摘要：太阳电池/光伏组件效率纪录，晶硅材料、晶硅电池及组件、薄膜电池、新型薄膜电池、光伏系统与应用技术进展。本篇为学习笔记，供大家参考！

太阳电池/光伏组件效率纪录，晶硅材料、晶硅电池及组件、薄膜电池、新型薄膜电池、光伏系统与应用技术进展。本篇为学习笔记，供大家参考！

1、NREL太阳电池/光伏组件效率纪录

美国国家可再生能源实验室(NREL)定期发布最高太阳电池研究效率图，最新为2021年12月14日版，见下图。

2021年5月，中国可再生能源学会光伏专业委员会发布《2021年中国光伏技术发展报告》，给出NREL太阳电池效率纪录如下。

NREL光伏组件效率纪录如下。

2、晶体硅材料技术进展

硅材料有单晶硅、多晶硅和非晶硅，直拉单晶硅和铸造多晶硅占太阳电池材料市场份额98%，其中单晶硅2020年市场份额近90%。

2020年，182/210mm硅片电池快速发展；硅片厚度早期200μm，2021年175µm，开始量产170µm，预计2026年达到140µm。

2019年，我国多晶硅、晶体硅、太阳电池和组件产量占国际总量58%、93%、75%、73%。

3、晶体硅太阳电池及组件技术进展

3.1 PERC电池技术进展

2020年初，单晶PERC电池占市场份额70%，年底已占90%。

PERC电池实验室效率纪录为2019年24.03%，一线企业产线效率为23%，二线及以下企业22.5~23%。

PERC掺镓硅片占单晶硅片市场份额55%，2021年有望达到90%。

PERC电池设备价格2~2.5亿/GW。

2020年底，PERC电池产能已达200GW，对于120GW全球产出已经过剩。

3.2 Topcon电池技术进展

2020年，N型电池(Topcon和HJT电池)海外出货量3.5GW，国内略超3GW。

电池效率，Topcon电池24.87%，产线平均23.6%~23.8%，双面POLO电池22.5%。

电池价格，PERC为0.79元/W，Topcon为0.97元/W，HJT为1.3元/W。

组件价格，PERC为1.58~1.65元/W，Topcon为1.8元/W，HJT为2.0元/W。

PECVD法Topcon电池价格比PERC高11.5%，组件高0.45%；LPCVD法Topcon电池价格比PERC高17.5%，组件高2.28%。

Topcon电池电站端度电成本(LCOE)低于PERC电池，单面低1.2%，双面低1.96%。

效率23%时Topcon和PERC电池价格1.1 RMB/W和0.88 RMB/W，组件价格1.8RMB/W和1.54RMB/W。

3.3 HJT电池技术进展

2019年HJT电池产线平均效率24%；2020年某250MW HJT电池产线效率24%，年底拉升至24.3%，2021年有望达到24.5%。

2020年，HJT电池设备开始采用M6硅片代替M2或M4硅片；设备与硅片尺寸兼容性强，老产线可直接制备210mm硅片。

汉能公司HJT电池中使用多层ITO层，纪录效率达25.11%。

2019年电池以5主栅为主，2020年新型主栅技术包括7主栅、9主栅、12主栅、0主栅(SWCT)和无栅线(IBC)。

HJT电池价格比PERC高，其中BOM高84%、设备高109%、制造高72%，需从设备、低温银浆、靶材方面降低成本。

4、薄膜太阳电池技术进展

4.1 硅基薄膜太阳电池技术进展

2020年硅基薄膜电池研发方向：性能优化设计、新结构设计、新型叠层电池、BIPV和IOT应用、与其它系统复合应用、电池组件。

国内硅基薄膜电池研发方向：性能优化设计、柔性太阳电池、与其它系统复合应用。

硅基量子阱、量子点太阳电池、IOT基础应用为硅基薄膜电池研发提供了新思路。

4.2 铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳电池技术进展

