光伏電池轉(zhuǎn)換效率，是每一輪光伏技術(shù)迭代最關(guān)鍵的標(biāo)尺。在20%轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)之上，每提高一個(gè)百分點(diǎn)，可為下游電站節(jié)約5%以上的成本。對更高轉(zhuǎn)換效率——哪怕只提高0.01個(gè)百分點(diǎn)的苛求，是中國光伏行業(yè)持續(xù)領(lǐng)跑該領(lǐng)域技術(shù)革新的驅(qū)動力，歷來屬“兵家必爭之地”。中國產(chǎn)業(yè)化晶硅電池效率已多次打破世界紀(jì)錄，且仍在追求新突破：僅今年上半年，國內(nèi)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)晶硅電池實(shí)驗(yàn)室效率已七度刷新世界紀(jì)錄。
近兩年來，圍繞電池新技術(shù)的競逐愈加激烈，路線之爭此起彼伏。市場主流的P型單晶PERC電池仍是光伏發(fā)電行業(yè)當(dāng)前最具經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)，但量產(chǎn)效率已逼近其24.5%的理論極限，很難再有大幅提升。業(yè)內(nèi)開始探尋下一代電池技術(shù)，TOPCon、異質(zhì)結(jié)、IBC/TBC，這些熱門選項(xiàng)中誰能脫穎而出取代PERC成為主流？新技術(shù)卡位戰(zhàn)不僅事關(guān)未來行業(yè)格局，更是各廠商差異化競爭的勝負(fù)手。
“今年是光伏電池技術(shù)迭代年，以前發(fā)展的都是用P型硅做的電池，今年是N型電池的元年。”國際半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會（SEMI）中國光伏標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)委員會主席宋登元在近日舉行的2022光伏新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展金壇長蕩湖峰會間隙對澎湃新聞表示，到2030年，以TOPCon和異質(zhì)結(jié)為主的N型電池技術(shù)的市場份額將超過50%，今年在11%左右。PERC電池目前的市場占比仍在80%以上，但會逐漸下降，“這塊份額到底由什么技術(shù)路線來填補(bǔ)，最終還是看實(shí)際的度電成本，這是光伏產(chǎn)業(yè)的內(nèi)在規(guī)律。歸根結(jié)底，一度電多少錢？最終用戶為電買單，而不是買電池技術(shù)。”
宋登元認(rèn)為，材料、設(shè)備、工藝三要素構(gòu)成了新技術(shù)的競爭力。市場占比大小與技術(shù)好壞不能直接畫等號，但不同技術(shù)之間在競速。參考PERC電池的產(chǎn)業(yè)化過程，大多數(shù)企業(yè)投入的技術(shù)路線其成本下降和市占率提高會更快。
未來幾年，PERC電池仍將擁有一席之地。后PERC時(shí)代，TOPCon、異質(zhì)結(jié)，兩種當(dāng)前最受市場和資本熱捧的電池技術(shù)誰主沉?。繐?jù)澎湃新聞觀察，爭議背后，其實(shí)是不同市場主體對過去十年P(guān)ERC電池成功產(chǎn)業(yè)化歷程的不同理解和演繹。
技術(shù)迭代窗口開啟，誰與爭鋒
回顧光伏技術(shù)創(chuàng)新迭代史，歷來不是單純的技術(shù)參數(shù)爭霸賽，任何一項(xiàng)光伏電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化成功，離不開“天時(shí)地利人和”。
現(xiàn)在被視作下一代主流技術(shù)并加速量產(chǎn)的N型電池，并非新鮮事物。1954年，在法國科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)光伏效應(yīng)115年后，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室首次制備出效率為6%的單晶硅太陽能電池。理論上而言，不管是摻硼的P型硅片還是摻磷的N型硅片都可以用來制備太陽能電池。打一開始，N型硅就憑借其少子壽命高、無光致衰減、弱光效應(yīng)好、溫度系數(shù)小等先天優(yōu)點(diǎn)成為空間航天器應(yīng)用的首選，但由于其抗宇宙射線輻照能力較弱，最終被P型硅取代。地面光伏應(yīng)用開始發(fā)展之后，也沿用了以P型硅為主導(dǎo)的技術(shù)路徑。
