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太陽電池的未來技術(shù)究竟會是什么？今天之所以想簡單聊下這個話題，是因為按照目前光伏技術(shù)的發(fā)展趨勢，不出意外的話，在接下來的3-4年內(nèi)，無論是基于n型TOPCon，硅異質(zhì)結(jié)（SHJ）或者BC技術(shù)的單結(jié)晶硅電池都會先后達(dá)到量產(chǎn)效率極限。筆者認(rèn)為單結(jié)晶硅電池的量產(chǎn)效率極限應(yīng)該在27.5-27.8%左右，且這三種技術(shù)的量產(chǎn)極限效率差異也不會太大（最高和最低的差距預(yù)期在0.6%以內(nèi)）。

我們先簡單回顧下過去十年內(nèi)發(fā)生的兩次重要的太陽電池技術(shù)更新?lián)Q代，第一次是在2019年初完成的PERC電池替代傳統(tǒng)鋁背場電池，與此同時單晶也完成了對多晶的替代；第二次是在2024年基本完成的p型PERC電池被以n型TOPCon電池（也有少部分硅異質(zhì)結(jié)和BC電池）為代表的新一代n型技術(shù)所替代。

現(xiàn)在問題來了，當(dāng)單節(jié)晶硅電池量產(chǎn)效率達(dá)到極限后，太陽電池的下一步技術(shù)將何去何從？筆者記得7年多前在一次小范圍的晚宴上曾當(dāng)面請教過行業(yè)知名專家趙建華博士兩個問題，第一個問題是單結(jié)晶硅電池效率的量產(chǎn)極限應(yīng)該是多少，第二個問題是當(dāng)電池量產(chǎn)效率達(dá)到極限后研發(fā)該做什么。我清楚地記得趙建華博士對第一個問題的答案應(yīng)該是26.5%左右（基于當(dāng)時的技術(shù)和設(shè)備情況，這個預(yù)期也非?？陀^）。而對于第二個問題，趙博士當(dāng)時自言自語說了下“研發(fā)該做什么呢？”，然后半開玩笑地說到“那研發(fā)都去做生產(chǎn)吧”。從趙博士的回答可見，當(dāng)時由于離晶硅達(dá)到極限量產(chǎn)效率的時間還相當(dāng)久遠(yuǎn)，行業(yè)還沒有準(zhǔn)備好去認(rèn)真考慮再下一代太陽電池的技術(shù)路線。

未來的電池路線究竟會是什么？有沒可能3-4年后當(dāng)單結(jié)晶硅電池達(dá)到量產(chǎn)極限時行業(yè)的技術(shù)發(fā)展會陷入階段性的停滯？這些很值得大家去思考。筆者個人認(rèn)為，從長期看光伏技術(shù)總是要向前發(fā)展的，但3-4年后階段性陷入停滯的可能性也不是完全沒有，這主要要看當(dāng)下幾個新技術(shù)的發(fā)展速度能不能趕得上晶硅電池達(dá)到效率極限的速度了。

首先來看大家很關(guān)注的鈣鈦礦電池技術(shù)，這幾年鈣鈦礦的技術(shù)發(fā)展非常迅速，實驗室效率突飛猛進(jìn)，全世界各大高校和研究機構(gòu)都有很多學(xué)者在從事鈣鈦礦的研究。但坦率地說，鈣鈦礦想替代晶硅，在未來相當(dāng)相當(dāng)長一段時間內(nèi)基本是不可能的，主要原因還是鈣鈦礦電池在大面積下效率下降和穩(wěn)定性不佳的問題解決起來難度極其巨大（鈣鈦礦這樣的基于低溫工藝產(chǎn)生的多元素化合物材料，理論上是不可能達(dá)到晶硅這樣的穩(wěn)定性的）。還有另外一個原因，隨著這兩年晶硅組件價格的急劇下降，鈣鈦礦先前在成本上的優(yōu)勢已經(jīng)基本消失。所以未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)，單結(jié)或者自疊層鈣鈦礦電池都難以對晶硅形成實際的挑戰(zhàn)，更無法在3-4年后能接替晶硅成為下一代主流技術(shù)。

