2023年9月，經(jīng)國(guó)家光伏產(chǎn)業(yè)計(jì)量測(cè)試中心(NPVM)認(rèn)證，搭載一道新能自主研發(fā)的TOPCon4.0核心技術(shù)的電池效率再創(chuàng)新高，大面積電池(面積為333.4cm²)效率突破26.33%，打破了一道新能今年5月創(chuàng)造的26.24%效率記錄，再創(chuàng)大面積TOPCon電池效率的世界紀(jì)錄。
新紀(jì)錄發(fā)布的第一時(shí)間，一道新能CTO宋登元博士進(jìn)行了專訪，通過近距離的深度訪談，讓我們來進(jìn)一步了解這家快速崛起的光伏之星屢創(chuàng)紀(jì)錄背后的故事。
以下是訪談實(shí)錄：
世界記錄是如何被打破的？
首先祝賀一道新能再次創(chuàng)造新的TOPCon電池效率記錄，我們注意到記錄刷新關(guān)鍵是搭載了一道新能TOPCon 4.0核心技術(shù)，您方便就核心技術(shù)與之前的3.0技術(shù)，具體展開講講他們有哪些創(chuàng)新突破及優(yōu)勢(shì)嗎？
宋登元博士：TOPCon 4.0相對(duì)于TOPCon3.0是一個(gè)比較大的飛躍，TOPCon3.0之前用的是一些已知的提效技術(shù)，如激光SE、背面超薄多晶硅層以及正面多層鈍化技術(shù)等，效率再往高走就需要用新的技術(shù)，我們把TOPCon 4.0定義為具有四新特征的技術(shù)，他是一個(gè)革命性技術(shù)的應(yīng)用，具有如下特征：
第一是新的載流子傳輸機(jī)制，第二采用了新電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，第三采用了新的Poly-finger等技術(shù)應(yīng)用，第四是采用了新材料，也就是新機(jī)制、新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新材料，這樣才能把電池效率進(jìn)一步提升。
首先，采用新的傳輸機(jī)制上，將對(duì)電池效率的提升產(chǎn)生非常大的作用。我們目前的TOPCon4.0最高電池效率是26.33%，未來肯定能超過27%。
對(duì)太陽(yáng)電池來說，載流子輸運(yùn)機(jī)制是最重要的。例如現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)、手機(jī)里的電子器件電子傳輸都基于經(jīng)典牛頓力學(xué)，未來要量子器件將基于量子力學(xué)原理，這樣傳輸?shù)乃俣葧?huì)非?？欤@是新機(jī)制。我們用新Poly-Si/SiOx/c-Si界面設(shè)計(jì)，提升了界面勢(shì)壘的高度同時(shí)壓縮了勢(shì)壘的寬度，使電子穿過勢(shì)壘的隧穿幾率大幅提升，可以大幅提升電池的短路電流和填充因子。
第二新結(jié)構(gòu)，太陽(yáng)電池的結(jié)構(gòu)決定著它的性能和效率極限，現(xiàn)在每家設(shè)計(jì)的TOPCon電池在電池結(jié)構(gòu)都有差別。TOPCon4.0電池新結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，重塑載流子遂穿結(jié)構(gòu)，更有利一種載流子通過，而另外一種載流子被排斥在外，即提升載流子的選擇比。同時(shí)采用高通量載流子注入技術(shù)，大幅降低金屬/硅接觸的復(fù)合電流。
三是新Poly-finger等技術(shù)的應(yīng)用，Poly-finger是提升電池性能比較好的技術(shù)，但實(shí)現(xiàn)起來比較難。我們?cè)赥OPCon 4.0部分采用了一些Poly-finger，這種新技術(shù)首次用在TOPCon高效電池上，進(jìn)一步提升了光譜的利用率，因?yàn)樘?yáng)能光譜利用越高，電流越大，電壓會(huì)越高。
最后是新材料的導(dǎo)入，新材料的導(dǎo)入，大幅降低了發(fā)射極俄歇復(fù)合，使短波長(zhǎng)300nm的外部量子效率EQE特性提升到85%以上，這是目前最高的短波長(zhǎng)光譜響應(yīng)。四種新技術(shù)的使用支撐起了TOPCon4.0的飛躍，目前正在導(dǎo)入量產(chǎn)，未來提升效率的空間非常廣闊。
針對(duì)TOPCon電池技術(shù)的效率提升，您認(rèn)為研究的重點(diǎn)有哪些方面？下一步，還有什么新技術(shù)或方法儲(chǔ)備？
