康康課堂 | P型和N型太陽能電池的區(qū)別，你知道嗎？

步入光伏平價時代，技術(shù)更迭的浪潮推動了光伏電池行業(yè)的發(fā)展。從多晶到單晶、從P型到N型，光伏行業(yè)正在面臨新一輪科技革命，電池技術(shù)逐漸向高效、低成本、高發(fā)電效益進(jìn)化。近幾年來，以TOPCon、HJT、IBC等為代表的N型電池技術(shù)陸續(xù)涌現(xiàn)，光伏市場呈現(xiàn)出P型和N型電池共存的格局。

今天讓我們走進(jìn)康康課堂，了解單晶硅電池的這兩大類別：P型和N型太陽能電池。

光伏發(fā)電的原理

太陽能電池的工作原理是光生伏打效應(yīng)。純凈的硅片在溫度為絕對零度下，每一個原子的外圍電子被共價鍵所束縛，不能自由移動。當(dāng)溫度升高或受光照時，半導(dǎo)體共價鍵中的價電子從外界獲得一定的能量，少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，在共價鍵中將留下一個空位，即為空穴。半導(dǎo)體內(nèi)部形成的電子空穴對，即光生載流子。當(dāng)電子空穴接近于PN結(jié)區(qū)域時，會被結(jié)區(qū)中的空間電荷區(qū)所產(chǎn)生的內(nèi)建電場分離為定向移動的電子空穴。空穴從N區(qū)移動到P區(qū)，電子從P區(qū)移動到N區(qū)，進(jìn)而在電池兩側(cè)實現(xiàn)電荷累積，產(chǎn)生光生電動勢。在內(nèi)建電場兩側(cè)引出電極并接上負(fù)載，則“光生電流”會流過負(fù)載，從而獲得功率輸出，光能就轉(zhuǎn)變成了電能。在硅片表面高溫擴(kuò)散摻入磷元素，則形成N型半導(dǎo)體。若擴(kuò)散摻入硼元素，則形成P型半導(dǎo)體。

▲ 圖| AK iCell 210mm高效異質(zhì)結(jié)電池

P型電池和N型電池的差異

P型電池和N型電池最大的不同在于原材料硅片和電池制備技術(shù)的不同。在原材料方面，根據(jù)使用不同摻雜元素的硅片的不同，可分為N型（以摻磷的N型硅片為襯底）和P型（以摻磞硼的P型硅片為襯底）電池片。在制備技術(shù)方面，P型電池主要采用傳統(tǒng)鋁背場電池（AI-BSF）和鈍化發(fā)射極和背面電池（PERC）技術(shù)，N型電池的制備技術(shù)主要包括隧穿氧化層鈍化接觸電池（TOPCon）、本征薄膜異質(zhì)結(jié)電池（HJT）、全背電極接觸電池（IBC）和鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池（N-PERT）等。

▲ 圖| 愛康182-54版型TOPCon單玻組件

光伏電池技術(shù)的歷史及發(fā)展

2016年前，鋁背場電池（BSF）技術(shù)作為第一代光伏電池技術(shù)，市占率一度超過90%。2016年開始，PERC電池開始起量，并在19 年首次超越BSF技術(shù)成為第二代主流光伏電池技術(shù)，市占率高達(dá)65%。

PERC電池是發(fā)射極及背面鈍化電池技術(shù)，采用鈍化膜來鈍化背面，增強(qiáng)光線在硅基的內(nèi)背反射，降低了背面的復(fù)合速率，從而使電池效率提升。目前，PERC電池技術(shù)比較成熟、性價比高，但量產(chǎn)效率已達(dá)到23.2%，逐漸逼近24.5%左右的理論極限效率，效率上升空間狹窄，且P型電池因富含硼氧產(chǎn)生的光至衰減現(xiàn)象未能徹底解決，廠商將面臨投資邊際效益率遞減效應(yīng)，P型電池發(fā)展空間十分有限。

隨著市場對電池轉(zhuǎn)換效率的要求不斷提高，各光伏廠家開始開發(fā)具備更高轉(zhuǎn)換效率極限的下一代電池技術(shù)——N型高效電池。N型電池以TOPCon、HJT、IBC為代表，具有高轉(zhuǎn)換效率、抗衰減、低溫度系數(shù)、雙面率高等優(yōu)勢，有利于提高光伏發(fā)電增益、降低發(fā)電成本，發(fā)展前景廣闊，但受制于高投資成本，仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會的報告，2022年新投產(chǎn)的量產(chǎn)產(chǎn)線仍以 PERC電池產(chǎn)線為主，但下半年部分N型電池片產(chǎn)能陸續(xù)釋放，P型電池市占率降低至87.5%，而N型電池市占率已逐步提升至9.1%。

N型高效電池的優(yōu)勢何在？

N型單晶電池與P型單晶電池相比，具有以下諸多優(yōu)勢：

（1）在雙面率方面，PERC電池的雙面率為75%，TOPCon 雙面率為85%，HJT 雙面率為95%左右。雙面率越高，組件背面發(fā)電量增益更高，尤其在地表反射率較高的光伏電站，優(yōu)勢更加明顯。

（2）在溫度系數(shù)方面，PERC電池的溫度系數(shù)為-0.37%/℃，TOPCon電池為-0.29%/℃，異質(zhì)結(jié)電池為-0.25%/℃。N型電池溫度系數(shù)低于P型，在高溫環(huán)境下受影響更小，發(fā)電性能更優(yōu)異，適用于輻照條件較好的區(qū)域。

▲ 圖| AK iPower 7.0系列高效異質(zhì)結(jié)組件

（3）在衰減方面，N 型硅片摻雜磷元素，硼含量極低，因此由硼氧對導(dǎo)致的光衰（LID）基本可以忽略。PERC組件首年衰減2%-2.5%，逐年衰減0.45%-0.55%，TOPCon組件首年衰減1%，逐年衰減0.40%，HJT組件首年衰減1%，逐年衰減0.25%。在綜合輸出功率相同的情況下，N型組件全生命周期發(fā)電量會比PERC組件更高，溢價空間更大。

（4）在發(fā)電效率方面，N型電池的少子壽命比P型電池長，能極大提升電池的開路電壓，帶來更高的電池轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)前PERC電池平均量產(chǎn)效率為23.2%，Topcon電池目前量產(chǎn)效率為24%-24.5%左右，HJT電池目前量產(chǎn)效率為25%左右。高轉(zhuǎn)換效率可提高單位面積的發(fā)電量，降低光伏發(fā)電的制造成本。

（5）在弱光效應(yīng)方面，與P型電池相比，N型電池在弱光條件下光譜響應(yīng)更好，有效工作時間長，可在早晚、陰雨天等輻照強(qiáng)度較弱時間段內(nèi)發(fā)電，經(jīng)濟(jì)性更好。

根據(jù)行業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)PV INFOLINK統(tǒng)計，2023年TOPCon產(chǎn)能預(yù)計超過400GW，HJT產(chǎn)能超過50GW，N型電池出貨量有望首次超過100GW，這意味著N型替代P型的光伏技術(shù)革命已然到來，而且隨著技術(shù)的成熟和國產(chǎn)化的推進(jìn)，N型高效太陽能電池的制造成本將持續(xù)下降，市場滲透率將進(jìn)一步提升。在全球能源轉(zhuǎn)型的大趨勢下，作為最早布局N型技術(shù)的光伏企業(yè)，愛康將聚力創(chuàng)新、勇毅前行，助力能源轉(zhuǎn)型和可再生能源發(fā)展，引領(lǐng)業(yè)界開啟N型技術(shù)新征程。