光伏电池各种技术路线对比

光伏行业得以高速发展的本质是度电成本的降低（度电成本是指项目单位上网电量所发生的综合成本，主要包括项目的投资成本、运行维护成本和财务费用）。

关于这个问题，我们首先要了解光伏的前世今生，光伏诞生于1839年，这一年，贝克勒尔发现了光电效应；

65年后的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；

又在50年后的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。

P型PERC电池经过5年发展，已逐步逼近理论效率极限，目前产线量产效率23%左右，理论极限效率24.5%，未来提升空间有限，且提升难度极大。

N型TOPCon技术具有高达28.7%的效率天花板，拥有巨大的发展潜力，且N型TOPCon技术拥有低衰减、低功率温度系数、高双面率、高弱光响应能力等优良的特性，是目前各个主流厂家重点布局的技术路线。

二、行业内有哪些技术

单晶电池最早应用的技术叫Al-BSF（铝背场技术），是2013年到2016年的技术，已于2017年被单晶PERC技术替代，PERC技术发展过程中，期间还出现过MWT、PERL、PERT、EWT等技术，但因PERC的规模化挤压和性价比不高，均未实现大规模量产。

目前公认的可替代PERC的技术有三个，TOPCon、HJT和IBC，其中N型IBC技术因其成本较高，现阶段无法与TOPCon与HJT竞争（IBC技术在未来是可以与其他技术叠加），故而目前最有可能替代PERC的是TOPCon与HJT技术。

N型HJT也是目前市场热议的一个技术路线，但此技术路线存在几个问题急需行业去解决：

首先是设备成本，从PERC技术转向TOPCon技术，电池产线还有70%左右可以兼容，每GW的新增投资额在5000-7000万左右，而HJT产线需要重新搭建，每GW投资额达3.5亿以上，现在整个光伏行业有超200GW的PERC产能，转型做HJT后的PERC产能包袱是整个产业链无法接受的。

其次，HJT技术需要用到200℃低温银浆，价格比正常银浆更高，且目前主要依赖日本进口。

还有就是HJT技术需要用到金属铟，铟的需求量将使得地壳中储量不高的铟价格暴涨，从而推高组件价格。TOPCon技术拥有着完整的可持续发展的技术路线支撑，未来的迭代升级空间广阔，预计2024-2025年实现与IBC技术的结合，形成TBC技术，量产效率可达26%-28%，“十五五”期间实现与钙钛矿的叠层电池量产，将量产电池效率推高到28%以上。

三、四种电池概述

1、N型IBC电池：潜力无限

是将PN结、基底与发射区的接触极以交叉指形状做在电池背面，是高效大面积太阳能电池之一。

核心技术：如何在电池背面制备出质量较好、成叉指状间隔排列的p区和n区。

通过在电池背面印刷一层含硼的叉指状扩散掩膜层，掩膜层上的硼经扩散后进入N型衬底形成p+区，而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成n+区。

前表面制备金字塔状绒面来增强光的吸收， 同时在前表面形成前表面场（FSF）。

使用离子注入技术可获得均匀性好、结深精确可控的p区和n区，电池正面无栅线遮挡，可消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大利用化；

由于背接触结构，不必考虑栅线遮挡问题，可适当加宽栅线比例，从而降低串联电阻且有高的填充因子；

形成组件时，可以把电池排布的更密集；外形美观，尤其适用于光伏建筑一体化；

但IBC电池成本较高尚未产业化，IBC电池制程工艺复杂，多次使用掩膜、光刻等半导体技术，成本几乎为常规电池的两倍。

总之，IBC电池是一种创新的电池结构，优势来自于全背面电极，当然劣势是增加了设计和制造难度。从另一个角度看，设计和制造难度高，也不算是坏事，哪家能把工艺难度最高的IBC做出来，说明哪家的技术实力最强。

