topcon电池：PERC、N型双面、黑硅——主流高效电池

topcon电池属于什么类型的电池？

TOPCon属于太阳能电池的一种，锂电池是蓄能电池。

topcon电池：PERC、N型双面、黑硅——主流高效电池

TOPCon电池是一种太阳能电池技术，目前光伏行业中有两种主流电池片——P型和N型。P型主要采用PERC技术，工艺简单，成本较低，但电池转换效率仅能达到约24%。N型工艺更为复杂，但电池转换效率更高，寿命也更长。TOPCON电池就属于N型电池。

锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于负锂状态；放电时则相反。

常见电池的分类

根据电池内部构成的材料，将电池分为不同的类型新能源电池大致分为五类，分别是铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池、锂电池、磷酸铁锂电池、燃料电池。目前电动汽车运用广的是锂离子电池，传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池本身技术比较成熟，但它们用在汽车上作为动力电池则存在较大的问题。

PERC、N型双面、黑硅—主流高效电池技术对比简析

2015年光伏者推出，通过此项光伏行业有序升级，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。

光伏p型和n型的区别

P型和N型单晶硅晶片之间的异如下:n型是电子传导，P型是空穴传导。单晶硅中的磷掺杂是n型的。磷掺杂越多，自由电子越多，导电性越强，电阻率越低。单晶硅中的硼掺杂是P型的。硼掺杂越多，取代硅产生的空穴越多。导电性越强，电阻率越低。

电池的型号中的s、 p、 c、 n分别代表什么？

S表示串联，例如：2S就是2串单颗3.7V的话 2S 就是7.4V；P表示并联，例如：2P 就是2并单颗2000毫安的话；2P就是4000毫安。

电池由电池组成，电池串联和/或并联连接以构成电池。任何电池的电压取决于电池单元内材料的化学成分。镍镉（Ni-Cd）电池的参考电压或标称电压为每个电池1.2伏。铅酸电池的标称电压为每个电池2.0伏。典型的LiPo电池具有每电池3.7伏的标称电压。

电池的总电压是电池电压的倍数，因此六个铅酸电池组成12伏电池。三芯串联（3S）LiPo标记为“11.1伏”，6S电池标签标记为“22.2伏”。在完全充电状态下，LiPo电池的电压将接近每单元4.2伏，并且截止或小允许电压为每个电池3.0伏。

两个5000mAh电池标签显示不同的C速率。Pulse电池显示单个45C速率，而Turnigy显示25C至50C范围。虽然没有明确说明，但我认为较低的是连续评级，而较高的评级为30秒。请注意，两个标签都没有指定费率。

发展历史：

1970年，代埃克森的M.S.Whittingham采用硫化钛作为正极材料，作为负极材料，制成锂电池。

1980年，J. Goodenough 发现钴酸锂可以作为锂离子电池正极材料。

1982年，伊利诺伊理工大学（the Illinois Institute of Technology）的R.R.Agarwal和J.R.Selman发现锂离子具有嵌入石墨的特性，此过程是快速的，并且可逆。与此同时，采用制成的锂电池，其安全隐患备受关注，因此人们尝试利用锂离子嵌入石墨的特性制作充电电池。可用的锂离子石墨电极由贝尔实验室试制成功。

1983年，M.Thackeray、J.Goodenough等人发现锰尖晶石是优良的正极材料，具有低价、稳定和优良的导电、导锂性能。其分解温度高，且氧化性远低于钴酸锂，即使出现短路、过充电，也能够避免了燃烧、爆炸的危险。

1989年，A.Manthiram和J.Goodenough发现采用聚合阴离子的正极将产生更高的电压。

1991年，索尼公司发布商用锂离子电池。随后，锂离子电池革新了消费电子产品的面貌。

1996年，Padhi和Goodenough发现具有橄榄石结构的，如磷酸锂铁（LiFePO4），比传统的正极材料更具优越性，因此已成为当前主流的正极材料。

随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在逐步向其他产品应用领域发展。