2031年N型光伏市場份額將突破50%

當(dāng)前，市場上的太陽電池大多以P型單晶硅電池為主，其制備工藝相對簡單、成本較低，再加上單晶PERC技術(shù)和選擇性發(fā)射極技術(shù)的引入，使得P型單晶電池組件效率得到大幅提升，目前量產(chǎn)效率已突破23%。但由于P型單晶硅PERC電池理論轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%，導(dǎo)致P型PERC單晶電池效率很難再有大幅度的提升，并且未能徹底解決以P型硅片為基底的電池所產(chǎn)生的光衰現(xiàn)象，這些因素使得P型硅電池很難有進(jìn)一步的發(fā)展。與P型硅相比，N型硅少子壽命更長，對Fe等金屬有更高的容忍度，以N型硅為基底的電池片理論轉(zhuǎn)換效率更高，且不會(huì)發(fā)生由于B-O復(fù)合體導(dǎo)致的LID(Light Induced Degradation)光致誘導(dǎo)衰減現(xiàn)象，可以進(jìn)一步降低光伏發(fā)電的制造成本及系統(tǒng)成本，這使其成為高效晶體硅太陽電池的必選材料。

據(jù)德國知名太陽能研究所(ISFH)在2019年的報(bào)告分析，以Topcon(Poly passivated)和HIT為代表的N型電池理論極限效率遠(yuǎn)高于P型PERC電池，隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的逐漸成熟，N型電池有望實(shí)現(xiàn)更高的量產(chǎn)電池效率，N型電池的效率會(huì)逐步和P型電池拉開差異。

圖1 不同技術(shù)路線的硅基電池理論極限效率(ISFH，2019)

隨著N型電池效率相對于P型電池的優(yōu)勢不斷擴(kuò)大，可以預(yù)見的是，N型電池技術(shù)的市場份額會(huì)逐步擴(kuò)大，如下圖所示，預(yù)計(jì)到2031年，N型電池技術(shù)的市場份額會(huì)突破50%，預(yù)計(jì)會(huì)產(chǎn)生超過150GW的市場需求，相較于目前水平會(huì)有10倍以上的提升，未來一段時(shí)間會(huì)是N型單晶硅技術(shù)相關(guān)配套產(chǎn)業(yè)的投資熱潮。

圖2 2020-2030年不同電池技術(shù)市場占比變化趨勢

在眾多的N型電池技術(shù)中，N型Poly passivated(隧穿氧化層鈍化接觸)是其中最被看好的一種，這是一種使用超薄氧化層作為鈍化層結(jié)構(gòu)的太陽電池。2013年德國Fraunhofer 研究所的Frank Feldmann博士在28th EU-PVSEC首次提出隧穿氧化層鈍化接觸電池概念，該電池的結(jié)構(gòu)如下：

圖3 N型Poly passivated電池結(jié)構(gòu)

N型Poly passivated電池以N型硅片為基板，使用一層超薄的氧化層來鈍化電池的背面，其中背面氧化層厚度1~2 nm，隨后在氧化層之上沉積50~200 nm非晶硅并摻磷，之后經(jīng)過退火重結(jié)晶加強(qiáng)鈍化效果。最終會(huì)形成一層超薄的隧穿氧化層和一層高摻雜的多晶硅薄層，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)為硅片的背面提供了良好的表面鈍化，超薄氧化層可以使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層，同時(shí)阻擋少子空穴避免復(fù)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電子在多晶硅層的橫向傳輸并被金屬收集，極大地降低了金屬接觸復(fù)合電流，提升了電池的開路電壓、短路電流和填充因子。

圖4 Poly passivated電池的載流子輸運(yùn)機(jī)制

市場上另外一種主流N型技術(shù)HIT也采用了背鈍化技術(shù)，但使用了非晶硅膜層，電池制造工藝中需要制備多層非晶硅膜層，制備工藝比較復(fù)雜，導(dǎo)致HIT太陽電池的制造成本偏高，降低了整體的性價(jià)比。

一道新能致力于提供更高性價(jià)比的產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案，選擇N型Poly passivated光伏技術(shù)路線，目前在量產(chǎn)效率、成本控制等方面處于行業(yè)領(lǐng)先水平。并且一道新能會(huì)進(jìn)行持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步提高N型電池的效率和量產(chǎn)產(chǎn)能，進(jìn)一步提效降本，為光伏市場和終端客戶提供具有更高性價(jià)比的產(chǎn)品。

1.更高效率

一道新能Poly passivated技術(shù)采用N型硅片，具有少子壽命高、對金屬雜質(zhì)的容忍度高，疊加隧穿氧化層鈍化技術(shù)，大幅提升了電池光電轉(zhuǎn)換效率，理論效率可以到28.7%，為光伏行業(yè)降本增效打開了更大的空間。

