什么是perc光伏电池

PERG技术通过在电池的后侧上添加一个电介质钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更高的效率水平受限于光生电子重组的趋势。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少电子重组，以及更高的效率水平。

太阳能电池：

又称为“ 太阳能芯片”或 “ 光电池”，是一种利用 太阳光直接发电的光电半导体薄片。它只要被满足一定照度条件的光照到，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生 电流。在物理学上称为 太阳能光伏（Photovoltaic，缩写为 PV），简称 光伏。太阳能电池是通过 光电效应或者光化学效应直接把光能转化成 电能的装置。以光电效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于 萌芽阶段。

太阳能电池分类：硅太阳能、多晶体薄膜、有机聚合物、纳米晶、有机薄膜、染料敏化、塑料电池

2015年光伏领跑者计划推出，国家通过此项计划引导光伏行业有序升级，行业积极响应并顺势加快高效电池技术从研发走向量产的步伐。经过市场大浪淘沙，光伏行业主要选择的主要高效电池技术有：多晶黑硅电池技术、N型单晶双面电池技术以及P型单晶PERC电池技术。下面就电池工艺、组件功率、光致衰减、隐裂等方面探讨上述几种技术的优劣。

一、PERC单晶电池

1、PERC单晶单面电池

常规单晶电池主要效率区间为19.8-20%，对应的组件功率为280W。为了进一步提升单晶电池效率，在电池背面增加了钝化层。通过背面钝化层的作用，电池的表面复合速率显著降低，电池的效率提升到20.8-21%，对应的组件功率由280W提升到290W。

和常规单晶电池工艺相比，PERC单晶电池主要增加了背面钝化、背面SiNx膜沉积和激光打孔三道工艺。其中激光打孔工艺是利用一定脉冲宽度的激光在去除部分覆盖在电池背面的钝化层和SiNx覆盖层，以使丝网印刷的铝浆可以与电池背面的硅片形成有效接触，从而使光生电流可以通过Al层导出。因Al浆无法穿透SiNx层，其余未被激光去除的钝化层被覆盖在其上方的SiNx覆盖层保护，发挥降低表面复合速率，提升效率的作用。

通常背面的激光开孔面积约占电池片表面积的5-10%，如激光开孔面积过低，则光生电流在传输过程中电阻较大，从而产生较大的热损失，导致电流效率降低。如激光开孔面积过大，则钝化层无法有效发挥降低表面复合速率的作用，导致电池的效率无法有效提升。激光开孔工艺在电池片表面产生了5-10%的损伤。作为整片单一晶体，PERC单晶由于背面的完整晶体结构被破坏，有很大的隐裂或破碎的风险，晶体损伤可能导致硅片沿着此损伤整片碎裂。PERC单晶电池由于正反面金属结构不同所造成的2-5mm的翘曲，翘曲应力和激光损伤的联合作用下，PERC单晶电池的隐裂或破碎的风险将显著提高。

组件应用在光伏电站后，在整个生命周期内，组件都需要持续经受机械载荷或风载荷等考验。为了保证组件在光伏电站使用的可靠性，组件都需通过5400Pa机械载荷测试，行业标准是测试后组件功率的衰减量小于5%，因为激光开孔工艺造成的损伤导致硅片破碎几率增大，因此PERC单晶组件经过机械载荷测试后的衰减普遍大于5%，而常规单多晶组件的机械载荷测试功率衰减量普遍小于3%。可以看出PERC单晶组件的机械载荷衰减率明显高于其他组件产品。对光伏电站来说，在雪载荷和风载荷等的持续用下，PERC单晶组件从激光开孔点开始逐渐出现隐裂和破片，伴随的是组件功率的持续下降。PERC电池的高机械载荷衰减率PERC单晶组件的这一缺陷给光伏电站发电量带来了极大不确定性。为了缓解PERC单晶在机械载荷和隐裂方面的缺陷，行业采取在组件背面添加加固横梁的方式，并进行了采用加厚硅片来缓解隐裂的尝试，但这些方法均提高了组件的单瓦成本，与降低度电成本的大方向背道而驰。

光致衰减方面，多晶黑硅光衰约为1.5%，N型单晶基本没有光衰，而PERC单晶的光衰在2-10%之间，从而导致PERC单晶组件应用在光伏电站后很可能光电转换效率大幅下降，光伏电站发电量和收益率而随之大幅下降。

