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n型TOPCon太陽能電池需求將起,台灣廠商已準備量產

太陽能電池技術來到了改朝換代的交替時刻。圖/新華社
太陽能電池技術來到了改朝換代的交替時刻。圖/新華社

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文/智璞產業趨勢研究所

矽基板太陽能電池發展最早可追朔到1950年代,貝爾實驗室造出世界上第一塊矽基太陽能電池開始,但當時轉換效率僅6%。隨著70年代第一次石油危機,人們意識到石化能源也許有耗盡的一天,太陽能發電技術開始受到更多關注,科學家在實驗室追求太陽能電池轉換效率,而企業則追求將實驗室的技術商轉投入市場。進入21世紀後,由於節能減碳意識抬頭,加上矽半導體技術已相當成熟。多晶矽PERC(p型)技術發展成為目前主流,發電效率達22%的技術極限。而在過去十幾年來中國在綠能上的大力投資,幫助其成為全世界多晶矽太陽能電池的主要供應國,全球80%的太陽能「多晶矽」原料都在中國生產。如今,隨著p型太陽能電池發電效率已接近其物理極限,太陽能電池技術來到了改朝換代的交替時刻,n型TOPCon太陽能電池即將在2024年迎來需求起飛。

●n型太陽能電池更有優勢,TOPCon技術將取代PERC

太陽能電池發電原理為,將p型及n型半導體連結,在吸收特定波長的光後,p-n連接間形成一個光生載子(電子電洞對)從而產生電流。

若是以p型半導體作為基板則稱為p型太陽能電池,現今主流的PERC太陽能電池即為p型基板的其中一種技術,主要是在製程時參雜硼元素,使其成為以電洞作為載子的矽基板。p型太陽能電池具備成本優勢因製程較n型簡單,在過去幾年發展較為成熟也一直是市場的主流技術。但隨著我們對於太陽能發電效率的追求,p型太陽能電池無可避免的遇到一個問題,就是光衰現象造成能量轉換效率極限及載子壽命降低。

近幾年的研究發現,光衰現象主要來自於p型太陽能電池所參雜的硼原子,當太陽電池照射到光時,硼與兩個氧原子結合成氧化硼(BsOi2)造成硼原子無法再生成電子電洞對。從電池製作前的晶片到製作完成後,只要在一定強度的光照下,光衰現象便會機率性發生並無法避免。n型太陽能電池參雜磷作為載子,沒有硼氧鍵結帶來的光衰現象,因此載子壽命更長、發電效率較佳,且n型太陽能電池在高溫與低光度環境下轉換效率更佳,雙面受光發電能力(雙面率 Bifacial Ratio)也優於p型電池,被認為有機會取代其成為下一世代的新技術。

n型太陽能電池主流技術有三種,分別為TOPCon、HJT以及XBC,其中TOPCon和PERC除了基板使用不同型的參雜元素外,TOPCon背面引入了隧穿氧化層加摻雜薄多晶矽層。通過熱氧法生長約1.5-2nm的隧穿氧化層,再用低真空化學氣相沉積法(LPCVD)長出多晶矽層,最後進行磷摻雜。TOPCon因為與PERC技術製成及設備相容性較高,這幾年來受到國內外電池廠商的青睞。目前成本已逐漸接近PERC,來到每千瓦7~8000元新台幣。

根據 SolarBe Global報告指出,2022年n型太陽能電池需求已出現,在2023年TOPCon技術更成長到近20%市占率,相反的PERC技術則呈現下降趨勢,預計在2024年中間TOPCon將與PERC的市佔率達到交叉,正式成為市場主流。而TOPCon市場規模亦將由2022年的90億美金以22.7%的年均成長率,在2032年達到696億美金。

●台廠TOPCon以茂迪為首,預計2024年大量出貨

過去幾年由於PERC太陽能電池模組已被中國供應鏈拿下,國內廠商在國際市場上較難與中國企業競爭,故在2022年已有廠商開始轉往TOPCon技術研發,期待以新世代太陽能模組取得先機。

茂迪為台灣最早轉進到TOPCon太陽能電池的企業,TOPCon電池模組轉換效率已達24.5%,預計於2024年大量生產大尺寸(M10)TOPCon太陽能電池,生產線將超過六成生產TOPCon太陽能模組,屆時年產能預估可達400MW。

元晶是目前全台灣太陽能產能最大的公司,日前傳出在下世代太陽能產品已確定會導入TOPCon技術,規劃2024年第三季完成1GW產線布建。

聯合再生最近發布在TOPCon技術方面取得重大突破,太陽能電池發電效率達到了28.7%。公司宣布將啟動大規模生產線,預計在2024年第二季開始量產,年產能將達430MW。

中美晶也在今年宣布將投入n型TOPCon太陽能電池技術,生產大尺寸M10太陽能電池,第一階段將建立400MW的產能,並計畫進一步佈局台灣和美國市場。

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