目前，一道新能N型電池效率>24.5%，組件效率>21.7%，N型組件比P型單晶PERC組件效率高約3%，相當(dāng)于在組件端可以節(jié)約3%的非硅材料和制造成本。在系統(tǒng)應(yīng)用端同樣可以節(jié)省約3%的系統(tǒng)BOS成本，可以在同樣的安裝面積下實(shí)現(xiàn)更高的裝機(jī)量，提升單位土地面積的發(fā)電量，對于土地資源緊張的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市更為重要，可以有效提升可再生能源發(fā)電的裝機(jī)占比。

另一方面，建造一個(gè)同樣裝機(jī)量的光伏電站，得益于N型組件更高的效率和功率，使用一道新能N型組件可以使用更少的組件、土地、立柱、支架、線纜和逆變器，節(jié)約系統(tǒng)BOS成本，提高電站收益率。

2.更低功率衰減

傳統(tǒng)的P型單晶硅會(huì)存在光致衰減效應(yīng)(LID)，在光照下，P型硅片內(nèi)的硼(B)等雜質(zhì)會(huì)和氧發(fā)生反應(yīng)，生成B-O復(fù)合體，導(dǎo)致P型電池和組件的功率在初始運(yùn)行的前幾個(gè)月內(nèi)大幅下降，高達(dá)2.0%，會(huì)極大的影響光伏電站的發(fā)電性能和整體收益率。而一道新能N型電池因?yàn)椴捎昧薔型硅片，硅基片內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生B-O復(fù)合體，沒有光致衰減問題，可以實(shí)現(xiàn)零LID。

得益于N型電池的優(yōu)異特性，一道新能N型光伏組件具有更優(yōu)異的功率質(zhì)保，可以給予30年的功率質(zhì)保，首年功率衰減<1%，剩余29年每年功率衰減<0.4%/年，30年功率質(zhì)保期后組件功率不低于額定功率的87.4%，確保使用一道N型組件的光伏電站在整個(gè)電站生命周期，都會(huì)有更優(yōu)異的發(fā)電性能。

3.更高雙面率

得益于更優(yōu)異的N型特性，一道新能N型組件雙面率高達(dá)85%，相較于P型單晶PERC組件70%的雙面率，可以將光伏電站背面增益提高21.4%。尤其對于地表反射率較高的光伏電站，優(yōu)勢更加明顯，例如建立在荒漠的大型地面電站，假設(shè)用P型單晶PERC組件可以實(shí)現(xiàn)10%的背面發(fā)電量增益，在同樣的系統(tǒng)配置下，使用一道新能N型光伏組件可以實(shí)現(xiàn)約12.1%的發(fā)電增益，提高光伏電站的收益率。

4.更低溫度系數(shù)

光伏組件在戶外發(fā)電時(shí)，溫度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的額定溫度25℃，而光伏組件的功率輸出和溫度是負(fù)相關(guān)的，組件在高溫下會(huì)有一定的功率損失。一道新能的N型組件溫度系數(shù)較低，僅有-0.30%/℃，而常規(guī)P型單晶硅光伏組件的溫度系數(shù)高達(dá)-0.35%/℃，一道新能N型單晶硅組件由于高溫帶來的功率損失比常規(guī)P型組件低16.7%，可以極大提升N型單晶硅光伏組件的實(shí)際發(fā)電能力，提升電站的收益率。

5.更優(yōu)異的低輻照性能

光伏組件的標(biāo)定功率是基于標(biāo)準(zhǔn)測試條件(STC)測試獲得，但是戶外項(xiàng)目實(shí)際的輻照量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的1000W/m2，而光伏組件在低輻照度下，組件效率相對于標(biāo)準(zhǔn)條件下會(huì)有一定損失，稱作低輻照性能。一道新能N型單晶硅光伏組件具有優(yōu)異的低輻照性能，可以確保光伏組件在輻照度較低的陰雨天氣也取得較好的發(fā)電量，確保電站的發(fā)電量和收益率得到保證。

6.系統(tǒng)成本和LCOE成本分析

為了對比一道新能N型技術(shù)和市面上常規(guī)的P型單晶組件技術(shù)的差異，以廣州100MW地面電站為例，下表對比了一道新能N型技術(shù)和P型技術(shù)在電池、組件以及電站端的性能表現(xiàn)，得益于更高的發(fā)電量和低BOS成本，N型度電成本LCOE仍然低于P型單晶組件項(xiàng)目，年發(fā)電量增加約500萬度電，可以實(shí)現(xiàn)更高的電站收益。

近兩年來，從組件尺寸到技術(shù)發(fā)展，光伏行業(yè)正經(jīng)歷著日新月異的變革，一道新能將持續(xù)致力于研發(fā)高性價(jià)比的N型光伏產(chǎn)品，助推中國早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)。