用技术创新助力隆基晶科等光伏企业创造电池转换效率世界纪录

　　2023年，TOPCon力压PERC、HJT，迎来发展大年。

　　这一年，TOPCon电池最高效率26.89%，头部光伏公司TOPCon电池量产平均效率达到25.5%以上，组件最高效率24.76%。

　　在转换效率的加持下，行业主流厂商针对TOPCon纷纷展开布局，TOPCon正迎来质量和规模的双提升。

　　从效率到产能规模，这些数据，放在二十年前，都是很难想象的事情。

　　“一穷二白”起家

　　中国光伏产业是从“一穷二白”起家。

　　最早从事光伏事业的“元老级”公司们都经历过 “三头在外”的困局，不论是原材料、市场，还是核心技术，都严重依赖国外。

　　“当时什么都要仰仗国外，一切都是舶来品，受制于人，国内光伏公司没有自主权，哪里有现在各产业链环节80%以上的占比。”一家头部光伏公司负责人感慨道。

　　在上周举行的2023中国光伏行业年度大会上，中国光伏行业协会报告公布了今年国内光伏制造最新数据，中国在光伏主要生产环节产能的全球占比均超过80%，生产了全球90%以上的多晶硅和约98%的太阳能硅片、85%以上的太阳电池、80%以上的光伏组件。

　　应用方面，中国亦成为了全球最大的光伏市场。根据12月20日能源局最新数据，2023年1-11月光伏发电新增装机已达163.8GW，同比增长116.95%，今年全年新增装机已提前再创新高。

　　这些数字代表了中国光伏产业目前在全球的行业地位。光伏发电二十年降本增效历程中，中国光伏公司成为主要推动者，抒写了浓墨重彩的一笔。

　　跨越二十年的光伏电池技术变迁

　　纵观整个光伏产业的发展轨迹，技术创新贯穿始终。从晶硅到薄膜、从多晶到单晶、从P型到N型，光伏产业在不同时期都曾掀起过“路线迭代”。

　　而在光伏技术的更迭中，电池转换效率的提升起到了全局性的关键作用，成为光伏行业转型升级的“主赛道”。

　　从太阳电池技术的发展轴看，行业经历了三代主流技术：多晶BSF铝背场电池、PERC电池、以TOPCon为主的n型电池。

　　2016年之前，市场上的电池产品以多晶BSF铝背场电池为主，虽然有过一段时间的晶硅薄膜之争，但晶硅始终处于上峰，多晶电池的市占率一度超过90%，因此也被视为第一代光伏电池技术。

　　这一时期的主要光伏公司包括天合光能、尚德电力、阿特斯、晶澳太阳能、英利、赛维LDK、晶科能源、中电光伏、昱辉能源、保利协鑫等公司，他们也是最早一波登陆资本市场的中国光伏企业。

　　此后，随着全球市场增长，光伏发电迎来更广阔的发展空间，以隆基绿能、东方日升、通威股份、爱旭股份等为代表的更多主流企业迅速崛起，在快速发展的同时，有远见的领先光伏公司开始潜心研究先进电池技术。

　　一代工艺一代设备，在早期的光伏技术发展阶段，国际设备公司占据行业主流地位，电池核心技术都掌握在外资手中。

　　出于对知识产权及探索前沿技术的考量，中国光伏企业不断提升研发实力，自主开发新技术，同时开始与本土设备厂商一起进行工艺优化与研究。

　　由于根基尚浅，彼时的国内光伏设备公司还处于仿制阶段，然而，他们先天的优势是无限贴近客户，通过与电池企业展开紧密合作，在一次次配合中，国内设备企业越来越接近电池技术的本质，对高效电池技术也有了更深刻的领悟，这些都为后来的光伏设备国产化夯实了基础。

　　经过不断研发，2016年之后，市场上的电池技术有了分歧，这一时期的主要晶硅太阳电池包括多晶电池、单晶电池(n-PERT、PERC等)，两种电池技术展开了激烈的竞逐。

　　最终，凭借高效率低成本优势，在隆基等公司的全力推动下，双面PERC在竞争中胜出并于2018年成为行业主流，行业进入到第二代光伏电池技术–PERC时代。

　　2020年-2021年，PERC进入发展鼎盛时期，新建的产线基本全部为PERC产线，成为当时光伏市场之王。作为第二代光伏技术，根据 CPIA 统计，2021 年 PERC电池市占率达到91%。

　　值得一提的是，伴随这一轮光伏电池技术迭代，我国光伏生产设备同享红利，基本实现了从仿制到国产化的转型。尤其是领先国产设备公司通过工艺与装备的创新融合，提高设备产能、自动化程度及转换效率，同时适应大硅片生产，具备了成套工艺设备的供应能力。2021年，我国光伏设备产业规模超过了400亿元“大关”。

　　2022年，天合光能光伏科学与技术国家重点实验室宣布，210高效PERC电池最高电池效率达到24.5%，创造了大面积210产业化p型单晶硅PERC电池效率新的世界纪录。

