1、perc技术的转化效率
是太阳电池最重要的参数。
2017年,我国产业化生产的常规多晶硅电池转换效率达到18.8%,单晶硅电池转换效率达到20.2%。
与常规电池相比,perc电池的优势主要有两个方面:(1)内背反射增强,降低长波的光学损失;(2)高质量的背面钝化,这使得perc电池的开路电压(voc)和短路电流(isc)较之常规电池有大幅提升,从而电池转化效率更高。
目前,perc技术成为p型电池效率继续提升的主要方法,但perc技术应用在多晶及单晶电池片上的效率表现有所差异。单晶电池产线在导入perc技术后,可使转换效率绝对值提升1%以上,即单晶perc电池产业化效率可达到21%以上,部分领先企业可将效率提升至21.5%;应用在多晶电池上有绝对值0.6%以上的效率提升,perc多晶电池产业化效率可达到19.5%。此外,若在多晶perc电池上叠加黑硅技术,产业化效率可达到20%以上。目前市场主流太阳电池效率水平如下图所示。
图1:2017年市场主流晶硅太阳电池效率水平
2、主流厂商perc电池效率进展
1)晶澳太阳能
晶澳是我国最早、最大规模应用perc技术的企业,早在2012年就获得了perc电池发明专利的授权,2013年自主研发的工业化perc电池平均转换效率在全球首次超过20%,2014年实现perc电池和的大规模量产。
目前,晶澳单晶perc电池量产效率提升至21.2%,60型单晶perc量产组件的平均功率达到300w,最高功率创世界纪录达326.67w。
2)天合光能
天合光能曾是单晶perc和多晶perc电池记录的保持者,创造了多项世界纪录。
在单晶perc上,2014年,天合光能凭借其大面积p型单晶perc太阳电池21.40%的效率创造世界纪录,并在一年后以22.13%的转换率刷新该记录。2016年7月,天合光能量产p型单晶perc电池的平均效率已达21.1%。2016年12月,天合光能以22.61%的转换效率再创单晶perc电池世界纪录。该破纪录的perc太阳电池采用了大面积工业级硼掺杂的直拉法硅片,集成正反面钝化及反光衰等先进的工业钝化发射极触点电池技术。
在多晶perc上,2015年11月,天合光能大面积p型多晶硅perc太阳电池光电转换率达到21.25%,创造了新的世界纪录;2016年7月,天合光能在多晶perc上整合rie技术,量产化p型多晶perc电池平均转换效率达20.16%;2016年10月,天合光能基于120片自产高效多晶perc电池的高效多晶组件窗口效率达19.86%,再次创造了p型多晶硅组件窗口效率新的世界纪录。
3)尚德
2017年1月,无锡尚德宣布,公司自主研发的高效多晶硅perc太阳能电池,量产转换效率最高达到20%。此外,无锡尚德还和澳大利亚新南威尔士大学合作开发氢钝化技术,能将多晶perc电池片光致衰减比率降为零。
2017年7月,上海尚德成功开发p型双面perc电池和组件产品。双面perc电池正面电池转换效率达到21.4%以上,同时背面电池效率能够达到正面电池效率的65%以上。在双面perc电池的基础上,搭配双玻封装技术,尚德开发的高效p型双面双玻perc单晶组件正面功率可达300w。
4)晶科能源
晶科能源是目前多晶perc电池效率世界纪录的保持者。
2017年10月2日,晶科能源宣布其研发的实用面积(245.83平方厘米)p型多晶perc电池转换效率高达22.04%,创造新的世界纪录。此前,晶科能源在2016年10月曾以21.63%的多晶perc电池效率创造世界纪录。
2017年10月26日,晶科能源宣布,经中科院检测实验室验证,其研发的p型单晶perc电池转换效率高达22.78%,创造新的世界纪录。11月8日,晶科能源p型单晶perc多栅电池效率达到23.45%,再次打破p型单晶电池效率的世界纪录。
晶科能源表示,其p型单多晶perc太阳能电池效率大幅提升,主要基于数项高效技术的应用,包括:高性能p型硅基底,体钝化技术,多层减反膜技术、选择性发射极技术和细栅金属化技术等。其中选择性发射极(se)和细栅金属化技术极大降低了电池表面复合损失,有效提高了perc电池开路电压和电池效率。同时晶科特有的多层膜钝化技术亦极大贡献了电池效率的提升。
5)隆基乐叶
隆基乐叶致力于单晶技术路线的研发与提升。在单晶perc电池转换效率上始终处于领先水平,并多次打破世界纪录,目前是单晶perc电池效率的世界纪录保持者。
2017年4月,隆基乐叶100mw电池示范线量产最高效率达到22.17%;9月,隆基乐叶将该效率升级到22.43%;10月17日,隆基乐叶宣布,经德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所测试认证,其单晶perc电池光电转换效率达到22.71%,创下新的perc电池世界纪录;10月27日,隆基乐叶收到国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(cpvt)测试报告,报告显示其单晶perc电池转换效率最高水平达到23.26%,再一次刷新世界纪录。
