太阳能组件：PERC 与 TOPCon 太阳能电池技术

尽管美国于1954年研制出的第一块太阳能电池是N型电池，但P型电池在随后的几年里占据了主导地位。这是因为早期太阳能电池组件主要应用于航空航天工业，而P型电池在航空航天领域表现出更高的可靠性。直到近年来，由于N型电池具有更高的功率输出，太阳能电池制造商才开始重新考虑其设计方案。这主要是因为N型电池的寿命更长，与P型电池不同，N型电池不易受到“硼氧缺陷”的影响。这种缺陷会导致电池效率随时间推移而下降。此外，N型太阳能电池对硅中金属杂质的敏感性也较低。

在光伏（PV）技术中，即使化学成分的细微差异也会导致效率和经济效益的显著差异。P型和N型太阳能电池的比较就是一个典型的例子。它们的电池结构不同：P型太阳能电池基于带正电荷的硅衬底，而N型太阳能电池的设计则相反，负掺杂的一侧作为电池的基底。

然而，由于过去几十年对P型太阳能电池的关注，目前N型太阳能电池的生产成本更高。P型电池的生产实现了价值链的规模经济，而N型电池的生产仍需建立规模经济。此外，N型太阳能组件的生产涉及更多步骤，这进一步增加了成本。但是，由于N型电池具有更高的效率，其市场份额正在稳步增长，取代P型电池成为主流太阳能电池技术可能只是时间问题。

在比较最近引起轰动的 PERC（钝化发射极和背面电池）和 TOPCon（隧道氧化层钝化接触）太阳能电池技术时，也可以看到两种电池类型之间的类似竞争。

PERC组件之所以能提高光伏组件的效率，是因为它们能更有效地将入射光转化为电能。这是通过将到达电池背面的那部分光反射回电池内部来实现的。这种反射是通过在组件背面涂覆一层称为背面钝化的涂层来实现的。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峰值功率（kWp）的生产成本。

为了实现最高效率，PERC电池主要采用单晶硅片。近年来，这类太阳能电池发展迅猛。效率的提升使其在专业光伏系统中几乎完全取代了传统的铝背场（Al BSF）电池。然而，PERC电池并非新生事物；其原理最早由澳大利亚新南威尔士大学于1983年提出。只有通过不断改进生产工艺，这项技术的潜力才得以充分发挥，并最终实现大规模生产。

然而，PERC技术并非完美无缺。与传统电池相比，这类电池更容易受到光致衰减（LID）的影响。这种LID效应会导致太阳能电池在首次光照后性能下降。此外，PERC电池发生电势诱导衰减（PID）的风险也更高。PID缺陷可能造成深远的影响，因为它会显著降低整个光伏系统的输出功率。因此，投资者应特别注意确保PERC电池已通过IEC TS 62804标准的PID抗性认证。

弗莱堡弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）开发的TOPCon太阳能电池技术正冉冉升起。这种电池既可以是单面的，也可以是双面的，与PERC电池不同，它主要采用N型晶片。与PERC电池相比，TOPCon电池展现出更高的效率潜力。去年，中国晶科能源展示了TOPCon电池的巨大潜力，推出了一款单晶双面N型TOPCon太阳能组件，效率高达23.53%。隆基能源在2021年推出的TOPCon组件性能更胜一筹。它采用P型TOPCon电池，创造了该技术新的世界效率纪录，效率达到25.19%。鉴于TOPCon技术的快速发展，这一纪录被打破只是时间问题。对这些组件的深入研究将确保其发展在未来很长一段时间内持续下去。

尽管拓普康太阳能电池的性能难以匹敌，但PERC技术仍然占据市场主导地位。由于电池效率的持续提高和生产成本的同步下降，这种情况可能会持续一段时间。

然而，由于其极高的效率，TOPCon电池正逐渐获得市场认可。目前，高昂的生产成本是此类光伏系统的一大劣势。但随着大规模生产的推进，预计规模经济效益将显著提升，这将使TOPCon组件成为德国PERC技术的有力竞争对手。弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）的研究人员证实了这一点。然而，他们认为，除了降低制造成本外，还需要将产量提升至与PERC电池相当的水平，才能确保TOPCon组件的经济可行性。

根据科学家的研究结果，在5兆瓦的地面光伏系统中，与PERC技术相比，TOPCon技术会导致太阳能电池总成本增加13.5%至18.6%，组件总成本增加3.6%至5.5%。然而，弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（Fraunhofer ISE）的研究人员指出，TOPCon太阳能电池的电池效率比双面p-PERC电池高0.4%至0.55%，这使得大规模生产更具成本效益。

无论采用N型还是P型太阳能电池，都有一种方法可以显著提高太阳能组件的效率：双面技术。与单面太阳能电池仅在其顶面受光照射时才能产生光伏发电不同，双面太阳能电池的设计使其上下两面都能发电。这种增强的光吸收能力显著提高了组件的效率。

当然，电池板背面的效率不如朝上的正面（朝向太阳的一面）高。然而，根据安装位置、离地距离和外部条件的不同，由于背面光照强度增加，效率可以提高19%以上。这可以使整个系统的功率输出增加10到30瓦。例如，一个之前输出功率为290瓦的电池板，其输出功率可以提高到320到360瓦。

安装双面反光系统时，务必确保其与下方表面保持足够的距离，以便光线能够充分透射。对于反射率较低或中等的表面，例如瓦片屋顶或草地，最小距离应至少为 40 厘米。对于反射率较高的表面（例如雪地），距离地面的距离应大于 1.5 米。

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