2024年中国光伏技术发展报告

中国可再生能源学会·中国可再生能源学会光伏专业委员会2024年5月 赵玉文顾问： 报告主编：赵颖王一波李海玲 报告执笔人（以姓氏笔画排序）： 马万里王少荧王文静王连洲王环王诗语王涛王辉韦安方国家方委叶轩立代尚方吕俊刘玮刘美茵严大洲苏建徽李红涛李明李金虎李建民李美成李海玲李源杨德仁邹应萍邹绍琨辛颢汪雷沈凯张彦虎陈永华陈志磊陈朋朋范美琴罗睿罗德俊郑云赵里赵德威秦筱迪夏彦辉原帅董颖华程基宽 报告编辑：何梦园赵婉莹 序言 2023年我国光伏新增装机216.88GW，同比增长148.1%，创历史新高，占全球光伏新增容量六成以上；总装机609.5GW，同比增长55.2%，占全球总装机四成左右。光伏继上年超越风电后再次超越水电，成为我国仅次于火电的第二大电源。2023年我国太阳电池产量达545GW，产量连续16年位居全球首位，硅片、电池、组件出口再创新高，光伏产品成为我国出口“新三样”之一。2024年新年致辞中习近平主席特别提到，“新能源汽车、锂电池、光伏产品给中国制造增添了新亮色”。 在市场、产业快速发展驱动下，我国光伏技术不断创新突破，与国际先进水平保持同步竞争态势。科技部、国家能源局、工信部等部门持续开展科技支持，为光伏技术的研发和应用提供了强大支撑。2023年我国光伏技术发展迅速。三氯氢硅法（改良西门子法）和硅烷法技术和能耗指标达到国际先进水平，多次装料拉晶技术（RCz）仍是主要的生产方式，结合颗粒硅料的连续直拉单晶技术（CCz)持续取得进展。n型电池市占率快速增加，隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）电池大规模量产，异质结（HJT）电池产能持续增加，背接触（BC）电池批量生产。晶体硅太阳电池、钙钛矿太阳电池、晶体硅钙钛矿叠层太阳电池、铜锌锡硫基薄膜太阳电池、有机太阳电池等转换效率屡创世界纪录。多层次立体光伏应用体系不断丰富，大型地面电站、分布式光伏、海上漂浮式光伏、天基/空间太阳能系统、山地光伏电站等多元化应用模式蓬勃发展。 本报告对2023年我国光伏技术进展和发展趋势进行了系统总结，包含多晶硅料及硅片、晶体硅电池与组件、薄膜电池与组件、新型电池与组件、系统集成及应用、功率变换器及平衡部件、数智化技术、标准及实证测试技术等章节，旨在客观描绘我国光伏技术创新地图全貌。 报告由中国可再生能源学会光伏专业委员会组织，四十余位专家学者参与编写。由于报告编制时间较短，难免有所疏漏，欢迎批评指正。 特别鸣谢阳光新能源开发股份有限公司对本报告编制给予的赞助支持！ 1.晶体硅材料和硅片 晶体硅材料发展概况突出显示了光伏行业的快速发展，尤其是在单晶硅技术上的显著进步。全球能源结构的转变促使了太阳能光伏发电在未来能源系统中占据越来越重要的地位。单晶硅材料因其高效率和降低生产成本的潜力，已成为市场主流。中国作为光伏产业的重要参与者，通过扩大生产和采用先进技术，稳固了其在全球市场的领先地位。 在硅材料的研发与生产方面，中国表现突出，新增的产能显著提高了全球供应量。三氯氢硅法（改良西门子法）和硅烷法继续作为主要的多晶硅生产方法，各自具有成本效益和环境友好的优点。主流工艺三氯氢硅法单炉年产量可达600-1000吨，单线产能为5万吨/年和10万吨/年，综合电耗50kWh/kg-Si至56kWh/kg-Si，综合能耗≤8.1kgce/kg-Si；硅烷法颗粒硅采用产能为5000吨/年的FBR反应器，每个单元配置4台FBR反应器，组合形成2万吨/年颗粒硅模块。两种方法技术和能耗指标达到国际先进水平。 单晶硅提拉技术方面，多次装料拉晶技术(RCz)仍是主要的生产方式。此外，结合颗粒硅料的连续直拉单晶技术（CCz)持续取得进展，其具有比常规单晶硅棒产能高，电阻率分布均匀，生产成本低，更适用n型硅片的特点。目前已批量应用于制造重掺母合金， 硅片切割技术方面，晶体硅片呈现大片化、薄片化、n型化和半片化的特点。182mm以上尺寸硅片占据主流，并还在进一步提升市场份额。