在科技進步的過程中,每一項新技術的引入都像破曉的曙光,預示著希望與未來,卻也要一波三折,負重前行。這些新技術通常都要經歷否定、質疑、沉默、接受等過程逐一洗禮,才能實現普及。
光伏產業(yè)圈的技術創(chuàng)新亦是如此,當下光伏產業(yè)圈最熱的爭論“BC、TOPCon哪個更好”便是這樣。兩大陣營中,TOPCon參與者眾,而在BC路線上取得重要技術突破的,則有愛旭N型ABC和隆基HPBC。
關于BC與TOPCon孰好孰壞的爭論日趨白熱化,我們不妨從技術原理的角度,來分析一下哪一種技術更具發(fā)展?jié)摿?,會在這一輪產業(yè)競爭中走得更遠。
鑒于愛旭ABC起步和量產都稍早一些,所以本文以愛旭ABC產品特性進行分析。
先天優(yōu)勢:受光面積較TOPCon多2~3%
晶硅電池的發(fā)電原理,是以晶硅材料為基底,構筑半導體PN結,當陽光照射電池片時,進而產生光生伏特效應,因此也稱為硅太陽能電池或光伏電池。
這就意味著,電池片受光面積越大,發(fā)電越多。
然而,無論是鋁背場電池、PERC、TOPCon、HJT電池,由于結構原因,P、N金屬極分布在電池正面和背面兩側,因此在電池片正面都無法避免要出現收集電荷的柵線,這些密密麻麻的柵線,占據了電池片正面寶貴的受光面積,進而使得發(fā)光效率受到了影響。特別是那些粗壯的主柵線,已經成為各電池片生產企業(yè)急于拔除的刺。
早期電池片上粗壯的主柵線 來源:網絡
于是,各電池企業(yè)開始對主柵線宣戰(zhàn),不斷推出進行著主柵細化的操作。
從2007年之前的2BB技術,到2018年的MBB(多柵線),再到SMBB(超多柵線),再到2023年的0BB(無主柵)。光伏電池企業(yè)技術發(fā)展的兩個主要目標:增加受光面積、減少銀耗成本。并把主柵收集電荷的任務交給細柵。盡管如此,受結構特點制約,仍無法將全部柵線取消,因此受光面積還是會受到影響,正面受光面積將會有2~3%的浪費,對發(fā)光效率造成了影響。
愛旭ABC(All Back Contact“全背接觸太陽能電池”)電池,意為,P、N金屬極均位于電池片背面,因此電池正面沒有柵線,這種先天優(yōu)勢使得電池正面的受光面積為100%,發(fā)電效率自然得到了提升。在正面受光面積這條賽道上,ABC電池有著其他技術路線無法超越的先天優(yōu)勢。
ABC電池正面無柵線的結構特點,帶來的另一個附加值,則是組件美觀度。
隨著分布式光伏滲透率的快速增長,越來越多的業(yè)主在關注發(fā)電效率的同時,還注重組件的美觀問題。
得益于正面無柵線的先天優(yōu)勢,ABC組件以更簡約的外觀,與分布式光伏建筑融合更和諧、美觀,因此受到了分布式業(yè)主的青睞。
愛旭Neostar2S+系列組件(左)非常美觀 世紀新能源網拍攝
愛旭位于德國Buchenau別墅項目,美觀性進一步提升
效率潛力:BC電阻率、鈍化接觸結構加分轉換效率
一直以來,提升晶硅太陽電池的轉換效率一直是光伏電池企業(yè)不變的追求。除了受光面積外,決定光電轉換效率高低的重要因素之一便是硅片電阻率。而摻雜率則是決定電阻率的重要因素。
一般情況下,對于N型硅片而言,摻雜率越高,材料導電性越好,電阻率就越低,對應電阻值也就越低;反之,摻雜率越低,電阻率越高,電阻值也就越高。
晶硅太陽電池效率的理論極限(29.43%及以上)就是基于硅片極低摻雜濃度(≤1E+14/cm3)的前提下計算出來的。
