量产十年，未来三年仍主导市场，PERC技术的制胜之道：电池篇|硅片|光伏|perc|产线
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PERC（Passivated Emitter Rear Cell，发射极及背面钝化）作为一种高效电池技术，自开始导入量产后，便迅速被光伏电池企业所引入，替代常规背电场（BSF）技术快速扩张并沿用至今。根据中国光伏行业协会（CPIA） 发布的《中国光伏产业发展路线图(2021年版)》中数据表明，2021年PERC电池市场占比高达91.2%，其市场地位稳居第一。
鉴于此，接下来一段时间将分别从PERC电池的发展、PERC组件的提效与产品优化选型这三个方面对PERC技术与产品展开介绍。
本文作为系列第一篇，将重点讲述PERC电池能够量产十年，并且在未来三年仍占据市场主导地位的原因。
1.PERC电池崛起的十年历程
一般来讲，行业内将1989年赵建华博士首次正式公布PERC电池作为该项技术的起点，但直到20多年后的2013年，通过诸多厂家与机构长期的技术储备和研究，PERC技术才具备了量产化和商业化的基础，并在2015年正式启动大规模量产，经历了几次量产化加速的过程之后，自2019年起首次超越BSF技术成为最主流的光伏电池技术。图1展示了PERC电池自诞生以来的几个重要时间节点。
图 1 PERC电池主要发展历程
2. PERC电池的结构与工艺
PERC电池是从早期的BSF电池升级而来，并且得到了行业的广泛应用，其电池结构如图2所示，通过在BSF结构的基础上增加背面钝化层，降低少数载流子的复合，提升电池的转换效率。
图 2 PERC电池结构图
PERC电池的工艺流程相对简单，且设备成熟，近两年来，标配了一些提效工艺，如激光SE、碱抛、光注入/电注入等，其整体工艺流程如图3所示。
PERC技术以背面钝化层的沉积和激光开槽为主，后续在此基础上进行工艺改进优化时增加了正面的SE激光和光注入/电注入退火等工艺，未来随着光伏技术的不断进步，为提升PERC电池的量产效率，也必将会对电池工艺进行进一步的改进与优化。
图 3 PERC电池工艺流程图
3.PERC电池的提效路线
PERC电池技术具有强大的包容性，可以兼容各类电池技术乃至硅片端的技术，在PERC技术被发明和应用以来，其量产效率也从开始的20%左右一路提升到现在的23.5%左右，单年效率最大提升幅度达0.6%，2013年以来PERC电池的量产效率趋势见图4。预计在未来三年，PERC的量产效率可以达到24%左右。
图 4 PERC电池量产效率
回顾PERC发展的这十年，其效率提升的路径主要从增加光线的吸收和降低少数载流子的复合两方面入手，主要体现在以下四个方面：
（1）金属栅线的优化：自光伏电池出现以来，减少栅线对光的遮挡，提高收集电流的效率一直是提效的主方向之一，这方面主要路径有增加主栅线根数，采用多主栅（MBB）方案，调整栅线高宽比以及二次印刷技术等；
（2）双面技术的推广：PERC技术具有天然的双面优势，将背面电场印刷改为局部铝栅线，节省浆料成本，同时还可以有效利用环境中的漫反射光，从而提高电池的实际发电能力；
（3）选择性发射极（SE）的采用：通过对电池正面金属栅线与硅片接触的部位进行重掺杂，电极之间轻掺杂，进一步降低扩散层的复合，提高短波响应，同时减少了前表面金属电极与硅的接触电阻，从而提高转换效率；
（4）电池衰减问题的解决：通过采用掺镓硅片解决PERC电池因硼氧复合导致的光衰问题，通过烧结后的光注入/电注入可以使衰减问题得到进一步的改善。
另外，电池效率的提升还可以通过对背面钝化层的优化、多层减反膜的陷光技术、更高少子寿命的高质量硅片等途径实现。
在理论研究方面，ISFH的Byungsul Min等人分别从新型发射极结构、掺硼铝背场、减少正面电极栅线宽度、提高硅片质量、多主栅等技术优化路径进行分析，研究不同的优化途径对PERC电池效率提升效果，得出PERC电池的量产效率可提升至24%以上，如图5所示。
图 5 PERC电池效率提升路径
来源：B Min, M Müller , H Wagner, A Roadmap Toward 24% Efficient PERC Solar Cells in Industrial Mass Production, IEEE Journal of Photovoltaics , 2017 , PP (99) :1-10
4.未来三年PERC电池将仍是主角
PERC技术基于其强大的性价比优势，以及产能布局，至少未来三年依旧是行业内的主流技术，各厂家也会积极提效降本来延长它的生命周期，根据CPIA的预测，到2025年，PERC电池市场占有率仍然超过50%，具体数据如图6所示。
图 6 2021-2030 年各种电池技术市场占比变化趋势
技术的更新迭代是光伏行业能够健康稳定发展的动力，从图6中还可以看出，n型电池由于具备更高的效率潜力，其占有率也在逐年提升，尤其TOPCon电池和异质结电池。但是这两类技术都需要新建或改造产线，相比于PERC电池生产线1.5~2亿元/GW的投资成本，TOPCon的新线投资成本要高出30%左右，即使升级改造现有PERC产线，其综合投资成本也高出PERC产线的20%左右，异质结产线的单位投资成本甚至更高，为PERC的2倍以上。基于高投资成本，其扩张速度相比于之前PERC替代BSF电池则要慢得多，2021年n型技术的市占率仅为3%。预计到2025年，TOPCon电池和异质结电池的市场占有率也才达到40%左右。当然除成本问题之外，n型技术还需要一步步的积累与多次验证，才能在未来接过行业主导的接力棒，给行业和客户提供更多价值。在此之前，PERC依旧会是光伏市场的主角。
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