2、PERC单晶双面电池

PERC单晶单面电池的背面为全Al层，背面入射光线无法穿透该全Al层，因此PERC单晶单面电池只有正面可以吸收入射光进行光电转换。为了使PERC电池均有双面光电转换功能，行业改变了PERC电池的印刷工艺，将背面全Al层印刷工艺修改为背面局部Al层印刷工艺。该工艺是尽量保证背面Al浆印刷在激光开孔点处，以使光生电流仍然可以通过激光开孔点的Al层导出。

PERC单晶双面电池背面由全Al层改为局部Al层，因此背面的入射光可由未被Al层遮挡的区域进入电池，实现双面光电转换功能。由于激光开孔点仍然需要Al浆来疏导光生电流，因此背面的大部分区域任然覆盖了Al浆，因此和电池正面超过20%的光电转换效率相比，PERC单晶双面电池背面可吸收光线的区域有限，背面的光电转换效率预计在10-15%。同时由于背面由全Al层改为局部Al层，电池的正面效率可能会下降0.2-0.5%。

由于PERC单晶双面电池的工艺与PERC单晶单面电池的工艺并无明显区别，因此PERC单晶双面电池任然面临隐裂率高、机械载荷衰减率高、光致衰减率高等问题。对光伏电站来说，使用PERC单晶双面组件仍然有明显的可靠性风险，对保证电站收益率也是巨大的考验。

二、N型单晶双面电池

N型单晶双面电池在近年也逐步释放产能，从相关资料来看，国内若干主要企业均具有一定技术储备。这种电池的特点也是双面皆可吸收入射光线，从而提升电池和组件的发电量。目前有企业宣传该款电池的正面效率大于21%，背面效率大于19%。封装成组件后，正面功率接近300W，背面功率接近270W。结合各种应用场景，组件发电功率较高。和常规电池相比，该款电池主要增加了双面浆料印刷和硼元素掺杂（如旋涂、印刷高温推进和固态源扩散等）等工艺。目前国内主要企业储备的该产品技术基本都没有用到激光等工艺，因此整个电池制作工艺不对硅片造成额外损伤，组件可在各种使用条件下保持稳定性。此外，还具有无光致衰减、弱光响应好等特点。

P型单多晶电池正面印刷Ag栅线，背面整面印刷Al浆，因此电池正面和背面的金属结构和成分不对称，在丝网印刷烧结后电池片会产生2-5mm的翘曲，从而在电池内部产生应力，由于翘曲和应力的作用，P型单多晶电池的破片率明显提升。由此包括电池生产、组件生产和光伏电站组件中的电池破裂率均提升。N型单晶双面电池正背面均印刷Ag栅线且图形相近，因此N型单晶双面电池结构均有对称性，电池在丝网烧结印刷后不产生翘曲。此外，N型单晶双面电池的工艺流程中无激光等损伤，保持完整晶体结构。综合以上因素，N型单晶双面电池破片率更低。

由于N型单晶双面电池正背面均印刷银浆，因此该款银浆的耗量高于P型单多晶电池。在产能方面，N型电池与P型电池的相比还有差距。

三、多晶黑硅电池

多晶硅片中具有若干不同晶向的晶体，因此单晶广泛应用NaOH溶液各向异性制绒工艺并不适用于多晶制绒。目前通行的多晶硅制绒工艺主要是HF/HNO3混合溶液的缺陷腐蚀制绒法，此方法制绒后的硅片反射率约为18%，高于常规单晶制绒后11%的反射率，不利于多晶电池对入射光线的有效吸收。为了进一步降低多晶硅片制绒后的反射率，采用特殊制绒工艺在多晶硅片表面形成纳米结构，增加有效多晶硅片对入射光线的吸收。采用这种制绒工艺生产的多晶电池有更低的反射率，此方法制绒的多晶电池从肉眼来看比普通多晶电池更黑，因此这种工艺被称为黑硅制绒。

多晶黑硅制绒工艺主要有干法制绒和湿法制绒两种。干法黑硅制绒工艺为反应离子刻蚀法（Reactive Ion Etching，RIE），该方法是等离子体在电场作用下加速撞击硅片，在硅片表面形成纳米结构，从而降低多晶硅片的反射率。湿法黑硅制绒工艺为金属催化化学腐蚀法（Metal Catalyzed Chemical Etching，MCCE），该方法是在硅片表面附着金属，利用HF与强氧化剂混合溶液腐蚀硅片表面，附着在硅片表面的金属随着腐蚀过程而向下沉积，从而在硅片表面形成纳米结构，有效降低硅片表面的反射率。无论干法或是湿法黑硅制绒工艺，都可将多晶电池效率提升0.6%以上，采用多晶黑硅电池封装的组件功率也可从265W提升到275W。多晶黑硅电池的整个制作工艺简单，不对硅片造成额外的损伤，使多晶组件可在各种使用条件下保持可靠性，保证了多晶组件在光伏电站整个生命周期发电量的稳定。此外，多晶电池还具有光致衰减低的特点，多晶电池的光致衰减普遍低于1.5%，而PERC单晶电池的光致衰减为2-10%。可以看出，与PERC单晶电池相比，多晶黑硅的光致衰减率具有很好的优势。