　　然而技术进步远未停止。虽然在龙头公司的极限挑战下，PERC退出市场的时间获得延缓，但接替他的下一代技术已汹涌而来。

　　所谓成也效率，败也效率。

　　型时代，创新打开新应用空间

　　技术变革的生命周期通常始于一小群创新者，他们为后来者铺平了道路。

　　2018-2019年，在PERC大行其道的时候，n型产品开始发生微妙变化，晶科能源、隆基绿能、天合光能、中来股份、林洋、Hevel、REC Group等公司建设了新试验线，TOPCon技术国内研发紧锣密鼓地展开。

　　TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact)，全称隧穿氧化层钝化接触电池，由德国Fraunhofer太阳能研究所于2013年首次提出。TOPCon在工艺上非常直观，采用n型硅作为基底材料，在原有的PERC电池背板区域加入了一层氧化物隧道，以提高光电转换效率，其理论转换效率极限为28.7%。

　　与传统的p型单晶电池相比，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，这引起了上述光伏公司的注意与研究。

　　然而，由于长期处于实验室研究阶段，当企业想把TOPCon电池从实验室转入量产时，这其中需要克服的难点颇多，从成本到工艺，都需要下功夫。

　　从制备流程看，TOPCon相比PERC，核心是增加了硼扩散设备、隧穿层+p-Poly层(隧穿氧化及掺杂多晶硅层 )的制备，其余设备整体上延续了PERC产线的基本配置。

　　针对TOPCon技术难点，光伏产业链上下游的设备、材料、电池片公司等开始进行研发创新和技术攻关。特别是新的技术需要设备创新推动，这一时期新型工艺技术与设备研制开发相结合成为趋势，高端装备制造商拉普拉斯为代表的新的设备以黑马姿态崛起。

　　作为TOPCon技术设备的领先者，拉普拉斯研制的低压水平化学气相沉积镀膜设备应用于n-TOPCon电池的隧穿氧化层与非晶硅生长工艺，通过与国内光伏组件龙头企业不断的产线调试配合，这一设备成为了TOPCon电池的核心工艺设备。

　　2021年-2022年，拉普拉斯核心工艺设备协助晶科能源先后4次创造N型TOPCon电池转换效率世界纪录，协助隆基绿能先后分别2次创造N型TOPCon和2次创造P型TOPCon电池转换效率世界纪录。还值得一提的是，硼扩散设备、隧穿层+p-Poly层的制备，同时还解决了N型IBC和P型IBC规模化量产的难题。

　　随着晶科能源、钧达股份(捷泰科技)、正泰新能、中来股份等为代表的企业大举推动，TOPCon的产业化进程也越来越快，市场对这项技术持续看好，投入也越来越盛。

　　在新一轮电池技术转型中，国产光伏设备继续蓬勃发展。据悉，在拉普拉斯提供核心工艺设备的产线中，已满产或投产累计产能超过100GW，覆盖了TOPCon、ABC、HPBC多种新型高效光伏电池片技术路线。

　　2022年，我国光伏设备产业规模超过650亿元，同比增长62.5%。产业规划增长的同时，设备制造也在向高产能与高效自动化方向发展，并引领行业由光伏“制造”向光伏“智造”的转变。

　　而与从前形成鲜明对比的是，目前市场上已很难找到非国产化光伏制造设备，当年雄踞一方的国际设备公司淹没在技术迭代的历史长河里。中国光伏制造设备实现了从“进口”、“仿制”到“创新”的跨越。

　　图2，近年中国光伏设备产业规模统计，数据来源：CPIA2023年，TOPCon以多数电池龙头入场展开大规模扩产，最终奠定了“江湖”地位，迎来发展大年，出现了文首的一连串成绩。

　　对比第一代、第二代光伏电池技术，第三代n型电池技术的渗透速度可以说是非常的快了。不断的技术迭代背后，是光伏发电成本的持续下降，大大提升了光伏能源的经济性和竞争力。毫无疑问，第三代电池技术也将为光伏应用打开更广阔的市场空间。

　　历经跌宕起伏，赛道依旧乐观向好

　　中国光伏产业激荡二十年，行业几经沉浮，在起起伏伏的波段周期中，充斥的是高亢的情绪，看到的是遍地的黄金机遇，诞生了130多家上市公司，他们用汗水、青春、热血浇筑，见证了中国光伏产业从弱小到强大。

　　如今行业又来到一个新的调整周期，价格下跌、产能过剩、资本迟疑，一时悲观情绪蔓延。

　　“用市场的规律去看，阶段性的产能过剩非常正常，而且与一个未来还具有足够成长空间的新兴行业相比，今天的过剩仅仅是发展过程的一个小波浪。”通威董事局主席刘汉元近日在接受媒体采访时表示。

　　刘汉元说，在未来不足30年的时间内实现人类的能源转型与碳中和目标，光伏行业的需求规模可能是今天的10倍以上。

　　随着光伏产业度电成本显著下降，目前光伏发电已成为全球最经济的电力能源，未来也有望成为全球新增电力装机主力。根据IEA预测，2020-2030 年间光伏装机量将以21%的CAGR增长至接近5TW，光伏占全球电力装机比重将提升至30%以上。

　　能源转型已成为全球共识，世界各国相继出台顶层政策，指引光伏装机目标，光伏赛道兼具确定性及成长性，对此，我们仍然坚定看好这一产业。

　　不妨拉长时间轴，正如我们回看过往的沉浮一样，数年之后再回看，今天的波动也只是行业发展过程中的一个小插曲。

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　　原文转自：河北网络广播电视台