宋登元博士：現(xiàn)在我們四新的技術(shù)支撐正在從3.0向4.0過渡，技術(shù)的潛力非常大，有下面幾個(gè)方面，一個(gè)是四新技術(shù)優(yōu)化或改進(jìn)的潛力比較大，效率可以到27%以上，提效是圍繞著四新來進(jìn)行。對(duì)于太陽(yáng)電池來說，核心是怎么高效的利用太陽(yáng)能光譜，這是一個(gè)永恒的主題。因?yàn)楣庾V對(duì)于每一種光伏材料來說，只能吸收太陽(yáng)光譜的某一段，比如晶硅只能吸收300-1200納米，再寬再窄也沒法吸收，所以要盡可能的把所有光譜都能吸收?，F(xiàn)在我們做到26.33%，理論效率是可以達(dá)到29.4%，所以提效空間非常大。
其次是結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，引入更優(yōu)的材料，利用更精細(xì)的技術(shù)，會(huì)把光譜的利用率再提升。此外，我們也在布局一些其他技術(shù)路線，從工藝上來說，儲(chǔ)備的非常多，也有比較多的方法，例如使用更低功函數(shù)或更高功函數(shù)的材料做鈍化接觸層，激光處理技術(shù)以及優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)都能進(jìn)一步提升TOPCon 4.0的效率。
科研沒有捷徑：認(rèn)準(zhǔn)TOPCon集中力量
公司成立5年就已研發(fā)出四代TOPCon技術(shù)，效率也從22.3%提升到26.33%，一道有什么“秘訣”嗎？公司是怎么做到的？
宋登元博士：這是公司的科研文化造成的。一道新能不管是在技術(shù)，還是市場(chǎng)的表現(xiàn)上升都非?？?，特別是TOPCon競(jìng)爭(zhēng)力非常強(qiáng)，出貨量已經(jīng)進(jìn)入全球前三。首先對(duì)光伏技術(shù)的選擇非常準(zhǔn)確，認(rèn)準(zhǔn)一個(gè)技術(shù)，集中優(yōu)勢(shì)科研力量，也就是好鋼用在刀刃上。其次是高的科研效率何科研投入，技術(shù)路線看得準(zhǔn)，科研效率就非常高，我們認(rèn)為技術(shù)路線需要根據(jù)光伏第一性原理，高性價(jià)比低LCOE的技術(shù)一定會(huì)有高的市場(chǎng)份額。第三是科研文化。一道的科研文化是腳踏實(shí)地一步步的走，科研創(chuàng)新沒有捷徑，需要逐漸的深入才能出成果。按劉勇董事長(zhǎng)的要求，要“主動(dòng)創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新、善于創(chuàng)新、包容創(chuàng)新”，基于這些理念，我們5年研發(fā)了4代技術(shù)TOPCon技術(shù)。
不管是TOPCon、HJT、xBC還是它們的混合的電池技術(shù)，如HBC、TBC等，效率都是超過25%的技術(shù)路線，還有CIGS等薄膜電池及鈣鈦礦電池。美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的最高太陽(yáng)電池效率表，有26種太陽(yáng)電池技術(shù)，每種太陽(yáng)電池都有自身的優(yōu)缺點(diǎn)，但適應(yīng)光伏產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)并不多。這是由于光伏最終面向的是能源市場(chǎng)，如果比傳統(tǒng)能源貴很多，實(shí)現(xiàn)清潔能源替代的進(jìn)程就比較慢，傳統(tǒng)能源將繼續(xù)占主流時(shí)間就長(zhǎng)。目前晶硅電池技術(shù)就因?yàn)榘l(fā)電便宜又清潔，所以它的占比在97%以上。TOPCon出圈之道！這家光伏企業(yè)的創(chuàng)新力有多強(qiáng)？
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，一道新能的高效電池技術(shù)路線是怎么規(guī)劃的？為什么這樣規(guī)劃？近期有行業(yè)龍頭提出全力發(fā)展BC技術(shù)路線，對(duì)此，您怎么看？
宋登元博士：實(shí)際上除了主流做TOPCon電池，我們同時(shí)布局了很多技術(shù)路線，考量也是多維度的。一是效率提升方面，晶硅電池的效率瓶頸是29.4%，實(shí)際上單結(jié)太陽(yáng)電池效率極限基本都在30%左右，包括新型的鈣鈦礦電池，如果要超過理論上的29.4%，到后硅時(shí)代，就需要用一些創(chuàng)新技術(shù)，那么后硅時(shí)代技術(shù)路線如何布局，從效率上，一道新能與澳大利亞新南威爾士大學(xué)合作布局了超過40%的SFOS太陽(yáng)電池技術(shù)路線。
