2015年：多廠商步入HJT工業化進程。2010年松下（收購三洋）的HJT專利到期後，國內外諸多廠商紛紛開啓了HJT的工業化進程，期間松下於2011年達到23.7%的效率，於2014年轉換效率最高已達24.7%，KANEKA於2015年突破記錄達到25.1%的實驗室效率；
4）2017-2022年：國內廠商加快HJT產業化步伐。2017年晉能科技成為了國內最早試生產HJT電池的廠商，此後越來越多的企業開始進入中試生產階段，到2019年已有多家國內廠商宣佈GW級HJT產能規劃。2021年隆基綠能的研究團隊更新HJT電池的理論極限效率至28.5%，並刷新紀錄達到26.3%的實驗室效率。
**觀察者網：近期，另一家中國光伏巨頭晶科能源也宣佈，其全面積TOPCon電池轉化效率達到26.4%，在過去2年裏，連續第7次打破N型TOPCon電池的世界記錄。**您怎麼看晶科在TOPCon路線創效率紀錄？
**金鑫：**剛才已經提到，TOPCon相對來説對原有產線改造較小，效率提升比較明確，工藝的控制也相對比較簡單。所以像晶科、晶澳這些公司都早早押注TOPCon路線，最激進的可能是晶科，在今年年底到明年年中，他們可能就會幾乎所有產線都調成TOPCon，晶澳緊隨其後。
值得一提的是，隆基也有一大批產能在轉向TOPCon，行業主流判斷是，在明年末，TOPCon可能就會替代PERC，成為主流技術。
另外我認為值得注意的一點是，與TOPCon相比，HJT路線與芯片行業有更強的技術相關性。
HJT技術的本質是在晶體硅上鍍一層非晶硅薄膜，使它能夠綜合晶體硅電池與薄膜電池的優勢,具備轉換效率高、工藝温度低、穩定性高、衰減率低、雙面發電等優點。這種鍍膜用到的板式PECVD（Plasma Enhanced CVD，電漿輔助化學氣相沉積)工藝，與芯片製造過程中的鍍膜工藝有相關性。
這種工藝的難度比較高，在2008年以前，我所在的光電研究所是國內較早開展這方面研究的國家隊，當時想找一個尺寸比較大的真空腔室，做一個相關工藝的中試線，但在國內找不到這種高精的加工設備。最後只能到台灣省去加工，加工成本高得離譜，比原材料加價10倍。
當時我們的中試線花了相當大的代價才建起來，但是在過去這兩三年，我看到國內在大面積、高精度的真空腔室加工方面，出現了明顯的技術進步，基本上已經沒有太多技術門檻，剩下的可能就是工藝穩定性以及設備的一致性方面還有待提升。硬件上，國內設備在加工精度上已經堪用，只是高精度加工的成本偏高，產出的腔室在精度一致性上還偏低；軟件上，複雜設備的工藝調試還需要一個過程，這也有點像光刻機，並不是哪一個部件到我們完全無法觸及的難度，但所有部件整合起來，就對調試和匹配提出了系統性的考驗。
無論在芯片行業，還是光伏HJT技術路線上，板式PECVD技術都面臨着問題。其實三星、梅耶博格這些公司都有相關的技術研發能力，但是光伏並不像芯片是一個暴利行業，以至於他們認為相關研發和工藝生產成本過高，因而沒有足夠的動力去投入突破。台積電也存在同樣的情況，他們曾經有一個團隊在做HJT，包括銅銦鎵硒、砷化鎵等光伏電池的工藝研究，但是投了一點錢之後就不願意投了，因為這個行業的利潤已經不允許他們繼續投入了。
觀察者網：這是否導致國內相關技術與國外技術的差距正在縮小？
**金鑫：**正在非常明顯地縮小，高精真空腔室、功率控制器、射頻電源等等這些細節技術，國內在資本的助推下這幾年發展速度比較快，雖然肯定會有一些資本打水漂，有一些企業“先驅變先烈”，但是從社會整體層面上來講，還是積累了大量的經驗和技術。
尤其是HJT的板式PECVD技術與芯片製造中的相關技術高度相似，而且這方面中國在設備和工藝上短板比較明顯，因此我認為，即使HJT路線與TOPCon路線、以及可能成為下一代IBC技術競爭下，最後被證明在光伏行業不是那麼經濟（這是個概率問題，我認為還是有一定贏面），但中國如果能夠在未來的3-5年突破HJT的生產工藝，一定會對整個中國半導體行業發展有所幫助。
觀察者網：好的，下一個問題是，無論HJT還是TOPCon，目前似乎都是中國企業在引領技術創新，其背後的動力都是行業降本，提高光伏發電的經濟性，能否給我們大致科普一下光伏行業的降本過程？
