太阳能电池组件发展趋势简析

太阳能电池组件发展趋势简析

张明明

中国能源建设集团投资有限公司黑龙江分公司 黑龙江 150000

为防止全球气候变暖以及能源衰竭，发展可再生能源势在必行。太阳能以其清洁、安全、取之不尽、用之不竭等显著优势，已成为发展最快的可再生能源。开发利用太阳能对调整能源结构、推进能源生产和消费革命、促进生态文明建设均具有重要意义。习近平主席在《联合国气候变化框架公约》开幕式上发表讲话，他表示，中国将在2030年左右二氧化碳排放达到峰值，并争取尽早实现，努力争取到2060年前实现“碳中和”。树立这一宏伟目标后，更为我国太阳能行业的发展，坚定了信心。

近年来太阳能电池组件的迅猛发展更是为整个太阳能行业提供了强大的动力，从2015年至今，单板组件功率提升了两倍以上，2015年单块电池组件平均250Wp左右，到2024年年末单块电池组件已经提升到700W+。

一、技术路线的迭代

1、大硅片技术

2019年初，晶科、晶澳、天合光能、东方日升等公司开始积极切换产线，将156.75mm改造成158.75mm尺寸，隆基全线推广并更新产线为166mm尺寸的单晶硅片，从此进入400W时代。

2020年对于166mm硅片来说更是井喷的一年，从集中电站到分布式工商业，再到户用分布式项目，166mm的单晶硅片无疑主宰了2020年的市场，无论单面或双面组件，166mm尺寸硅片独占鳌头，从此进入了450W时代。

2020年下半年以晶科、晶澳、隆基为首的三大厂商开始推广182mm尺寸硅片，以天合光能、东方日升牵头的两大厂商开始切线210mm尺寸硅片，单板组件功率正式突破400W进入500W+时代，同时也开始了182mm与210mm尺寸硅片的相互博弈。

2、多主删技术

为进一步提升电池效率，2016年或更早，国内就有个别企业试水多主栅技术，从起初的4删线到现在的9删线，12删线已经成为成熟的生产工艺路线，2020年，业内龙头企业均多主栅组件开始大规模出货，而且组件功率提升明显。多主栅提升组件功率主要是因为：光学上，由于圆形焊带的遮光面积更少，使电池受光面积更大从而提升功率。电学上，由于电流传导路径缩短减少了内部损耗从而提升组件功率。

3、半片技术

工艺成熟，提效明显，半片技术已经成为多数光伏企业的标配技术，半片技术，就是使用激光切割法沿着垂直于电池主栅线的方向将标准规格的电池片切成尺寸相同的两个半片电池片，由于电池片的电流和电池片面积有关，如此就可把通过主栅线的电流降低到整片的1/2，当半片电池串联以后，功率损耗就降低为原来的1/4(Ploss=1/4*I2R)，从而最终降低了组件的功率损失，提高了封装效率和填充因子。一般的，半片电池组件比同版型的组件能提升5~10W(1.6%~3.3%)甚至更高。半片与多主栅优势明显，技术路线成熟，他们的结合，便水到渠成，起到“1+1＞2”的效果，目前一线企业210mm大硅片+多主栅（9BB）+半片单晶PERC组件72型量产平均功率达到540W。

4、PERC电池技术

采用Al2O3膜对背表面进行钝化，可以有效的降低背表面复合，提高开路电压，增加背表面反射，提高短路电流，从而提高电池效率。PERC电池由于其工艺相对简单，成本增加较少，是目前和未来的主流量产工在P型单晶硅上可以实现1%的效率提升，而多晶硅上可以实现0.6%的效率提升。

目前几类PERC技术单晶P型和N型。

制造工艺有所区别，都是不同的技术路线，P型是比较成熟的工艺，优点是价格较低，N型是最新的技术路线，优点是效率较高、寿命更长。

1、P型电池的PERC技术

PERC技术在单晶电池方面体现了更好的溢价优势和发展空间。PERC技术使单晶电池的转换效率提升高出1个百分点，而多晶电池仅为0.5个百分点。从溢价角度看，PERC技术对于单晶电池的收益更为明显，多晶电池的溢价基本被新增设备的折旧所抵消。

2、N型电池的PERC技术

PERT电池是发射结钝化全背场扩散电池，其结构特点是背表面扩散全覆盖以降低电池的背面接触电阻和复合速率。背面全背场扩散可以通过不同的工艺方式实现，主要包括管式扩散，外延生长法，离子注入法等。

3、N型电池的双面发电技术

与常规p型电池不同，n型电池正反两面均有钝化膜覆盖，金属化由丝网印刷完成，由于正反面栅线结构都是常规的H-型，因此电池不仅正面可吸收光，其背表面也能吸收入射光从而产生额外电力。最高功率输出性能提高10%-15%。

