步入光伏平价时代，技术更迭的浪潮推动了光伏电池行业的发展。从多晶到单晶、从P型到N型，光伏行业正在面临新一轮科技革命，电池技术逐渐向高效、低成本、高发电效益进化。近几年来，以TOPCon、HJT、IBC等为代表的N型电池技术陆续涌现，光伏市场呈现出P型和N型电池共存的格局。
今天让我们走进康康课堂，了解单晶硅电池的这两大类别：P型和N型太阳能电池。
光伏发电的原理
太阳能电池的工作原理是光生伏打效应。纯净的硅片在温度为绝对零度下，每一个原子的外围电子被共价键所束缚，不能自由移动。当温度升高或受光照时，半导体共价键中的价电子从外界获得一定的能量，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，在共价键中将留下一个空位，即为空穴。半导体内部形成的电子空穴对，即光生载流子。当电子空穴接近于PN结区域时，会被结区中的空间电荷区所产生的内建电场分离为定向移动的电子空穴。空穴从N区移动到P区，电子从P区移动到N区，进而在电池两侧实现电荷累积，产生光生电动势。在内建电场两侧引出电极并接上负载，则“光生电流”会流过负载，从而获得功率输出，光能就转变成了电能。在硅片表面高温扩散掺入磷元素，则形成N型半导体。若扩散掺入硼元素，则形成P型半导体。
▲ 图| AK iCell 210mm高效异质结电池
P型电池和N型电池的差异
P型电池和N型电池最大的不同在于原材料硅片和电池制备技术的不同。在原材料方面，根据使用不同掺杂元素的硅片的不同，可分为N型(以掺磷的N型硅片为衬底)和P型(以掺磞硼的P型硅片为衬底)电池片。在制备技术方面，P型电池主要采用传统铝背场电池(AI-BSF)和钝化发射极和背面电池(PERC)技术，N型电池的制备技术主要包括隧穿氧化层钝化接触电池(TOPCon)、本征薄膜异质结电池(HJT)、全背电极接触电池(IBC)和钝化发射极背表面全扩散电池(N-PERT)等。
▲ 图| 爱康182-54版型TOPCon单玻组件
光伏电池技术的历史及发展
2016年前，铝背场电池(BSF)技术作为第一代光伏电池技术，市占率一度超过90%。2016年开始，PERC电池开始起量，并在19 年首次超越BSF技术成为第二代主流光伏电池技术，市占率高达65%。
PERC电池是发射极及背面钝化电池技术，采用钝化膜来钝化背面，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池效率提升。目前，PERC电池技术比较成熟、性价比高，但量产效率已达到23.2%，逐渐逼近24.5%左右的理论极限效率，效率上升空间狭窄，且P型电池因富含硼氧产生的光至衰减现象未能彻底解决，厂商将面临投资边际效益率递减效应，P型电池发展空间十分有限。
随着市场对电池转换效率的要求不断提高，各光伏厂家开始开发具备更高转换效率极限的下一代电池技术——N型高效电池。N型电池以TOPCon、HJT、IBC为代表，具有高转换效率、抗衰减、低温度系数、双面率高等优势，有利于提高光伏发电增益、降低发电成本，发展前景广阔，但受制于高投资成本，仍处于产业化初期。根据中国光伏行业协会的报告，2022年新投产的量产产线仍以 PERC电池产线为主，但下半年部分N型电池片产能陆续释放，P型电池市占率降低至87.5%，而N型电池市占率已逐步提升至9.1%。
N型高效电池的优势何在?
N型单晶电池与P型单晶电池相比，具有以下诸多优势：
(1)在双面率方面，PERC电池的双面率为75%，TOPCon 双面率为85%，HJT 双面率为95%左右。双面率越高，组件背面发电量增益更高，尤其在地表反射率较高的光伏电站，优势更加明显。
(2)在温度系数方面，PERC电池的温度系数为-0.37%/℃，TOPCon电池为-0.29%/℃，异质结电池为-0.25%/℃。N型电池温度系数低于P型，在高温环境下受影响更小，发电性能更优异，适用于辐照条件较好的区域。
▲ 图| AK iPower 7.0系列高效异质结组件
(3)在衰减方面，N 型硅片掺杂磷元素，硼含量极低，因此由硼氧对导致的光衰(LID)基本可以忽略。PERC组件首年衰减2%-2.5%，逐年衰减0.45%-0.55%，TOPCon组件首年衰减1%，逐年衰减0.40%，HJT组件首年衰减1%，逐年衰减0.25%。在综合输出功率相同的情况下，N型组件全生命周期发电量会比PERC组件更高，溢价空间更大。
(4)在发电效率方面，N型电池的少子寿命比P型电池长，能极大提升电池的开路电压，带来更高的电池转化效率。当前PERC电池平均量产效率为23.2%，Topcon电池目前量产效率为24%-24.5%左右，HJT电池目前量产效率为25%左右。高转换效率可提高单位面积的发电量，降低光伏发电的制造成本。
(5)在弱光效应方面，与P型电池相比，N型电池在弱光条件下光谱响应更好，有效工作时间长，可在早晚、阴雨天等辐照强度较弱时间段内发电，经济性更好。
根据行业咨询机构PV INFOlink统计，2023年TOPCon产能预计超过400GW，HJT产能超过50GW，N型电池出货量有望首次超过100GW，这意味着N型替代P型的光伏技术革命已然到来，而且随着技术的成熟和国产化的推进，N型高效太阳能电池的制造成本将持续下降，市场渗透率将进一步提升。在全球能源转型的大趋势下，作为最早布局N型技术的光伏企业，爱康将聚力创新、勇毅前行，助力能源转型和可再生能源发展，引领业界开启N型技术新征程。
责任编辑：周末
