中國粉體網訊 光伏產業發展的核心是“降本、增效”。光伏的核心指標是效率,最終目標是平價上網,即光伏發電的成本要低于火電等傳統能源。
1光伏的前世今生
光伏誕生于1839年,這一年,貝克勒爾發現了光電效應;1905年,愛因斯坦發表了一篇論文揭開了光電效應的神秘面紗;1954年,貝爾實驗室制造出第一塊單晶硅光伏電池,從此光伏從一個物理概念變為一個技術產品;2004年,在全球能源問題和環保的雙重壓力下,歐美推出大量政策,刺激光伏發展,推動能源轉型,這一年被稱為光伏產業的元年。
此后,光伏行業歷經單多晶轉型(多晶成本低,但效率也低;單晶效率高,但成本也高),兩條路線的原料都是多晶硅料,兩者區別不在原料,而在技術;之后又引入金剛線切割、雙面技術、半片技術、多主柵技術,組件尺寸逐步做大等等技術革新,所有這一切本質上均為降低度電成本。未來,組件尺寸已趨于極限,且逐步穩定,要進一步降低度電成本,提升電池效率將成為主要途徑。
2光伏電池技術路線概述
當前光伏技術路線分類如下圖:
(1)TOPcon電池
TOPCon太陽能電池即隧穿氧化層鈍化接觸太陽能電池(Tunnel Oxide Passivated Contactsolarcell),是一種使用超薄隧穿氧化層作為鈍化層結構的太陽能電池。
TOPCon電池基板以N型硅基板為主,在電池背面采用濕法工藝制備一層超薄氧化硅的隧穿氧化層(1-1.5nm)并沉積一層厚度約20nm的摻雜的多晶硅薄層,二者共同形成了鈍化接觸結構,之后經過退火重結晶并加強鈍化效果。
其轉換效率理論極限可以達到26.6%。
2023年伊始,TOPCon電池需求呈現井噴式態勢,據PV-InfoLink數據,2023年底N型TOPCon規劃產能預計將超過450GW,N型TOPCon技術進入發展加速期,市場占有率也將進一步提升。
據中信證券統計,2023年行業TOPCon電池有效供給量大約122.7GW,其中一線廠商出貨92.3GW,而電池總需求預計將達到400GW以上,TOPCon電池供給稀缺性較強。
(2)HJT電池
HJT(Heterojunction with Intrinsic Thin-film)——本征薄膜異質結電池。具備對稱雙面電池結構,中間為N型晶體硅。正面依次沉積本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜,從而形成P-N結。背面則依次沉積本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜,以形成背表面場。鑒于非晶硅的導電性比較差,因此在電池兩側沉積透明導電薄膜(TCO)進行導電,最后采用絲網印刷技術形成雙面電極。
HJT電池結構及工藝流程
優勢:
①工藝流程短。HJT電池工藝主要包括4個環節:制絨、非晶硅沉積、TCO沉積、絲網印刷;遠少于PERC(10個)和TOPCON(12-13個)。
②轉換效率高。主要得益于N型硅襯底以及非晶硅對基底表面缺陷的雙重鈍化作用。目前量產效率普遍已在24%以上;HJT未來疊加IBC和鈣鈦礦轉換效率或可提升至30%以上。
(3)BC電池
BC電池不是指具體某一種電池,而是通用的平臺型技術。它可以和TOPCon、HJT、PERC、疊層電池結合,例如PERC+BC=P-IBC電池,TOPCon+BC=TBC電池,HJT+BC=HBC電池。
P-IBC電池:P-IBC電池是經典IBC電池和PERC結合的產物,以P型硅片作為襯底,硼摻poly作為BSF,磷摻poly作為發射極區,正負電極均在背面與對應極區。P-IBC電池背面極區沒有鈍化層,因此轉換效率相對較低。
TBC電池:TBC電池是經典IBC電池與TOPCon結合的產物,即POLO-IBC電池。以N型硅片作為襯底,摻雜poly作為摻雜層,在極區沉積隧穿氧化層抑制少數載流子向表面漂移,并將柵線轉移至背面,同時具備BC電池無入射光遮擋和TOPCon優良的鈍化效果的優點。
HBC電池:HBC電池是經典IBC電池與HJT結合的產物,即背接觸異質結電池。其在襯底兩側沉積氫化本征非晶硅薄膜作為鈍化膜減少表面缺陷密度,同時將柵線轉移至背面。既利用了IBC電池正面無遮擋的優勢,又具備HJT電池優良的鈍化效果。
與TOPCon和HJT這兩種技術不同,BC電池將所有的金屬接觸和PN結都設置在電池的背面,從而消除了正面的金屬電極結構,實現了更高的光電轉換效率和更美觀的外觀。
掣肘BC技術最大的問題是,電池結構所用的光刻工藝成本非常高,導致普及應用受限。在國內,無論從出貨量還是市場接受度方面,相較于TOPCon、HJT,BC類電池一直處于行業邊緣位置,隱含的巨大價值沒有被充分挖掘出來。
BC電池應用場景豐富,天然適用于分布式光伏場景。由于BC電池正面無柵線,外表更美觀,更契合分布式戶用場景需求,特別是BIPV,可以充分結合BC組件的美觀和建筑藝術,做到光伏建筑一體化。
目前國內的BC電池路線代表企業主要有隆基綠能、愛旭股份、黃河水電等。幾家公司的已有產能加在一起,大概在40GW左右。
3誰是過渡,誰是未來?
“增效”是光伏電池技術迭代的根本邏輯。光伏電池技術雖然一直在不斷迭代,但從長時間維度來看其基本邏輯即為“增效”二字,即誰的極限效率更高,誰就能走得更遠,越可能成為下一代產品。
根據TüV今年9月的評估數據,Perc的組件效率中位數是20.96%,TOPCon組件效率中位數是21.57%,HJT組件效率中位數是21.58%。BC電池組件的測試數據最高,為22.25%。
過去,光伏行業只允許有一種主流產品存在,是因為當初產品很貴,為了實現平價上網,因此哪種產品性價比最高,就會備受推崇。而現在,不管BC還是TOPCon、HJT,都已經低于平價,因此推動產品迭代升級的邏輯變了之后,市場基于各種應用場景就會出現不同的選擇。一種產品通吃天下的時代過去了,市場未來的主流產品可能會有2-3種,最終形成幾分天下的局面。
參考來源:
【1】新能源光伏《四種光伏電池IBC、PERC、TOPCon和HJT全解析》
【2】亞太光伏《不同類型光伏電池技術詳解及分析》
【3】光伏產業鏈《光伏電池技術解析之HJT(異質結電池)》
【4】虎嗅《BC電池,光伏技術線路之爭?》
【5】91研報《BC電池技術及產業化進展》
(中國粉體網編輯整理/星耀)
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