**金鑫：**從上世紀90年代末到2019年，光伏行業的整體成本降低了95%，如果要談降本，我們分幾點來討論。
首先在設備上，本世紀初，歐美開始補貼光伏，推動了市場的繁榮，國內企業開始紛紛進入這個行業，當時也是“兩頭在外”，市場在外面，硅料等原材料也在外面，生產加工設備同樣幾乎全部依賴進口。
到2016年左右，從產業鏈上游的晶體硅（即硅料）、硅片、電池、組件這一系列產品的國產化率都已經超過90%，最近兩年，更是達到100%，產業鏈上幾乎沒有東西是我們不能生產的。國產化導致設備折舊在整個系統中的成本佔比不斷下降，大概在2003年左右，設備折舊成本在光伏組件的生產成本中佔到20%-30%高峯期的時候，全面國產化疊加產能擴張之後，設備折舊佔比已經低於5%，如果不考慮硅料、硅片環節，單獨看組件環節，設備折舊成本甚至甚至低於1%，這是一個巨大的降幅。
第二點是原材料用量，核心就是硅用量方面的技術革新。以前是通過砂輪把硅料切割成硅片的，帶來的問題是切不薄，容易碎，而且切出來硅片不平滑，還要重新打磨。
實際上硅片本身，真正用來發電的部分，厚度只有幾微米，但我們現在行業常見的硅片，去年是180微米，為什麼那麼厚？只是因為切片切不薄而已。現在大家都知道硅料價格很高，所以硅片的薄片化是一個趨勢，今年主流的硅片厚度已經逐漸降到160-140微米，明年甚至可能會降到120微米。
在2016年前後，以隆基為代表的龍頭企業，突破了金剛線切片技術，把每公斤硅料能切出的硅片從砂輪時代的40片，一路提高到現在的65-70片，今年年底可能會超過75片，這樣帶來硅料用量急劇下降，會很大程度的改變成本結構。
值得一提的是，隆基同時帶動了單晶硅替代多晶硅的行業趨勢，此前，多晶硅生產成本相對較低，但單晶硅由於晶體結構單一，在切片的過程中容易切薄，不容易切碎，在薄片化趨勢下更具經濟性。目前單晶硅片的市佔率已經超過95%。
因為多晶硅晶體結構比較無序，在切的過程中不容易切薄，而切的過薄以後容易切碎，導致多晶硅在切片端無法跟單晶競爭，實際上單晶的生產成本是高於多晶，但是它切片這塊影響更大，所以導致單晶替代多晶在16年前後，單晶替代多晶的趨勢非常明顯，現在單晶超過了95%以上的市佔率，就是因為這個原因幾乎是完全一個逆轉的過程。
第三點是前面談到的電池轉化效率。同樣一塊60片的電池組件，多晶硅可能發電500瓦，單晶硅可能發電600瓦，從普通單晶硅到PERC，效率提高了1個百分點，目前量產效率大概在23%-23.5%的水平上，TOPCon和HJT在這個基礎上會進一步提高效率。
但需要注意的是，近年來，通過提升轉化效率降本已經逐漸逼近極限，同時，由於近兩年的政治和經濟大環境，值得投資的賽道極其有限，前期進入的資本熱錢沒有退出，資本評估，只有通過規模優勢才能壓垮對手，於是資本繼續大規模湧入，導致硅料、硅片、電池、組件等各環節瘋狂擴產。
觀察者網：需求側的情況怎麼樣？
**金鑫：**需求也很強。如今我們面對的不單是氣候變化，俄烏戰爭導致大家擔憂未來全世界政治格局的不穩定性，政治格局不穩定可能同時意味着能源格局的不穩定。
所以，許多國家近年來對光伏、風電這樣的清潔能源極其重視，它已經不再是一個環保問題，而是上升到了能源安全的戰略高度。因為光伏和風電每發一度電，就意味着減少一分對石油、天然氣或煤炭的依賴，提高國家的能源安全水平，所以，所有人都判斷光伏的裝機容量會繼續上升。
實際情況確實如此，過去幾年，全球的光伏裝機以每年20%-30%的速度迅速增長，甚至有些年份的增速高達50%，以至於光伏行業的所有環節都在瘋狂擴產。
2020年末時，業內預測2021年的全球裝機容量在170GW（gigawatt，1GW即1000兆瓦）左右，到2021年末，實際當年全球光伏裝機超過175GW，同比增長20.7%，裝機前10國家為：中國(54.9GW，同比+40%)、美國(26.9GW，同比+40%)、印度(13GW，同比+195.5%)、日本(6.5GW，同比-21%)、巴西(5.5GW，同比+77.4%)、德國(5.3GW，同比+8.2%)、西班牙(4.9GW，同比+75%)、澳大利亞(4.6GW，同比+12.2%)、韓國(4.2GW，同比+2.4%)、法國(3.3GW，同比+266.7%)。
