TOPCon光伏电池市场占比将从2023年的23%,快速提升至2024年的60%。光伏技术路线之争“初见分晓”。
“n型TOPCon电池已成为当下主流,预计今年在我国的市场占比有望超过60%、乃至到70%,未来若干年的市场占比也将继续超过50%。”上海交通大学太阳能研究所所长沈文忠教授在“2024 TOPCon太阳能电池技术发展趋势研讨会”上指出。数据显示,今年7月,光伏组件招标量中,n型组件占比85.3%,渗透率达92%,成为主流,而p型组件逐步被边缘化。业内一致认为,至少未来5年内,TOPCon将保持行业主流产品地位;而五年后,TOPCon与钙钛矿叠层的生命力仍将强劲,电池效率有望突破30%。
“TOPCon为未来五年主流技术” 提升电池转换效率和降低度电成本是光伏产业永恒的主题。随着p型电池转化效率逐渐接近天花板,光伏行业正式步入n型时代。目前主流n型电池有TOPCon、异质结(HJT)、BC技术等。这其中,TOPCon电池技术的发展格外迅猛。“TOPCon为未来五年主流技术”,已成为行业共识。
根据中国光伏行业协会编制的《中国光伏产业发展路线图》,n型TOPCon电池的市场占比将从2023年的23%,快速提升至2024年的60%。到2030年,仍将接近50%。集邦咨询预计,到2024年年底,n型电池产能约1078 GW,占比约76%,其中TOPCon电池产能约941 GW,占比约66.3%。
据介绍,TOPCon电池技术在2013年由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)提出,该设计在太阳能电池背面制备一层超薄氧化硅,随后再沉积一层掺杂硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构。长三角太阳能光伏技术创新中心主任沈辉指出,目前,我国光伏企业已实现TOPCon技术产业化,并逐个突破设备配套、材料、工艺、稳定性、可靠性等关键难关。
TOPCon技术何以成为头部企业?天合光能副总裁陈奕峰表示,从技术本身来看,TOPCon电池比PERC电池在效率上高出1.5%以上,功率多出30W,直接降低了BOS成本(除光伏组件以外的系统成本)。同时,TOPCon技术的供应链体系已经相当完备和成熟,装备投资成本相对较低。此外,该技术还包括双面率高、低温度系数高、低衰减价值等优势。
晶澳科技技术官欧阳子认为,TOPCon技术成为市场主流,得益于两方面优势。一方面,光伏量产技术的开发是“工艺+设备+材料”三位一体的结合,从PERC技术到TOPCon技术,制造工艺和设备总体改动不超过30%,却可以大幅提升转换效率,性价比极高。另一方面,TOPCon技术路线本身足够。“从理论上讲,电池设计需要考虑光吸收、钝化、多子传输等多因素之间的平衡,就目前来说,接触钝化加poly(在光伏电池背面加保护层)的体系是的量产方案。”欧阳子解释说。
开路电压是标志光伏技术发展的关键指标,意味着其效率提升的潜力。通威股份光伏技术官邢国强补充,TOPCon电池在开路电压上展现出优异的特性,从研发初期的710mV逐步提升至现在量产的740mV,这是电池钝化结构技术领域的飞跃。
多种技术路线“融合创新” 从相关企业发布的产能规划来看,TOPCon电池也是扩产的重点技术。今年7月,工业和信息化部发布《光伏制造行业规范条件(2024年本)》(征求意见稿),强调现有光伏制造企业及项目产品应满足N型单晶硅电池(双面电池按正面效率计算)的平均光电转换效率不低于25%;N型单晶硅组件(双面组件按正面效率计算)的平均光电转换效率不低于22.3%。新建和改扩建企业及项目产品应满足N型单晶硅电池(双面电池按正面效率计算)的平均光电转换效率分别不低于26%;N型单晶硅组件(双面组件按正面效率计算)的平均光电转换效率不低于23.1%。
“目前TOPCon技术仍在不断完善和更新之中,实验室效率已接近27%,预计两年内TOPCon电池将实现27%以上的量产效率,终有望达到接近28%的理论高效量产水平。”晶科能源技术官金浩指出。值得一提的是,TOPCon电池理论极限效率达28.7%,略高于异质结电池的28.5%,是接近晶体硅太阳电池理论极限效率——29.43%的技术。
而对于业内将TOPCon技术视为过渡性技术的观点,欧阳子则认为,TOPCon技术的生命力或远超五年。他表示,新装备、新材料的导入,电池结构和工艺的优化,都可以使电池效率得到持续提升。比如,在电池到组件承上启下的关键步骤——金属化步骤方面,TOPCon作为高温体系,可选择的路径更多,创新提效的潜力更强,未来该技术或将以每年0.3%的效率提升。此外,相较于BC技术,TOPCon更适合作为叠层电池的底电池。在更远的未来,“TOPCon+钙钛矿”叠层电池有可能引领行业进入量产“30%+效率”时代。
一道新能技术官宋登元则强调,尽管TOPCon背面技术已实现全面接触钝化,但非晶硅厚度仍是挑战,减薄至50nm以下有望提升电流效率。同时,探索新材料体系也是关键,寻找更优的载流子钝化材料,配合不同的功函数,可能超越传统二氧化硅/多晶硅的性能,从而低成本实现效率突破至28%左右。
TOPCon技术短期内占据主流已成为大势所趋,但业内一致认为,光伏技术正处于创新迭代活跃期,各类电池技术各有其独特的优势,要倡导开放包容的研发态度,充分利用各种电池技术的优势,融合创新。
陈奕峰表示,异质结技术的温度系数和双面率有独特优势,但在大规模量产效率及装备成本方面仍需努力;IBC技术正面功率高、BOS成本低,在单面应用场景有其价值。
业内普遍认为,异质结太阳能电池凭借高转换效率、低衰减率、较高的双面率等优势,具有较好的市场前景;不过,异质结电池若要实现大规模量产,还面临成本、设备稳定性等方面的挑战,目前,异质结装备投资成本仍是TOPCon的3倍以上。
BC电池正面没有栅线,更加美观,在分布式光伏上的优势更为突出,但由于其电极均分布于电池背面,很难在大量的双面应用场景上成为主流,同钙钛矿叠层时,技术难度也较大。
集邦咨询判断,在电池片价格下行的背景下,异质结电池渗透率受到抑制,2024年产出约22 GW,占比约3.1%;BC类电池产出约24 GW,占比约3.3%,解决成本问题仍为核心挑战。