TOPCon電池基于電池結構設計方面的固有限制,目前只能采用0.4~1.6Ω·cm電阻率范圍的硅片,對應摻雜濃度為3E+15/cm3~1.3E+16/cm3。
而ABC電池采用的硅片是超高阻N型摻雜硅片或非摻雜的本征硅片,具有30Ω·cm的超高阻值,其電阻率范圍正好對應著晶硅電池的理論極限效率區(qū)間。
圖片來源:Armin Richter etc, ISE,IEEE,3(4),1184,2013
在硅片厚度為120~140um情況下,低阻值的TOPCon電池效率,要低于晶硅太陽電池效率極限效率0.6~1.5個百分點。這就意味著,BC電池,距離晶硅電池轉化效率“天花板”更近,而TOPCon即使奮力追趕,也只是事倍功半。
以上數據,還是基于采用雙極鈍化接觸結構的TOPCon電池基礎上計算得出,但從目前來看,量產的TOPCon電池尚不具備雙極鈍化接觸結構,這也就意味著TOPCon電池轉化效率的天花板會更低一些。
值得一提的是,由于電阻率0.4~1.6Ω·cm的TOPCon硅片拉棒質量與電池工藝匹配度不佳,硅棒頭、尾段電阻率無法符合電池片要求,因此要進行反切。除此之外,硅料留堝量較BC多20% 左右。反觀N型BC電池,由于采用電阻率集中的超高阻硅棒,不僅頭段質量符合電池制備要求,留堝量也可降低到10%左右,結合電池效率方面的優(yōu)勢進行計算,N型BC電池相較TOPCon電池,晶硅成本控制優(yōu)勢可達1.5~2分/W。
不難看出,在電池晶硅成本控制層面,ABC電池的成本下探空間較大。
工藝優(yōu)點:一字焊帶減少應力帶來的隱患風險
接下來,我們再看電池片在組件端的表現。當一片片電池片,形成組件時,出現了兩個令人頭痛的問題——片間距、隱裂。而這兩個問題均由一個叫作“焊帶”的組件材料引起。
組件是由一個個電池片陣列組成,為了把這些電池片連接起來,焊帶出現了。焊帶焊接在相鄰電池片的正極主柵與負極主柵上,將兩個電池片的正負極首尾相接,形成電池串。但是,TOPCon等電池的正、負極主柵分別位于電池片的兩面,這就無法避免一段焊帶要從一塊電池片的正面,連接到另一塊電池片的背面,于是就形成了Z字形結構。
但由于受到應力的影響,電池片之間不可能做到沒有縫隙,一般會有2~3mm的間距。這些區(qū)域都是不能發(fā)電的無效區(qū)域。于是,光伏企業(yè)又在著手解決縮小電池片間距的問題,圓形焊帶、三角焊帶等各類焊帶陸續(xù)登場,但片間距和應力卻是一對背道而馳的冤家,間距越小、應力越大,隱裂情況就越常見,而電池片隱裂,則會隨著外力作用,不斷惡化,直接影響到發(fā)電效率。
時至今日,以TOPCon為代表的傳統(tǒng)電池結構也無法保證Z字形焊帶不會帶來因應力作用帶來的隱裂風險。
反觀ABC組件,由于電池片的正負金屬極都處于電池片背面,焊帶無需穿梭于電池片的正反面,一路暢通,貫穿電池片之間。各電池片正面均處于一個水平面,為消除電池片間距離提供了先天可能,還規(guī)避了應力帶來的隱裂風險。
從現階段來看,TOPCon仍是主流,但在2024年SNEC展上,我們發(fā)現,很多站隊TOPCon的企業(yè)或展出了BC電池片實物、或披露了相關BC技術的研發(fā)進展。
或許在這些企業(yè)未來的市場策略中,BC依然有著不容小覷的沖擊主流的能力,同樣也側面印證了,BC技術將會比TOPCon走得更遠,更好。