大规模能源变革的时机已经到来。
技术变革引爆能源变革
随着人类对能源需求的日益进步，以及温室效应的日益显著，化石能源的缺陷逐渐暴露出来，而且对经济的负面效应开始增加。能源变革是改变这这一切的主要方式。
长期以来，水电一直是新能源的代表，但是并不能取代化石能源的地位，因为水电太过于依赖地理，且水力资源也是稀缺的，无法满足全社会的能源需求。而光伏、风电、核能一直是新能源的主要方向，但是为什么说现在才到了能源革命时期呢？
因为光伏、风电等新能源的技术可行性已经数十年，并不是什么新鲜的技术，但是长期以来成本远高于火力发电是新能源无法广泛推广的根本原因，而如今光伏或风电的成本已经接近传统火力发力的成本，发展新能源具有经济性，大规模能源变革有了经济基础。根据 IRENA 统计，光伏发电的度电成本在 2010-2020 年间平 均下降了 85%以上，达到了与传统能源发电“平价”的水平。
而推动这一切的，正是新能源技术革命。
如今，光伏行业正在面临新一轮科技革命，将会再进一步降低光伏发力的成本，再一次推进全球光伏革命。
光伏发电的原理与发展
太阳能电池工作原理即光生伏特效应，当太阳光照射半导体PN结时，PN 结两端出现电压，称之为光生电压。（当硅材料中掺入少量硼等三价元素原子就会成为P型半导体，由于杂质原子最外层电子数比硅少一个，多余的空穴就被引入，导电时将发挥主要作用，电子则成为少数载流子;若掺杂磷等五价元素则会形成 N 型半导体，多一个电子。）
光伏电池主要通过在硅片表面高温扩散掺杂元素的方式来形成 PN结，光伏电池生产本质上类似于低端的半导体制造。影响光伏电池成本的核心因素是转换效率，转换效率越高，同等功率下的电池面积减小，极大节省材料，特别是硅料。
首个光伏电池诞生至今已有近 70 年历史，单晶和多晶曾是光伏产业最大的技术路线之争，从上世纪 70 年代开 始持续了约半个世纪，虽然多晶自出现以来的转换效率和实验潜力一直低于单晶，但因价格低廉的设备、更大的单位产量、简单的工艺等特点使得综合成本并未体现出劣势，2017年前还一度占据了市场的绝对主流。
经过长期的技术迭代，单晶 PERC电池成为光伏行业的主流技术，2015年PERC完成商业化验证，电池量产效率首次超过BSF瓶颈20%，正式进入扩产阶段。目前业内PERC 电池量产效率已经普遍超过23%，越来越接近24.5%左右的其理论极限。
所以，新技术路线开始出现，也就是N型电池。
P型时代终结，N型时代开启
2021年是电池技术变革的拐点之年，光伏行业唯一的主旋律就是降本增效，N型电池由于转换效率高，开始逐步登上舞台，被人们所接纳。
所谓P型与N型电池的差异，其实很简单，主要是二者位置的不同。
①P型硅衬底太阳能电池：在P型半导体材料上扩散磷从而形成 N+/P型结构，扩散工艺简单，成本较低，目前占据电池片主流市场，但最高转换效率具有瓶颈；
②N型硅衬底太阳能电池：在N型半导体材料上注入硼从而形成 P+/N 型结构，作为高效率电池代表具备高少子寿命与无光致衰减特性，但制造成本较高。
只是方向反了一下，为什么N型电池的效率会高呢？
因为空穴为主的P型硅片和电子结合能力更强，简单比喻一下，P型半导体产生的（空穴）相当于坑，N型半导体产生的电子相当于萝卜，坑少萝卜多的情况下，拿着坑去找萝卜比拿着萝卜去找坑的效率高的多。
一般来说，在导电型半导体上制作相反导电型半导体的方式一般有高温热扩散、离子注入和外延 生长三种，后两者因为成本较高、工艺较复杂等原因，一般用于电子工业领域。
磷扩散即表面形成N型半导体，相对更容易，工艺温度更低而良率高。以P型硅片为衬底制作电池的发射极时，业内一般是在前表面进行磷扩散，所需的反应温度不用太高、时间较短，硅片也相对不容易发生曲翘、碎片、氧沉淀的问题，有利于电池良率的提高。
相比之下，N 型硅片需要对表面进行硼扩散，在推结时所需的温度更高，至少 900℃以上，且时间更长，还可能形成难以刻蚀的富硼层（BRL），控制难度大。从中环股份此前公开报价来看，目前同样厚度 和尺寸的 N 型硅片价格会比 P 型硅片高 6-8%左右。
所以，降低成本成为了光伏电池厂商的一致选择。
N型技术路线——TOPCon VS HJT
如何降低成本呢？
第一种路线是让硅片更薄，但是实验证明，硅片厚度与转换效率之间存在一定的负相关关系，所以并不是越薄越好，需要找到一个平衡点，目前还有一定的下降空间。
第二种路线减少光线能量损失。一般损失分为光学损失和电学损失，光学损失是指与光子能量未被充分吸收相关的损失，比如反射光损失、能量小于禁带宽度的长波光损失、被吸收的光子未能产生载流子、光子激发出载流子后，若有多余的能量则不能被利用的损失。电学损失是指与光生载流子能量直接损耗等相关的损失，包括载流子在电池内部和表面发生复合而损失、光生载流子在PN结区分离时产生能量损失、电池内部、表层及电极接触处的电阻损失。
