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光伏组件发展史
数据来源: 光伏观察
发布时间:2023-11-20

第一代电池—硅基太阳电池:单晶多晶主流之争

1839年,法国科学家A.E.贝克雷尔发现光生伏特效应,将两片铂金属点击插入酸性溶液中时,电极之间产生流动的电流,从此打开光伏世界的大门。到了1954年,美国制成了第一个单晶硅太阳能电池,标志着光伏发电技术的诞生。

1968年,中科院半导体团队正式研发太阳能电池,主要用于空间领域。但当时单晶硅制造成本高,技术难度大,很快,成本低、工艺简单、量产规模大的多晶硅成为当时中国光伏市场的主流产品,2016年以前,多晶硅凭借成本优势,控制近80%的光伏市场。

中国光伏市场的发展离不开技术迭代和降本增效,2006年P型PERC的背面钝化的氧化铝介质膜的钝化作用引发关注;2013年,部分企业开始引入成熟的PERC产线;2015年为推动光伏技术发展,国家能源局推出“领跑者”计划,中国光伏市场开始技术改革,多晶硅电池虽有成本优势,但是其电池片效率已接近瓶颈。而单晶PERC的转换效率可超越其他类型的电池。但此时单晶硅电池仍面临成本较高的问题,因此,此时组件的电池片多为圆形,以整个硅棒形状进行切割。根据网络信息,这种光伏组件当时售价约200元/瓦。而且在电池封装时,圆形电池片会造成一定的空间浪费。

隆基金刚线切割技术的突破,打破了多晶硅组件对中国市场的“垄断”地位。与传统的砂浆切割相比,金刚线切割降低硅片的损耗,金刚线材料硬度更高,切割线速度快,有效降低了硅片单片成本。单晶由于其晶格序列一致,晶面取向相同,对于金刚线切割契合度更高。方形倒角的切割也使得等面积的情况下组件功率更高,在小范围同等面积的情况下能安装更高容量的电站。光电效率的突破和生产成本的降低,使得单晶电池快速占领了光伏市场,成为新的主流。

第二代电池—多元化合物薄膜电池:晶硅、薄膜主流之争

主要包括碲化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)、铜铟镓硒(CIGS)等光伏组件。这类光伏组件消耗材料少、制备。

薄膜电池具有更高的理论转化效率,但目前实验和量产最高效率低于晶硅。以碲化镉为例,其理论最高转化效率可达32%,比晶硅电池高3pct左右。单其量产效率远低于晶硅电池,碲化镉电池实验室最高转换效率为22.1%,量产大组件最高转换效率为19.5%,铜铟镓硒电池实验室最高转换效率为23.4%,量产小组件最高转换效率为19.2%(数据来源美国国家可再生能源实验室(NREL))。薄膜电池曾在全球光伏电池出货量中占比最高曾达30%以上,但随着一代光伏巨头,全世界规模最大的薄膜太阳能企业汉能集团的消亡,薄膜组件规模商业化前路愈加遥远。

P型、N型迭代,龙头站队XBC电池

近几年,随着P型电池转换效率逐渐接近“天花板”,P型向N型技术迭代已成大势所趋。就2023上半年来看,约有19.55%的N型组件项目定标,各光伏企业N型出货及产能均有不同程度提升。

根据TaiyangNews网站公布的最新组件效率来看,排名位于前列的基本均为N型组件,除隆基HPBC组件外,9月效率最高的P型组件为阿特斯,组件效率21.7%。

2023年9月5日,隆基宣布押注XBC电池,TOPCON、HJT采用新的钝化接触结构来提高钝化效果从而提高转换效率,而XBC电池正面无金属栅线遮挡,消除了正面金属电极结构,能够最大限度地利用入射光。

N型TOPCON组件和HPBC组件

目前BC电池产业化主要以爱旭股份、隆基绿能为主

相较于HIT电池和XBC电池,TOPCON电池因其与P型电池产线兼容性较好,改造成本较低,每GW的改造投资额在5000-7000万左右,成为目前光伏企业N型电池产能主要布局对象。目前已有85家光伏企业规划1500GW TOPCON产能。

新型太阳能电池

新型太阳电池主要包括钙钦矿太阳电池、有机太阳电池、量子点太阳电池、叠层太阳电池及其它仍处在实验研究阶段和产业化前沿的太阳电池。

目前光伏市场主要关注钙钛矿电池,创新工场、中科创星、险峰长青、云启资本等一众明星机构领衔,钙钛矿数千万、数亿融资屡见不鲜。市场钙钛矿叠层技术正不断突破,目前钙钛矿叠层技术最高效率为23年11月,隆基绿能晶硅-钙钛矿叠层电池,其转化效率为33.9%。

钙钛矿组件此前一直处于小规模试验阶段,目前,国内已建成三条100mw及以上中试线,分别为协鑫昆山100MW钙钛矿产线、纤纳光电100MW钙钛矿产线、极电光能150MW钙钛矿产线。,

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