2023年，TOPCon力壓PERC、HJT，迎來發(fā)展大年。
這一年，TOPCon電池最高效率26.89%，頭部光伏公司TOPCon電池量產(chǎn)平均效率達(dá)到25.5%以上，組件最高效率24.76%。
在轉(zhuǎn)換效率的加持下，行業(yè)主流廠商針對TOPCon紛紛展開布局，TOPCon正迎來質(zhì)量和規(guī)模的雙提升。
從效率到產(chǎn)能規(guī)模，這些數(shù)據(jù)，放在二十年前，都是很難想象的事情。
“一窮二白”起家
中國光伏產(chǎn)業(yè)是從“一窮二白”起家。
最早從事光伏事業(yè)的“元老級”公司們都經(jīng)歷過“三頭在外”的困局，不論是原材料、市場，還是核心技術(shù)，都嚴(yán)重依賴國外。
“當(dāng)時什么都要仰仗國外，一切都是舶來品，受制于人，國內(nèi)光伏公司沒有自主權(quán)，哪里有現(xiàn)在各產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)80%以上的占比。”一家頭部光伏公司負(fù)責(zé)人感慨道。
在上周舉行的2023中國光伏行業(yè)年度大會上，中國光伏行業(yè)協(xié)會公布了今年國內(nèi)光伏制造最新數(shù)據(jù)，中國在光伏主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)能的全球占比均超過80%，生產(chǎn)了全球90%以上的多晶硅和約98%的太陽能硅片、85%以上的太陽電池、80%以上的光伏組件。
應(yīng)用方面，中國亦成為了全球最大的光伏市場。根據(jù)12月20日能源局最新數(shù)據(jù)，2023年1-11月光伏發(fā)電新增裝機已達(dá)163.8GW，同比增長116.95%，今年全年新增裝機已提前再創(chuàng)新高。
這些數(shù)字代表了中國光伏產(chǎn)業(yè)目前在全球的行業(yè)地位。光伏發(fā)電二十年降本增效歷程中，中國光伏公司成為主要推動者，抒寫了濃墨重彩的一筆。
跨越二十年的光伏電池技術(shù)變遷
縱觀整個光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡，技術(shù)創(chuàng)新貫穿始終。從晶硅到薄膜、從多晶到單晶、從p到n型，光伏產(chǎn)業(yè)在不同時期都曾掀起過“路線迭代”。
而在光伏技術(shù)的更迭中，電池轉(zhuǎn)換效率的提升起到了全局性的關(guān)鍵作用，成為光伏行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的“主賽道”。
從太陽電池技術(shù)的發(fā)展軸看，行業(yè)經(jīng)歷了三代主流技術(shù)：多晶BSF鋁背場電池、PERC電池、以TOPCon為主的n型電池。
2016年之前，市場上的電池產(chǎn)品以多晶BSF鋁背場電池為主，雖然有過一段時間的晶硅薄膜之爭，但晶硅始終處于上峰，多晶電池的市占率一度超過90%，因此也被視為第一代光伏電池技術(shù)。
這一時期的主要光伏公司包括天合光能、尚德電力、阿特斯、晶澳太陽能、英利、賽維LDK、晶科能源、中電光伏、昱輝能源、保利協(xié)鑫等公司，他們也是最早一波登陸資本市場的中國光伏企業(yè)。
此后，隨著全球市場增長，光伏發(fā)電迎來更廣闊的發(fā)展空間，以隆基綠能、東方日升、通威股份、愛旭股份等為代表的更多主流企業(yè)迅速崛起，在快速發(fā)展的同時，有遠(yuǎn)見的領(lǐng)先光伏公司開始潛心研究先進(jìn)電池技術(shù)。
一代工藝一代設(shè)備，在早期的光伏技術(shù)發(fā)展階段，國際設(shè)備公司占據(jù)行業(yè)主流地位，電池核心技術(shù)都掌握在外資手中。
出于對知識產(chǎn)權(quán)及探索前沿技術(shù)的考量，中國光伏企業(yè)不斷提升研發(fā)實力，自主開發(fā)新技術(shù)，同時開始與本土設(shè)備廠商一起進(jìn)行工藝優(yōu)化與研究。
由于根基尚淺，彼時的國內(nèi)光伏設(shè)備公司還處于仿制階段，然而，他們先天的優(yōu)勢是無限貼近客戶，通過與電池企業(yè)展開緊密合作，在一次次配合中，國內(nèi)設(shè)備企業(yè)越來越接近電池技術(shù)的本質(zhì)，對高效電池技術(shù)也有了更深刻的領(lǐng)悟，這些都為后來的光伏設(shè)備國產(chǎn)化夯實了基礎(chǔ)。
