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TOPCon vs BC,谁才是未来之星?

索比光伏网  · 公众号  ·  · 2024-09-06 18:34

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进入三季度以来,多家央国企开启组件设备招标,规模动辄超过10GW,引起了相关企业的激烈竞争。值得关注的是,包括华能、华电、京能在内, 多家发电企业对BC、HJT等电池组件产品设置单独标段,而不是与TOPCon放在一起, 按“n型组件”统一招标。显然,在这些企业看来,BC、HJT属于新的高效电池组件技术,需要在招标中给予适当倾斜,允许这些产品有一定的溢价,从而鼓励更多光伏企业参与到这一技术路线,研发出更多高效、高可靠产品。

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之前某技术论坛上,有企业认为,BC电池只是把正面电极转移到背面,可以算作提升效率的一种方式,但不能称之为一代电池技术。随着央国企招标陆续开展,BC单独标段增加,这种说法不攻自破。下面,我们可以一起探讨,关于光伏技术迭代、关于BC电池组件降本增效等话题,让更多人看到先进产能的优势和未来前景。


BC是不是新一代光伏技术?


纵观光伏行业发展史,技术迭代是永恒不变的热点话题。

什么是技术迭代?专业的解释叫做“在技术发展中,应用新技术替换旧技术,重新开发产品或服务的过程”。对光伏行业而言,无论是单晶替代多晶,大尺寸硅片替代普通硅片,还是n型替代p型,都符合这一表述。

那么,将太阳能电池的正负极金属接触移到电池片背面,可以看作技术迭代吗?许多光伏从业者认为,将技术迭代局限在钝化,未免有些狭隘了。事实上,只要是能大幅提升电池功率和组件效率的技术,都可以看作迭代。我们看到,领跑者项目中,单晶组件功率只比多晶组件高10-15W,就被称作技术迭代;210mm、182mm硅片替代156.75mm、166mm,只有尺寸发生变化,也能视作技术迭代。那么, BC组件比同尺寸TOPCon组件功率高出40-55W, 生产工艺也有较大区别,完全可以看作是新一代技术,应该给予鼓励和支持。


BC组件的高效率如何实现?


一块2382*1134mm尺寸光伏组件,如果采用TOPCon电池,量产功率通常在600-610Wp,但如果采用BC电池,功率可以提高到650W以上,从而带来更低的BOS成本和LCOE,为业主带来更高收益。

这一差距是如何产生的?我们从 硅片、电池、组件 三大环节,展开分析。

硅片环节: 德国弗朗霍夫研究所研究表明,晶硅太阳电池的光电转化效率与硅片的电阻率正相关,而硅片的电阻率取决于n型或p型杂质的掺杂浓度,这也是“晶硅太阳电池效率的理论极限29.43%及以上”的来源。众所周知,n型BC电池采用的硅片是超高阻的n型掺杂硅片或非掺杂的本征硅片,掺杂浓度接近1×1014/cm3的极限,电阻率没有上限;而n型TOPCon基于电池结构设计方面的固有限制,目前只能采用0.4-1.6Ω·cm电阻率范围的硅片,意味着掺杂浓度要达到3×1015-1.3×1016/cm3。也就是说,在硅片厚度基本相同(120-140μm)的情况下,这一电阻率区间的电池效率相对于极限效率低0.6-1.5个百分点。

Armin Richter etc, ISE,IEEE,3(4),1184,2013

电池环节: BC电池的金属电极都设置在背面,前表面没有任何栅线遮挡,拥有100%的受光面积,最大化利用照射到其表面的太阳光。而TOPCon电池由于正面存在金属栅线,有遮挡和反射,受光面积减少2%,再加上组件端的主栅焊带遮挡,将近3%的太阳光能被白白浪费了。

另外,我们都知道,高效太阳电池的效率损失主要来源于金属化接触区域的复合,采用钝化接触可使这一损失降至最低。现有TOPCon电池普遍采用单极钝化接触,复合损失较大,会带来更低的效率天花板;而BC电池在所有金属化区域都采用了钝化接触结构,最大限度地保证电池效率不因金属化接触而降低,更有希望接近晶硅太阳能电池的理论效率极限。

组件环节: 由于n型BC电池的金属栅线均分布在背面,电池串焊可采用单面的“一”字型的焊接方式,BC组件也可以更方便地实现电池片负间距排布、电池串满屏布局,进一步减少组件“留白”,放大电池效率优势,实现单位面积组件的最大功率。而TOPCon电池在负间距排布方面“先天不足”,除了叠瓦组件,其他产品方案带来的组件效率普遍比BC低1.5-2个百分点。


BC组件的降本空间还有多大?


从之前的招投标统计数据看,n型BC组件价格通常比TOPCon组件高6-8分/W,依靠高功率带来的低BOS成本即可追平。事实上,BC组件与TOPCon的价差也在逐渐减小,未来甚至可能实现比TOPCon更低的制造成本。

我们依然从三个主要环节进行分析。

硅片环节: 前面提到,TOPCon电池只能采用0.4-1.6Ω·cm电阻率范围的硅片,这样一来,拉棒头部(重量占比5%左右)无法利用,再加上完结段杂质过多、电阻率过低的影响,留埚量高达30%以上。而n型BC电池全部采用电阻率集中的超高阻硅棒、硅片,不仅头段质量全部符合电池的制备要求,留埚量也可降低到10%左右,硅片端的成本优势可达1.5-2分/W。

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电池环节: n型BC电池基于全背接触和全极钝化接触的优势结构,像爱旭n型ABC电池,创新研发的全无银涂布金属化技术,成本低、可靠性更高;而TOPCon电池由于金属电极结构设计的固有限制,暂未开发出无银金属化方法,只能沿用丝网印刷银浆金属化。随着电池产能扩张、白银价格持续飙升,二者的金属化成本差异可达3分/W。






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