决定光伏产业未来的六大光伏先进技术!
发布人:蔡岗全  发布时间:2017-03-17   浏览次数:10

光伏技术的未来在哪里?答案当然是:更高的光电转换效率与更低的度电成本。


光伏产业发展至今,“效率”与“成本”始终是产业发展的关键词。太阳能能量密度低,收集成本高,所以这一特点决定了降低光伏发电成本的最主要方式,就是提高组件转换效率。组件转换效率每提高1个百分点,光伏发电成本就能降低6%以上。


正因为如此,光伏制造技术发展的核心就是提高光电转换效率。过去几年,无论单晶还是多晶电池,都保持了每年约0.3%~0.4%的效率提升。随着“领跑者”计划的推出,中国光伏行业制造水平、应用水平、标准及测试等方面均整体大幅提升,在组件产品转换效率提升方面促进作用更是明显。


目前,我国光伏设备行业已经全面进入拼质量、拼效率的时代。按照国家能源局提出的发展目标,到“十三五”末,太阳能发电规模要比2015年翻两番,成本下降30%。光伏先进技术之争,将直接决定着整个产业发展目标能不能顺利实现。



在未来,哪些技术能够脱颖而出,走到所有技术的前列?华夏能源网(微信号sinoergy_com)特别对目前比较领先的光伏技术做了细致的梳理,这六大先进技术,很可能就决定着中国乃至全球光伏产业的未来,让我们一起看看他们到底先进在哪里!


PERC电池技术


PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池通过在电池背面实行钝化技术,增强光线的内背反射,降低了背面复合,从而使电池的效率能够有效提高。PERC电池技术拥有广泛的应用前景。


相比一般电池技术,PERC电池增加了两道额外的工序:背面钝化层的沉积和激光开槽。因为需增加两套设备的投资,按目前的生产情况传递到组件端单瓦成本略高,但随着生产规模的扩大及专用原材料费用的降低,PERC组件的成本将低于常规组件。并且在电站端的实际测试中,PERC组件比常规组件每瓦发电量高出3%左右。


PERC组件比一般组件多发电的原理,在于其优秀的低辐照性能,更好的功率温度系数以及首年光衰问题的解决。


(1)低辐照


与AM1.5同样光谱分布的低辐照测试当中,PERC组件具有更高的相对转换效率,因小于标准光强下的相对效率主要由开路电压的变化来决定,常规电池的相对开路电压低于PERC电池,且光强越弱,两电池的暗饱和电流密度相差越大,短路电流相差越大,相对效率相差越多。


更重要的是,PERC电池红外波段的量子效率显著提高,尤其在1100~1200nm波段增加的发电不计入到标称功率当中。因此PERC组件在正常辐照下由于低辐照特性可以多发电,而在阴雨天以及早晚,相对常规组件的多发电优势更加明显。



(2)功率温度系数


一方面PERC电池的红外波段量子效率高,其电流温度系数略高;另一方面PERC电池的开路电压更高,电压温度系数(绝对值)更低。综合来看,PERC电池的功率温度系数(绝对值)低于多晶和常规单晶。


(3)初始光衰


晶硅组件都存在光致衰减(LID)问题(从组件厂家的质保承诺来看,首年功率衰减一般不高于2.5%或3%),主要原因是p型硅片中的硼与氧在室外光照后产生的“B-O对”导致组件功率降低。


采用了PERC技术后,光生空穴需要运行更远的距离才能被背电极收集,“B-O对”与杂质、缺陷会产生更明显影响,导致5%以上的LID。通过降低硅片氧含量、改变掺杂剂、对电池进行退火处理等措施,可以将PERC电池的光衰显著降低,例如单晶PERC组件可以达到2%以下的首年功率衰减。


目前,在PERC电池技术方面比较领先的公司有天合光能等。在“领跑者”计划中,国家对电池组件的效率提出了多晶不低于16.5%,单晶不低于17.5%的目标要求,现在天合光能量产的PERC单、多晶电池的效率分别已经达到21.1%和20.16%,远远超过这一要求,走到了行业前端。目前,天合光能已经在黄金线上实现22.61%电池效率和300W组件功率的稳定生产,并即将全面投入量产。


黑硅技术


黑硅对光伏行业来讲,不是一个新技术。不过,黑硅技术近期的进展可能归结于两个主要因素:第一,金刚线切割能够大幅度的降低多晶硅片成本,但传统的酸制绒导致电池效率降低,而黑硅制绒可以很大幅度上解决金刚线切割带来了制绒工艺上的困难。第二,黑硅技术的设备成本降低,电池和组件端的进步也促进了该技术的发展。


黑硅除了能解决外观问题之外,还能形成奈米级的凹坑、增加入射光的捕捉量,降低多晶电池片的光反射率以推升转换效率。故金刚线切搭配黑硅技术的工艺,能同时兼顾硅片端降本与电池片端提效两方面。


目前黑硅技术主要分成干法制绒的离子反应法(Reactive Ion Etching,RIE)技术,以及湿法制绒的金属催化化学腐蚀法(Metal Catalyzed Chemical Etching,MCCE)。


以现有设备来看,RIE技术因效率提升较高、已有量产实绩等因素较被市场接受,然而其机台价格昂贵,让不少欲进入者踌躇不前。湿法MCCE方面,虽然机台价格远低于干法制绒,但现有技术尚未成熟,容易导致外观颜色不均、转换效率较低、废液难以回收等议题,目前仍无法解决。