經(jīng)過不斷研發(fā)，2016年之后，市場上的電池技術(shù)有了分歧，這一時期的主要晶硅太陽電池包括多晶電池、單晶電池(n-PERT、PERC等)，兩種電池技術(shù)展開了激烈的競逐。
最終，憑借高效率低成本優(yōu)勢，在隆基等公司的全力推動下，雙面PERC在競爭中勝出并于2018年成為行業(yè)主流，行業(yè)進(jìn)入到第二代光伏電池技術(shù)--PERC時代。
2020年-2021年，PERC進(jìn)入發(fā)展鼎盛時期，新建的產(chǎn)線基本全部為PERC產(chǎn)線，成為當(dāng)時"光伏市場之王"。作為第二代光伏技術(shù)，根據(jù)CPIA統(tǒng)計，2021年P(guān)ERC電池市占率達(dá)到91%。
值得一提的是，伴隨這一輪光伏電池技術(shù)迭代，我國光伏生產(chǎn)設(shè)備同享紅利，基本實現(xiàn)了從仿制到國產(chǎn)化的轉(zhuǎn)型。尤其是領(lǐng)先國產(chǎn)設(shè)備公司通過工藝與裝備的創(chuàng)新融合，提高設(shè)備產(chǎn)能、自動化程度及轉(zhuǎn)換效率，同時適應(yīng)大硅片生產(chǎn)，具備了成套工藝設(shè)備的供應(yīng)能力。2021年，我國光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過了400億元“大關(guān)”。
2022年，天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室宣布，210高效PERC電池最高電池效率達(dá)到24.5%，創(chuàng)造了大面積210產(chǎn)業(yè)化p型單晶硅PERC電池效率新的世界紀(jì)錄。
然而技術(shù)進(jìn)步遠(yuǎn)未停止。雖在龍頭公司的極限挑戰(zhàn)下，PERC退出市場的時間獲得延緩，但接替他的下一代技術(shù)已洶涌而來。
所謂成也效率，敗也效率。
n型時代，創(chuàng)新打開新應(yīng)用空間
技術(shù)變革的生命周期通常始于一小群創(chuàng)新者，他們?yōu)楹髞碚咪伷搅说缆贰?br />
2018-2019年，在PERC大行其道的時候，n型產(chǎn)品開始發(fā)生微妙變化，晶科能源、隆基綠能、天合光能、中來股份、林洋、Hevel、REC Group等公司建設(shè)了新試驗線，TOPCon技術(shù)國內(nèi)研發(fā)緊鑼密鼓地展開。
TOPCon(Tunnel Oxide Passivated Contact) ，全稱隧穿氧化層鈍化接觸電池，由德國Fraunhofer太陽能研究所于2013年首次提出。TOPCon在工藝上非常直觀，采用n型硅作為基底材料，在原有的PERC電池背板區(qū)域加入了一層氧化物隧道，以提高光電轉(zhuǎn)換效率，其理論轉(zhuǎn)換效率極限為28.7%。
與傳統(tǒng)的p型單晶電池相比，n型電池具有轉(zhuǎn)換效率高、雙面率高、溫度系數(shù)低、無光衰、弱光效應(yīng)好、載流子壽命更長等優(yōu)點，這引起了上述光伏公司的注意與研究。
然而，由于長期處于實驗室研究階段，當(dāng)企業(yè)想把TOPCon電池從實驗室轉(zhuǎn)入量產(chǎn)時，這其中需要克服的難點頗多，從成本到工藝，都需要下功夫。
從制備流程看，TOPCon相比PERC，核心是增加了硼擴散設(shè)備、隧穿層+p-Poly層(隧穿氧化及摻雜多晶硅層)的制備，其余設(shè)備延續(xù)了PERC產(chǎn)線的基本配置。
針對TOPCon技術(shù)難點，光伏產(chǎn)業(yè)鏈上下游的設(shè)備、材料、電池片公司等開始進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)創(chuàng)新。新的技術(shù)需要設(shè)備創(chuàng)新，這一時期新型工藝技術(shù)與設(shè)備研制開發(fā)相結(jié)合成為趨勢，高端裝備制造商拉普拉斯以“黑馬”姿態(tài)崛起。
作為TOPCon技術(shù)設(shè)備的領(lǐng)先者，拉普拉斯研制的低壓水平化學(xué)氣相沉積鍍膜設(shè)備應(yīng)用于n-TOPCon電池的隧穿氧化層與非晶硅生長工藝，通過與國內(nèi)光伏組件龍頭企業(yè)不斷的產(chǎn)線調(diào)試配合，這一設(shè)備成為了TOPCon電池的核心工藝設(shè)備。
