冯志强：光伏产业技术发展现状与趋势

编者按：9月12日，第五届未来能源大会全球 CTO 论坛在江苏省常州市武进区成功举办，论坛围绕清洁能源、储能技术、能源效率提升、智能电网等方面最新进展，分享探讨有助于减少温室气体排放、降低能源成本、提高能源供应可靠性的研究成果和实践经验。会上，

天合光能股份有限公司副总裁、光伏科学与技术国家重点实验室主任冯志强先生作了《光伏产业技术发展现状与趋势》的演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

冯志强：各位领导、各位专家、各位企业家、各位同仁：下午好!

首先非常感谢组委会的邀请，很荣幸能跟大家在今天下午分享一下关于光伏行业的产业技术的情况。我分两个方面，第一个方面是把行业的整体情况简单的汇报一下，因为时间关系我可能这一部分讲的快一点。第二方面我想分享一下技术的现状和趋势。

整个中国能源现在我们可以看到，光伏发电在2020年只占全社会发电的3.4%，那是2020年。到2021年是到了4.0%，到了2022年也就是去年年底，占整个社会发电量的4.5%，还不到5%，但是我们的目标是到2050年需要达到39%，到那个时候我们的光伏发电是全社会发电的第一大发电来源。这一目标其实是很挑战的，很难达成的，所以我们看到，反过来说我们的需求也是很高的，所以未来光伏发电前景广阔。

那么光伏发电能够成功的逐渐的成为一种可再生能源的清洁能源，它能够在市场上逐渐的被公认被使用，主要是它的度电成本，它的制造成本，它的系统成本都在快速的下降，这是我们看到的趋势。我们现在十年的努力光伏发电成本已经下降了接近90%左右。

那么我们看到去年整个全球光伏的新增装机量是230GW，我们预测今年年底会到330GW，这个是我们中国光伏行业协会去年年底做的一个乐观的预测。可是半年多过去了，我们现在可以预测它还不够乐观，我们今年现在的数据可以预测到年底会达到380-390甚至超过400GW新增装机量，所以光伏发电每年在增加，同时我们看到的趋势是每年增加的量在不断的增加。

为什么这样呢?我们做了一个预测，我们为了达到2050年全球达到零碳、碳中和的目标，我们看这个曲线，现在我们需要每年有25%以上的增长率，到2040年量产要稳定在每年3TW，3TW是什么概念?就是3000GW。然后到2050年左右，全年达到70TW，这种规模我们才能够真正的发挥光伏在零碳方面的作用。所以未来的曲线，我们这个绿色的曲线我们可以看到，大概到2035年以后才会平缓的每年增加，而在这之前我们每年都会增加，这个增加是非常大的，所以它还是增加，但是同时它每年还在新增，所以在未来的十几年时间是光伏发电的一个制造也好、市场也好，它是一个快速增长的一个关键的十年。所以这是一个非常好的一个信号。

而光伏技术现在已经朝着大硅片，朝着更高尺量的N型硅片所制造的光伏发电组件的方向去走。我们这个技术上也可以看到，N型有多种材料，多种电池结构，我们可以看到N型逐渐取代了P型电池，因为它的稳定，它的质量都更高。这是整个趋势问题。

下面我讲一下技术问题，有产业的技术和我们实验室的前沿技术。从这个图中我们可以看到晶体硅太阳电池发电现在占全球发电的95%以上，而薄膜电池只占了5%左右。但是当前的晶体硅太阳电池的转换效率是有一个极限的，理论极限是29.4%，所以不管它是什么技术，我们可以看到一种以前是简单的电池，现在转成N型电池，RBC电池等等，现在逐渐都向极限。所以未来会有一种叠层电池，现在还没有产业化，但是我们可以看到，单结的也就是一个简单的PM结，它的这种发电器件效率会达到一个极限。

我们回顾一下晶体硅太阳电池现在在市场主流，它在人类历史上在1954年第一次发现晶体硅加了PM结以后竟然能够发电，也就是他吸收光竟然比较电能，当时是4%的一个效率。但是我们可以看它的细节，它用的材料，它用的电极材料和晶硅材料等等，它都是非常非常差的，也就是刚起步。你们看，2%的一个太阳电池，商业化的，售价是1500美元，当然那是一个人类的新的发现，是一个里程碑。

在这个里程碑之下，几十年我们晶体硅太阳电池发展到现在已经超过25%的太阳能转换效率了。所以晶体硅太阳电池到现在走过很长的道路，我们来看看他有哪些关键技术。从1954年开始他是一个非常简单的PM结。但是通过24年的发展，我们现在转换到选择性发射极，然后我们做成了现在PERC电池是市场最大的，但是从去年开始逐渐的已经被N型的电池取代，但是我们打了问号，N电池、P电池还是未来的钙钛矿电池，这个是目前在实验室走向产业化的道路上还没有完全取代最大规模的PERC电池。所以未来的多极电池是什么呢?我们可以看到晶硅太阳电池为什么能取代所有的其他电池覆盖他们呢?因为他们在中国建立了完善的标准、产品、供应链体系，成本有优势等等，所以这些就是中国光伏产业在全球巨大的领先地位所产生的，不是一个技术，原创技术来自于国外，但是中国把它整个产业链都建好了，不是一个简单的电池端，他从原材料端到最后的系统端，所以这个是非常关键的。我在两年前在德国看到他们有一个新的技术，我去看了一下，我发现技术虽好，但是产业化综合竞争力干不过中国，中国可以把他干的更便宜，质量更高。

晶硅太阳电池有几种类型，PERC电池、TOPCon电池、HIBC电池和HJT电池，我们在实验室里做出的晶硅太阳电池已经逐渐接近了它的天花板。这四种电池成本不一样、效率不一样，但是都是晶硅电池，它没有太多的区别，所以它的应用场景我们也区别了一下，有一些是用于高端产品的，有一些是用于大型电站的，所以我们做了区别。