1982年，“世界太陽能之父”、澳大利亞新南威爾士大學(xué)教授馬丁·格林及其同事首次提出PERC概念（即鈍化發(fā)射極及背局域接觸電池），并于1989年發(fā)表相關(guān)論文，宣布PERC電池的實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到當(dāng)時(shí)的世界紀(jì)錄22.8%。但在隨后的二十年里，PERC電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程一直處于停滯狀態(tài)。
2012年，由中電光伏牽頭承擔(dān)的國家“863”專項(xiàng)啟動，正式吹響了我國PERC電池產(chǎn)業(yè)化的號角。2016年，由國家能源局實(shí)施的“光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃”引領(lǐng)國內(nèi)PERC電池開啟產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn)，同時(shí)推動多晶向單晶技術(shù)路線轉(zhuǎn)變。2018年起，PERC電池的產(chǎn)能和產(chǎn)量出現(xiàn)爆發(fā)式增長，市占比逐漸超過同為P型陣營、轉(zhuǎn)換效率逼近20%極限天花板的鋁背場電池。
就這樣，在海外未能實(shí)現(xiàn)的PERC電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化由一批中國光伏企業(yè)完成了。晶澳科技、隆基綠能等企業(yè)也是在此輪技術(shù)迭代中打破技術(shù)瓶頸，夯實(shí)了行業(yè)地位。
“從2017年到現(xiàn)在，PERC電池效率從20.5%左右上升到現(xiàn)在的23.5%左右，再往上就很難了。”宋登元曾在馬丁·格林教授實(shí)驗(yàn)室研究高效電池超過10年、擔(dān)任英利集團(tuán)CTO 13年，是高效電池技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的親歷者和推動者。
十多年來，每一次光伏技術(shù)革新都可能誕生新的王者，也有曾經(jīng)的巨頭落伍消逝。當(dāng)技術(shù)迭代窗口再次打開，TOPCon、異質(zhì)結(jié)、IBC、鈣鈦礦……無論是光伏新秀還是老牌巨頭，摩拳擦掌者有之，謹(jǐn)慎者亦有之。參照歷史經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)發(fā)展規(guī)律，無論是選擇TOPCon還是異質(zhì)結(jié)，各路市場主體投資N型電池既是順應(yīng)技術(shù)變革趨勢，更是寄希望于在潛在的行業(yè)座次洗牌中占據(jù)更有利的位置，拿下最大的那塊蛋糕。
之所以要復(fù)盤PERC電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化成功歷程，是因?yàn)椴煌夹g(shù)陣營看待這段歷史的角度存在顯著差異。
TOPCon的概念最早由德國Frauhofer太陽能研究所在2013年提出。該技術(shù)具有轉(zhuǎn)換效率高、與現(xiàn)有PERC產(chǎn)線可兼容、電池參數(shù)性能優(yōu)異等優(yōu)勢，成為PERC提效面臨瓶頸、異質(zhì)結(jié)成本下降仍需時(shí)間背景下許多光伏企業(yè)的首選。此前該技術(shù)因成本問題無法大規(guī)模量產(chǎn)，隨著晶科能源等國內(nèi)廠商積極布局，TOPCon電池效率近年來屢創(chuàng)新高，打開了大規(guī)模量產(chǎn)通道。異質(zhì)結(jié)最早由日本三洋公司在1990年開發(fā)成功，并對其進(jìn)行專利保護(hù)。2017年以來，一批國內(nèi)企業(yè)開始啟動或規(guī)劃異質(zhì)結(jié)產(chǎn)線，商業(yè)化節(jié)點(diǎn)加速到來。從實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)來看，兩者的最高理論轉(zhuǎn)換效率均在28%以上。
宋登元對澎湃新聞?wù)f，今年TOPCon電池的出貨量預(yù)計(jì)在25-30GW，在中國電池片總產(chǎn)量中占比10%左右，異質(zhì)結(jié)電池出貨量2個(gè)多GW。由于目前TOPCon技術(shù)沒有解決不了的技術(shù)瓶頸，預(yù)計(jì)隨著產(chǎn)量的增加，各個(gè)生產(chǎn)廠家的技術(shù)投入，像當(dāng)年P(guān)ERC電池發(fā)展那樣，效率提升會加速，成本會快速下降，搶占市場先機(jī)。出于對TOPCon技術(shù)前景的看好，宋登元于今年4月加入一道新能，后者是今年擴(kuò)產(chǎn)速度最迅猛的TOPCon陣營第一梯隊(duì)企業(yè)。
