太阳能光伏发电技术的发展趋势
本文的核心数据:光伏发电板块上市公司的R&D费用；发表的关于光伏发电的论文数量
全文统计口径说明:1)论文发表数统计以“太阳能光伏”和“太阳能”为单位
光伏”为关键词，选择“中国”和“论文”进行筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)如果有什么特殊的统计口径，会在图表底部做一个说明。
光伏发电产业技术综述
1，技术原理和类型
(1)光伏发电行业技术原理
光伏发电是一种利用半导体界面的光伏效应将光能直接转化为电能的技术，其发电原理如下。
(2)光伏发电的类型
光伏发电一般分为集中式发电和分布式发电两大类。集中式发电主要是大型地面光伏系统；分布式发电主要用于商业/工业和建筑屋顶。
2.技术全景:主要是光伏电池的技术路线。
光伏发电产业产业链的中游是电池芯片、电池组件和系统集成，其中各种光伏电池技术是关键技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶体硅电池、薄膜电池、叠层和新结构电池(第三代电池)。
晶体硅电池是最早研究和应用的第一代太阳能电池技术。按材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池按基硅片的掺杂可分为P型电池和N型电池。目前应用最广泛的单晶PERC电池是P型单晶硅电池，而拓普康、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。
薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)等化合物薄膜电池为代表。
叠层和新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。
电池技术路线演进驱动下的光伏发电产业技术发展
光伏发电产业的技术发展主要是由光伏电池技术路线的演进推动的。从以硅基电池为代表的第一代光伏电池，到以铜铟硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)薄膜电池为代表的第二代光伏电池，光伏电池技术目前已经发展到第三代，主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池等。
光伏发电产业技术政策背景:政策加持与技术水平提升
近年来，我国出台了一系列与光伏发电技术和研发相关的政策。行业通过政策引导，加快了光伏发电技术的推广和创新，促进了光伏发电产业的快速发展。
光伏发电产业技术发展现状
1.光伏发电行业技术研究投资现状
(1)国家重点R&D计划项目
根据已公布的国家重点R&D项目，从2018到2021，我国与光伏发电技术相关的国家重点R&D项目有15个。
注:2019年，与光伏发电技术相关的R&D国家重点项目未公布。
(2)a股上市公司的R&D费用
经过多年的发展，光伏发电行业已经有了相对成熟的产品，但行业整体R&D投资水平相对较高。从a股市场来看，从2017到2021，中国光伏板块上市公司R&D费用总额逐年增加。2022年一季度，光伏板块上市公司R&D费用总额约为281.1.3亿元。
2、光伏发电技术研究与创新成果
(1)发表论文数
从光伏发电的论文发表数量来看，2010以来，我国光伏发电的论文发表数量呈逐年上升趋势，可见光伏发电的研究热情持续高涨。截至2022年8月，国内已发表光伏发电论文18289篇。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新的热点
通过创新词云，了解光伏发电行业最热门的技术关键词，分析该技术领域最新的重点研发课题。该技术领域约5000件专利中最常见的关键词由智慧芽提取，其中光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能电池板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词。涉及大量专利，说明光伏发电行业的研发和创新集中在光伏组件和光伏板。
(3)专利焦点领域
从光伏发电专利焦点领域来看，目前光伏发电专利焦点领域明显，主要集中在太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。
主要光伏电池技术的对比分析
从技术角度看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉、铜铟硒多组分化合物(铜铟镓硒是典型代表)是可选光伏材料中综合性能最好的一组。它们各种性能的优劣直接导致了光伏电池技术百花齐放的现状。
注:平均转换效率仅记录为正效率。
光伏发电产业技术发展的痛点与突破
1，光伏发电行业的技术发展痛点
(1)硅基光伏电池:P型电池转换效率低。
光伏电池的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，所以光伏电池的光电转换效率非常重要，光电转换效率的提高主要依靠技术升级。目前，晶体硅光伏电池面临着转换效率低的问题，尤其是P型电池。
