PERC的转换效率

在科技的发展道路上，离不开能源的助力，特别是再科技飞速发展的今天，而地球上的能源有限，就需要科研人员不断开发新能源，这就再当下最需要研发太阳能的使用。在成为主流的技术类型之后，PERC承载了光伏行业降本增效、走向平价的重要使命。研发方面，近年来PERC电池的效率记录屡次被隆基和晶科刷新，目前最高效率记录是由隆基在2019年1月份创造的24.06%，近日隆基再次宣布其60型PERC双面组件正面转换效率达到21.65%，创下新的PERC组件效率记录。量产方面，据了解目前行业单晶PERC电池量产效率普遍在22%-22.4%左右，叠加多主栅可达到22.5%以上。

数据来源：公开信息;制图：光伏?随着PERC电池效率的不断攀升，效率提升的速度也在逐渐放缓，这从上图中单晶PERC电池效率记录也可以看出，2017-2018年间PERC效率得以快速提升，而在2019年，由于电池片效率提升较为困难，硅片和组件的大尺寸化成为行业提高组件输出功率的突破方向。有行业专家预测，PERC电池量产效率瓶颈在22.5%~23%左右，效率持续增加则需要叠加新的技术，如TOPCon、POLO结构等。公开的数据显示，也有不少企业正在不断接近这一数值，甚至提出远超23%的目标。

有业内人士告诉光伏?，通过硅片品质的提升以及技术的叠加，明年年底PERC电池实现量产效率23%应该问题不大。事实上，任何一种技术本身都存在效率“天花板”，当前以高效主流姿态盛行的PERC电池，实际上肩负了不少电池厂家的“赌注”使命——到2020年PERC产能或将超过150GW。同时，PERC距离效率极限的距离，也给了其他技术类型，例如TOPcon、异质结甚至IBC非常大的压力，毕竟目前PERC已经在产业化降本路上走在了前列。腾晖光伏倪志春博士认为，未来PERC电池可以通过叠加钝化接触及其他各工序的优化实现24%以上的效率目标，这个效率目标同样得到了隆基乐叶产品营销总监王梦松的认同，他认为，PERC电池效率三年内有望提升到23.5-24%的量产效率。

王梦松介绍道，目前能够提高PERC电池效率方式主要有提高少子寿命、钝化层优化、倒金字塔绒面新的ARC、前表面局部钝化接触、发射极优化、多主栅+细栅线等优化方式。以腾晖光伏在PERC电池效率提升上的研究为例，腾晖光伏通过PERC正面钝化及减反的优化技术，取得了一定的效果。腾晖光伏技术负责人时宝在第15届CSPV会议上介绍，正面钝化及减反的优化的技术主要有倒金字塔绒面效应、正面多层膜工艺及无网结网版技术，通过这三种方式能够得到更好的限光效应、钝化基底、浆料形貌基底、钝化效果、减反效果、塑性效果及更窄的线形。通过实验发现，倒金字塔的塔底和塔肩的处理对于后续钝化有较大的影响并且通过优化后发现，效率比当前常规最好电池效率提升0.1%，与目标0.3-0.5%还有一定差距。

综合试验结果，腾晖光伏将效率提升未达到预期目标的主要原因有以下六个方面：镀膜后表面反射率差异不大;倒金字塔和正面金字塔制绒尺寸均在1-3μm;倒金字塔的塔底和塔肩处理还需要优化将钝化效果的基底优势发挥出来;针对倒金字塔需要正银浆料进行配方改变，做类似多晶银浆料的方向优化;正膜钝化工艺需要优化;倒金字塔工艺对背面结构有所破坏，需要继续调整优化刻蚀工艺。另一家太阳能电池龙头企业——通威太阳能则通过采用优化扩散工艺环节、匹配印刷栅线的方式来提升PERC电池的转换效率。通威的数据显示，优化后的测试结果表明最终高阻密栅PERC开压提升3mV、填充因子(FF)增加了0.07%，短路电流(Isc)增加4mA、光伏电池的光电转化效率稳定增加了0.12%，能够实现PERC量产效率≥22.5%。

PERC电池效率的提升或影响HIT/TOPCon的产业化进程从另一个角度来看，PERC转换效率的提升也一定程度上影响着下一代电池技术的产业化进程。目前行业中讨论最多的后PERC电池技术主要是异质结和TOPCon，若两者的转换效率无法与PERC拉开较大差距，那么以其目前的成本水平来看显然不具备性价比优势。换言之，PERC电池的效率进步空间正是异质结和TOPCon产业化的压力所在。目前来看，异质结实验室效率超过25%，平均量产效率基本超过23%，领先企业最高突破24%，如代表企业钧石能源在今年三季度已经实现5BB产线平均效率23.2%，MBB产线平均效率突破24%;TOPCon平均量产效率在22.5%~23%左右，如代表企业中来光电目前平均量产效率22.8%~23.1%，研发最佳效率达到23.4%。

相对而言，异质结的效率相对更高一些，但TOPCon由于产线可以从PERC升级，或许更符合中间产品的定位。中信建投电新分析认为，目前异质结发展可以总结“效率已无忧，降本成关键”，HJT量产效率与实验室效率均有较大提升，且主流企业基本都已导入MBB，目前HJT与PERC的量产效率差重新拉大至1%以上，效率之忧基本解除;目前当务之急是降低成本，改善工艺稳定性，同时长期可靠性以及低衰减能力也需更多实证数据支持。在证券机构对通威的调研过程中，通威曾提到P-PERC转换效率超过22%，最经济型的规模是2GW以上，异质结的转换效率更高，但设备、辅材都是进口为主、非硅成本也很高，只有达到2-3GW产能后才具备经济型。电池转换效率差1个点，成本端会差15%，PERC成本目前在0.85-0.9元/W，转化效率在22.5%，年底有可能到22.8%，上限可能在23%~23.5%，以成本倒算，异质结1.1元/W，转换效率至少要比PERC高1个点。

假设PERC转换效率到23%，HIT至少要达到24%，才能和PERC产品竞争。但松下研发了很多年HIT技术，目前生产出的HIT转换效率仍是22.5%。在中试线转换效率达到24%之前，HIT还没有可能大幅占领市场。在通威看来，异质结最有可能是下一代技术，但3年之内不会变成主流，目前整个市场的HIT都是在研制阶段，短期内并不会形成冲击。

综上，未来两三年内PERC技术仍将占据市场主流，而TOPCon和异质结技术未来能否“接棒”PERC成为下一代主流高效技术，仍有待于成本下降、设备工艺成熟度和效率提升程度。目前太阳能还未能更好被人类利用，需要科研人员不断努力，研究出更高效地产品，这样才能保证我们人类的能源够人类发展所需。