到2021年末，業內預計2022年全球裝機容量在240-260GW，後來因為俄烏戰爭，年內又有一次修正，預計裝機容量在270GW左右，較2021年猛增54%。
但弔詭的是，即使如此的需求增長速度，仍遠遠落後於產能增長速度。
在2020年底以前，全行業的產能擴張遵循着一種“倒金字塔”結構，上游的硅料產能略小於硅片產能，硅片產能略小於電池產能，電池產能略小於組件產能，但是，這兩年來，各家龍頭都追求垂直一體化整合，以至於各環節都在瘋狂擴產，用規模化降本和壓死對手。這導致了一個“囚徒困境”，我估計，此時此刻，全國的硅片產能可能已經超過500GW，電池和組件產能可能超過600GW。
觀察者網：這些產能都與中國企業有關嗎？
**金鑫：**我估計至少85%-90%是中國企業的產能，因為全球範圍內，除了中國企業，已經沒人敢跟這一波豪賭了。過去幾年還有一些別國企業，比如韓華、Sunpower參與競爭，但這幾年他們的擴產規模遠遠跟不上國內企業。
這波豪賭的後果可能非常慘烈，現在業內樂觀的研究機構判斷，到2026年，全球裝機容量可能達到500GW，但是光2023年中國企業的產能，就要超過全球2026年最樂觀的需求預期。
觀察者網：如果是這樣的局面，顯然對需求方非常有利，比如這次舉辦世界盃的卡塔爾，投資建設了世界第三大單體光伏電站，其800MW地面電站在世界盃前夕全容量併網，由隆基供應全部組件。對這些國家來説，是不是能用很低的成本得到新能源基礎設施？
**金鑫：**是的，光伏電站的系統造價在除中國之外的全球範圍內，已經達到很低的LCOE（平準化發電成本），在包括中東國家的絕大多數國家，光伏發電都低於當地燃煤或天然氣的發電成本。因此，在全球範圍內，中國光伏已經可以説在輸出公共產品了。
我可以介紹一下我們公司在做的海外市場的情況。
隨着能源危機的發生，歐美澳這樣的第一世界是非常火爆的市場。由於這些國家目前的光伏和風能滲透率已經非常高，電網穩定性受到了影響，這導致國內的儲能設備在歐洲賣得非常好。在第一世界，只需要關注歐美的政治風險就可以了。
在廣大的亞非拉第三世界，應該説有非常大的潛力，但是這些國家的電網基礎設施普遍比較落後，導致光伏和風電無法在公共電網範圍內輸送和消納，所以在東南亞和非洲，光伏普遍是離網就地消納。在中國和歐美，光伏電力是是一種大眾使用的公共品，但是在非洲，光伏發電是一個當地富人在別墅裏享用的奢侈品，我親眼目睹，有中國人把國內3元人民幣1瓦的光伏裝機系統在非洲賣到3美元1瓦，獲取暴利。這不是一種健康的市場，首先，市場的規模很小，整個國家的市場可能相當於中國的一個縣，大企業不可能去開拓這麼小的市場；第二，這種光伏電不能上網，實際上沒有社會效益，無法作為一種公共產品拉動當地經濟，惠及民生。
晶科能源出席中阿峯會 簽約4GW N型組件協議（圖源：晶科能源官網）
個人認為，中國的特高壓技術相當先進，應該像高鐵一樣打造成中國名片，中國的電網應該趁勢走出去，如果這些發展中國家的電網能力變強，對新能源的接納能力逐漸變強，那麼變成全國、甚至區域範圍內的公共品，低成本的光伏、風能裝機容量就很容易上規模。
西方國家對待這些發展中國家的戰略是掠奪性的，而中國的“一帶一路”和“命運共同體”是建設性的，是與所在國一起做大增量蛋糕的過程，就像國內發展要先建設基礎設施一樣，把發展中國家的電力基礎設施建設好了，當地的經濟水平和消費能力就會得到提升，中國的產能得到釋放，當地的比較優勢產品供應得到激發，長期看，這有助於實現這些國家與我國的經濟貿易循環。
當然，在中國國內，是另一個情況。國內電價在全球主要國家中已經是最低的，同時，“綠水青山就是金山銀山”國內東部地區土地資源極其緊張，西部地區又面臨電力消納能力不足，不得不通過特高壓輸送，增加額外成本。
這些因素反而使國內光伏仍然面臨較大的降本壓力，中國已經連續兩年用電量低於預期，如果光伏沒有更好地降本措施，恐怕會影響中國未來的裝機容量。
觀察者網：我們接着談一談中國，過去一年中，行業經歷了一輪硅料價格大漲，為什麼在需求相對不足，總體供大於求的情況下，會出現這種現象？
**金鑫：**這與產業週期有關，上游的硅料生產屬於大化工行業，從0到投產的週期至少需要15個月，一般需要18-20個月；而下游硅片和電池的擴產週期快的話在4-6個月，慢的話也只需9-12個月；更下游的組件擴產週期更短，只需要6-9個月就能完成從0到投產。
這個時間上的錯配，導致硅料相對於下游產能來説，似乎是不足的。