再來看基于晶硅的疊層電池，目前行業(yè)一致看好的是鈣鈦礦加晶硅的疊層技術(shù)（III-V族和晶硅疊層電池的成本太高，基本不予考慮），現(xiàn)在實驗室基于大尺寸硅片的疊層電池效率世界紀(jì)錄也已經(jīng)超過34%（由隆基在今年創(chuàng)造），這個數(shù)據(jù)確實非常振奮人心。筆者也認(rèn)為，鈣鈦礦和晶硅做疊層電池應(yīng)該是未來鈣鈦礦的最佳出路，可以有效解決單純鈣鈦礦電池面臨的問題。未來實現(xiàn)30%以上量產(chǎn)效率的電池，最有可能率先達(dá)到的技術(shù)路徑應(yīng)該就是鈣鈦礦加晶硅疊層。但鈣鈦礦加晶硅疊層技術(shù)也面臨著很大的挑戰(zhàn)，首先是長期可靠性的問題，還需要行業(yè)的持續(xù)戶外數(shù)據(jù)來驗證，而目前基本沒有數(shù)據(jù)。另外一個特別關(guān)鍵的問題就是，鈣鈦礦加晶硅結(jié)構(gòu)的疊層電池主要利用鈣鈦礦材料帶隙高度可調(diào)的特性，讓鈣鈦礦在上層響應(yīng)光譜的短波段而讓晶硅在下層響應(yīng)光譜的長波段，上下層在電路上處于串聯(lián)關(guān)系。在實驗室的標(biāo)準(zhǔn)AM1.5光譜下，上下層可以對長短波的光譜和諧分工，電流一致、電壓疊加，達(dá)到理想的效率狀態(tài)。但在實際的戶外條件下，光譜通常和標(biāo)準(zhǔn)的AM1.5有較大的偏差，這時上下層對光譜的響應(yīng)和實驗室測試條件下會產(chǎn)生各種不一致的偏離，響應(yīng)變差的那層電流會出現(xiàn)明顯下降，而串聯(lián)電路決定了整個電路中的電流會取其中的最小值，這時疊層電池的實際效率相比測試效率會急劇下降而且會產(chǎn)生明顯的發(fā)熱效應(yīng)。因此鈣鈦礦加晶硅疊層電池的實際戶外發(fā)電表現(xiàn)存在著非常大的不確定性，需要更多的戶外數(shù)據(jù)來驗證其發(fā)電性能并逐步找到相對有效的解決方案。綜合來看，3-4年后鈣鈦礦加晶硅疊層技術(shù)大面積取代單結(jié)晶硅電池的難度依然很大，前景并不是非常樂觀。

最后再來看一個目前尚處于最早期驗證階段的新技術(shù)概念，據(jù)了解截至目前還沒研制出實驗樣品。這種技術(shù)的理念是用特殊的表面材料將處于高頻率短波段的一個光子轉(zhuǎn)換成中長波段的一對光子（根據(jù)量子物理學(xué)，頻率越高、波長越短的光子攜帶的能量更高：E=hv），轉(zhuǎn)換后的一對光子再作用到晶硅上，這樣電池的內(nèi)量子效率（EQE）得到顯著提高，從而大幅提升轉(zhuǎn)換效率?；诶碚撃Ｐ停摻Y(jié)構(gòu)的電池能輕松達(dá)到30%以上的轉(zhuǎn)換效率（有國外機構(gòu)將這種技術(shù)叫做Singlet Fission）。這是一種聽起來讓人非常向往的技術(shù)，但預(yù)計這種新技術(shù)從概念到實驗室樣品再到階段驗證的周期至少需要6年以上，目前也尚不清楚未來能否大規(guī)模量產(chǎn)，因此3-4年后大概率是沒法指望這種技術(shù)來接班單結(jié)晶硅電池了。

綜上所述，以現(xiàn)階段各種新技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度來看，當(dāng)3-4年后單結(jié)晶硅電池達(dá)到量產(chǎn)效率極限后，能及時出現(xiàn)有一個可以平穩(wěn)有序?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)替代的新技術(shù)的難度很大，也可能不排除行業(yè)會出現(xiàn)2年左右的量產(chǎn)效率停滯的階段性瓶頸期。所以，留給各大機構(gòu)和企業(yè)研發(fā)人員的任務(wù)還是很重，唯有不斷努力創(chuàng)新，才能確保光伏技術(shù)的長期可持續(xù)發(fā)展。衷心希望更好的新技術(shù)替代能夠早日實現(xiàn)，讓光伏能夠在不久的將來真正成為全球能源的中流砥柱。 

原標(biāo)題：太陽電池的未來技術(shù)會是什么