因此,近两年黑硅的产能扩充将不如PERC当年迅速。不过,为抵御单晶产品步步进逼,多晶电池片厂商也会开始采用黑硅技术,以推升电池效率。随着金刚线切多晶硅片品质趋于稳定,黑硅产品也将引燃另一波产业界的热烈讨论。


MWT组件技术


MWT(metal Wrap Through金属穿透)技术是在硅片上利用激光穿孔技术结合金属浆料穿透工艺将电池片正面的电极引到背面从而实现降低正面遮光提高电池转换效率的目的。同时由于该技术的组件封装特点,组件的串联电阻低,转换效率高;并且可以适用于更薄的硅片,使得进一步较大幅度降低成本成为可能。


若考虑系统安装总量相同的情况(假设均为1MW),则采用更高功率的组件在节约安装面积的同时,也能够节约单瓦成本。



针对常规电池和组件的不足,MWT电池组件采用了全新的电池和组件结构设计,大幅提高了电池和组件的光电转化效率及可靠性,60片电池的单、多晶硅电池组件标准输出功率分别达到290W和280W,较市场常规产品提高8%左右,达到行业领先水平。


并且,MWT电池组件已被列入国家光伏组件领跑者计划,得到了广泛认可。MWT组件不仅输出功率远高于常规产品,而且比常规产品美观大方,性能更稳定可靠,电池片背面的平面金属箔还可起到隔绝水汽和增强散热的作用,在高温高辐照度区实际发电量优势更为明显。


双玻组件


双玻是一个平台型的技术理念,所有电池(PERC、黑硅、IBC、HIT)、组件(单晶、多晶、智能)、系统(1500V、跟踪支架、农光、渔光)的降本增效技术都可以叠加在双玻技术平台上面。也就是说,结合高可靠性高发电量的特征来看,双玻是领跑者先进技术的可扩展承载平台,能够跟领跑者的需求较好地贴合起来。


双玻组件并不是一个新生事物,早在2005年,双玻组件就已经被用在光伏幕墙中了,但当时组件价格还比较贵,用的玻璃也比较厚。2014年,双玻在全国甚至全球范围内已经有了很广泛的应用,包括山坡、山地、荒地在内的众多大型地面电站都在使用双玻组件。现在,1500V应用也会用到双玻组件。


双玻组件具有高可靠性,抗酸碱、抗盐雾、抗水汽、抗UV及抗PID等性能,同时还能抗隐裂,并且做到了零水透、不积灰不积雪,抗载荷能力非常好,达到了A级防火标准。因为这些特性,其发电量要比普通组件高3%以上,与领跑者项目基地的两淮水面地域、张家口景观廊道、煤矿沉降地形等都有很好的环境匹配性。


IBC电池


IBC电池(全背电极接触晶硅光伏电池)是将正负两极金属接触均移到电池片背面的技术,使面朝太阳的电池片正面呈全黑色,完全看不到多数光伏电池正面呈现的金属线。这不仅为使用者带来更多有效发电面积,也有利于提升发电效率,外观上也更加美观。


这种背电极的设计实现了电池正面“零遮挡”,增加了光的吸收和利用。但制作流程也十分复杂,工艺中的难点包括P+扩散、金属电极下重扩散以及激光烧结等。


IBC电池的工艺流程大致如下:清洗->制绒->扩散N+->丝印刻蚀光阻->刻蚀P扩散区->扩散P+->减反射镀膜->热氧化->丝印电极->烧结->激光烧结。


2016年4月26日,天合光能光伏科学与技术国家重点实验室宣布,经第三方权威机构JET独立测试,以23.5%的光电转换效率创造了156×156mm2大面积N型单晶硅IBC电池的世界纪录。这一数值突破天合光能在2014年5月创造的22.94%的同项世界纪录,也是天合光能光伏科学与技术国家重点实验室第13次打破世界记录。


HIT太阳电池组件


HIT(Heterojunction with intrinsic Thinlayer)硅太阳能电池,是在晶体硅片上沉积一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜和一层与晶体硅掺杂种类相反的掺杂氢化非晶硅薄膜。采取该工艺措施后,改善了PN结的性能。因而使转换效率达到23%,开路电压达到729mV,并且全部工艺可以在200℃以下实现。


与常规晶体硅太阳电池组件相比,HIT太阳电池组件的单位面积发电量更高、高温时能发更多的电、制成双面组件能够利用反射光,发电量进一步提升。


HIT电池特点有:1、结构对称,相比传统晶体硅电池,HIT电池的工艺步骤更少;2、低温工艺,其最高工艺温度不超过200℃;3、高开路电压,其Voc达到了750mV;4、温度特性好;5、光照稳定性好,HIT电池中没有发现Staebler-Wronski效应,转换效率无因光照而衰退的现象,也不存在B-O对导致的光之衰减现象;6、双面发电,HIT电池的对称结构,使得正反面受光照后都能发电,其组件年平均发电量比单面电池组件高出10%以上。


目前,国内的HIT太阳电池组件刚起步,还需要进一步加快发展步伐。日本松下最新发布的家用HIT高效组件,转换效率已达19.6%。