N型升级 | 一道新能CTO宋登元：未来15-20年N型晶硅技术仍是主流

2024年7月31日，由中国材料研究学会太阳能材料分会、云南大学和北京大学主办的“2024太阳能科学与应用技术国际会议”在云南昆明举行。会议邀请到中国太阳能科学领域的领军人物，中国科学院李灿院士、李永舫院士及欧洲科学院唐军旺院士出席大会并作大会开场报告。随后，一道新能首席技术官、SEMI中国标准技术委员会主席宋登元博士，作为光伏产业特邀专家，发表了《晶硅技术：面向27%效率的产业化与未来发展方向》的主旨报告。宋登元博士从光伏技术迭代的第一性原理的视角，以及支撑光伏产业技术生命周期的三大要素：度电成本、电池效率与产业生态等方面对光伏进入N型技术时代、晶硅光伏的强大优势和旺盛生命周期进行了全面分析。宋登元博士认为，未来15-20年甚至更长的周期内，N型晶硅技术仍是光伏产业的主流技术，将为实现中国的双碳目标提供坚实的低碳能源支撑。

大会主席向宋博士颁发特邀报告证书

晶硅技术为什么称王？

宋登元博士在报告中全面分析了我国晶硅光伏产业的制造优势和市场现状，并论述了高效晶硅光伏技术的产业化发展与促进产业化技术迭代的核心要素。宋登元博士指出，随着光伏技术的全面进入N型时代，不仅推动了产业化电池效率的连续突破，技术发展也呈现出百花齐放的态势。值得一提的是，TOPCon电池成为N型主流技术路线之后，面向27%效率的晶硅电池技术成为产业化的发展方向，展望未来，预计在晶硅电池效率接近其29.4%的理论极限之前，N型硅技术将持续引领行业潮流。

宋登元博士演讲

早在2013年，宋登元博士就在《中国电子报》中撰文预测“晶体硅太阳能电池优势地位将保持20年”。经过10余年的创新历程，晶硅技术的光伏市场占有率已经提升到98%以上。随着P型技术向N型技术的转变，晶硅产业化电池效率大幅提升，成本快速下降，晶硅光伏技术再次展现出强大的生命力，因此在未来15-20年甚至更长的周期内，晶硅电池技术仍然是产业化的主流。

此外，作为一种光伏材料，晶硅具有其它光伏材料无法比拟的“三高一低+环境友好”的特点。第一，高稳定性：硅材料是由单一硅元素构成的金刚石晶体结构组成，该结构是最稳定的半导体，能够支撑光伏电池30年甚至50年的稳定工作寿命；第二，高效率：晶硅电池实验室效率已达到27.3%，接近其理论效率的92.5%，是目前唯一一款可以如此接近其理论极限效率的太阳电池。这主要受益于晶硅电池有良好的钝化材料，如非晶硅、氧化硅、氧化铝、氮化硅等，使其吸收的光子几乎全部能够转化为载流子，量子效率超过95%；第三，低成本：硅在地壳中的含量达到27.6%，取之不尽，用之不竭，因而不受材料储量的限制，目前其他光伏材料体系无法企及；第四，环境友好：硅无毒无害，对环境无污染，是一种绿色光伏材料。

晶硅有最低的LCOE？

在光伏技术的竞争赛道上，度电成本是衡量生命力的关键指标。晶硅电池以其无可比拟的低成本优势，确立了其在光伏领域的领导地位。晶硅光伏技术的百花齐放，是持续降本增效的一个重要驱动力。过去十年，晶硅电池组件成本降低了95%，晶硅光伏不仅实现了平价上网，而且在许多地区其电价已经低于传统的煤电上网电价。2021年，沙特光伏电站中标电价低至1.04美分/kWh，晶硅光伏发电已经成为全球最便宜的可再生能源。对于一个光伏技术的生命周期而言，最重要的能保持最低的LCOE时间，放眼未来，在15-20年时间内，还没有其他的光伏技术能够匹敌其长期低LCOE的优势。

叠层时代仍然依赖晶硅？

晶硅电池的理论效率是29.4%，因此通过叠层电池技术持续提升电池效率是光伏技术未来发展的必经之路。由光伏产业第一性原理可得，使用晶硅电池作为底电池的叠层电池能够实现最低的LCOE，因而，能够支撑产业化叠层电池的最理想底电池便是高效晶硅电池。我国晶硅光伏有最完整产业链支撑，无论是晶硅的TOPCon、HJT还是BC，都是具有较高性价比的晶硅底电池。顶电池的选项较多，如钙钛矿、铜铟镓硒（CIGS）、砷化镓等。目前钙钛矿/晶硅叠层电池是一种比较好的组合方式，一道新能自主研发的具有高开路电压的TOPCon适合作为低成本的底电池，上面叠钙钛矿，实验室的小面积电池效率达到了32.3%。

一道新能钙钛矿/硅叠层电池技术路线

一道新能持续推动硅基太阳电池的效率提升，并与新南威尔士大学共同研发SFOS硅基激子裂分倍增电池技术，该技术能够使未来的电池提效潜力超过40%。展望未来，晶硅光伏技术将持续发挥主导作用，并与多种光伏技术携手并进，共同推动清洁能源的发展，为实现可持续的未来贡献力量。