根据哈梅林太阳能研究所(ISFH)的数据，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC生产线的量产效率已经达到23%，逐渐接近理论极限效率。
(2)薄膜电池转换效率低。
薄膜光伏电池具有低衰减、重量轻、材料消耗低、制备能耗低的特点，适合建筑组合(BIPV)。但是薄膜电池面临着量产转换效率低，性价比低的问题。
2.光伏发电产业技术发展取得突破
(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率。
与P型电池相比，N型电池技术具有少子寿命长、无光致衰减、弱光效应好、温度系数小、转换效率高等优点。面对P型电池的理论效率极限，N型电池技术可以突破P型电池的理论效率极限，实现更高的转换效率。根据中国光伏产业协会(CPIA)的数据，2022-2023年，N型电池技术的平均转换效率可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。
(2)钙钛矿电池可以实现较高的转换效率。
钙钛矿电池是利用钙钛矿型有机金属卤化物半导体作为光吸收材料的第三代太阳能电池。钙钛矿材料比晶体硅材料具有更强的光吸收，因此钙钛矿电池可以实现高转换效率。钙钛矿电池除了转换效率高，还具有价格低、投资小、制备简单等优点。
光伏发电产业技术发展方向和趋势:降本增效
2022年8月，工信部等五部门联合发布的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》提出，用5至8年时间，以太阳能装备为重点，推进拓普康、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术、钙钛矿和叠层电池组件的产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术的研究和应用。
可以看出，未来光伏发电技术将朝着降本增效的方向发展。一方面，由于现有的光伏电池正逐渐接近最高理论转换效率，转换效率更高的电池将成为光伏电池技术的发展方向；另一方面，光伏组件转换效率的提高和制造成本的降低是降低光伏电站建设成本并最终降低光伏发电成本的关键因素。
前瞻碳中和战略研究院聚焦碳中和领域的政策、技术和产品，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有计划的科学研究，推动碳中和技术成果的转化和推广，为企业创新寻找技术突破口，为各级政府提供二氧化碳排放峰值和碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长许文强博士毕业于美国加州大学柏克莱分校。20多年来一直深耕低碳清洁能源、绿色材料等领域的基础研究、产品开发和产业化。他拥有55项专利和33篇论文，已将30多种产品投放市场，创造了50亿元的商业价值，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻与投资价值战略咨询报告》。
行业主要上市公司:隆基股份(601012)；京奥科技(002459)；晶科能源(688223)；通威股份(600438)；天合光能(688599)等。
本文的核心数据:光伏发电板块上市公司的R&D费用；发表的关于光伏发电的论文数量
全文统计口径说明:1)论文发表数统计以“太阳能光伏”和“太阳能”为单位
光伏”为关键词，选择“中国”和“论文”进行筛选。2)统计时间截至2022年8月29日。3)如有特殊统计口径，会在图表底部注明。
光伏发电产业技术综述
1，技术原理和类型
(1)光伏发电行业技术原理
光伏发电是一种利用半导体界面的光伏效应将光能直接转化为电能的技术，其发电原理如下。
(2)光伏发电的类型
光伏发电一般分为集中式发电和分布式发电两大类。集中式发电主要是大型地面光伏系统；分布式发电主要用于商业/工业和建筑屋顶。
2.技术全景:主要是光伏电池的技术路线。
光伏发电产业产业链的中游是电池芯片、电池组件和系统集成，其中各种光伏电池技术是关键技术路线。根据半导体材料的不同，光伏电池技术主要包括晶体硅电池、薄膜电池、叠层和新结构电池(第三代电池)。
晶体硅电池是最早研究和应用的第一代太阳能电池技术。按材料的形态可分为单晶硅电池和多晶硅电池，其中单晶硅电池按基硅片的掺杂可分为P型电池和N型电池。目前应用最广泛的单晶PERC电池是P型单晶硅电池，而拓普康、HJT、IBC等新型太阳能电池技术主要是指N型单晶硅电池。
薄膜光伏电池分为硅基薄膜电池和化合物薄膜电池，以铜铟硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)等化合物薄膜电池为代表。
叠层和新结构电池包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池、染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池等。
电池技术路线演进驱动下的光伏发电产业技术发展