2018年2月28日,隆基乐叶宣布,经中国国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(cpvt)测试认证,其单晶perc电池转化效率最高已达到23.6%,再次成为新世界纪录保持者。
在单晶perc组件功率上,隆基乐叶在2018年1月宣布,其60型高效perc组件光电转换效率达到20.41%,创造了新的单晶perc组件转换效率世界纪录。
隆基乐叶于2017snec上推出了高效单晶perc双面发电组件产品hi-mo2。72型组件功率达360/365w,60型组件功率300/305w。该电池正面发电效率超过21%,与单面perc电池相当。同时,背面采用了玻璃封装,实现了双面受光、双面发电,背面功率与正面功率相比不低于75%,产品背面可带来最高25%的发电量增益。hi-mo2首年光衰可低于2%,平均年衰减低于0.45%,均优于常规组件。此外,2017年11月,隆基乐叶单晶双面perc电池双面率达82.15%,突破perc双面率记录。
6)协鑫集成
在行业单晶热潮中,协鑫集成坚持多晶高效电池及组件产品的推广。在金刚线切割多晶硅片的基础上,坚持推广黑硅 perc电池技术。
2017年2月,协鑫集成开始稳定量产基于金刚线切割的多晶硅片的黑硅perc电池。2018年2月,其高效多晶黑硅perc电池量产平均效率达到20.8%,最高效率达到21.3%,多晶60版型组件功率突破300w。据悉,协鑫集成有效解决了多晶perc电池的衰减问题,lid可控制在1.5%以内。
在多晶黑硅perc电池技术量产的基础上,协鑫集成进一步开发了双面多晶黑硅perc电池。电池平均效率已达到20.2%,双面因子接近70%,同时,(去掉)该组件产品在系统端的不同应用场景下发电量可以增加10%-30%(电池的等效效率21%-24%)。
7)广东爱旭
目前,广东爱旭perc双面电池在量产中正面光电转换效率大于21.5%,背面光电转换效率大于15%,60片电池双面双玻组件平均功率增加20%,可达到365w。下一阶段,爱旭产线还将叠加新量产工艺技术,预计perc电池正面效率将突破22%。
8)韩华q cells
韩华q cells推出的q.antum电池是全球第一家商业化量产的多晶perc电池,于2012年开始量产。目前韩华量产的q.antum多晶电池转换效率达19.5%,q.antum单晶电池转换效率达21.5%。截至2017年6月,韩华q cells已经量产了约5gw q.antum太阳电池。
此外,韩华q cells还与硅片制造商1366科技在技术上展开合作。2017年8月,韩华q cells采用1366科技的直接硅片(“direct wafer”)技术,使得q.antum背钝化电池转化效率达20.3%。韩华q cells曾在2016年3月与1366科技签订700mw直接硅片供应协议,该技术可大幅降低生产成本。
3、perc电池效率未来的提升空间
目前,领先厂商的单晶perc电池的量产效率可以达21.5%左右,多晶perc的量产效率可达19.7%左右。而截至目前,单晶perc和多晶perc的世界最高效率分别已达23.6%和22.04%,分别由隆基乐叶和晶科能源创造。可以看出,perc电池仍有很大的效率提升空间。
perc电池效率进一步提升的方向有:
(1)细栅金属化技术,减少正面遮挡,如应用5bb或mbb技术;
(2)正面采用选择性发射极,降低表面复合损失;
(3)先进的陷光技术,如采用多层减反膜技术;
(4)降低背面金属接触区域的复合,如采用局部b掺杂;
(5)采用高质量硅片,如提高硅片的少子寿命;
(6)双面perc电池。
来源:b min, m müller , h wagner, aroadmap toward 24% efficient perc solar cells in industrial mass production, ieee journal ofphotovoltaics , 2017 , pp (99) :1-10
不同的优化途径对perc电池效率提升效果如上图所示。通过采用新型发射极结构、掺硼铝背场、减少正面电极栅线宽度、提高硅片质量、多主栅等技术优化之后,perc电池效率可达到24%以上。
天合光能副总裁冯志强博士表示,如果没有重要的突破性技术,预计2025年左右,单晶perc电池可实现24%的转换效率,产线效率可达到23%;同时随着perc电池产业规模的扩大和技术优化,预计至2025年成本也将降低至目前的一半。