【原创】光伏电池技术之争愈烈,谁是过渡,谁是未来?


来源:中国粉体网   星耀

[导读]  “增效”是光伏电池技术迭代的根本逻辑。光伏电池技术虽然一直在不断迭代,但从长时间维度来看其基本逻辑即为“增效”二字,即谁的极限效率更高,谁就能走得更远,越可能成为下一代产品。

中国粉体网讯  光伏产业发展的核心是“降本、增效”。光伏的核心指标是效率,最终目标是平价上网,即光伏发电的成本要低于火电等传统能源。


1光伏的前世今生


光伏诞生于1839年,这一年,贝克勒尔发现了光电效应;1905年,爱因斯坦发表了一篇论文揭开了光电效应的神秘面纱;1954年,贝尔实验室制造出第一块单晶硅光伏电池,从此光伏从一个物理概念变为一个技术产品;2004年,在全球能源问题和环保的双重压力下,欧美推出大量政策,刺激光伏发展,推动能源转型,这一年被称为光伏产业的元年。


此后,光伏行业历经单多晶转型(多晶成本低,但效率也低;单晶效率高,但成本也高),两条路线的原料都是多晶硅料,两者区别不在原料,而在技术;之后又引入金刚线切割、双面技术、半片技术、多主栅技术,组件尺寸逐步做大等等技术革新,所有这一切本质上均为降低度电成本。未来,组件尺寸已趋于极限,且逐步稳定,要进一步降低度电成本,提升电池效率将成为主要途径。


2光伏电池技术路线概述


当前光伏技术路线分类如下图:

 


(1)TOPcon电池


TOPCon太阳能电池即隧穿氧化层钝化接触太阳能电池(Tunnel Oxide Passivated Contactsolarcell),是一种使用超薄隧穿氧化层作为钝化层结构的太阳能电池。


 


TOPCon电池基板以N型硅基板为主,在电池背面采用湿法工艺制备一层超薄氧化硅的隧穿氧化层(1-1.5nm)并沉积一层厚度约20nm的掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构,之后经过退火重结晶并加强钝化效果。


其转换效率理论极限可以达到26.6%。


2023年伊始,TOPCon电池需求呈现井喷式态势,据PV-InfoLink数据,2023年底N型TOPCon规划产能预计将超过450GW,N型TOPCon技术进入发展加速期,市场占有率也将进一步提升。


据中信证券统计,2023年行业TOPCon电池有效供给量大约122.7GW,其中一线厂商出货92.3GW,而电池总需求预计将达到400GW以上,TOPCon电池供给稀缺性较强。


(2)HJT电池


HJT(Heterojunction with Intrinsic Thin-film)——本征薄膜异质结电池。具备对称双面电池结构,中间为N型晶体硅。正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜,从而形成P-N结。背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜,以形成背表面场。鉴于非晶硅的导电性比较差,因此在电池两侧沉积透明导电薄膜(TCO)进行导电,最后采用丝网印刷技术形成双面电极。


HJT电池结构及工艺流程

 


优势:

①工艺流程短。HJT电池工艺主要包括4个环节:制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝网印刷;远少于PERC(10个)和TOPCON(12-13个)。


②转换效率高。主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。目前量产效率普遍已在24%以上;HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。


(3)BC电池


BC电池不是指具体某一种电池,而是通用的平台型技术。它可以和TOPCon、HJT、PERC、叠层电池结合,例如PERC+BC=P-IBC电池,TOPCon+BC=TBC电池,HJT+BC=HBC电池。


 

P-IBC电池:P-IBC电池是经典IBC电池和PERC结合的产物,以P型硅片作为衬底,硼掺poly作为BSF,磷掺poly作为发射极区,正负电极均在背面与对应极区。P-IBC电池背面极区没有钝化层,因此转换效率相对较低。


TBC电池:TBC电池是经典IBC电池与TOPCon结合的产物,即POLO-IBC电池。以N型硅片作为衬底,掺杂poly作为掺杂层,在极区沉积隧穿氧化层抑制少数载流子向表面漂移,并将栅线转移至背面,同时具备BC电池无入射光遮挡和TOPCon优良的钝化效果的优点。


HBC电池:HBC电池是经典IBC电池与HJT结合的产物,即背接触异质结电池。其在衬底两侧沉积氢化本征非晶硅薄膜作为钝化膜减少表面缺陷密度,同时将栅线转移至背面。既利用了IBC电池正面无遮挡的优势,又具备HJT电池优良的钝化效果。


与TOPCon和HJT这两种技术不同,BC电池将所有的金属接触和PN结都设置在电池的背面,从而消除了正面的金属电极结构,实现了更高的光电转换效率和更美观的外观。


掣肘BC技术最大的问题是,电池结构所用的光刻工艺成本非常高,导致普及应用受限。在国内,无论从出货量还是市场接受度方面,相较于TOPCon、HJT,BC类电池一直处于行业边缘位置,隐含的巨大价值没有被充分挖掘出来。


BC电池应用场景丰富,天然适用于分布式光伏场景。由于BC电池正面无栅线,外表更美观,更契合分布式户用场景需求,特别是BIPV,可以充分结合BC组件的美观和建筑艺术,做到光伏建筑一体化。


目前国内的BC电池路线代表企业主要有隆基绿能、爱旭股份、黄河水电等。几家公司的已有产能加在一起,大概在40GW左右。


3谁是过渡,谁是未来?


“增效”是光伏电池技术迭代的根本逻辑。光伏电池技术虽然一直在不断迭代,但从长时间维度来看其基本逻辑即为“增效”二字,即谁的极限效率更高,谁就能走得更远,越可能成为下一代产品。


 


根据TüV今年9月的评估数据,Perc的组件效率中位数是20.96%,TOPCon组件效率中位数是21.57%,HJT组件效率中位数是21.58%。BC电池组件的测试数据最高,为22.25%。


过去,光伏行业只允许有一种主流产品存在,是因为当初产品很贵,为了实现平价上网,因此哪种产品性价比最高,就会备受推崇。而现在,不管BC还是TOPCon、HJT,都已经低于平价,因此推动产品迭代升级的逻辑变了之后,市场基于各种应用场景就会出现不同的选择。一种产品通吃天下的时代过去了,市场未来的主流产品可能会有2-3种,最终形成几分天下的局面。


参考来源:

【1】新能源光伏《四种光伏电池IBC、PERC、TOPCon和HJT全解析》

【2】亚太光伏《不同类型光伏电池技术详解及分析》

【3】光伏产业链《光伏电池技术解析之HJT(异质结电池)》

【4】虎嗅《BC电池,光伏技术线路之争?》

【5】91研报《BC电池技术及产业化进展》

(中国粉体网编辑整理/星耀)

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作者:星耀

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