在全球的晶体硅光伏产品中，多晶产品仍然占有50%以上的市场需求。多晶产品具有单瓦价格低、工艺成熟、组件可靠性高的特点，有效降低光伏电站风险，为光伏电站收益提供可靠保障。

结语

多晶黑硅电池和N型单晶双面电池在光致衰减率、破片率和机械载荷衰减率等方面均明显好于PERC单晶电池。因此相比于PERC单晶电池，多晶黑硅电池和N型单晶电池将为光伏电站带来更为稳定的发电量，光伏电站业主的投资回报也可以得到更好的保障。光伏电站作为预期运营25年、30年乃至更长时间的投资项目，除了组件初始功率外，还需要关注组件功率在整个电站生命周期的稳定性和衰减率，以保证稳定的投资回报。

面积相关成本是指：光伏电站建设过程中和组件的面积直接相关的成本；例如光伏电站的运输、安装、线缆、支架、运维、土地等均为面积相关成本。面积相关成本与我们所熟悉的BOS成本有很大重叠部分，但也有诸多不同，例如逆变器成本算入BOS成本，但是逆变器属于容量相关的成本，功率越高逆变器成本就越大，所以选用高功率组件并不能摊低逆变器的成本；再例如运维成本属于电站建设好以后正常运营的支出，例如清洗维护成本、线缆更换、支架更换等维修成本。运维成本和面积相关，例如清洗面积越大清洗成本越高。但是运维成本并不算入BOS成本中。所以面积相关成本和BOS成本的区别以及共同点如下表：

面积相关成本 BOS成本

共同点 共同包含运输、安装、支架等成本

不同点 不包含逆变器成本

但包含运维成本 不包含运维成本

但包含逆变器成本

面积相关成本以单块组件所需为单位，不同电站类型、不同建设区域以及不同的劳动力成本都会导致面积相关成本有很大不同。但是综合各地、各种类型电站建设成本，我们会发现面积相关成本往往介于400元/片~800元/片之间。这就是说，电站建设过程中一片60型组件的运输、安装、支架、桩基、土地所需最少成本也在400元以上。所以提高发电功率摊低单位面积的相关成本成为急需解决的问题，也是高功率组件价格更贵的经济合理性基础。

由于不同组件封装形式不同、硅片质量不同、电池路线不同会导致功率有较大差异，目前普通多晶组件功率为275W，而单晶perc组件功率已经普遍达到300W+甚至310W的水平。我们选取单块组件面积相关成本为500元的常规电站为例，功率275W的组件单瓦需要摊销面积相关成本为500÷275=1.81元；功率达到305W的组件单瓦所摊销面积相关成本为500÷305=1.64元。功率更高的组件单瓦摊销面积相关成本更低，这是合理价差的根本来源，于是：

合理价差=500÷275-500÷305=0.17元。

按照上面的思路，我们可以先得到一个基本的计算合理价差的公式：

但是上述简单的计算公式有一个重大缺陷，那就是没有考虑perc大约3%的发电量增益。就是说305W的单晶perc组件等效于305W×1.03=314W的常规组件。单晶perc组件发电量有增益是有实证数据支持的，而且其理论原因也比较清晰，主要是由于：

1、单晶perc组件弱光效应好，由于能更好的吸纳弱光，电站每天启动时间更早、关闭时间更晚，相当于是每天早起晚睡勤劳的好同志。

2、第二个原因是工作温度低，由于单晶perc组件转化效率更高，工作时以热的形式耗散的能量少，正午艳阳高照下单晶perc组件相较于常规组件工作温度更低，我们都知道高温不利于组件正常发电，组件一般温度系数为0.46%，就是意味着组件温度每升高1度，发电量就会减少0.46%。更低的工作温度是提升发电量的又一关键原因。