目前主流的几种第三代太阳能电池技术，除了IBC电池外，就是Topcon电池、HJT异质结电池，以及更加遥远的钙钛矿电池。

2、P型PERC电池：占据主流，接近转化效率极限

P型电池制作工艺相对简单，成本较低，主要是BSF电池和PERC电池。2015年之前，BSF电池占据90%市场；2016年之后，PERC电池接棒起跑，到2020年，PERC电池在全球市场中的占比已经超过85%，且目前以双面PERC为主。

PERC电池与BSF（铝背板）最大的区别就是背钝化，这个可能有点抽象，先看一张PERC电池的结构图：

事实上，在P型衬底之上，PERC电池于BSF（铝背板）并无二致，最大的区别在背面 — 钝化膜取代了传统的全铝背场，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池的效率提升0.5%-1%。

2020年，规模化生产的单/多晶电池平均转换效率分别达到22.7%和19.4%，P型单晶电池均已采用PERC技术。

这里先解释一下什么是钝化，之所以有钝化主要是硅片“锋利”的边缘导致。

硅片是通过将硅棒切割的方式获得的，切割主要是用金刚线进行超高速运动下带动砂轮进行，这就导致硅片虽然看上去是平整薄片，但实际上表面因为切割，导致会有很多共价键断层，这些裸露的共价键断层成为“悬挂键”，构成一个个突出的复合中心，正负电荷会在这些部位进行结合，从而减小整个电池的开路电压，为了防止这种结合，钝化技术应运而生。

钝化的原理实际上包括两方面：一是利用钝化膜中产生的原子与悬挂键结合，从而减少其对其他正负电荷的复合作用；二是钝化膜也带有一定电荷，会在接触面形成内建电场，从而形成场钝化效应。钝化的核心作用是提高开路电压和短路电流，进而提升填充因子，在进而提高光电转化效率。

为什么要了解这些？

其一，知道了PERC电池的原理，就知道在电池结构中哪部分是最重要的。评估PERC电池的优劣，钝化做的好不好就是最重要的评价维度。

其二，知道以上原理，就知道在工艺中哪个环节是最重要的，不同的电池企业比什么？就看关键工作环节控制的怎么样。

从PERC电池的核心是钝化来看，那么对于钝化膜的制作这一步就是所有工艺流程中最关键的。

其三，知道以上原理，就知道哪些生产设备是关键的，哪些耗材是最关键的。

PERC电池的钝化膜最核心，所以进行钝化的薄膜沉淀工艺就是最核心步骤，相应的进行薄膜沉淀所需的PECVD设备和ALD设备就是最关键设备，这些设备在前些年一直也被卡脖子，近几年国内企业异军突起，迈为股份、捷佳伟创、理想万里晖、钧石能源等均实现了这些关键设备的突破。

但产能情况需要进一步整理，在目前光伏行业整体快速发展的背景下，这些设备商也具有一定的投资机会。

PERC电池的工艺流程相对简单且设备成熟，近年来，标配一些提效工艺，如激光SE、碱抛、光注入/电注入等。

PERC技术以背面钝化层的沉积和激光开槽为主，后续在此基础上进行工艺改进优化时增加正面SE激光和光注入/电注入退火等工艺。

2017-2021，将近五年时间，PERC从初露锋芒到独树一帜，由于P型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为24.5%，导致P型PERC单晶电池效率很难再有大幅度的提升，现在已经快到极限；

并且未能彻底解决以P型硅片为基底的电池所产生的光衰现象，这些因素使得P型电池时代即将面临寿终正寝，2021年以前，都以P型硅片做衬底，与传统的P型单晶电池和P型多晶电池相比，N型电池具有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命更长等优点，之后趋势开始往N型衬底来转换。

3、N型TOPCon：技术过渡最优选择

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N型硅衬底电池技术，旨在通过解决电池载流子选择钝化接触问题来提高太阳能电池效率。电池正面和常规N型电池没有什么区别，和常规N型电池的主要区别在电池TOPCon背面会先制作一层不足2nm的超薄二氧化硅（SiO2）作为隧穿层，之后会再加上一层20nm磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜，浓度较衬底更高，二者共同形成了钝化接触结构，钝化性能通过退火过程进行激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。