硅片厚度遂渐降低，P型厚度130-140um，n型隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）厚度110-120um，HJT厚度达到100-110μm。 辅料方面，随着硅片尺寸增大，直拉法用石英璃尺寸增长迅速，导致高纯石英砂消耗量日趋增长。中外层使用的低端高纯石英砂已基本实现国产化，但内层高纯石英砂仍需进口。目前国内企业正在致力于寻找更优质的矿藏和发展提纯新技术。目前国内有多家公司致力于内层高纯石英砂的研发。 总体来说，2023年晶体硅料及硅片技术的进展体现在生产效率的提高、成本的降低，环境影响的最小化以及市场竞争力的增强等。预计这些技术的持续发展将推动太阳能光伏产业在全球能源转型中扮演更加重要的角色。 2，晶体硅太阳电池及组件技术 2023年是n型电池大发展的一年。以TOPCon电池为主的n型电池所占市场份额 达到30%，与P型背钝化（PERC)电池相比已具备明显性价比优势；异质结（HJT)电池具备性能优势，在持续降本中。 TOPCon电池2023年建成的产能为400GW左右，产线平均效率据报道达到25.6%左右。其主要的技术改进包括背表面抛光工艺、正表面选择性电池（SE）技术、背表面钝化膜的减薄工艺、正表面激光辅助烧结技术(LECO)等，其中前三项已经应用到大规模量产中，第四项还处在中试阶段。这些技术使得TOPCon电池的效率提高了0.3~0.4%左右。182×182电池制备成72片半片组件的功率数在480W左右。 HJT电池2023年建成产能40GW左右，实现量产出货5GW左右，产业化平均效率达到25.5%，有些经过改进的效率最高的HJT电池产线平均效率达到25.8%~26%。210半片132版型的组件功率达到710W，最高组件功率达到755W。双面微晶HJT电池技术全面导入到大规模量产中，HJT电池的配套技术不断创新。硅片方面开始探索CCZ拉棒技术的产业化导入，这使得n型硅片的电阻率更加均匀，并且通过100%使用颗粒硅达到降本的目的；切片技术方面在大规模量产中使用半片切割技术，边皮切割技术、TOPCon头尾料等，这些措施大大降低了HJT电池的硅片成本。2023年HJT电池规模量产的硅片厚度已经降到120um，比2022年降低了10um，进一步降低了成本；电池技术方面，除了双面微晶导人到量产中之外，还将银包铜电极、OBB电池技术导入到量产中，并已经开始无靶材的中试实验。另外钢板印刷技术已经中试成功，将在2024年开始进入量产阶段，该技术将使得电池效率提升0.2%：在组件技术方面，将光转膜和丁基胶封边技术导入到大规模量产中，提高了HJT组件的可靠性，而且还提高了组件的功率。通过这一系列新技术的导人量产，使得HJT组件具有了进一步的竞争优势，预计2024年HJT电池将成为一种重要的晶体硅技术并占有更大比例的市场份额。 背接触（BC)电池建成产能30GW左右，BC电池转换效率较高，但是工艺步骤较长，使得电池成本较高。目前国内有两家企业已经实现了规模量产，但是产品的良率和成本仍旧存在较大挑战。 3.薄膜太阳电池及组件技术 铜钢硒（CIGS）太阳电池方面，实验室常规单结电池效率达到23.6%，由瑞典Evola/Uppsala大学获得。柔性电池和双面电池是CIGS发展新方向，柔性电池效率达到22.2%，由瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）获得，中国科学院深圳先进技术 研究院杨春雷课题组在柔性金属基底上也实现了22.3%的认证效率。刚性基底双面电池顶部入射和底部人射效率分别达到19.77%和10.89%，柔性基底也取得了15.36%和6.61%的顶部和底部效率。在组件方面，常规商业组件效率达到20.3%由德国Avancis机构获得，柔性CIGS组件效率达到了17.73%，由美国AscentSolar公司获得，国内尚越光电科技股份公司也实现了17.75%的组件效率。 铜锌锡硫基（CZTS（Se））薄膜太阳电池研究取得重要进展。