2021年-2022年，拉普拉斯核心工藝設(shè)備協(xié)助晶科能源先后4次創(chuàng)造N型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄，協(xié)助隆基綠能先后分別2次創(chuàng)造N型TOPCon和2次創(chuàng)造P型TOPCon電池轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄。還值得一提的是，硼擴散設(shè)備、隧穿層+p-Poly層的制備，同時還解決了N型IBC和P型IBC規(guī)?；慨a(chǎn)的難題。
隨著晶科能源、鈞達(dá)股份(捷泰科技)、正泰新能、中來股份等為代表的企業(yè)大舉推動，TOPCon的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也越來越快，市場對這項技術(shù)持續(xù)看好，投入也越來越盛。
在新一輪電池技術(shù)轉(zhuǎn)型中，國產(chǎn)光伏設(shè)備繼續(xù)蓬勃發(fā)展。據(jù)悉，在拉普拉斯提供核心工藝設(shè)備的產(chǎn)線中，已滿產(chǎn)或投產(chǎn)累計產(chǎn)能超過100GW，覆蓋了TOPCon、ABC、HPBC多種新型高效光伏電池片技術(shù)路線。
2022年，我國光伏設(shè)備產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過650億元，同比增長62.5%。產(chǎn)業(yè)規(guī)劃增長的同時，設(shè)備制造也在向高產(chǎn)能與高效自動化方向發(fā)展，并引領(lǐng)行業(yè)由光伏“制造”向光伏“智造”的轉(zhuǎn)變。
而與從前形成鮮明對比的是，目前市場上已很難找到非國產(chǎn)化光伏制造設(shè)備，當(dāng)年雄踞一方的國際設(shè)備公司淹沒在技術(shù)迭代的歷史長河里。中國光伏制造設(shè)備實現(xiàn)了從“進(jìn)口”、“仿制”到“創(chuàng)新”的跨越。
據(jù)ITRPV 2023光伏技術(shù)路線圖預(yù)測，至2033年，n型技術(shù)的市場份額將增至70%。然而，這是一個非常保守的預(yù)測。在Infolink Consulting看來，TOPCon預(yù)計將最早于明年就達(dá)到70%的市場份額。
對比第一代、第二代光伏電池技術(shù)，第三代n型電池技術(shù)的滲透速度可以說是非常的快了。不斷的技術(shù)迭代背后，是光伏發(fā)電成本的持續(xù)下降，大大提升了光伏能源的經(jīng)濟性和競爭力。毫無疑問，第三代電池技術(shù)也將為光伏應(yīng)用打開更廣闊的市場空間。
歷經(jīng)跌宕起伏，賽道依舊樂觀向好
中國光伏產(chǎn)業(yè)激蕩二十年，行業(yè)幾經(jīng)沉浮，在起起伏伏的波段周期中，充斥的是高亢的情緒，看到的是遍地的黃金機遇，誕生了130多家上市公司，他們用汗水、青春、熱血澆筑，見證了中國光伏產(chǎn)業(yè)從弱小到強大。
如今行業(yè)又來到一個新的調(diào)整周期，價格下跌、產(chǎn)能過剩、資本遲疑，一時悲觀情緒蔓延。
“用市場的規(guī)律去看，階段性的產(chǎn)能過剩非常正常，而且與一個未來還具有足夠成長空間的新興行業(yè)相比，今天的過剩僅僅是發(fā)展過程的一個小波浪。”通威董事局主席劉漢元近日在接受媒體采訪時表示。
劉漢元說，在未來不足30年的時間內(nèi)實現(xiàn)人類的能源轉(zhuǎn)型與碳中和目標(biāo)，光伏行業(yè)的需求規(guī)模可能是今天的10倍以上。
隨著光伏產(chǎn)業(yè)度電成本顯著下降，目前光伏發(fā)電已成為全球最經(jīng)濟的電力能源，未來也有望成為全球新增電力裝機主力。根據(jù)IEA預(yù)測，2020-2030年間光伏裝機量將以21%的CAGR增長至接近5TW，光伏占全球電力裝機比重將提升至30%以上。
能源轉(zhuǎn)型已成為全球共識，世界各國相繼出臺頂層政策，指引光伏裝機目標(biāo)，光伏賽道兼具確定性及成長性，對此，我們?nèi)匀粓远春眠@一產(chǎn)業(yè)。
不妨拉長時間軸，正如我們回看過往的沉浮一樣，數(shù)年之后再回看，今天的波動也只是行業(yè)發(fā)展過程中的一個小插曲。
原標(biāo)題：穿越電池技術(shù)變遷,TOPCon奠定"江湖"地位!
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