文|趕碳號(hào)
人無(wú)遠(yuǎn)慮，必有近憂。當(dāng)下光伏企業(yè)們除了拼成本、拼技術(shù)、拼市場(chǎng)、拼產(chǎn)業(yè)鏈以外，也在拼未來(lái)。
現(xiàn)在行業(yè)正處在從P型電池向N型電池的變革中。N型電池的三條技術(shù)路線TOPCon、HJT、IBC各有所長(zhǎng)，都是企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)方向。這樣看起來(lái)，似乎下一代光伏技術(shù)的未來(lái)非常明確。
但是，隆基李振國(guó)認(rèn)為：不論是現(xiàn)在風(fēng)頭正勁的TOPCon，還是隆基綠能自己主打的HPBC，都只是過(guò)渡性技術(shù)路線，不是隆基綠能的終極目標(biāo)。
那么，隆基綠能在光伏技術(shù)上的殺手锏，有可能是雙結(jié)光伏電池嗎？
單結(jié)晶硅電池正在接近極限效率，全行業(yè)大戰(zhàn)TOPCon，各家之間轉(zhuǎn)化效率差不多，同質(zhì)化相當(dāng)嚴(yán)重，降本將是關(guān)鍵。
但是，光伏電池的想象空間仍然很大，未來(lái)要想突破當(dāng)下的范式牢籠，很有可能會(huì)是雙結(jié)電池甚至多結(jié)電池。
01、雙結(jié)電池實(shí)驗(yàn)室效率，已達(dá)33.2%
可能很多人對(duì)雙結(jié)電池感覺(jué)很陌生。其實(shí)，HJT和鈣鈦礦組合而成的疊層電池，就是最熟悉的雙結(jié)電池。
如果不考慮成本，只考慮沖刺實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的話，光伏電池的“結(jié)”數(shù)，理論上可以有很多，轉(zhuǎn)化效率的天花板也很難摸到。
六結(jié)太陽(yáng)能電池的發(fā)明者科學(xué)家John Geisz（左）和Ryan France
早在2020年4月，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 的科學(xué)家們就創(chuàng)造了一種六結(jié)太陽(yáng)能電池，轉(zhuǎn)化效率高達(dá) 47.1%，這是迄今為止的光伏電池最高紀(jì)錄。
光伏電池核心結(jié)構(gòu)為PN結(jié)和電極。PN結(jié)是半導(dǎo)體的空間電荷區(qū)。采用不同的摻雜工藝，通過(guò)擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體(通常是硅或鍺)基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。PN結(jié)上可以產(chǎn)生電流。
單結(jié)電池就是只有一個(gè)PN結(jié)，雙結(jié)電池就是有兩個(gè)PN結(jié)。
雙結(jié)電池有兩個(gè)吸光層，每個(gè)吸光層可以對(duì)特定波長(zhǎng)的光進(jìn)行吸收，提高電池的全光譜光學(xué)吸收，從而提升電池轉(zhuǎn)換效率
我們都知道單結(jié)晶硅電池的效率極限是28.7%。但是近兩年世界各地的知名實(shí)驗(yàn)室多次爆出電池轉(zhuǎn)換效率超過(guò)30%的新聞。其中包括：
2021年，美國(guó)能源部國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 和新南威爾士大學(xué)的研究人員創(chuàng)造了一種具有兩個(gè)吸光層的電池，可以把32.9% 的陽(yáng)光轉(zhuǎn)變成電。
2022年9月，荷蘭應(yīng)用科學(xué)研究組織（TNO）、代爾夫特理工大學(xué)、埃因霍溫理工大學(xué)和比利時(shí)研究機(jī)構(gòu)Imec將半透明鈣鈦礦太陽(yáng)能電池與晶體硅相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了30.1% 的功率轉(zhuǎn)換效率。該電池也是四端串聯(lián)配置的太陽(yáng)能電池。
今年4月，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué) (KAUST) 的研究人員開(kāi)發(fā)出一種新型太陽(yáng)能電池，創(chuàng)下33.2% 的功率轉(zhuǎn)換效率。雙面串聯(lián)太陽(yáng)能電池在頂部有鈣鈦礦電池，在底部有紋理硅。
由KAUST開(kāi)發(fā)的新型破鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池
其實(shí)，這些高轉(zhuǎn)換效率的電池都是雙結(jié)光伏電池。它們已經(jīng)遠(yuǎn)高于單結(jié)電池的轉(zhuǎn)換效率的極限。
國(guó)外實(shí)驗(yàn)室屢創(chuàng)紀(jì)錄，占據(jù)全球光伏市場(chǎng)壟斷地位的中國(guó)企業(yè)，自然也不會(huì)忽視這個(gè)新的技術(shù)方向。
