量産十年，未來三年仍主導市場，PERC技術的制勝之道：電池篇|矽片|光伏|perc|産線
光伏資訊 | PV-info
PERC（Passivated Emitter Rear Cell，發射極及背面鈍化）作為一種高效電池技術，自開始導入量産後，便迅速被光伏電池企業所引入，替代常規背電場（BSF）技術快速擴張并沿用至今。根據中國光伏行業協會（CPIA） 發布的《中國光伏産業發展路線圖(2021年版)》中數據表明，2021年PERC電池市場占比高達91.2%，其市場地位穩居第一。
鑒于此，接下來一段時間将分别從PERC電池的發展、PERC組件的提效與産品優化選型這三個方面對PERC技術與産品展開介紹。
本文作為系列第一篇，将重點講述PERC電池能夠量産十年，并且在未來三年仍占據市場主導地位的原因。
1.PERC電池崛起的十年曆程
一般來講，行業内将1989年趙建華博士首次正式公布PERC電池作為該項技術的起點，但直到20多年後的2013年，通過諸多廠家與機構長期的技術儲備和研究，PERC技術才具備了量産化和商業化的基礎，并在2015年正式啟動大規模量産，經曆了幾次量産化加速的過程之後，自2019年起首次超越BSF技術成為最主流的光伏電池技術。圖1展示了PERC電池自誕生以來的幾個重要時間節點。
圖 1 PERC電池主要發展曆程
2. PERC電池的結構與工藝
PERC電池是從早期的BSF電池升級而來，并且得到了行業的廣泛應用，其電池結構如圖2所示，通過在BSF結構的基礎上增加背面鈍化層，降低少數載流子的複合，提升電池的轉換效率。
圖 2 PERC電池結構圖
PERC電池的工藝流程相對簡單，且設備成熟，近兩年來，标配了一些提效工藝，如激光SE、堿抛、光注入/電注入等，其整體工藝流程如圖3所示。
PERC技術以背面鈍化層的沉積和激光開槽為主，後續在此基礎上進行工藝改進優化時增加了正面的SE激光和光注入/電注入退火等工藝，未來随着光伏技術的不斷進步，為提升PERC電池的量産效率，也必将會對電池工藝進行進一步的改進與優化。
圖 3 PERC電池工藝流程圖
3.PERC電池的提效路線
PERC電池技術具有強大的包容性，可以兼容各類電池技術乃至矽片端的技術，在PERC技術被發明和應用以來，其量産效率也從開始的20%左右一路提升到現在的23.5%左右，單年效率最大提升幅度達0.6%，2013年以來PERC電池的量産效率趨勢見圖4。預計在未來三年，PERC的量産效率可以達到24%左右。
圖 4 PERC電池量産效率
回顧PERC發展的這十年，其效率提升的路徑主要從增加光線的吸收和降低少數載流子的複合兩方面入手，主要體現在以下四個方面：
（1）金屬栅線的優化：自光伏電池出現以來，減少栅線對光的遮擋，提高收集電流的效率一直是提效的主方向之一，這方面主要路徑有增加主栅線根數，采用多主栅（MBB）方案，調整栅線高寬比以及二次印刷技術等；
（2）雙面技術的推廣：PERC技術具有天然的雙面優勢，将背面電場印刷改為局部鋁栅線，節省漿料成本，同時還可以有效利用環境中的漫反射光，從而提高電池的實際發電能力；
（3）選擇性發射極（SE）的采用：通過對電池正面金屬栅線與矽片接觸的部位進行重摻雜，電極之間輕摻雜，進一步降低擴散層的複合，提高短波響應，同時減少了前表面金屬電極與矽的接觸電阻，從而提高轉換效率；
（4）電池衰減問題的解決：通過采用摻镓矽片解決PERC電池因硼氧複合導緻的光衰問題，通過燒結後的光注入/電注入可以使衰減問題得到進一步的改善。
另外，電池效率的提升還可以通過對背面鈍化層的優化、多層減反膜的陷光技術、更高少子壽命的高質量矽片等途徑實現。
在理論研究方面，ISFH的Byungsul Min等人分别從新型發射極結構、摻硼鋁背場、減少正面電極栅線寬度、提高矽片質量、多主栅等技術優化路徑進行分析，研究不同的優化途徑對PERC電池效率提升效果，得出PERC電池的量産效率可提升至24%以上，如圖5所示。
圖 5 PERC電池效率提升路徑
來源：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.未來三年PERC電池将仍是主角
PERC技術基于其強大的性價比優勢，以及産能布局，至少未來三年依舊是行業内的主流技術，各廠家也會積極提效降本來延長它的生命周期，根據CPIA的預測，到2025年，PERC電池市場占有率仍然超過50%，具體數據如圖6所示。
圖 6 2021-2030 年各種電池技術市場占比變化趨勢
技術的更新叠代是光伏行業能夠健康穩定發展的動力，從圖6中還可以看出，n型電池由于具備更高的效率潛力，其占有率也在逐年提升，尤其TOPCon電池和異質結電池。但是這兩類技術都需要新建或改造産線，相比于PERC電池生産線1.5~2億元/GW的投資成本，TOPCon的新線投資成本要高出30%左右，即使升級改造現有PERC産線，其綜合投資成本也高出PERC産線的20%左右，異質結産線的單位投資成本甚至更高，為PERC的2倍以上。基于高投資成本，其擴張速度相比于之前PERC替代BSF電池則要慢得多，2021年n型技術的市占率僅為3%。預計到2025年，TOPCon電池和異質結電池的市場占有率也才達到40%左右。當然除成本問題之外，n型技術還需要一步步的積累與多次驗證，才能在未來接過行業主導的接力棒，給行業和客戶提供更多價值。在此之前，PERC依舊會是光伏市場的主角。
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