当我们把单晶perc组件这3%发电增益也纳入考量带入计算公式时，结果就会大有不同。考虑3%的发电增益后主要带来两个变化：

1、等效功率变大，305W的单晶perc组件实际上相当于305×1.03=314W的常规组件。进而可以使面积相关成本摊低更多。

2、由于组件销售时还是按照305W的功率来计价，多发电相当赠送了一定功率的组件。就是说314W-305=9W相当于是赠送的。按照当前普通多晶组件2.45元/W的价格计算，价值相当于2.45×9=22元。由于组件功率是305W，则每瓦对应的价值为22÷305=0.072元。

考虑上述两个因素以后，对于一个每片60型组件面积相关成本为500元的电站项目，275W多晶组件和305W单晶组件的单瓦合理价格差为：

500÷275 - 500÷(305×1.03)+0.072=0.297元

这个公式可以分为三个部分来理解：

1、500÷275 是指面积相关成本500元的电站选用275W组件，单瓦所需摊销的成本。

2、500÷（305×1.03）是指一块组件面积相关成本为500元的电站项目选用305W功率的组件并且考虑3%的弱光效应发电增益后，单瓦功率要摊的成本。

3、0.072是指305W的单晶perc组件考虑3%的发电增益以后等效于314W的组件，但是组件销售的时候还是按照314W来计算，所以实际相当于“赠送”9W的功率，按照当前多晶组件每瓦售价2.45元计算，9W功率价值2.45×9=22.05元，对于一个305W的组件单瓦带来的价值提升为22.05÷305=0.072。

最后值得我们特别注意的是：这个公式最终结算得出的0.297元是该类电站最大可承受的价格差，如果此时单晶perc组件与常规多晶组件价格差＜0.297元，则从经济理性的角度理应选择单晶perc组件，因为虽然价格贵一些但在电站假设过程中带来的摊销价值更大；但是如果单晶perc组件价格差＞0.297，则从经济理性选择的角度，选择常规多晶组件更合适一些。

其实这个思维模型可以推而广之，可以用来计算双面组件的合理价差，对于有条件使用双面组件且假设背面功率增益为7%，面积相关成本为500元的电站项目，275W普通单面组件和300W双面组件的合理价差计算公式为：

500÷275 - 500÷(300×1.1)+0.245=0.548元

同样道理，这个公式也可以分为三个部分来解释：

1、500÷275 是指面积相关成本500元的电站选用275W组件，单瓦所需摊销的成本。

2、500÷(300×1.1）是指一块组件面积相关成本为500元的电站项目选用300W功率的组件并且考虑3%的弱光效应发电增益,以及7%的背面发电增益效应（合计10%的增益），单瓦功率要摊的成本。

3、0.245是指300W的双面组件，考虑弱光效应增益3%以及背面增益7%以后，等效于300×（1+3%+7%）=330W，相当于赠送30W功率的组件。按照当前组件价格2.45元计算，价值为73.5元，单片组件功率300W，则单瓦价值为73.5÷300=0.245元。

考虑这三个部分的增益以后，得出的结论我自己都是吃惊的，300W的单晶perc组件比275W的多晶组件卖贵0.5元都是合理的！所以对于地面电站有条件使用双面组件的项目，我的建议是能使用双面组件就选用双面。

大逻辑：

最近这些年，人力成本是不断上涨的，即便是印度地区，由于经济的发展，长期看人力成本也都是上涨趋势。再看看电站建设过程中所使用到的钢材、线缆等大宗商品，也是出在不断上涨的趋势中。这样的大格局下，要想继续降低光伏电站的建设成本，除了降低组件价格以外，最有效的办法便是提升组件效率了。有一些电站项目，面积相关的成本在项目总成本中占比突破一半，未来提效率带来的降本效果很可能远大于单纯降低组件价格所带来的效果。这也是我笃信单晶技术路线的最为核心、最为重要的原因。

我们再把这个思维模型推广到未来N型HIT电池路线，得到的效果就更加不可思议了，据说海外已经有优秀厂商可以把HIT组件正面功率做到360W，而且HIT同等容量的发电增益效果更加显著，双面率可以轻松做到90%+，那么360W的叠瓦双面HIT组件与当前275W的普通多晶组件合理价差是多少呢？

500÷275 - 500÷(360×1.15)+0.36=0.97元

就是说如果当前能生产出正面功率360W的HIT叠瓦双面组件，其每瓦卖贵0.9元以上都是完全合理的。高效高功率所体现出来的威力显露无遗，高效化几乎是未来的必然选择，理清这一事实，推广产业相关认知是本文期待的意义所在。

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