5、 TOPCon电池技术

隧穿氧化层钝化接触太阳能电池（Tunnel Oxide Passivated Contact solar cell,TOPcon）是2013年在第28届欧洲 PVSEC 光伏大会上德国 Fraunhofer太阳能研究所首次提出的一种新型钝化接触太阳能电池，首先在电池背面制备一层 1～2nm 的隧穿氧化层，然后再沉积一层掺杂多晶硅，二者共同形成了钝化接触结构，为硅片的背面提供了良好的界面钝化。不同电子/空穴选择性接触材料结合组成电池的极限效率28.7%，目前全面积电池最高转化效率达到25.4%；TOPCon 现阶段规划产能已达上千 GW，是市场主流。

6、异质结光伏电池技术

HIT 电池是以晶硅太阳能电池为衬底，以非晶硅薄膜为钝化层的电池结构。HIT（异质结电池，Heterojunction with Intrinsic Thin layer）是一种在 P 型氢化非晶硅和 n 型氢化非晶硅与 n 型硅衬底之间增加一层非掺杂（本征）氢化非晶硅薄膜的电池结构。标准晶体硅太阳能电池是一种同质结电池，即 PN 结是在同一种半导体材料上形成的，而异质结电池的 PN 结采用不同的半导体材料构成。异质结电池又被称为 HJT（Heterojunction Technology）或 SHJ（Silicon Heterojunction）。

HIT 电池与传统晶硅电池相比具有多种优势，具体体现在：

（1）转换效率高：HIT 电池采用非晶硅层降低表面悬挂键密度和异质结界面态密度，实现超高转换效率。HIT 电池的开路电压可以达到 740mV 以上；2）HIT 电池的实验室效率在 26%以上，现有设施的平均量产效率在 23%以上，效率优势显著。

（2）双面率高：HIT 电池为正反面对称结构，且背面无金属背场阻挡光线进入，因此其天然具备双面发电能力，且双面率可超过 95%，可在扩展应用范围（沙地、雪地、水面等）的同时进一步提升发电量。

（3）无光衰：由于 HIT 电池上表面为 TCO，电荷不会在电池表面的 TCO 上产生极化现象，因此 HIT 电池无 PID、LePID 现象。

（4）弱光响应高：理论研究表明，并联电阻越大，光伏组件的弱光响应越强。

7、BC类电池技术

BC电池即BackContact（背接触）电池，全称是全背电极接触晶硅光伏电池，是将PN结和金属接触都设于太阳电池背面，电池片正面采用SiNx/SiOx双层减反钝化薄膜，没有金属电极遮挡，最大限度地利用入射光，减少光学损失，带来更多有效发电面积，拥有高转换效率，且外观上更加美观。BC作为平台型技术，可与P型、HJT、TOPCon等技术结合形成HPBC、HBC、TBC等多种技术路线。

相较于PERC、TOPCon、HJT等双面电池，IBC电池由于前表面避免了金属栅线电极的遮挡，能够最大限度地利用入射光，减少光学 损失，因此具有更高的短路电流。同时正面增加的n+FSF也能进一步降低少子复合速率提升开路电压，使得IBC电池在转换效率上具有明 显优势。Maxeon于2022年发布的Maxeon7电池量产效率达到26%以上，相较于主流的PERC电池领先2-3个pct，相较于TOPCon、HJT等N型 电池技术高出1个点左右。 

二、光伏电池技术向高效化迭代

平价上网已来，叠加补贴政策退出，降本增效成为光伏行业发展的主要推动力。“531”政策以来，我国光伏装机增速大幅下滑，各环节价格剧烈下跌，技术进步带来的降本增效成为推动平价上网目标实现的主要推动力。2019 年，我国一类、二类、三类地区，普通光伏地面电站标杆上午电价分别下降至 0.40、0.45、0.55 元/KWh，补贴幅度持续收窄。根据 CPIA 数据，2019 年，全投资模型下地面光伏电站在 1800 小时、1500 小时、1200 小时、1000 小时等效利用小时数的 LCOE 分别为 0.28、0.34、0.42、0.51 元/KWh。未来随着组件、逆变器等关键设备的效率提升，双面组件、跟踪支架等的使用，运维能力提高，2021 年后在部分高脱硫煤电价地区实现与煤电同价。

HIT电池量产转换效率具有明显优势，有望替代PERC 成为下一代主流技术。2019年，P-PERC 单晶电池效率提升至 22.3%，N-PERT+TOPCon 单晶电池、HIT 电池平均转换效率分别已经达到 22.7%和 23%。HIT 电池转换效率比 P-PERC 电池、N-PERT+TOPCon电池转换效率分别高出 0.7%、0.3%。预计至 2025 年 HIT 电池转换效率可提升至 25.5%，相比 P-PERC 电池、N-PERT+TOPCon 电池，转换效率高出 1.5%、1%。随着 HIT 技术大规模产业化，降本增效速度预期会大幅加快，HIT 有望替代 PERC 成为下一代主流技术。