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光伏电池技术从P型到N型,发生了什么?

光伏電池技術從P型到N型,發生了什麼?

格隆匯 ·  10/17 20:24

人類經濟發展史就是一部能源史。

人類經濟發展史就是一部能源史。

從鑽木取火到蒸汽機、從煤炭到石油天然氣、從化石能源到風光氫,能源的發展和利用一直是推動人類社會和經濟發展的基石。

但隨着工業化帶來的環境挑戰,特別是全球氣候變化問題的加劇,能源利用的模式亟需轉變。在這一背景下,碳中和、可持續發展等成爲了全球性議題,標誌着人類必須完邁向更清潔且可持續的能源結構轉變。

光伏在這場能源革命中逐漸顯露出其獨特價值,成爲重要的綠色能源。尤其在政策支持以及技術創新的共同作用下,光伏成本不斷下降並與傳統能源拉齊水位,平價時代的光伏已然具備了更強的競爭力,其不斷超預期的裝機速度也側面印證了這一點。

儘管光伏裝機速度已經十分快速,但截止2023年底,中國光伏發電量佔比僅有6.1%,低於歐盟8.6%和印度6.3%,且離未來目標還有很大差距。英國埃克塞特大學此前發佈的報告指出,未來幾年內太陽能將成爲最有競爭力的能源。報告預測,到2044年,光伏發電將佔全球發電量的50%以上。

在過去三年中,光伏行業技術也隨着裝機不斷迅猛發展。截止當前,N型TOPCon電池產能已超過600GW,光伏行業電池技術完成了從P型Perc到N型TOPCon電池的轉身,光伏轉換效率從23%提升至26%,極大地推動了行業的進步,其中發生了什麼?

一、光伏電池企業持續投入

光伏發電的原理基於光生伏特效應,即當太陽光照射半導體 PN 結時,PN 結兩端會出現電壓。這是光伏電池技術的理論基礎,爲後續 P 型和 N 型電池的發展提供了支撐。

2016年前,光伏電池主要是鋁背場(BSF)電池,這種電池結構相對簡單,成本較低,在光伏產業發展的初期得到了廣泛應用。但 2018年,憑藉着更低成本、更高轉換效率及更簡單的工藝,P型PERC電池迅速崛起,但PERC電池的極限轉化效率爲24.5%。

光伏電池企業們沒有停下技術研發的腳步,開始着手研究N型TOPCon電池技術。

N型TOPCon擁有着低衰減、高雙面率、低溫度係數等優點,在終端電站的發電增益效果會更好。隨着P型PERC實際應用已經接近理論極限值,N型TOPCon逐步站上舞臺中央。

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(來源:德國哈梅林太陽能研究所)

2013 年,TOPCon 技術概念由德國 Fraunhofer 研究所提出。此後,光伏電池企業持續投入研究TOPCon的量產可能性。2019年,行業首次建立900MW TOPCon電池量產線。2021 年 6 月,宣佈TOPCon電池轉換效率創造 25.02% 的新世界紀錄。2021年年10月,實現8GWTOPCon電池量產。2022年,TOPCon技術開始規模化量產,逐步替代PERC技術。

光伏電池企業持續投入推動了行業的技術變革。

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(來源:CPIA)

二、設備廠商提供工具

P型到N型的技術路線間的替代並非一蹴而就,尤其要把電池片從實驗室階段轉到量產階段,需要攻克一系列的難點。

TOPCon電池片由PERC電池片的基礎架構升級而來,主要工序差別在於兩道:硼擴散與隧穿氧化及摻雜多晶硅層的製備。因此,能夠有效地進行這兩道工序的設備,變得尤爲重要。

2017年-2022年,行業內主流電池技術仍是PERC技術,下一代技術行業內企業普遍看好HJT技術,沒有主流設備廠商投入資源研發TOPCon技術所需的設備。

拉普拉斯就在這樣的背景下應勢而生。

拉普拉斯的創始人林佳繼博士,畢業於新加坡南洋理工大學和廈門大學物理系,曾在新加坡太陽能研究所(SERIS)進行研究工作。他敏銳洞察到光伏行業在全球競爭中的核心戰略地位,因此毅然決定回國。

憑藉對行業的深刻理解,林博士較早預見到了光伏電池由P型向N型升級的趨勢。2017年,拉普拉斯全球首創,率先將N型電池片工藝中的核心工藝硼擴散設備和LPCVD設備落地量產,提供了成熟、可靠的製備隧穿氧化層及摻雜多晶硅層解決方案,解決了行業技術轉型升級的核心技術痛點。憑藉積極和務實的生產經營,拉普拉斯也在本輪技術變革中獲益。

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公司招股書顯示,在PERC技術逐步向新一代電池片迭代過程中,公司核心工藝設備完成了下游多個主流客戶的覆蓋,截至2023年年末,公司仍有116.7億元的在手訂單,保證了未來幾年業績的穩健增長。

而拉普拉斯之所以能夠在行業變革的關鍵窗口期,迅速反應,並構築高進入壁壘,源於公司對於「技術創新爲第一生產力」這一理念的堅持。

林博士及其核心團隊成員均擁有堅實的理工學科背景,並深耕光伏行業多年,這一優勢爲拉普拉斯奠定了堅實的技術基礎。近年來,公司持續加大研發投入,從2020年至2023年,研發費用實現了從2731.78萬元至2.32億元的飛躍式增長,複合增長率超過100%,彰顯了公司對技術創新的高度重視與堅定承諾。

從國家知識產權局獲悉,截至目前,公司共獲得已授權專利660件(其中發明專利73件),爲持續創新提供了有力保障。

憑藉着深厚的技術積累與過硬的團隊,公司能夠率先解決高效太陽能電池發展瓶頸的底層支撐,先後10餘次協助下游客戶刷新光伏電池片轉換效率的世界紀錄,並助力行業下游客戶TOPCon、XBC等新型高效光伏電池片技術實現規模化投產和量產。

從P型轉向N型的過程中,設備廠商也貢獻了其一份力量。

二、結語

在光伏產業降本增效的永恒基調下,技術創新始終是推動行業發展的關鍵動力。那些能夠將技術作爲核心驅動的企業,往往能夠更具前瞻性地把握行業發展的脈搏,持續走在代表產業未來趨勢的前沿。

從 P 型 PERC 到 N 型 TOPCon 的轉變過程中,我們看到了光伏電池企業和設備廠商的不懈探索與持續投入,他們不斷挑戰技術極限,推動着電池轉換效率的提升,爲行業發展開闢了新的道路。

展望未來,光伏行業仍有巨大的發展潛力。隨着技術的不斷進步,我們有理由相信,光伏電池的轉換效率將進一步提高,成本將進一步降低,光伏發電在全球能源結構中的佔比也將不斷提升。在這個過程中,光伏企業和設備廠商需要繼續攜手合作,共同攻克技術難題,推動行業的可持續發展。

正如人類能源史的發展歷程所展示的,每一次能源變革都帶來了社會和經濟的巨大進步。光伏作爲新一代綠色能源,正站在時代的風口浪尖,肩負着推動全球能源轉型的重任。而在這場能源革命中,技術創新將繼續扮演着至關重要的角色,引領着光伏行業走向更加輝煌的明天,爲人類創造一個更加清潔、美好的能源未來。

声明:本內容僅用作提供資訊及教育之目的,不構成對任何特定投資或投資策略的推薦或認可。 更多信息
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