下一代光伏电池主流技术卡位战：喧嚣技术路线之争背后是什么

光伏电池转换效率，是每一轮光伏技术迭代最关键的标尺。在20%转换效率的基础之上，每提高一个百分点，可为下游电站节约5%以上的成本。对更高转换效率——哪怕只提高0.01个百分点的苛求，是中国光伏行业持续领跑该领域技术革新的驱动力，历来属“兵家必争之地”。中国产业化晶硅电池效率已多次打破世界纪录，且仍在追求新突破：仅今年上半年，国内企业、研究机构晶硅电池实验室效率已七度刷新世界纪录。

近两年来，围绕电池新技术的竞逐愈加激烈，路线之争此起彼伏。市场主流的P型单晶PERC电池仍是光伏发电行业当前最具经济性的技术，但量产效率已逼近其24.5%的理论极限，很难再有大幅提升。业内开始探寻下一代电池技术，TOPCon、异质结、IBC/TBC，这些热门选项中谁能脱颖而出取代PERC成为主流？新技术卡位战不仅事关未来行业格局，更是各厂商差异化竞争的胜负手。

“今年是光伏电池技术迭代年，以前发展的都是用P型硅做的电池，今年是N型电池的元年。”国际半导体产业协会（SEMI）中国光伏标准技术委员会主席宋登元在近日举行的2022光伏新能源产业发展金坛长荡湖峰会间隙对澎湃新闻表示，到2030年，以TOPCon和异质结为主的N型电池技术的市场份额将超过50%，今年在11%左右。PERC电池目前的市场占比仍在80%以上，但会逐渐下降，“这块份额到底由什么技术路线来填补，最终还是看实际的度电成本，这是光伏产业的内在规律。归根结底，一度电多少钱？最终用户为电买单，而不是买电池技术。”

宋登元认为，材料、设备、工艺三要素构成了新技术的竞争力。市场占比大小与技术好坏不能直接画等号，但不同技术之间在竞速。参考PERC电池的产业化过程，大多数企业投入的技术路线其成本下降和市占率提高会更快。

未来几年，PERC电池仍将拥有一席之地。后PERC时代，TOPCon、异质结，两种当前最受市场和资本热捧的电池技术谁主沉浮？据澎湃新闻观察，争议背后，其实是不同市场主体对过去十年PERC电池成功产业化历程的不同理解和演绎。

技术迭代窗口开启，谁与争锋

回顾光伏技术创新迭代史，历来不是单纯的技术参数争霸赛，任何一项光伏电池技术的产业化成功，离不开“天时地利人和”。

现在被视作下一代主流技术并加速量产的N型电池，并非新鲜事物。1954年，在法国科学家贝克雷尔发现光伏效应115年后，美国贝尔实验室首次制备出效率为6%的单晶硅太阳能电池。理论上而言，不管是掺硼的P型硅片还是掺磷的N型硅片都可以用来制备太阳能电池。打一开始，N型硅就凭借其少子寿命高、无光致衰减、弱光效应好、温度系数小等先天优点成为空间航天器应用的首选，但由于其抗宇宙射线辐照能力较弱，最终被P型硅取代。地面光伏应用开始发展之后，也沿用了以P型硅为主导的技术路径。

1982年，“世界太阳能之父”、澳大利亚新南威尔士大学教授马丁·格林及其同事首次提出PERC概念（即钝化发射极及背局域接触电池），并于1989年发表相关论文，宣布PERC电池的实验室效率达到当时的世界纪录22.8%。但在随后的二十年里，PERC电池产业化进程一直处于停滞状态。

2012年，由中电光伏牵头承担的国家“863”专项启动，正式吹响了我国PERC电池产业化的号角。2016年，由国家能源局实施的“光伏领跑者计划”引领国内PERC电池开启产业化量产，同时推动多晶向单晶技术路线转变。2018年起，PERC电池的产能和产量出现爆发式增长，市占比逐渐超过同为P型阵营、转换效率逼近20%极限天花板的铝背场电池。

就这样，在海外未能实现的PERC电池技术产业化由一批中国光伏企业完成了。晶澳科技、隆基绿能等企业也是在此轮技术迭代中打破技术瓶颈，夯实了行业地位。

“从2017年到现在，PERC电池效率从20.5%左右上升到现在的23.5%左右，再往上就很难了。”宋登元曾在马丁·格林教授实验室研究高效电池超过10年、担任英利集团CTO 13年，是高效电池技术产业化的亲历者和推动者。