這代表了一種較為主流的觀點(diǎn)：TOPCon的投資成本相較于其他N型電池技術(shù)更具有經(jīng)濟(jì)性，且沒有明顯的技術(shù)卡點(diǎn)，與PERC技術(shù)兼容性強(qiáng)，更易落地。目前異質(zhì)結(jié)的單GW設(shè)備投資是TOPCon的近兩倍，仍須邁過多道環(huán)節(jié)的技術(shù)攻關(guān)期，存有不確定性。
但在異質(zhì)結(jié)支持者的眼里恰恰相反——這是一個(gè)行業(yè)洗牌、彎道超車的好契機(jī)。
該陣營認(rèn)為，正是由于TOPCon可以兼容現(xiàn)有的PERC產(chǎn)線設(shè)備，使得持有大量PERC產(chǎn)線的廠商主動“捍衛(wèi)”TOPCon技術(shù)，“站異質(zhì)結(jié)”等同于存量資產(chǎn)減值、“革自己的命”。對于新入局和跨界者而言，押注異質(zhì)結(jié)，意味著可以在又一輪光伏技術(shù)迭代中占據(jù)領(lǐng)先身位。隨著投資成本下降，異質(zhì)結(jié)的綜合競爭優(yōu)勢將進(jìn)一步顯現(xiàn)。
對于資本來說，從PERC過渡更平滑的TOPCon不足以撼動當(dāng)前的產(chǎn)業(yè)格局，更加顛覆性的異質(zhì)結(jié)技術(shù)具備更大的想象空間和資本增值空間。
據(jù)澎湃新聞觀察，目前頭部企業(yè)在技術(shù)選型上孤注一擲的并不多，“兩手準(zhǔn)備”成為更常見的選擇。
近年來加大異質(zhì)結(jié)技術(shù)研發(fā)力度的組件廠商東方日升異質(zhì)結(jié)事業(yè)部總經(jīng)理?xiàng)畈ń榻B說，異質(zhì)結(jié)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化面臨銀漿成本高、硅片變薄效果不及預(yù)期、無法兼容無主柵與薄片、靶材降本效果未達(dá)到預(yù)期等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，但解決路徑也是清晰的，產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)形成，“與三年前相比，我們的異質(zhì)結(jié)電池成本已經(jīng)下降了50%。”
同樣是技術(shù)和降本的不確定性，在一些人眼里是貽誤產(chǎn)業(yè)化時(shí)機(jī)的阻礙，在另一些人眼里，卻是莫大的吸引力。“有爭議很正常，大家看問題的角度不一樣。再有，就是一些資本的助推。”一位頭部光伏企業(yè)高管對澎湃新聞?wù)f。
盡管企業(yè)技術(shù)選型存在不同，但技術(shù)路線之爭不該是行業(yè)的“內(nèi)卷”“內(nèi)斗”，“我們的競爭對手不是光伏同行，而是化石能源。”宋登元提醒，度電成本始終是不同技術(shù)競爭的核心。國家光伏裝備工程技術(shù)研究中心技術(shù)委員會主任，阿特斯陽光電力董事、高級副總裁張光春也強(qiáng)調(diào)，“在光伏發(fā)電行業(yè)不論做什么樣的技術(shù)、生產(chǎn)什么樣的產(chǎn)品，萬變不離其宗，就是最后的度電成本，發(fā)一度電到底花了多少錢。如果這一點(diǎn)上沒有競爭力，任何技術(shù)和產(chǎn)品都很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，可能小眾產(chǎn)品在某一細(xì)分領(lǐng)域能用，但是大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化是做不到的。”
“TOPCon贏在當(dāng)下，而異質(zhì)結(jié)贏在未來。”業(yè)內(nèi)的這句流行語，一定程度上高度概括了兩種技術(shù)的長短板。“有的人想做明天的技術(shù)，有的人想做后天的技術(shù)，沒有對錯(cuò)之分，都會產(chǎn)業(yè)化。”長三角太陽能光伏技術(shù)創(chuàng)新中心主任、中山大學(xué)教授沈輝接受澎湃新聞采訪時(shí)稱。
從晶硅到薄膜
光伏技術(shù)的未來遠(yuǎn)不止“硅”。
“光伏能源正處于黃金發(fā)展期，技術(shù)成熟、水平提高、各國需求增強(qiáng)，整體形勢對光伏發(fā)展形成非常有利的條件。”中國科學(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)光電研究院院長褚君浩在上述長蕩湖峰會發(fā)言中判斷，目前占據(jù)行業(yè)主流的晶硅電池發(fā)電成本逐年下降，以度電成本計(jì)算光伏有望成為最廉價(jià)的可再生能源。展望技術(shù)前沿，鈣鈦礦電池和砷化鎵多結(jié)薄膜電池的轉(zhuǎn)換效率較當(dāng)前量產(chǎn)技術(shù)更高，鈣鈦礦-晶硅疊層電池、砷化鎵多結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率超過30%，是值得關(guān)注的技術(shù)方向。