這個情況再疊加剛才我們談到上下游的“倒金字塔結構”，由於各大巨頭都試圖用規模壓死對方，硅料產能相對於下游的瘋狂擴張的電池產能和組件產能，顯得更加不足，所以就出現了硅料一路上漲的狀態。硅料成本大約在60元/公斤，售價一度漲破300元/公斤（目前回落到270元/公斤左右），極端情況下，我們甚至看到某硅料廠將自身產能按周拍賣，價格1個月內連漲4次的現象（正常情況下價格按季度變化）。
2019年以來的這種硅料價格大漲，導致行業整個系統成本不斷上升，因而過去兩年國內光伏市場需求看上去仍然增長很快，實際上有一部分需求被抑制。在2019年以前，業內一般追求9%以上的IRR（Internal Rate of Return純投資內部收益率），央國企地面光伏電站的IRR普遍要求在8%以上，而目前地面電站的純投資內部收益率已經降到6%左右，甚至連央國企都受不了了。
觀察者網：過去十幾年中，中國的產業政策對光伏發展影響很大，面對目前這種情況，能否請您談談對政策面的看法？
**金鑫：**過去幾年，政府層面在產業政策的調整上確實高瞻遠矚，對光伏行業的作用主要是積極、正面的。
本世紀初，中國光伏產業從“兩頭在外”起步，2008年經濟危機，以及2012年-2013年歐美對中國光伏產品實施“雙反”，整個行業當時面臨着滅頂之災，2013年，國家果斷出台補貼政策穩住陣腳。當然一開始補貼光伏初裝電站，引起了一波“騙補”亂象，但2014年起，國家逐漸轉向度電補貼，同時，政府相關機構與行業一同研究判斷行業降本趨勢，通過補貼退坡來逼迫行業快速降本，通過鼓勵擴大產能來促進技術革新，起到非常正面的作用。
2015年起，中國企業開始成為行業領跑者，但是市場上出現了低質量產能的無序擴張，盲目追求規模而非技術革新，政府非常敏鋭地捕捉到這一苗頭，推出“領跑者”計劃。這是國家能源局從2015年開始，之後每年都實行的光伏扶持專項計劃，在“領跑者”計劃中所採用技術和使用的組件都是行業技術絕對領先的技術和產品，國家協調供應大面積土地，供企業建設擁有先進技術的光伏發電示範基地、新技術應用示範工程，促使企業繼續進行技術革新。
到了2018年，國家判斷光伏行業的商業化已經比較成熟，補貼逐步退出直到2021年底完全停止，這個過程整體上是健康的。我個人建議，針對目前中國光伏企業產能過度擴張的情況，可以考慮產能核准制政策，良性的擴張國家認可，但無序過度擴張應當叫停，此前，國家對玻璃、建材、鋼鐵都曾有過類似政策，統計全國的有效產能，把新批項目變成一個核準行為，當然，核准制可能產生一些道德風險，但是我覺得目前至少光伏組件環節上的產能過於誇張，應該予以限制。
另外，中國的電網基礎設施，尤其是農村電網，仍有提升空間。過去幾年中，户用分佈式光伏市場發展迅速，今年裝機容量可能達到30GW，3年獲得10倍增量，但是目前，農村户用光伏市場遇到了瓶頸，除了從硅料傳導到組件的價格上漲之外，農村電網的脆弱也是原因之一。
打個比方，一個村子有200户人家，但户用光伏只能裝到20户的屋頂，因為超過20户之後，發出的電本村消納不了，只能通過電網輸送到鎮裏或縣裏，但許多農村電網太脆弱，不堪承擔這樣的輸送任務。國家一邊花費巨量成本搞西電東送，另一方面，農村屋頂卻無法高效利用，我們是否能夠投入資源對農村電網進行升級改造，把中東部農村從一個自發自用的小市場變成整個大電網的一部分，應當説，這也是推進城鄉一體化建設，激活縣域經濟的題中之義。
受訪者信息：
金鑫博士，本、碩就讀於南開大學，光伏新能源材料方向；博士就讀於世界頂級光伏材料研究所－德拜研究所－荷蘭烏特勒支大學。
2013年4月－2016年4月曆任湖南共創光伏科技有限公司技術部副部長、研發中心副主任、總工程師、營銷總監；2016年5月－2019年12月曆任任北控清潔能源電力有限公司供應鏈主任工程師、開發總監、副總經理， 2018年12月－2019年11月兼任杭州淘頂網絡科技有限公司常務副總經理。
2020年1月起任深圳創維光伏科技有限公司總經理。
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