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继PERC之后 谁将是下一个光伏技术“领跑者”?
发布时间:2017-10-25

作者 | 朱伟粤

来源 | OFweek


  近年来,在光伏领跑者计划的引导之下,我国光伏市场向高效化转变的趋势明显。各种高效组件以优异的性能获得了不错的市场占有率,其中以PERC组件最为火爆。在隆基、协鑫、晶科、晶澳、天合、阿特斯等国内一线厂商的积极扩产之下,目前高效PERC电池大有引领光伏市场之势。

  近日隆基股份将单晶PERC电池光电转换效率突破到22.71%创下新的PERC电池世界纪录。据了解,隆基股份计划在明年第二季度将目前的5GW单晶组件产能全部转为PERC产线。而协鑫集成日前宣布已有效解决了多晶PERC电池的衰退问题,其高效多晶黑硅PERC电池量产产能已突破1GW,预计年底产能将达2GW。

  专家认为单晶PERC的效率可能会提高到24%,PERC将在未来三到五年内成为光伏市场的主流。据权威机构预测,预计2017年底PERC产能将达到20GW,而到2020年,PERC产能将达到65 GW,出货量将占整个光伏市场的50%。而除了技术优势及发展潜力,PERC之所以能这么火,与2015年在光伏领跑者项目中的推广是分不开的。

  根据最新的“领跑者”计划,第三批领跑者基地将分为应用领跑基地和技术领跑基地,其中技术领跑基地的出现正是为了推广那些具备发展潜力的前沿技术,使用的是自主研发、市场尚未应用的前沿技术或突破性技术产品。

  根据国家能源局下发的《关于推进光伏发电“领跑者”计划实施和2017年领跑基地建设有关要求的通知》,技术领跑基地将通过给光伏制造企业自主创新研发的可推广应用但尚未批量制造的前沿技术产品提供试验示范和依托工程,加速科技研发成果的应用转化,带动和引领光伏发电技术进步和市场应用。

  从产品制造看,技术领跑基地采用的是目前尚未建成生产线、形成产能的产品,对于已有生产线、形成产能的先进技术产品,不属于支持范围。

  很明显,技术领跑基地主要是支持那些尚未建成生产线的前沿技术,结合PERC的发展曲线,被领跑者选中的前沿技术将很有可能借此机会获得快速发展,并给行业带来效率变革。那么继PERC之后,谁将会是下一个光伏技术“领跑者”?

  目前,晶硅电池仍是市场的主流,而要提高晶硅电池的转换效率,一般是通过两个方面的改进来实现。

  第一是通过增加电池的光吸收方面,比如光陷阱结构,就是通过化学刻蚀或制绒等手段来增加电池的光吸收效率;第二是通过有效分离光生载流子,降低载流子复合来实现电池效率的提高,常用的手段为增加背场、增加钝化层、改善衬底材料等。以下为小编列出的几种正在开发的电池前沿技术,以作参考。

1、IBC电池

  IBC电池即全背电极接触晶硅光伏电池,选用N型衬底材料。IBC电池的优势在于正负极的金属接触均在电池片的背面,使得电池表面完全看不到传统光伏电池在正面的金属栅线,不但增大了电池的有效接触面积,大大增加了电池的转换效率,而且没有栅线的电池正面在外观上也更加美观。

  IBC电池的概念最早是由Lammert和Schwartz在1975年提出。经过几十年的发展,IBC电池在一个太阳标准测试条件下的转换效率已达到25%,远超晶硅太阳电池。日本Panasonic公司在2014年将IBC技术与HIT技术结合,研发出的HIT-IBC太阳能电池最高效率达25.6%,打破晶体硅电池转换效率的世界纪录。

  美国SUNPOWER是最早实现IBC电池量产的公司,其实验室最高转换效率达25%,量产平均效率达23%。国内天合、晶澳、海润等企业对IBC电池技术的研发进行了投入,其中天合光能连续打破世界纪录,将大面积IBC电池最高转换效率刷新为24.13%。另外,天合与澳大利亚国立大学(ANU)共同研发的小面积IBC电池效率达24.37%。

  因为IBC电池制造工艺复杂、使用的材料成本较高,使得其目前在国内还没有大规模生产。但IBC电池转换效率高、发电能力出众,使得其具备很好的发展空间,未来将有可能成为引领行业发展的新技术。

2、HIT电池

  HIT(Hetero-junction with Intrinsic Thin-layer)电池即本征薄膜异质结。不同于常规电池p-n结由导电类型相反的同种材料晶体硅组成,HIT电池的p-n结是由两种不同的半导体材料—非晶硅/ 晶体硅组成。具备正反面受光照后都能发电;低温制造工艺保护载流子寿命、高开路电压、温度特性好等优势。

  1992年三洋公司的Makoto Tanaka和Mikio Taguchi第一次成功制备了HIT电池。日本Panasonic公司于2009年收购三洋公司后,继续HIT电池的开发,实验室最高转换效率达24.7%。

  大规模量产方面,据报道日本Panasonic现有HIT产能共1GW,电池量产转换效率约为22.5%。据了解,最早投入使用的HIT组件至今大约11年,累计衰减仅为2%~3%。

  HIT电池生产过程中的每一步工艺要求都非常严格,对前道晶硅的表面清洁净化、低温工艺和材料都有很高的要求。另外,相关材料成本依然较高,所以在保证高效的情况下,HIT电池大规模的量产还需要进一步的突破和发展。

3、双面N型电池

  N型电池是未来高效电池的发展方向,目前研究的N型单晶高效电池主要有:PERT电池,PERL电池,HIT电池,IBC电池,HBC电池等,其中PERT电池、PERL电池可根据其受光面不同,可分为单面受光型和双面受光型。

  双面 N型电池背面可接收反射光线,结合双玻组件技术可提高3%以上的总发电量。日本三菱电机的n-PERL电池则采用双面受光型结构,在156*156mm2大面积单晶硅片上实现转化效率21.3%。

  英利公司PANDA电池是采用双面受光型PERT结构的大面积电池(239cm2),PANDA电池双面发电的设计,能够同时接受从正面和背面进入电池的光线从而实现双面发电的功能;正面采用细密栅线的设计,减少了遮光面积,提高了电池的短路电流。

  英利公司PANDA电池已实现量产,最高转化效率达到了21.3%。PANDA电池与规模化生产的IBC、HIT等N型电池相比,其结构简单、制备成本低、工艺流程短,与现有的P型生产线相兼容,容易实现大规模量产。

  此外,各类技术的相结合也是近来研究的热点,譬如PERC+黑硅等技术的结合在未来也很有发展前景。各类技术谁能成为下一个光伏技术“领跑者”,最终还是要看生产工艺的完善度以及成本的降低。在此之前需要的是各企业加大研发力度,加快创新技术示范产线的开拓,从而将让最新的技术得到推广。

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