隨著新型電池產(chǎn)業(yè)化趨勢逐漸清晰，今年以來從中央到地方密集出臺的光伏產(chǎn)業(yè)政策中，高效電池技術(shù)頻獲支持。澎湃新聞梳理發(fā)現(xiàn)，高效晶體硅電池（包括TOPCon、異質(zhì)結(jié)、IBC等）和高效鈣鈦礦電池等技術(shù)被列入九部門印發(fā)的《科技支撐碳達(dá)峰碳中和實(shí)施方案（2022—2030年）》、《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》重點(diǎn)任務(wù)榜單等多份文件，新型電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化也受到多地政策力挺。
會上發(fā)布的《2022中國光伏技術(shù)創(chuàng)新白皮書》（下稱《白皮書》）預(yù)測，晶體硅電池將在一段時(shí)間內(nèi)保持主導(dǎo)地位，并以PERC技術(shù)為主。采用TOPCon或SHJ（即硅異質(zhì)結(jié)）技術(shù)的N型晶體硅電池在綜合考慮效率、成本、規(guī)模等方面具備較好市場競爭力后，有望成為下一個(gè)主流光伏電池技術(shù)，鈣鈦礦電池等基于新材料體系的高效光伏電池以及疊層電池作為研究熱點(diǎn)，待產(chǎn)業(yè)化技術(shù)逐步成熟后，有望帶來下一個(gè)光伏電池轉(zhuǎn)換效率的階躍式提升。
《白皮書》提出，盡管硅光伏對于消費(fèi)者來說價(jià)格經(jīng)濟(jì)、效率高，但其應(yīng)用范圍越來越受到重量、尺寸、剛度以及復(fù)雜制造工藝的限制?？梢钥朔韫夥鲜鼍窒薜谋∧す夥?，在未來10年的市場空間有望以10%的復(fù)合年增長率擴(kuò)容。主流的薄膜電池技術(shù)路線包括碲化鎘、硒化銅銦鎵和砷化鎵；新型薄膜電池既包括鈣鈦礦太陽電池，也包括量子點(diǎn)太陽電池和染料敏化太陽電池。鈣鈦礦電池可分別和晶體硅電池或薄膜電池進(jìn)行疊層。
據(jù)澎湃新聞了解，目前薄膜光伏市場以碲化鎘為主，其次是硒化銅銦鎵。后者一直飽受商業(yè)失敗的困擾，近年來大有被爆紅的鈣鈦礦技術(shù)超越之勢。
澎湃新聞注意到，截至9月底，光伏發(fā)電裝機(jī)容量已超過風(fēng)電，成為我國僅次于火電、水電的第三大電源。
新能源大基地和分布式光伏的雙線推進(jìn)將持續(xù)支撐國內(nèi)光伏裝機(jī)的大幅增長。國家能源局在11月14日舉行的四季度網(wǎng)上新聞發(fā)布會上強(qiáng)調(diào)，“十四五”期間，將持續(xù)大力推動大型風(fēng)電光伏基地建設(shè)。第一批大型風(fēng)電光伏基地已全部開工，第二批項(xiàng)目正在陸續(xù)開工，目前正在抓緊推進(jìn)第三批項(xiàng)目審查。
中國光伏行業(yè)協(xié)會名譽(yù)理事長王勃華在峰會上介紹，今年前三季度，我國光伏產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)較好發(fā)展態(tài)勢。在市場方面，前三季度光伏產(chǎn)業(yè)增長率超過100%，光伏產(chǎn)品（硅片、電池片和組件）出口超過400億美元，同比增長近100%，出口額首次突破400億大關(guān)。在應(yīng)用端，前三季度國內(nèi)光伏新增裝機(jī)量同比增長超過105%。分布式光伏市場尤其值得關(guān)注，新增裝機(jī)增速高達(dá)115.3%。
王勃華說，根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)（IRENA）和國際能源署（IEA）測算，在2050年凈零排放和升溫1.5攝氏度情景下，全球光伏市場發(fā)展空間十分可觀。今年上半年，印度光伏新增裝機(jī)同比大漲71%，德國呈現(xiàn)兩位數(shù)增長，土耳其、巴西、英國等國增幅較大。在國內(nèi)，結(jié)合各地出臺的“十四五”風(fēng)電光伏裝機(jī)規(guī)劃統(tǒng)計(jì)，其中26個(gè)省市自治區(qū)規(guī)劃光伏新增裝機(jī)規(guī)模超過406.55GW。
原標(biāo)題：下一代光伏電池主流技術(shù)卡位戰(zhàn)：喧囂技術(shù)路線之爭背后是什么
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