除了电池效率提升以外，我们逐渐的还有技术创新，在这个产业化的过程当中，从2009年开始统计到现在，组件的尺寸越来越大，我们的电池片也越来越大，我们做大了以后制造成本下降，组件的度电成本更低，所以它的组件的功率在不断的提升。这是我们中国整个光伏行业所呈现出来的，在世界光伏产业当中占领领先地位的一个表现。

从技术研发上，整个行业我们中国已经超过了100次在实验室突破了各种实验室组件类型的世界纪录。其中太阳能光缆，我们国家重点实验室十几年来创造了25次世界纪录，我们公司也是已经超过25周年了，我们国家重点实验室是从2010年科技部批准以来，我们在我们的研发道路里面做了各种晶硅太阳电池的结构。

那么光伏行业要发展，从源头来说，同技术来说要解决什么问题呢?我们汇总了一下，这是我们国家重点实验室专门做了一个研讨，要解决四个问题，不管你用什么材料，不管你用什么结构。光生载流子的运输和复合和掺杂，这个是光伏最基本的问题。那么现在的钙钛矿和叠层技术也是非常重要的，另外还有就是多结太阳电池未来也需要发展，还有一个就是未来我们有哪些光伏材料呢?这些我们都不知道，这是我们前沿技术非常需要关注的点。

从TOPCon来说，它做了几个标准的被采用的技术，一个是N型的太阳能技术电池，我这里不展开讲了，我们的效率做到25.3%，它也是可以从实验室走向产业化，这是我们的平均效率。当然未来我们还有空间，所以我们在右边我们看有两个关键的技术突破我们正在实验室做。

异质结电池也是一样的，日本人发明的，中国人做了产业化，我们国家实验室也是做了很多的实验，我们认为还是空间，我们可以把它做到26.5甚至以上，我们要解决那些技术和工业问题。

IBC电池我们实验室也储备了这样的一个技术能力，未来IBC电池结合TOPCon的技术，结合HIBC电池的技术可能会有更高的效率。现在已经基本上到了27%的效率了。

另外我想讲一下钙钛矿电池，钙钛矿电池现在非常火，每个大学和机构都有钙钛矿材料稳定性研究的课题和方向，因为这是一个前沿技术，并没有量产。为什么呢?因为钙钛矿这个材料在2009年日本人发明以后，当时做了一个小电池，是3.8%的效率，非常快的十几年的功夫，已经做到了25.7%的电池效率。为什么?因为钙钛矿这个材料是一个合成的ABX3合成材料，他可以人为的合成，调节他的代谢，所以钙钛矿可以和晶硅结合在一起，因为上面是钙钛矿下面是晶硅，代谢不一样，所以这样可以有效的对自然光、太阳光的吸收能谱更宽。

但是要产业化它需要解决几个技术问题，他可以和晶硅结合起来，它可以更好的吸收太阳能光谱。那么钙钛矿如何和晶硅电池进行两层的叠层呢?一种是溶液法，一种是蒸发法，但是要实现大面积要稳定，这个行业目前还没有做到，所以稳定性是一个很重要的课题，由于尝试了一些新的方法，比如说钙钛矿材料加一些添加剂，使它阻碍离子迁移，对一些策略技术我们正在研究，比如说无甲铵材料加进去等等，目标就是做大面积稳定性的钙钛矿材料。

在全球的范围里面，包括中国在钙钛矿实验室里面做的钙钛矿电池，效率不断提升，现在全球最高的效力是33.7%，这个效率33.3%已经老了，这个效率是沙特阿拉伯的一个大学实验室做的，非常小，做大了就不行了。但是我们没有关系，实验室嘛，我们要先看它的天花板是多大，我们也在做，天合光能和南京的一个团队在合作，我们做的这个是31.5的效率是可以做到的。所以效率是一个很重要的指标，但它不是唯一的指标。

做成组件怎么样呢?电池做起来做成组件它衰减掉了，那它是没有用的，所以我们在组件端我们就开始进行研究，但是还没有做到成熟的，包括一些外国的专家，他们是做EVA的，EVA能不能使用，不一定，我们还要找新材料进行研究，钙钛矿组件产品以后的一个情况。从钙钛矿这个很热的一个光伏的前沿技术方向来说，我们把它梳理了一下，从几个方向把它做成产品，从实验室走向产品。我们认为大概还要花四到五年的时间从实验室走向规模化的量产。我们现在行业里面很火，包括说我今年或者明年就要建GW级的产线，我们都听到了很多的说法。但是我们是做技术研发的，技术研发要解决诸多以科学为前提的稳定性技术问题，才能够实现产业化，是需要时间埋头苦干做起来的，而不是单单建条生产线就简单完成的。

除此以外还有一种就是III-V族的太阳电池，我们在尝试一些新的工艺、新的技术，比如说量子井技术，看看能不能提高更多的效果，现在我们实验室已经做到37.9%的III-V的多结的太阳电池。还有一个办法就是III-V能够在晶硅上结合，这样它会有更高的效率，这样成本就可以降下来，这个工作很难，现在我们还没有得到很好的结果，我们仅仅做到30%的效率，这个不够。所以我们还在努力。

还有一种我们是做的聚光的技术或者是微聚光的技术，能够把一个更小面积的III-V把光集聚起来，这是一个很特殊的应用，尤其是我们中国国家战略需求，在一些航空航天空间上低空的，不是很高的卫星上所采用的这些卫星用的太阳电池，我们要降低成本才能够应用。

以上是我的一个简单的报告。谢谢大家!