光伏发电产业的技术发展主要是由光伏电池技术路线的演进推动的。从以硅基电池为代表的第一代光伏电池，到以铜铟硒(CIGS)、锑化镉(CdTe)、砷化镓(GaAs)薄膜电池为代表的第二代光伏电池，光伏电池技术目前已经发展到第三代，主要包括有机太阳能电池、铜锌锡硫化物电池、钙钛矿太阳能电池等。
光伏发电产业技术政策背景:政策加持与技术水平提升
近年来，我国出台了一系列与光伏发电技术和研发相关的政策。行业通过政策引导，加快了光伏发电技术的推广和创新，促进了光伏发电产业的快速发展。
光伏发电产业技术发展现状
1.光伏发电行业技术研究投资现状
(1)国家重点R&D计划项目
根据已公布的国家重点R&D项目，从2018到2021，我国与光伏发电技术相关的国家重点R&D项目有15个。
注:2019年，与光伏发电技术相关的R&D国家重点项目未公布。
(2)a股上市公司的R&D费用
经过多年的发展，光伏发电行业已经有了相对成熟的产品，但行业整体R&D投资水平相对较高。从a股市场来看，从2017到2021，中国光伏板块上市公司R&D费用总额逐年增加。2022年一季度，光伏板块上市公司R&D费用总额约为281.1.3亿元。
2、光伏发电技术研究与创新成果
(1)发表论文数
从光伏发电的论文发表数量来看，2010以来，我国光伏发电的论文发表数量呈逐年上升趋势，可见光伏发电的研究热情持续高涨。截至2022年8月，国内已发表光伏发电论文18289篇。
注:统计时间截至2022年8月。
(2)技术创新的热点
通过创新词云，了解光伏发电行业最热门的技术关键词，分析该技术领域最新的重点研发课题。该技术领域约5000件专利中最常见的关键词由智慧芽提取，其中光伏组件、太阳能、光伏板、太阳能电池板、光伏发电、太阳能电池板、逆变器等关键词。涉及大量专利，说明光伏发电行业的研发和创新集中在光伏组件和光伏板。
(3)专利焦点领域
从光伏发电专利焦点领域来看，目前光伏发电专利焦点领域明显，主要集中在太阳能、光伏板、太阳能电池、光伏组件等。
主要光伏电池技术的对比分析
从技术角度看，硅、砷化镓、磷化铟、碲化镉、铜铟硒多组分化合物(铜铟镓硒是典型代表)是可选光伏材料中综合性能最好的一组。它们各种性能的优劣直接导致了光伏电池技术百花齐放的现状。
注:平均转换效率仅记录为正效率。
光伏发电产业技术发展的痛点与突破
1，光伏发电行业的技术发展痛点
(1)硅基光伏电池:P型电池转换效率低。
光伏电池的光电转换效率直接影响整个光伏系统的效益，所以光伏电池的光电转换效率非常重要，光电转换效率的提高主要依靠技术升级。目前，晶体硅光伏电池面临着转换效率低的问题，尤其是P型电池。
根据哈梅林太阳能研究所(ISFH)的数据，PERC电池的理论极限效率为24.5%，PERC生产线的量产效率已经达到23%，逐渐接近理论极限效率。
(2)薄膜电池转换效率低。
薄膜光伏电池具有低衰减、重量轻、材料消耗低、制备能耗低的特点，适合建筑组合(BIPV)。但是薄膜电池面临着量产转换效率低，性价比低的问题。
2.光伏发电产业技术发展取得突破
(1)N型电池技术突破P型电池极限转换效率。
与P型电池相比，N型电池技术具有少子寿命长、无光致衰减、弱光效应好、温度系数小、转换效率高等优点。面对P型电池的理论效率极限，N型电池技术可以突破P型电池的理论效率极限，实现更高的转换效率。根据中国光伏产业协会(CPIA)的数据，2022-2023年，N型电池技术的平均转换效率可以达到PERC电池的理论极限效率(24.5%)。
(2)钙钛矿电池可以实现较高的转换效率。
钙钛矿电池是利用钙钛矿型有机金属卤化物半导体作为光吸收材料的第三代太阳能电池。钙钛矿材料比晶体硅材料具有更强的光吸收，因此钙钛矿电池可以实现高转换效率。钙钛矿电池除了转换效率高，还具有价格低、投资小、制备简单等优点。
光伏发电产业技术发展方向和趋势:降本增效
2022年8月，工信部等五部门联合发布的《加快电力装备绿色低碳创新发展行动计划》提出，用5至8年时间，以太阳能装备为重点，推进拓普康、HJT、IBC等晶体硅太阳能电池技术、钙钛矿和叠层电池组件的产业化，开展新型高效低成本光伏电池技术的研究和应用。
可以看出，未来光伏发电技术将朝着降本增效的方向发展。一方面，由于现有的光伏电池正逐渐接近最高理论转换效率，转换效率更高的电池将成为光伏电池技术的发展方向；另一方面，光伏组件转换效率的提高和制造成本的降低是降低光伏电站建设成本并最终降低光伏发电成本的关键因素。
前瞻碳中和战略研究院聚焦碳中和领域的政策、技术和产品，瞄准国际科技前沿，服务国家重大战略需求，围绕“碳中和”开展有组织、有计划的科学研究，推动碳中和技术成果的转化和推广，为企业创新寻找技术突破口，为各级政府提供二氧化碳排放峰值和碳中和的战略路径管理咨询和技术咨询。院长许文强博士毕业于美国加州大学柏克莱分校。20多年来一直深耕低碳清洁能源、绿色材料等领域的基础研究、产品开发和产业化。他拥有55项专利和33篇论文，已将30多种产品投放市场，创造了50亿元的商业价值，专注于氢能、太阳能、储能等清洁能源研究。
以上数据参考前瞻产业研究院《光伏发电行业技术趋势前瞻与投资价值战略咨询报告》。