第二個(gè)維度是市場(chǎng)方面，適合于產(chǎn)業(yè)化的光伏技術(shù)比較單一，特別是在PERC時(shí)代。目前PERC池的市場(chǎng)占比在逐漸降低，新的電池技術(shù)TOPCon、HJT、xBC等出現(xiàn)了百花齊放的局面，拼的是高性價(jià)比和高可靠性。未來更多的還要考慮產(chǎn)品多元化，面對(duì)不同的市場(chǎng)如目前裝機(jī)量比較多的分布式光伏(工商業(yè)、戶用分布式)、離網(wǎng)系統(tǒng)、微網(wǎng)等做不同的產(chǎn)品解決方案。這些市場(chǎng)應(yīng)用的場(chǎng)景也不一樣，還要考慮不同的氣候區(qū)的光譜和發(fā)電量表現(xiàn)。比如西藏高原是高寒、高海拔、低氣壓；海南高濕、高溫；在極寒的漠河地區(qū)，冬天的氣溫達(dá)到-53度，還有沙漠、海上光伏等場(chǎng)景都不一樣，我們我們要加強(qiáng)針對(duì)不同氣候區(qū)和市場(chǎng)應(yīng)用的產(chǎn)品研究。
還有從材料維度看，太陽(yáng)電池效率提升是材料技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)的，未來有什么新材料可能會(huì)引起新技術(shù)路線變局？一道在以上三個(gè)維度都在布局，現(xiàn)在主要是TOPCon技術(shù)，對(duì)目前的大規(guī)模發(fā)電市場(chǎng)來說，是一個(gè)成本最優(yōu)、效率最高的技術(shù)。
TOPCon 4.0之后我們規(guī)劃了CSPC技術(shù)，是一種基于高效選擇性載流子的技術(shù)，4.0部分用了這一原理。CSPC技術(shù)預(yù)期能效率能到28%。超過這一效率就需要使用疊層電池技術(shù)。目前一道新能正在發(fā)展硅和鈣鈦礦疊層TSiP疊層技術(shù)，我們與科研伙伴正在加緊這一技術(shù)的研究。對(duì)于效率超過35%的電池，我們與澳大利亞新南威爾士大學(xué)馬丁格林團(tuán)隊(duì)在研究SFOS電池，這種電池的理論效率可以超過40%，但研究的難度也非常大。
近期比較熱的xBC技術(shù)，一道新能也早有布局，目前試驗(yàn)線電池平均效率已經(jīng)超過25.2%，預(yù)計(jì)xBC組件產(chǎn)品將于今年年底發(fā)布，主要面向分布式的市場(chǎng)，特別是海外市場(chǎng)。同時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和氣候區(qū)，從材料、電池設(shè)計(jì)、工藝等來滿足不同的細(xì)分市場(chǎng)要求，目前一道已經(jīng)研發(fā)推出了適用于海上光伏、沙漠光伏、城市光伏等18種解決方案。隨著一道的迅速成長(zhǎng)，研發(fā)投入的增加，各種技術(shù)路線的研發(fā)會(huì)發(fā)展更快。
電池效率25%以上，量產(chǎn)拉開差距
從研發(fā)到量產(chǎn)，我們發(fā)現(xiàn)行業(yè)不少公司的TOPCon電池量產(chǎn)存在一定困難，您覺得TOPCon量產(chǎn)的難點(diǎn)有哪些？一道是如何克服的？
宋登元博士：這是一個(gè)非常好的問題，目前來看TOPCon的產(chǎn)能很大，實(shí)際出貨量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期，特別是目前TOPCon電池和組件在市場(chǎng)上非常緊俏。光伏進(jìn)入了一個(gè)25%+的全新高效率時(shí)代，不論任何技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)超過25%量產(chǎn)效率是一個(gè)比較高的門檻。如果沒有深厚的技術(shù)積累與技術(shù)團(tuán)隊(duì)，要實(shí)現(xiàn)高良率的量產(chǎn)中就會(huì)遇到種種困難，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)的爬坡過程就會(huì)很長(zhǎng)。
舉個(gè)例子，澳大利亞新南威爾士大學(xué)馬丁格林實(shí)驗(yàn)室從70年代初成，一共用了20余年，直到1999年把晶硅電池效率實(shí)驗(yàn)室效率提高到25%，一直保持到2016年才被打破，通常實(shí)驗(yàn)室用的技術(shù)不計(jì)成本，所有高精尖裝備用上才能做到。而現(xiàn)在大規(guī)模量產(chǎn)要超過25%，可想難度非常大。一道新能做到超過26%，依靠的就是深厚的科研積累。
量產(chǎn)需要達(dá)到25%，第一是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，每家公司結(jié)構(gòu)都不一樣，一道新能利用先進(jìn)的電池仿真工具，把電池結(jié)構(gòu)做到最優(yōu)化。其次是工藝創(chuàng)新，看似每家的工藝流程都一樣，但實(shí)際上實(shí)現(xiàn)的工藝方法有很Know-how在里面，這些決定了電池的良率以及能達(dá)到的效率。
