《Advanced Energy and Sustainability Research》：The Cost of Ownership and Minimum Sustainable Price of POLO BJ Cells Produced in Germany
编辑推荐：
为评估POLO BJ（p型背结，n+型氧化硅上多晶硅钝化接触）太阳能电池在欧洲本土化生产的成本竞争力与经济可行性，研究人员对该技术在德国5 GWp/年产能下的拥有成本（CoO）、最低可持续价格（MSP）及电力平准化成本（LCOE）进行了详尽的建模分析。研究结果显示，假设电池效率达24.2%，其CoO和MSP（5.79-7.16 ￠Wp-1）低于作为基准的PERC电池（23.1%效率），且其下游LCOE在特定条件下可降低0.14 ￠kWh-1。该研究为欧洲重建有韧性的光伏制造业提供了关键的成本数据支持与技术路径参考。
在全球能源转型浪潮中，太阳能光伏正扮演着日益重要的角色。然而，一个令人担忧的现状是，全球光伏供应链高度集中于中国，尤其在电池生产环节，中国占据了超过90%的份额。相比之下，欧洲尽管光伏装机量增长迅速，但其本土制造能力，特别是上游的电池片生产，却极为薄弱。欧盟超过98%的太阳能组件依赖进口，这带来了显著的能源安全与产业竞争力风险。在此背景下，欧洲亟需发展具有成本竞争力的本土光伏制造技术。
p型背结（BJ）太阳能电池，因其采用n+型氧化硅上多晶硅（POLO）作为背面钝化接触，而被视为下一代高效电池技术的潜力候选者。与当前主流技术相比，POLO BJ电池具有几个潜在优势：其生产工艺流程与成熟的PERC（发射极和背面钝化）电池产线高度兼容，升级改造成本较低；同时，它比另一主流技术TOPCon（隧穿氧化层钝化接触）的工艺流程更精简，并且有望大幅减少贵金属银的消耗。尽管实验室中POLO BJ电池已实现了高达24.2%的转换效率，但其大规模生产的成本究竟如何？在欧洲（特别是德国）生产是否具备经济可行性？与成熟的PERC技术相比竞争力怎样？这些关键问题此前尚未有系统性的答案。
为了填补这一研究空白，一项发表在《Advanced Energy and Sustainability Research》上的研究，对在德国建立一座年产5 GWp的POLO BJ电池工厂进行了全面的技术经济分析。研究团队设定了两种具体的生产工艺路径：一种采用湿法化学蚀刻进行前表面二氧化硅去除（POLO BJ-W），另一种采用激光烧蚀技术（POLO BJ-L）。研究旨在通过详尽的建模，计算出该电池技术的拥有成本（CoO，即每瓦生产成本）、最低可持续价格（MSP，即能覆盖所有成本并实现预期回报的最低售价）以及最终集成到光伏系统后的平准化度电成本（LCOE）。所有这些指标都将与在同等假设条件下生产的PERC电池进行直接对比，以评估POLO BJ技术的相对竞争力。
研究者们采用了多种关键方法构建分析模型。首先，他们基于POLO BJ和PERC的既定生产工艺流程，建立了详细的、包含所有步骤的生产序列模型。其次，通过自下而上的成本分析，广泛收集设备制造商提供的工具成本、吞吐量、物料消耗、能耗等数据，并结合公开资料进行补充，以此估算总投资、年度可变成本与运营成本。第三，运用拥有成本（CoO）分析方法，将设备折旧、人工、物料、能耗、厂房空间等所有成本项分摊到每瓦电池输出上。第四，引入最低可持续价格（MSP）模型，在CoO基础上进一步纳入运营支出（如研发、销售与管理费用）、资本成本、税收（德国企业所得税和贸易税）及预期投资回报（以8%的加权平均资本成本WACC计），计算出可持续经营所需的最低售价。最后，进行平准化度电成本（LCOE）测算，将电池成本延伸至组件和系统层面，考虑不同安装地点（德国与西班牙，代表南欧条件）、不同组件类型（单面玻璃-背板与双面玻璃-玻璃）的光照资源、系统性能衰减、运维成本等因素，计算全生命周期的发电成本。
研究结果揭示了POLO BJ技术在德国生产的详细经济图景：
3.1 工厂一般特征与劳动力
