下一代n型太阳能光伏电池的崛起!

2022年，可再生能源测试中心（RETC）密切关注着一个正在获得市场青睐和认可的技术趋势：带有钝化触点的下一代n型光伏电池的崛起。这些下一代n型光伏电池对于太阳能行业在继续降低成本以及提高性能领域至关重要。

在此，我们将探讨新的n型光伏电池设计的前景，以及与扩展这一前景广阔的技术相关的潜在挑战。

TOPCon崛起

许多行业分析师和材料科学家认为，新兴的n型光伏电池设计是光伏技术路线图上下一个合乎逻辑的进展。2013年，德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的研究人员提出了一种采用新型隧穿氧化钝化接触（TOPCon）结构生产高效n型硅太阳能电池的方法。

由于出色的表面钝化和有效的载流子传输，这种新型电池设计在开路电压（Voc）、填充系数和效率方面获得了很高评价。

不到十年之后，TOPCon成为太阳能领域最热门的词汇。全球最大的组件制造商正在开始批量生产使用TOPCon电池的光伏组件。在隆基公司大举押注p型TOPCon的同时，许多其他头部组件公司——例如晶科能源、中来、晶澳太阳能和天合光能——正在对采用n型TOPCon电池设计的组件进行大量投资。

市场上的这种集体转向主要是由于p型钝化发射极和背面电池（PERC）组件的效率曲线变平。尽管近年来这些组件在市场上占主导地位，但制造商开始达到p型单晶PERC电池设计的物理极限。过渡到n型TOPCon电池可以使组件公司在实验室和大规模生产中进一步提高电池效率。

技术尽职调查和工程服务供应商VDE Americas的首席工程师Kenneth Sauer解释称："每个人都希望获得尽可能高的组件等级，""通过更高的Voc值，你可以获得更高的效率和额定功率。就其本身而言，这很可能会使制造商转向n型TOPCon电池设计，只要他们能做的到。"

N型电池的优点

太阳能制造商早已认识到n型光伏电池的潜在效率优势。例如，三洋在20世纪80年代开始开发n型异质结技术（HJT）光伏电池。此外，SunPower公司还在高纯度n型硅的基础上构建了叉指背接触（IBC）光伏电池。

由于涉及到复杂的制造流程，基于n型HJT和IBC电池设计的高效光伏组件的生产成本相对较高，并且仍然是市场中的一个小众部分。相比之下，n型TOPCon电池的制造与PERC工艺相似。因此，制造商可以在升级后的PERC生产线上生产这些下一代高效TOPCon组件。

尽管目前n型TOPCon组件的每瓦生产成本略高于p型单晶PERC组件，但效率的提升使大规模现场开发项目的平准化度电成本出现下降。最重要的是，头部专家预计n型TOPCon将受益于加速的学习曲线。

相对于p型单晶PERC电池而言，n型TOPCon电池的一个主要材料优势是降解率较低，因为其对光诱导降解（LID）、光及高温诱导降解（LeTID）的敏感性出现下降。其他优势包括更高的双面系数以及在低光照和高温条件下的性能改善。

早期利用的风险

大多数分析师预计，基于这些性能优势，采用N型TOPCon电池的组件市场份额将迅速增长。然而，即使最终被证明在这一领域是成功的，新兴的光伏电池技术也总是比成熟的、经过验证的技术具有更大的风险。在行业利益相关方大规模开发产品之前，有可能存在尚未发现的衰减机制。

举例来说，独立的工程师和金融家认为，p型单晶PERC光伏组件是一种稳定的低风险技术。这种评估并非一直以来都是共识。早期版本的单晶PERC组件在稳定性方面存在问题，特别是LID问题，在极少数情况下，存在LeTID问题。这些意想不到的单晶PERC衰减模式表明了早期的新技术采用者所面临的性能风险。

虽然n型TOPCon光伏电池已被证实不易出现LID和LeTID问题，但也有一些证据表明其容易受到紫外线诱导的降解（UVID）的影响。例如，在进行人工加速紫外线暴露测试后，SLAC国家加速器实验室和国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员记录下先进太阳能电池技术的正面和背面功率损失。这些数据并没有指向单一的降解机制，而是表明不同的电池设计会通过不同的途径衰减。

逐案评估

尽管不可能消除与技术创新相关的所有风险和不确定性，但人工加速暴露测试是识别新故障和磨损机制的一种成熟的方法，例如在RETC认可的实验室进行的测试。超越资格和可售性的测试序列和协议对制造商将新产品推向市场是很有价值的。它们对于寻求降低下一代技术早期开发风险的开发商、金融家和独立工程师来说也至关重要。

"作为一家技术咨询服务供应商，"VDE Americas的Sauer表示，"作为技术尽职调查的一部分，我建议对新的n型组件进行加速UVID测试。如果电池钝化层没有经过适当调整，它们会在紫外线照射下分解。鉴于所有即将上市的新电池设计，重要的是要逐一评估每一种设计。"

鉴于所涉及的高风险，RETC正在对各种具有先进n型电池设计的下一代组件进行高度加速的独立紫外线测试。"我们不是要无缘无故发出警告，"首席执行官Cherif Kedir解释称，"我们只是想测试紫外线降解的潜在问题，为我们自己和行业提供输入。如果没有问题，我们可以继续前行。如果有问题，我们会发表一份报告，让行业能够在这个问题上走在前面。"