太阳能组件：PERC 与 TOPCon 太阳能电池技术

尽管1954年美国开发出的第一块太阳能电池是N型，但P型电池在随后的几年中开始流行。 其原因是，早期这些模块主要用于太空旅行，事实证明它们更具弹性。 直到最近几年，太阳能电池制造商才开始重新考虑他们的方法，这是由于 N 型电池具有更好的性能。 主要原因是这些细胞的寿命更长，因为与 P 型细胞不同，它们不受“硼氧缺陷”的威胁。 随着操作时间的增加，这会导致效率降低。 此外，N型太阳能电池不易受到硅金属污染的影响。

在光伏技术中，即使化学成分最小的差异也会导致效率和经济分配的巨大差异。 例如，当比较 P 型和 N 型太阳能电池时就可以看出这一点。 两者的电池结构有所不同，P 型太阳能电池基于带正电的硅基构建。 相比之下，N 型太阳能电池的设计则相反，因为负掺杂侧充当太阳能电池的基底。

然而，由于数十年来人们对 P 型电池的关注，N 型太阳能电池目前的生产成本更高。 它们的生产带来了价值链的规模经济，而价值链首先必须建立在 N 型生产上。 此外，N型太阳能组件的生产需要额外的步骤，这进一步增加了成本。 然而，由于其效率较高，N型的份额不断增加，取代P型成为主导太阳能电池技术只是时间问题。

当比较最近引起轰动的太阳能电池技术 PERC（钝化发射极和后电池）和 TOPCon（隧道氧化物钝化接触）时，可以看出两种电池类型之间的竞争。

PERC 模块提高了光伏模块的效率，因为它们可以更好地将入射光转化为能量。 他们通过将到达细胞背面的部分光反射回细胞中来实现这一点。 这是通过在模块背面施加一层（即所谓的背面钝化）来实现的。 与传统组件相比，PERC电池的效率提高了1%，这反过来又有助于降低每千瓦功率的生产成本。

为了实现最大可能的效率，单晶硅片主要用于PERC电池。 近年来，太阳能电池的类型经历了巨大的进一步发展。 效率的提高使得它们在专业光伏系统领域几​​乎完全取代了传统的铝 BSF 电池。 PERC 电池并不是什么新鲜事，因为其原理最早由澳大利亚新南威尔士大学于 1983 年提出。 然而，只有不断改进生产工艺，才能够充分发挥技术的价值进行大规模生产。

然而，PERC技术也并非没有问题。 这使得它们比传统电池对光引起的降解更敏感。 这种 LID 效应会导致太阳能电池在第一次接触光后失去电力。 电位引起的降解的风险也较高。 PID 缺陷可能会产生深远的影响，因为它会显着降低整个光伏系统的性能。 因此，投资者应特别注意 PERC 电池已根据 IEC TS 62804 获得 PID 抗性认证。

弗莱堡 Fraunhofer ISE 开发的 TOPCon 技术是太阳能电池领域的一颗后起之秀。 这些电池可以是单面和双面的，与 PERC 相比，它们主要依赖于 N 型晶圆。 与 PERC 相比，它们具有更高的效率潜力。 去年，中国制造商晶科能源展示了效率高达 23.53% 的单晶双面 N 型 TOPCon 太阳能组件，证明了这一点有多高。 隆基乐叶2021年推出的TOPCon组件实现了更高的性能。 采用P型TOPCon电池，效率达到25.19%，创下了该技术新的效率世界纪录。 鉴于进展迅速，打破这一记录只是时间问题。 对模块的深入研究应该确保开发仍然没有结束的迹象。

尽管TOPCon太阳能电池的性能难以匹敌，但PERC技术仍然在市场上占据主导地位。 由于电池效率的提高和生产成本的下降，这种情况可能会持续一段时间。

然而，TOPCon 电池由于其极高的效率而正在兴起。 高生产成本仍然不利于这种类型的光伏发电。 然而，随着大规模生产的开始，预计也会出现显着的规模经济，这将确保德国的 TOPCon 组件对 PERC 技术展开激烈的竞争。 Fraunhofer-ISE 的研究人员也证实了这一点。 然而，他们表示，除了降低制造成本之外，还需要将产量提高到 PERC 电池的水平，以支撑 TOPCon 组件的经济可行性。

根据科学家的研究结果，对于输出功率为 5 兆瓦的地面安装光伏系统，与 PERC 相比，TOPCon 技术的太阳能电池总成本高出 13.5% 至 18.6%，组件总成本高出 3.6% 至 5.5%。 尽管如此，Fraunhofer ISE 的研究人员表示，与双面 p-PERC 相比，TOPCon 太阳能电池的电池效率高出 0.4% 至 0.55%，使得经济高效的大规模生产成为可能。

无论使用N型还是P型太阳能电池，都有一种方法可以大幅提高太阳能电池组件的效率。 这就是双面技术。 与仅通过顶部照明来产生光伏发电的单面太阳能电池相比，双面太阳能电池的设计使其可以从顶部和底部发电。 通过这种方式实现的光利用率的增加显着提高了模块的效率。

当然，底部的效率不如顶部，因为顶部是面向阳光的。 尽管如此，由于底部辐射，效率可以提高 19% 以上，具体取决于位置、距地面的距离和外部条件。 这意味着整个系统的容量可以增加10到30倍。 例如，之前提供 290 Wp 的模块性能增加至 320 至 360 Wp。

安装双面系统时，必须小心确保它们安装在距下方表面足够的距离处，以允许额外的辐射。 对于弱到中等反射表面（例如瓦屋顶或草地），最小距离应至少为 40 厘米。 然而，对于高反射表面（例如雪），距地面的距离应大于1.5米。

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