02、理論效率超40%，龍頭企業(yè)均已布局
在去年隆基綠能HPBC電池創(chuàng)下26.81%的世界紀(jì)錄時(shí)，李振國(guó)在接受媒體采訪時(shí)就提到：“未來(lái)5-10年內(nèi)，雙結(jié)電池也有開(kāi)發(fā)空間，有可能達(dá)到40%的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換效率，30%-35%的量產(chǎn)效率”。李振國(guó)表示，隆基在雙結(jié)電池方向已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，會(huì)擇機(jī)公開(kāi)。李振國(guó)也強(qiáng)調(diào)：“雙結(jié)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需要的時(shí)間較長(zhǎng)，不是三五年可以解決的”。
雖然隆基對(duì)雙結(jié)電池的產(chǎn)業(yè)化的時(shí)間預(yù)期較遠(yuǎn)，但是這并不會(huì)妨礙當(dāng)下光伏企業(yè)們對(duì)雙結(jié)電池的展望。
其中，最積極的當(dāng)屬光伏組件黑馬——一道新能源。
5月19日，一道新能源與澳大利亞新南威爾士大學(xué)（UNSW）簽署聯(lián)合研發(fā)戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同啟動(dòng)大于35%效率SFOS超高效新型太陽(yáng)電池研發(fā)。其結(jié)構(gòu)是以一道新能高效硅電池作為平臺(tái)電池，并在電池表面疊加具有單重態(tài)裂變特性的新型光電轉(zhuǎn)換薄膜材料，形成激子倍增生成過(guò)程，使太陽(yáng)電池的量子效率超過(guò)100%。SFOS理論最高效率可以超過(guò)40%。SFOS電池具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)，符合光伏作為能源電力產(chǎn)品應(yīng)具有高性價(jià)比的第一性原理。
新南威爾士大學(xué)對(duì)關(guān)注光伏的人來(lái)說(shuō)很熟悉，它是前首富施正榮博士、一道新能首席技術(shù)官宋登元博士的母校。
已經(jīng)在TOPCon上取得壓倒性優(yōu)勢(shì)的晶科能源在2022年年報(bào)中提到，“積極探尋未來(lái)鈣鈦礦與疊層電池產(chǎn)業(yè)化導(dǎo)入機(jī)會(huì)、30%以上效率的電池產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用”。
現(xiàn)在，有企業(yè)在這方面已經(jīng)做出一些成績(jī)。
天合光能在2022年年報(bào)中披露：公司聚焦高效鈣鈦礦/晶硅疊層電池技術(shù)的研究，已取得了一定的研究成果，經(jīng)國(guó)際權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)第三方測(cè)試：2022年7月，小面積鈣鈦礦/晶體硅兩端疊層太陽(yáng)能電池實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到27.9%，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研發(fā)水平處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，入選2022太陽(yáng)電池中國(guó)最高效率；2022年12月，效率已提升至29.2%。
通威股份的研發(fā)方向不僅是硅料，在電池領(lǐng)域同樣發(fā)力迅猛：在2022年，通威同步推進(jìn)全背接觸電池、鈣鈦礦/硅疊層電池等前沿技術(shù)方面的研發(fā)，均取得積極進(jìn)展。其中，鈣鈦礦/硅疊層實(shí)驗(yàn)室已于報(bào)告期內(nèi)投入使用，小尺寸鈣鈦礦/晶硅疊層電池實(shí)驗(yàn)室第三方認(rèn)證效率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)27.19%。
即使向來(lái)低調(diào)的晶澳科技，也公開(kāi)披露：在2022年報(bào)告期內(nèi)，公司已開(kāi)展對(duì)全背接觸電池、鈣鈦礦及疊層電池技術(shù)的研發(fā)。
后記
國(guó)內(nèi)企業(yè)在雙結(jié)光伏電池研發(fā)上完全一致，這充分說(shuō)明，雙結(jié)甚至多結(jié)疊層電池，已經(jīng)是行業(yè)共識(shí)。在大家共同努力下，雙結(jié)電池不會(huì)太遙遠(yuǎn)，也許只要三五年時(shí)間。
上一輪的技術(shù)變局中，隆基依靠單晶、金剛線兩大技術(shù)修成光伏一哥；現(xiàn)在的雙結(jié)電池的技術(shù)路線，看起來(lái)更像是一個(gè)共同目標(biāo)、是明牌。未來(lái)這三五年，誰(shuí)又能殺出重圍，并以此成為新的王者呢？