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单晶VS多晶,N型VSP型,双面VS单面——后PERC时代高效电池技术路线分析

国际太阳能光伏网  来源:光伏們  作者:饶丽霞  日期:2017-10-24
  经过两年的发展,PERC已经成为高效电池的主流技术路线,目前单晶P-PERC电池平均量产效率可达21.3-21.5%左右,多晶P-PERC电池平均量产效率可达19.5-20%左右。未来的高效电池技术会走向何方?
 
  P型PERC的效率极限约为22-23%,后续难以有更高的突破,此外,PERC电池的衰减问题一定程度上影响了其性价比。展望未来,后PERC时代光伏电池制造技术该往何处去?中科院上海微系统与信息技术研究所刘正新博士及部分业内专家表示,单晶取代多晶、N型取代P型、双面取代单面,将是未来光伏电池发展的趋势。
 
  单、多晶硅电池价格差距在缩小
 
  一直以来,关于单、多晶技术路线的争论从未停止。单晶硅电池转换效率高但价格同样较高,多晶硅电池成本较低但效率提升有限,两者各有优劣势。但随着近年来拉晶等技术的发展以及领跑者等政策推动,单晶的份额正逐步上升。
 
  中科院电工所王文静研究员表示,单、多晶硅片价格差距在逐渐缩小,主要原因在于单晶率先实现了金刚线切割,而多晶由于金刚线切割的断线率高和后续制绒困难等原因而受阻。据了解,单晶硅因质地均匀的特点率先实现金刚线工艺配套,2016年左右国内单晶硅切片基本完全实现金刚线切割,使用金刚石线后,单晶硅片成本下降10%-15%,组件成本下降5%-8%。而多晶金刚线切割的制绒问题在今年黑硅等技术成熟后才得以解决,目前正在加速产业化进程,单、多晶之争似乎仍将延续。
 
  但就长远来看,随着领跑者、前沿基地政策的推动以及分布式光伏的爆发式增长,高效率组件越发受到市场的青睐。中来光电总经理刘勇称,相对单晶而言,即便采用金刚线+黑硅+PERC,多晶在效率的提升方面也是有限的。而王文静博士介绍到,通过降低氧含量、连续投料、薄片化、新型的尺寸设计等技术的发展,单晶性价比将得到大幅提升。
 
  高效率、低衰减——N型电池发展空间巨大
 
  N型电池具有衰减低、载流子寿命高等特点,一直是全球高效晶体硅电池研发和产业化的热点。在研发上,转换效率突破25%的电池基本上都是N型电池,如HIT(异质结)、IBC(全背电极接触)、TOPCon(隧道氧化层钝化接触)、HBC(异质结+背接触)等,尤其是HBC电池,目前实现最高效率26.6%,未来N型高效电池将具有更大的竞争力。在规模化生产方面,由于N型电池容易制备双面电池,并且具有高的双面效率比、低衰减和温度系数等特性,N型硅电池的产业规模在不断扩大。英利、中来、林洋等公司的N-PERT电池,中科院微系统所、晋能、福建金石的N型硅HIT电池,正在推动越来越多的光伏骨干公司布局N型硅电池。
 
  英利首席技术官宋登元博士介绍到,N型硅片与P型硅片相比,具有材料上的天然优势。P型电池最主要的问题在于硼氧对引起的衰减,而掺磷的N型硅电池硼含量极低,从本质上消除了硼氧对带来光致衰减的影响;此外,半导体常见的杂质还有金属杂质,而N型基底的抗杂质能力非常强,对铁、铜等常见金属杂质的容忍度更高,也即在相同金属污染的情况下,N型硅片的少子寿命要明显高于P型硅片;同时,N型硅电池非常适合双面电池设计,且双面率(指电池背面效率与正面效率之比)可达到90%以上,远远高于P型电池,背面发电量增益更高。
 
  N型硅太阳电池尽管效率比常规电池有了很大提高,但由于增加了处理工艺使得制造成本也相应提高,同时由于市场需求导致N型硅片产能较小,目前成本仍高于P型硅片,因此尽快降低制造成本和提升产业规模是N型电池目前面对市场的主要挑战。
 
  发电量高、应用范围广——双面电池优势明显
 
  根据国际权威机构预测,以HIT为代表的双面双玻组件安装量将持续上升,2025年将达到47GW(年),市场占比达到20%以上。
 
  据刘正新博士介绍,双面电池的优势主要包括以下几点:
 
  (1)发电增益高。双面电池由于背面吸收反射的光线,可大幅提升发电量。背面发电量增益与反射条件有关,如水面、草地、沙地、雪地等,反射率均不一样。此外,双面电池发电增益还与组件安装高度、安装倾角、遮挡因子等因素有关。据统计数据来看,背面增益最低也可达到10%以上。
 
  (2)应用范围广。双面组件由于双面发电的特性,尤其适用于屋顶、围栏、车棚、渔光互补、农光互补、隔音墙等分布式发电系统。如苏州西环高架5MW隔音墙项目,垂直安装,既隔音,又发电。
 
  (3)更适于积雪地区,运维简单。在中国东北、日本北海道等寒冷地区,下雪后常规组件被积雪覆盖无法发电,运维工作量巨大,而双面电池在正面被积雪覆盖的情况下,背面利用雪地反射继续发电,从而使得组件发热,快速融化正面积雪,极大地减少了运维量。
 
  目前双面电池主要面临的挑战在于检测方法和标准的制定。由于其双面发电的特性,在测试双面电池正反两面的输出功率时颇有难度,目前国际上尚未发布统一的标准测试方法。因此,如何准确标定双面电池组件的功率成了亟待解决的难题,一方面,买卖双方在功率标定上存在较大分歧,严重制约了该产品的商业化路线;另一方面,双面组件功率的最终标称取值将直接影响到终端电站的系统设计。
 
  分割线
 
  随着光伏制造业的不断进步,各种电池、组件技术层出不穷,而不管哪种技术路线,归根结底,其发展取决于性价比。PERC产品无疑是当前最具潜力的技术,但PERC光衰问题限制了其发展的空间。各家制造企业在PERC之后技术路线上的选择,或许将决定了发展的方向和命运。
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