十多年来，每一次光伏技术革新都可能诞生新的王者，也有曾经的巨头落伍消逝。当技术迭代窗口再次打开，TOPCon、异质结、IBC、钙钛矿……无论是光伏新秀还是老牌巨头，摩拳擦掌者有之，谨慎者亦有之。参照历史经验和行业发展规律，无论是选择TOPCon还是异质结，各路市场主体投资N型电池既是顺应技术变革趋势，更是寄希望于在潜在的行业座次洗牌中占据更有利的位置，拿下最大的那块蛋糕。

之所以要复盘PERC电池技术的产业化成功历程，是因为不同技术阵营看待这段历史的角度存在显著差异。

TOPCon的概念最早由德国Frauhofer太阳能研究所在2013年提出。该技术具有转换效率高、与现有PERC产线可兼容、电池参数性能优异等优势，成为PERC提效面临瓶颈、异质结成本下降仍需时间背景下许多光伏企业的首选。此前该技术因成本问题无法大规模量产，随着晶科能源等国内厂商积极布局，TOPCon电池效率近年来屡创新高，打开了大规模量产通道。异质结最早由日本三洋公司在1990年开发成功，并对其进行专利保护。2017年以来，一批国内企业开始启动或规划异质结产线，商业化节点加速到来。从实验室数据来看，两者的最高理论转换效率均在28%以上。

宋登元对澎湃新闻说，今年TOPCon电池的出货量预计在25-30GW，在中国电池片总产量中占比10%左右，异质结电池出货量2个多GW。由于目前TOPCon技术没有解决不了的技术瓶颈，预计随着产量的增加，各个生产厂家的技术投入，像当年PERC电池发展那样，效率提升会加速，成本会快速下降，抢占市场先机。出于对TOPCon技术前景的看好，宋登元于今年4月加入一道新能，后者是今年扩产速度最迅猛的TOPCon阵营第一梯队企业。

这代表了一种较为主流的观点：TOPCon的投资成本相较于其他N型电池技术更具有经济性，且没有明显的技术卡点，与PERC技术兼容性强，更易落地。目前异质结的单GW设备投资是TOPCon的近两倍，仍须迈过多道环节的技术攻关期，存有不确定性。

但在异质结支持者的眼里恰恰相反——这是一个行业洗牌、弯道超车的好契机。

该阵营认为，正是由于TOPCon可以兼容现有的PERC产线设备，使得持有大量PERC产线的厂商主动“捍卫”TOPCon技术，“站异质结”等同于存量资产减值、“革自己的命”。对于新入局和跨界者而言，押注异质结，意味着可以在又一轮光伏技术迭代中占据领先身位。随着投资成本下降，异质结的综合竞争优势将进一步显现。

对于资本来说，从PERC过渡更平滑的TOPCon不足以撼动当前的产业格局，更加颠覆性的异质结技术具备更大的想象空间和资本增值空间。

据澎湃新闻观察，目前头部企业在技术选型上孤注一掷的并不多，“两手准备”成为更常见的选择。

近年来加大异质结技术研发力度的组件厂商东方日升异质结事业部总经理杨伯川介绍说，异质结的大规模产业化面临银浆成本高、硅片变薄效果不及预期、无法兼容无主栅与薄片、靶材降本效果未达到预期等现实挑战，但解决路径也是清晰的，产业链已经形成，“与三年前相比，我们的异质结电池成本已经下降了50%。”

同样是技术和降本的不确定性，在一些人眼里是贻误产业化时机的阻碍，在另一些人眼里，却是莫大的吸引力。“有争议很正常，大家看问题的角度不一样。再有，就是一些资本的助推。”一位头部光伏企业高管对澎湃新闻说。

尽管企业技术选型存在不同，但技术路线之争不该是行业的“内卷”“内斗”，“我们的竞争对手不是光伏同行，而是化石能源。”宋登元提醒，度电成本始终是不同技术竞争的核心。国家光伏装备工程技术研究中心技术委员会主任，阿特斯阳光电力董事、高级副总裁张光春也强调，“在光伏发电行业不论做什么样的技术、生产什么样的产品，万变不离其宗，就是最后的度电成本，发一度电到底花了多少钱。如果这一点上没有竞争力，任何技术和产品都很难实现大规模产业化，可能小众产品在某一细分领域能用，但是大规模产业化是做不到的。”