2023年5月，中国科学院物理研究所孟庆波团队创造14.9%的CZTSSe电池效率，刷新了世界纪录，该团队在1cm²电池方面也创造了12.1%的世界纪录效率。此外，得益于对溶液化学及其CZTSSe晶体合成路径的理解，国内多个研究团队将CZTSSe效率提升至14%以上。南京邮电大学辛题团队在透明FTO基底上制备CZTSSe电池，认证效率达到11.43%；该团队还首次报道了CZTSSe组件（面积10.5cm），效率达到4.25%。 谛化镉（CdTe）薄膜太阳电池2023年效率记录提升至22.4%。美国FirstSolar公司两次小幅度打破碲化镉薄膜太阳电池转换效率纪录（22.3%和22.4%），其S7单片组件功率达到550W，基于CuRe技术的年均效率衰减率降至0.2%，进一步提升了组件功率和长期稳定性。国内小面积电池实验室效率达到21%，大面积组件效率超过17%。全球碲化镉薄膜太阳电池组件年度出货量超过16GW，全球累计安装容量超过60GW。 基硫系化合物薄膜太阳电池（Sb,Se3，Sb,(SSe)3，和Sb,S太阳能电池）方面，主要集中于吸收层薄膜性质改善、异质结界面与背界面调控以及新型结构设计方面的研究。截至目前，Sb,Se，和SbS，太阳能电池转换效率仍然维持2022年达到的最高值10.57%和8%。2023年，武汉大学肖旭东团队通过溶剂辅助水热法制备高质量Sb，（S,Se），吸收层，将电池器件效率从10.7%提升至10.75%。 4：新型太阳电池技术 4.1钙钛矿太阳电池技术 钙钛矿太阳电池效率提升快、预期制造成本低，成为最具潜力的新型光伏技术。2023年，研究者们通过改进钙钛矿材料的化学组成和晶体结构等工作，实现了效率的显著提升。技术创新重点包括使用混合阳离子和阴离子策略来优化带隙及稳定性、通过界面工程减少非辐射复合损失，以及空气环境中高效电池的制备技术突破等方面。 目前单结钙钛矿太阳电池的最高效率记录是美国国家可再生能源实验室（NREL）认 证的26.1%，由西北大学和多伦多大学（NU/UT)获得，柔性钙钛矿太阳电池最高效率24.08%，由宁波材料所获得：千平方厘米级钙钛矿光伏模组认证效率达到了18.6%（809.9cm"），由无锡极电光能科技有限公司获得，经日本电气安全环境研究所（JET）认证。 国内多家企业积极开展钙钛矿太阳电池产业化技术开发，如杭州纤纳光电公司、无锡极电光能、苏州协鑫光电、仁烁光能等；同时，以中国三峡集团、华能集团等为代表的能源电力集团均有布局钙钛矿光伏产业。 4.2有机太阳电池技术 2023年研究主要集中在开发新型高性能的给体和受体材料，以及优化器件结构以提高光电转换效率。技术创新包括采用A-DAD-A型小分子受体和聚合物给体。中国科学院大学三元有机太阳电池获得19.22%的效率（认证效率18.8%）：南开大学首次实现了光电转换效率超过18%的同时T80超过5000h的稳定性；华南理工大学制备半透明器件获得10.01%的转换效率和30.53%的平均透过率；浙江大学1cm的柔性有机太阳电池效率达到了15.56%，弯曲半径为4mm的情况下弯曲100000次后无效率衰减；苏州大学在36cm²的大面积有机太阳能电池模块中实现了13.47%效率。未来，有机太阳电池的研究将继续探索新型材料和器件设计，推动其在可穿戴和柔性电子领域的应用。 4.3量子点太阳电池技术 量子点太阳电池方面，我国在多种类型的量子点太阳电池的科学研究都达到了国际水平。2023年的研究重点在于优化量子点的合成方法和表面修饰，以提高光伏性能和稳定性。技术创新包括开发新型铅硫族量子点和钙钛矿量子点材料，以及通过界面工程改善电荷传输。华南农业大学创造了铅硫族量子点敏化太阳能电池15.2%的认证纪录；北京航空航天大学基于钙钛矿量子点的太阳能电池器件实现了16.53%的转化效率。台湾科技大学制备了效率为8.96%的量子点敏化太阳能电池，连续工作150小时后仍能保持原始效率的90%；铅硫族量子点太阳能电池实现10.5%的光电转换效