该结构可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。

光伏电池TOPCon的能量转换效率大概在25.5%，理论上极限转换率约28.5%。

目前光伏电池TOPCon市场占有率逐年增高，已经有权威机构预测在2030年N型光伏电池市场占有率会达到56%左右。

4、N型HJT电池：降本利器

又称HIT电池（三洋核心专利期间名称），HIT电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发，因HIT已被三洋注册为商标，因此又被称为HJT、HDT、或SHJ（Silicon Heterojunction），当时转换效率可达到14.5%（4mm2的电池），后来在三洋公司的不断改进下，三洋HJT电池的转换效率于2015年已达到25.6%。

2015年三洋的HJT专利保护结束，技术壁垒消除，是我国大力发展和推广HJT技术的大好时机。

HJT电池是由晶硅材料和非晶材料形成，在晶体硅上形成非晶体薄膜，并通过特殊技术让P型和N型半导体构成一种特殊的PN结，本身属于N型电池的一种，是单晶双面电池，具有工艺简单、发电量高、度电成本低的优势，可能会成为继PERC电池之后的行业热点。

以N型单晶硅(C-Si)为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面依次沉积厚度为5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和掺杂的P型非晶硅(P-a-Si:H),和硅衬底形成P-N异质结。

硅片的背面又通过沉积厚度为5-10nm的i-a-Si:H和掺杂的N型非晶硅(n-a-Si:H)形成背表面场，双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TCO)，最后通过丝网印刷在两侧的顶层形成金属基电极，即为异质结电池的典型结构。

HJT因为光电转换效率高，双面率高，设备工艺流程简化，产品光衰减低，稳定性强，降本增效空间大，技术层面，根据所使用硅片的不同，光伏电池片主要分为晶硅电池片（P型）和非晶硅薄膜电池片（N型），其中PERC是当前的主流技术路径，市占率在85%左右，但受制于本身光电转换效率临近天花板，业内正在逐步尝试使用具有更高光电转换效率的HJT电池片来替代。

我国前三大光伏电池片厂商分别为爱旭股份、通威股份和隆基绿能，2021年合计市占率达36.5%。其中，通威股份在HJT电池方面是绝对龙头，国内市占率在20%以上。

HJT电池的实验室效率达到26%以上，现有主流厂商的平均量产效率达到23%。从效率来看的确比PERC电池要高出一个台阶。HJT电池工艺流程简洁，目前市场主流的电池技术PERC需要8-10道工序，而HJT技术只有四道工序，分别为清洗制绒、非晶硅薄膜沉积，TCO薄膜制备和丝网印刷。

其中清洗制绒和丝网印刷都是传统硅晶电池的工艺，HJT独特的工艺在于非晶硅薄膜沉积和TCO膜的沉积。

综上所述，光电转换最高实验室效率的比较：PERC是24%；TOPCon是26%，晶科能源商业化最高效率是25.4%；HJT是隆基绿能M6实验室最新数据达到26.5%，而HJT+钙钛矿叠层电池理论效率可达43%。

光伏的核心指标是效率，最终目标一定时平价上网，即光伏发电的成本要低于火电等传统能源。我们也可以说，光伏的生命就在于更高的效率（光能转换成电能的效率），更低的价格（制造成本的价格，使用的价格）。

来源：幽窗语化蝶

END

TOPCon和异质结电池具备转换效率高、低衰减、长波响应好，高双面率等的优势，是效率优于PERC电池的下一代电池技术，市场占有率快速增长。然而，在其电池制备的核心设备及工艺上国产企业仍有差距，比如需要用到的清洗制绒、LPCVD设备、离子注入机、PVD设备、PECVD设备、氧化扩散设备、丝网印刷等设备，为了促进TOPCon及异质结光伏电池行业进步，欢迎大家加入艾邦TOPCon电池、异质结电池产业链上下游交流群。

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