“TOPCon赢在当下，而异质结赢在未来。”业内的这句流行语，一定程度上高度概括了两种技术的长短板。“有的人想做明天的技术，有的人想做后天的技术，没有对错之分，都会产业化。”长三角太阳能光伏技术创新中心主任、中山大学教授沈辉接受澎湃新闻采访时称。

从晶硅到薄膜

光伏技术的未来远不止“硅”。

“光伏能源正处于黄金发展期，技术成熟、水平提高、各国需求增强，整体形势对光伏发展形成非常有利的条件。”中国科学院院士、复旦大学光电研究院院长褚君浩在上述长荡湖峰会发言中判断，目前占据行业主流的晶硅电池发电成本逐年下降，以度电成本计算光伏有望成为最廉价的可再生能源。展望技术前沿，钙钛矿电池和砷化镓多结薄膜电池的转换效率较当前量产技术更高，钙钛矿-晶硅叠层电池、砷化镓多结电池的转换效率超过30%，是值得关注的技术方向。

随着新型电池产业化趋势逐渐清晰，今年以来从中央到地方密集出台的光伏产业政策中，高效电池技术频获支持。澎湃新闻梳理发现，高效晶体硅电池（包括TOPCon、异质结、IBC等）和高效钙钛矿电池等技术被列入九部门印发的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》、《“十四五”能源领域科技创新规划》重点任务榜单等多份文件，新型电池技术的产业化也受到多地政策力挺。

会上发布的《2022中国光伏技术创新白皮书》（下称《白皮书》）预测，晶体硅电池将在一段时间内保持主导地位，并以PERC技术为主。采用TOPCon或SHJ（即硅异质结）技术的N型晶体硅电池在综合考虑效率、成本、规模等方面具备较好市场竞争力后，有望成为下一个主流光伏电池技术，钙钛矿电池等基于新材料体系的高效光伏电池以及叠层电池作为研究热点，待产业化技术逐步成熟后，有望带来下一个光伏电池转换效率的阶跃式提升。

《白皮书》提出，尽管硅光伏对于消费者来说价格经济、效率高，但其应用范围越来越受到重量、尺寸、刚度以及复杂制造工艺的限制。可以克服硅光伏上述局限的薄膜光伏，在未来10年的市场空间有望以10%的复合年增长率扩容。主流的薄膜电池技术路线包括碲化镉、硒化铜铟镓和砷化镓；新型薄膜电池既包括钙钛矿太阳电池，也包括量子点太阳电池和染料敏化太阳电池。钙钛矿电池可分别和晶体硅电池或薄膜电池进行叠层。

据澎湃新闻了解，目前薄膜光伏市场以碲化镉为主，其次是硒化铜铟镓。后者一直饱受商业失败的困扰，近年来大有被爆红的钙钛矿技术超越之势。

澎湃新闻注意到，截至9月底，光伏发电装机容量已超过风电，成为我国仅次于火电、水电的第三大电源。

新能源大基地和分布式光伏的双线推进将持续支撑国内光伏装机的大幅增长。国家能源局在11月14日举行的四季度网上新闻发布会上强调，“十四五”期间，将持续大力推动大型风电光伏基地建设。第一批大型风电光伏基地已全部开工，第二批项目正在陆续开工，目前正在抓紧推进第三批项目审查。

中国光伏行业协会名誉理事长王勃华在峰会上介绍，今年前三季度，我国光伏产业呈现较好发展态势。在市场方面，前三季度光伏产业增长率超过100%，光伏产品（硅片、电池片和组件）出口超过400亿美元，同比增长近100%，出口额首次突破400亿大关。在应用端，前三季度国内光伏新增装机量同比增长超过105%。分布式光伏市场尤其值得关注，新增装机增速高达115.3%。

王勃华说，根据国际可再生能源机构（IRENA）和国际能源署（IEA）测算，在2050年净零排放和升温1.5摄氏度情景下，全球光伏市场发展空间十分可观。今年上半年，印度光伏新增装机同比大涨71%，德国呈现两位数增长，土耳其、巴西、英国等国增幅较大。在国内，结合各地出台的“十四五”风电光伏装机规划统计，其中26个省市自治区规划光伏新增装机规模超过406.55GW。