光伏电池效率损失的一个重要原因便是载流子在流出电池前被复合掉，对电池进行钝化处理可以降低载流子的复合，以达到提高电池效率的目的，而表面钝化也就成为产业里制造高效电池的关键技术和主要突破方向之一。
N 型 TOPCon 和 HJT 为近年来最受关注的新兴高效电池技术代表， TOPCon 就是采用了钝化方案。此前因成本问题无法大规模量产，而2022年组件端一体化龙头企业已陆续对 TOPCon 启动大规模的投产和扩产行动，标志着 N 型技术电池进入规模化量产“元年”。
德国 Fraunhofer 研究所在 2013 年提出了隧穿氧化层钝化接触（TOPCon）电池，这种电池利用 N 硅片作为衬底，在背面会先制作一层不足 2nm 的超薄二氧化硅（SiO2）作为隧穿层，再在上面制作一层 20nm 左右掺磷的多晶硅薄膜（polySi(n+)），浓度较衬底更高。
这种技术的优点有：
1）可以实现对载流子的选择性收集，起到了关键的表面钝化作用。
2）TOPCon电池背面存在“针孔”效应，带来了良好的导电率。
3）金属电极与硅基材料并不直接接触，进一步降低了串联电阻，提升了填充因子和转换效率。
4）TOPCon 电池在结构上背面可以透光，直接具备良好的双面发电能力。
事实上，根据选择性接触理论的研究推算，双面钝化结构的 TOPCon电池的最高理论转换效率可达到 28.7%。
另外，TOPCon 与 PERC 电池在结构方面一定的相似性也带来了设备和工艺上的相容性。企业更新产线的成本较低，受到欢迎，随着技术的演进，未来TOPCon的效率还有提升空间。
另一个方案则是异质结电池（HJT 或称 HIT、SHJ 电池等），最早由日本三洋公司1992 年开发出来，其核心特点就在于效率很高，1994 年时就能达到 20%。
科普一下，异质结（Heterojunction）是由两种不同种类的半导材料体所构成的 PN结，如非晶硅（a-Si）与晶体硅（c-Si），二者可形成异质结，而传统晶硅太阳能电池通过对表面扩散掺杂而形成的 PN结则为同质结。
目前业内主流的 N 型 HJT 电池基本结构如下：
1）衬底材料为单晶硅（c-Si），由于能带结构等方面的优势，选用 N 型可以获得更高的效率，
2）两面衬底之上 的第二层为含大量氢原子的本征非晶硅薄膜（a-Si:(i)），一般仅约 10nm 厚，在钝化中起到关键作用；
3）第三层为含氢的掺杂非晶硅层，正面的窗口层处为 P 型膜层（a-Si:(p+)），构成 PN 结，背面为重掺杂的 N 型膜层（a-Si:(p+)），与本征层一起构成背场，起到对载流子的选择性钝化作用；
4）最外层为 TCO 透明导电膜层，用于减反射和汇集电流，传递给两面的金属电极。
HJT 电池可以拥有很高的转化效率，主要与其结合两种不同特性的材料和良好的表面钝化效果有关：
1）晶硅与非晶硅异质结结构增加了 PN 结势垒高度，增强了对载流子的选择性，使得开路电压可以突破晶硅上限；
2）本征非晶硅层（aSi:(i)）含有大量的氢，可以钝化晶硅与掺杂非晶硅界面处大量的缺陷，减少复合中心，还能起到整流作用、调节能带偏移、减少隧穿电流（漏电流）；
3）TCO 导 电膜避免了金属与硅的直接接触，可以做到全域钝化接触。
所以，该方案一直是研究和产业化的重点，今年隆基更是将最高纪录刷新至 26.5%。但成本问题一直是阻碍其量化生产的关键因素，主要原因在于：
第一是因为设备成本高。尤其是PEVCD、PVD设备主要依赖进口；第二是因为银浆成本高。HJT用低温银浆,而PERC和TOPCon用的都是高温银浆。由于低温银浆生产工艺难度高，同时需要冷链运输，价格通常较常规银浆高10-20%。
相比较TOPCon，HJT有以下优点：
1）HJT相比TOPCon工艺更简洁；
2）HJT相比TOPCon短期成本较高（更换设备），中长期降本空间大（设备国产化、工艺改进）；
3）HJT的优点在于其可以和IBC电池结合形成HBC电池；也可以和化合物电池如钙钛矿等结合形成叠层电池，进而可以把效率提升至27%-29%。
总的来看，HJT电池是要比TOPCON技术上更为先进的，相比较P型电池，HJT发生了结构性变化。TOPCON更像是在现有技术上修修补补，而HJT更是革命性的变化。甚至可以说，TOPCON是PERC电池向HJT过渡时期的一种中间品。目前而言，TOPCON和HJT还算是平分秋色，但随着技术发展，HJT的优势可能会慢慢扩大出来。可以说：“TOPCon赢在当下，而HJT赢在未来”。
未来潜在技术路线还包括HBC和钙钛矿叠层电池，这两者相当于与HJT结合后的升级，故转换效率能实现再次飞跃。
小结
变革就是机遇，技术上的每一次变革对于投资者来说都可能是一次机会，恰恰因为这些技术具有一定的高门槛，为投资者提供了信息差，带来投资优势，善于把握信息优势，才能立于不败之地。目前，光伏产业正是高景气赛道，全球渗透率仍处在低位，具有投资价值。