還有人才隊(duì)伍、聯(lián)合研發(fā)裝備能力以及新材料選擇能力。一道有比較好的科研文化和技術(shù)團(tuán)隊(duì)基礎(chǔ)，在做研發(fā)時(shí)我們就想到了量產(chǎn)，研發(fā)實(shí)驗(yàn)室和產(chǎn)線的基本配置一樣，而且能夠試驗(yàn)各種材料、設(shè)備，成功之后，為量產(chǎn)提供最佳技術(shù)路線和設(shè)備配置，研發(fā)和生產(chǎn)做到無(wú)縫銜接。這樣做科研成果很容易轉(zhuǎn)化到產(chǎn)線上。
隨著TOPCon電池組件產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，新進(jìn)者不斷增加，行業(yè)也面臨新的同質(zhì)化隱憂，一道新能怎么在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先？
宋登元博士：首先得把這個(gè)行業(yè)特點(diǎn)看透，理解這種現(xiàn)象才容易，任何產(chǎn)業(yè)都有自身的特點(diǎn)。光伏本質(zhì)上是能源產(chǎn)品，太陽(yáng)能發(fā)電需要用電便宜及長(zhǎng)期可靠性，這種技術(shù)路線并不是很多，所以就會(huì)出現(xiàn)很多人做同樣的技術(shù)路線的情況。但是，對(duì)于光伏電池和組件，我們不能光看產(chǎn)品的外表，“長(zhǎng)相“一樣就認(rèn)為是同質(zhì)化，實(shí)際上對(duì)于同一種技術(shù)路線，比如TOPCon等，不同生產(chǎn)廠由于其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、制造工藝和材料BOM的不同，造成了不同的發(fā)電表現(xiàn)，所以在市場(chǎng)上就有不同的競(jìng)爭(zhēng)力。我認(rèn)為在這種情況下它們是不同的產(chǎn)品，盡管他們看起來表面相似，也使用了同一種技術(shù)路線。
避免產(chǎn)品的同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)，需要在技術(shù)源頭上的投入，所以光伏各產(chǎn)業(yè)鏈條都會(huì)想盡辦法去降低成本、提升效率，從而帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，設(shè)備成本降低非常快。一道新能做TOPCon，積累深厚，一代代迭代最快，能夠?yàn)榭蛻魟?chuàng)造價(jià)值是更大的競(jìng)爭(zhēng)力。在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中需要時(shí)刻去關(guān)注，保持技術(shù)領(lǐng)先，技術(shù)總在迭代，保持技術(shù)全方位的開發(fā)。主流技術(shù)能做到最好，其他領(lǐng)域又提早布局，公司有更多的技術(shù)儲(chǔ)備，這樣會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)中永遠(yuǎn)處于不敗之地，一道新能一直保持這個(gè)基本的理念。
好的，謝謝宋博，說得非常好，也讓我茅塞頓開，要兩面性的去看問題，對(duì)于企業(yè)來說會(huì)更鞭策自身努力發(fā)展，從而推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步，非常感謝您的分享，您還有其他補(bǔ)充嗎?
宋登元博士：最近媒體各種觀點(diǎn)比較多，從技術(shù)路線看，技術(shù)都是一代代進(jìn)行迭代，任何一個(gè)技術(shù)既不是起點(diǎn)也不是終點(diǎn)，總在一步步前進(jìn)，對(duì)待技術(shù)路線爭(zhēng)論也要保持一個(gè)科學(xué)態(tài)度，他們都是相互促進(jìn)，并不是你死我活的。在我們的科技發(fā)展歷史長(zhǎng)河中，任何一個(gè)技術(shù)肯定會(huì)被淘汰，不淘汰人類就不會(huì)進(jìn)步。比如汽車發(fā)明100多年了，現(xiàn)在和100年前的汽車不一樣。
不管是TOPCon還是其他技術(shù)，終究會(huì)被新的技術(shù)所迭代，都要符合科學(xué)發(fā)展規(guī)律，做什么事情要全方位的客觀的去看。光伏科學(xué)發(fā)展是這樣，我們通過各種方法來延長(zhǎng)一個(gè)技術(shù)的生命周期，即使對(duì)某一種技術(shù)挖掘的更深，生命周期更長(zhǎng)，最終也會(huì)是光伏技術(shù)發(fā)展過程中的一個(gè)“片段”。
原標(biāo)題：高端訪談: TOPCon世界記錄是如何被打破的?
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