2020年，小面积CIGS电池纪录效率23.35%，柔性衬底CIGS电池20.8%；近几年CIGS电池效率很可能达到25%。

产业化和应用方面，汉能MiaSolé大尺寸柔性CIGS电池组件效率17.44%，神华光伏CIGS电池量产组件全面积效率17.6%。

CIGS电池研发方向：吸收层能带梯度优化，碱金属后处理工艺改进，界面层改性，缓冲层工艺优化，去缓冲层研发，叠层技术等。

CIGS电池/钙钛矿叠层电池是重要方向，四端叠层电池效率可能突破30%。

CIGS电池需降成本，拓展应用市场，如可穿戴设备、无人机、弧形车顶等；设备国产化问题也亟待解决。

4.3 铜锌锡硫(CZTS)薄膜太阳电池技术进展

2014年，美国IBM制备的CZTSSe电池全面积效率12.6%。

2020年，韩国DGIST制备的CZTSSe电池有效面积效率12.62%和全面积效率11.28%，未来有望突破18%。

小面积柔性CZTSSe电池效率10.3%, 大面积柔性器件效率8.61%。

CZTSSe电池研究方向：吸收层性能优化、阳离子掺杂、异质结界面优化、新型无镉缓冲层、背接触工程。

小面积CZTSSe电池效率低而不能产业化，随着效率突破CZTSSe电池有望实现产业化。

4.4 碲化镉(CdTe)薄膜太阳电池技术进展

2020年，First Solar公司出货量5.7GW，用于集中式发电、光伏建筑一体化、分布式发电、户用光伏等领域。

小面积CdTe电池器件纪录效率22.1%，组件效率19%，国内小面积CdTe电池效率约20%。

CdTe电池研究方向：Zn1-xMgxO窗口层、含Se吸收层、吸收层掺杂改性、背接触等。

CdTe电池成本略低于晶硅，大规模发电领域有一定竞争力；CdTe电池非常适合BIPV、分布式发电等新领域，应用场景多样化。

4.5 砷化镓(GaAs)薄膜太阳电池技术进展

2020年，欧美日GaAs电池研究方向：双结III-V族电池、III-V族与Si叠层电池、III-V族薄膜制备、III-V薄膜电池应用等。

美国NREL和澳大利亚UNSW合作，创造双结电池效率32.9％。单结电池效率29.1%，三结电池效率37.9%。

我国GaAs电池目前以空间应用为主，三结电池效率超过30%，自研电池效率不到35%。

国内还没有民用消费品市场领域GaAs薄膜电池产品；多途径降低GaAs电池成本，是未来该领域需解决的关键问题。

5、新型薄膜太阳电池技术进展

新型薄膜电池指晶体硅、砷化镓、铜铟镓硒和碲化镉外，以薄膜材料作为吸光层的电池，包括钙钛矿电池、有机电池、量子点电池等。

新型薄膜电池可制备在不同衬底(如玻璃、高分子材料、不锈钢箔等)上，具有质轻、体薄、柔性、多彩等优势。

主流晶硅器件效率接近理论极限，与新型薄膜电池叠层成为重要发展方向。

5.1 钙钛矿太阳电池技术进展

钙钛矿电池以钙钛矿材料作为吸光层。

2020年，单结钙钛矿电池认证PCE为25.5%，钙钛矿模组认证PCE为18.6%。

单结钙钛矿电池理论PCE约33%，双结叠层钙钛矿电池理论PCE可达40%。

钙钛矿/硅叠层电池认证PCE为29.5%，钙钛矿/钙钛矿叠层电池认证PCE为24.2%。

钙钛矿电池优势：制备方法多元，成本低；可与晶硅结合实现叠层；材料使用少，不使用稀缺元素；质轻、体薄、柔性、多彩等。

钙钛矿电池挑战：大面积电池效率提升、长期稳定性、规模化生产、重金属铅、柔性器件、叠层器件等。

钙钛矿电池应利用其柔性、多彩、轻薄等优势形成不可替代产品，走出应用第一步。

5.2 有机薄膜太阳电池技术进展

有机太阳电池以有机材料作为吸光层。

2020年，单结有机太阳电池认证PCE达到18.2%，柔性器件PCE突破15.21%。

2018年，叠层有机太阳电池PCE为17.3%；可见光透光率22.58%时，有机半透明太阳电池PCE可达到13.49%。

有机太阳电池极限PCE达50%，空间巨大。

有机太阳电池由给体和受体材料制备，两类材料又分为聚合物和小分子。

