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极。

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，而价值链首先必须在 N 型生产中建立起来。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，太阳能电池类型经历了大规模的进一步发展。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。与单面太阳能电池仅通过顶部照明来产生光伏发电不同，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，必须注意确保其安装位置与下方表面有足够的距离，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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