《Nature Communications》：Maximising environmental savings from silicon photovoltaics manufacturing to 2035
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本研究针对硅光伏技术从PERC向TOPCon转型过程中的环境影响问题，通过生命周期评估（LCA）量化比较两种技术，发现TOPCon在15项环境指标中表现更优，虽金属资源消耗增加15.2%，但碳排放降低6.5%（中国制造至欧洲运输场景）。结合全球电力结构演变及光伏部署预测，模型表明至2035年可能实现82亿吨CO2当量减排，为低碳能源转型提供关键数据支撑。
随着全球能源转型进程加速，硅光伏（Silicon Photovoltaics）作为清洁能源的核心技术，其制造过程中的环境可持续性问题日益受到关注。当前市场主流技术——钝化发射极背面电池（Passivated Emitter Rear Cell, PERC）正逐步被效率更高的隧穿氧化层钝化接触（Tunnel Oxide Passivated Contact, TOPCon）技术替代，但这一技术转型对环境的影响尚未系统量化。光伏产业链的碳排放高度依赖制造地区的电力结构，而未来全球光伏装机量的爆发式增长可能进一步放大制造环节的生态足迹。因此，精准评估不同技术路线的全生命周期环境效益，对制定低碳光伏产业政策具有紧迫意义。
为回答上述问题，研究团队采用生命周期评估（Life Cycle Assessment, LCA）方法，对比PERC与TOPCon技术在16项环境指标中的表现，并结合全球区域电力碳强度（Carbon Intensity）数据和光伏部署预测模型，模拟了至2035年的制造业环境效益演变。该研究发表于《Nature Communications》，为光伏技术路线选择提供了科学依据。
关键研究方法
研究以中国生产、运输至欧洲的光伏组件为基准场景，采用LCA框架量化材料开采、制造、运输等阶段的资源消耗与排放。通过整合国际能源署（IEA）的电力结构预测及光伏装机量数据，构建动态模型分析不同区域制造业的减排潜力。技术参数来源于行业量产数据与实验室测试结果。
研究结果
1. TOPCon技术的环境效益优势
在16项环境影响类别中，TOPCon在15项中表现优于PERC，其中全球变暖潜能（Global Warming Potential, GWP）降低6.5%（单位：克CO2当量/瓦峰），但金属资源消耗增加15.2%，主要源于银和铜用量上升。这一权衡提示需优化关键材料回收体系。
2. 电力碳强度的区域差异性影响
模型显示，若将光伏制造从中国转移至碳强度较低的地区（如欧洲），TOPCon的碳排放可进一步降低28%。例如，使用北欧水电时，模块碳足迹可降至400克CO2当量/瓦峰以下，凸显清洁能源对制造业减排的杠杆作用。
3. 至2035年的减排潜力预测
基于光伏装机量年均增长15%的假设，若全球50%的产能采用TOPCon且布局于低碳电网区域，至2035年累计可减少82亿吨CO2当量排放，相当于2023年全球能源相关排放的18%。
结论与讨论
TOPCon技术虽小幅增加金属资源压力，但其碳减排效益显著，且通过优化制造区位与电网清洁化可放大环境收益。研究强调，光伏产业需同步推进技术迭代与供应链低碳化，例如通过“绿色制造园区”模式整合低碳能源与高效产能。该模型为政策制定者提供了区域差异化战略工具，有望推动光伏产业从“能源生产者”向“气候解决方案贡献者”转型。