分析显示，为实现5 GWp/年的产能，POLO BJ-L生产线需要155台设备，略少于PERC生产线（157台）。由于假设的POLO BJ电池效率（24.2%）高于PERC（23.1%），生产相同功率所需的电池片数量更少，因此所需劳动力也略低（POLO BJ-L需698名全职员工，PERC需706名）。
3.2 投资成本
在考虑3个月运营资本的净营运资金（NWC）后，POLO BJ-L生产线的总投资估计为2.568亿美元，略低于PERC生产线（2.587亿美元）。激光烧蚀工艺（POLO BJ-L）因在特定步骤化学品消耗更少，其投资和特定投资成本（美元/千瓦产能）均略优于湿法化学工艺（POLO BJ-W）。
3.3 可变成本与运营成本
POLO BJ-L的年度可变与运营成本总和估计为3.173亿美元，低于PERC的3.507亿美元。这主要归因于PERC因效率较低，需要处理更多的硅片和材料以达到相同的功率输出。成本构成中，硅片和物料成本占比最大，其次是人工和公用事业费用（如电费）。
3.4 拥有成本（CoO）
在24.2%的效率假设下，POLO BJ-L的CoO最低，为5.79 ￠Wp-1，POLO BJ-W为5.98 ￠Wp-1，而PERC为6.31 ￠*Wp-1。POLO BJ-L的CoO比PERC低约8.3%。物料与耗材是最大的成本贡献项。分析还发现，电池效率是影响CoO的关键因素。对于POLO BJ-L，当效率超过22.2%时，其CoO即可低于效率为23.1%的PERC。
3.5 最低可持续价格（MSP）
在计入所有运营、资本和税收成本后，POLO BJ-L的MSP为7.16 ￠Wp-1，POLO BJ-W为7.38 ￠Wp-1，均低于PERC的7.75 ￠*Wp-1。这意味着，在德国生产的POLO BJ电池，在理论上可以以低于PERC的价格在市场上可持续地销售。效率提升同样能显著降低MSP。
3.6 平准化度电成本（LCOE）
从终端用户角度看，使用POLO BJ电池能带来更低的发电成本。在南欧（如西班牙）条件下，采用POLO BJ-L电池的双面玻璃-玻璃组件，其LCOE可低至3.02 ￠kWh-1，比采用PERC电池的系统低0.14 ￠kWh-1。在德国条件下，相应的LCOE为4.58 ￠kWh-1。效率每提升1%，LCOE可降低约0.06 ￠kWh-1。
讨论与结论部分进一步深化了研究的发现。论文探讨了降低POLO BJ电池成本的多种途径。技术路径包括：1) 扩大工厂规模：将产能从5 GWp/年提升至30 GWp/年，可利用规模效应将MSP降低约11%，至6.37 ￠Wp-1。2) 减少银用量：目前模型中银耗约为9.4 mg/Wp，若能降至6 mg/Wp，可将CoO再降低5.5%。这对于应对银的资源约束和价格波动尤为重要。政策与财务路径则涉及降低资本成本（WACC）和提供税收优惠，这些也能在一定程度上降低MSP。研究指出，若结合高效率（25%）、低银耗、大规模生产、低资本成本和税收减免等所有有利条件，POLO BJ-L电池的MSP有望进一步降至5.64 ￠Wp-1。
尽管该研究估算的德国产POLO BJ电池MSP（7.16 ￠Wp-1）仍高于当前中国市场PERC电池的现货价格（约3.7 ￠Wp-1），但研究也指出，若采用中国水平的电价和人力成本，其MSP可降至4.5 ￠*Wp-1，显示出制造成本差异主要源于地域要素价格而非技术本身。与n型TOPCon技术相比，POLO BJ在银耗方面具有先天优势，这可能是其长期竞争力的一个关键点。
综上所述，这项研究首次系统量化了在德国生产POLO BJ太阳能电池的经济性。结论表明，凭借其更高的转换效率，POLO BJ电池，特别是采用激光烧蚀工艺的变体，在拥有成本（CoO）和最低可持续价格（MSP）上均显示出对传统PERC电池的竞争力。其更高的效率优势可传导至发电端，实现更低的平准化度电成本（LCOE）。该研究为欧洲决策者和产业界提供了一个具体的技术经济案例，表明POLO BJ技术不仅是PERC产线升级的可行选项，也可能成为在欧洲重建具有韧性、竞争力和可持续性的光伏制造业的一个有潜力的技术候选。同时，研究明确了通过技术创新（提效、降银）、规模效应和政策支持来进一步提升其成本竞争力的清晰路径。