有机太阳电池种类：聚合物太阳电池(聚合物-小分子)、全聚合物太阳电池(聚合物-聚合物)、全小分子太阳电池(小分子-小分子)。

有机太阳电池优势：可溶液加工，成本低；材料种类繁多，廉价易得，易改性；重量轻、柔性、可实现半透明。

有机太阳电池研究方向：工作机理、新型给受材料、活性层形貌控制、界面工程、器件结构开发改善等。

5.3 量子点太阳电池技术进展

量子点电池以量子点(即纳米化半导体)作为吸光材料。

量子点电池理论PCE可达到44%。

量子点电池分类：肖特基型量子点电池、异质结量子点电池、聚合物杂化电池、量子点敏化电池(QDSC)。

研究方向：量子点敏化剂、金属氧化物电子传输层材料、电极、量子点薄膜电池等。

5.4 其他薄膜太阳电池技术进展

其它薄膜电池技术，以含量丰富、环境友好、性能稳定、效率提升快的新型化合物为主。

新型吸光材料主要基于S系元素，包括铜基硫系、锑基硫系、锌基硫系、铁基硫系、锡基硫系、锗基硫系等。

铜基硫系和锑基硫系电池最高效率超过10%，GeSe认证效率达到5.2%。

6、光伏系统与应用技术进展

光伏发电在我国电力能源市场占比逐年提高，应用场景包括大型地面电站、工商业分布式、建筑光伏、光伏复合应用(光伏+)等。

2020年，地面光伏电站方面，印度、日本增量减少30%和9%，美国增长近14GW，欧盟新增装机容量18.2GW，前五位为德国、荷兰、西班牙、波兰、法国。

2020年上半年，我国新增地面光伏电站7.07 GW，一季度同比下降24.04%，二季度同比增长21.77%，7月开始17.85GW项目完成备案。

6.1 工商业分布式技术进展

分布式光伏发电，指在用户场地附近建设，用户侧“自发自用、余电上网”，在配电系统平衡调节的光伏发电设施。

分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用原则，充分利用当地太阳能资源，替代减少化石能源。

分布式光伏发电能有效提高同规模光伏电站利用率，解决电力升压及长途运输损耗问题。

2020年，全国新增分布式光伏发电装机1552万千瓦，累计装机达到7894万千瓦，占全国光伏发电装机容量31.12%。

与储能结合是分布式光伏发展方向，微电网、净零能耗(净零电耗)建筑、智能家居是储能分布式光伏典型应用场景。

6.2 BIPV与产品技术进展

光伏建筑一体化(BIPV)将光伏发电技术融入建筑结构或材料，成为建筑物有机组成部分。

自“金太阳工程”开始，国内分布式光伏发电系统以BAPV为主，多将组件固定在建筑屋面上，直接作为玻璃幕墙或厂房屋面形式较少。

BIPV技术路线有三种：

(1) 幕墙式无边框光伏组件系统

适用于双玻或非晶硅等无边框光伏组件，多用于建筑外立面，与玻璃幕墙类似，有隐框式、明框式、半隐式和点支式四种类型。

(2) 导水槽和密封条式带边框光伏组件系统

适用于带边框光伏组件，多用于建筑屋面；W型支架有导水功能，将渗漏水汇集排入天沟。

该方案光伏组件兼容性好，施工工艺要求高，需保证屋面水密性、气密性及减防震功能。

(3) 覆瓦结构装配式或构件式光伏组件系统

覆瓦结构光伏组件还可分为两种类型。

一种以赫里欧和隆基为代表的“光伏瓦板”，将光伏组件与金属瓦集成，施工时保证组件结构中“瓦面”安装固定，密封良好即可。

另一种以尚德、友科为代表的定制边框光伏组件，两块组件边缘按屋面坡度朝向覆瓦叠合互锁，利用组件边框导水槽将雨水引入排水管。

国内光伏行业发展经历了金太阳示范项目、度电补贴、补贴退坡等阶段，目前优质企业厂房(面积大、质量好、消纳高)日益减少。

BIPV技术可降低建设成本，提高投资收益，尤其是新建厂房可实现“1+1＞2”的效果。

BIPV技术在强度、防水、绝缘、防火、日常维护等方面仍有较大提升空间。

BIPV技术在保证发电效率同时，还应符合建筑采光、热工节能、结构安全、电气安全、防火安全等要求，才能实现光伏材料建材化。

来源：才貌双全胡渐彪