赛拉弗推出电池片及组件端高效技术红宝书

  • 2016年06月06日
  • 作者: 席军涛

    席军涛

    总经理,赛拉弗

    赛拉弗总经理

2015年晶硅组件平均效率 (Source:BNEF)

2015年晶硅组件平均效率 (Source:BNEF)

不同晶硅电池技术的市场占有率(Source:ITRPV)

不同晶硅电池技术的市场占有率(Source:ITRPV)

电池片端高效技术

电池片端高效技术

组件销售价格分解($/Wp) (Source:BNEF)

组件销售价格分解($/Wp) (Source:BNEF)

应用不同电池技术的组件成本与效率(Source:BNEF)

应用不同电池技术的组件成本与效率(Source:BNEF)

<序1>

转化率与可靠性是制约光伏产业发展的最大技术障碍,而成本控制与规模化又在经济上形成制约,很高兴看到年轻的赛拉弗如同一个斗士不停的向其宣战,更荣幸的是我们作为合作伙伴见证并参与了这一切。—— TÜV SÜD 许海亮

<序2>

光伏行业在中国的发展只有短短十余年时间,但是,行业已经历了大发展和大萧条,无数人在这里膨胀,也在这里毁灭。经历这些后,我们认为任何先进的生产设备都会被淘汰,而先进的技术和管理理念才是企业的核心竞争力。

如果所有的人,都忙着做所有的事,又有哪一个人能把所有事儿都做到最好?而我们专注于光伏产品的研发和生产,从对客户的深度了解开始,提供市场需求的产品;致力于做精做好产品研发和生产的每一步。

在赛拉弗高效组件“日食”系列产品发布之前,光伏组件效率的提升主要集中在电池片技术上,如IBC,PERC,HIT等,几乎没有组件制造技术上的创新来提升组件效率。在日食的研发阶段,遇到设备方面和工艺方面的困难。我们联合了设备生产商,研发创新设备,改变传统封装工艺, 使组件效率提高15%。这是组件生产技术上的一个革命性的改变。

组件效率是光伏系统效率的关键因素,我们秉着专业的精神撰写了对高效技术的一些认知;之所以称为红宝书,是希望赛拉弗那一抹红能为光伏行业带来一点贡献。在此感谢技术研发部和市场部的努力,为我们带来如此详尽的光伏电池和组件高效技术知识。—— 席军涛
执行总经理

1.    高效组件定义与分类

由于太阳能光伏组件发展十分迅速,高效组件这一相对概念也在不断发生变化,赛拉弗认为通过优化电池结构,改进主流组件制作工艺或使用新材料所获得的光电转换效率大幅提高的组件为高效组件,使组件性能提升的技术为光伏组件高效技术,简称高效技术。

以电池片技术为例,光电转换效率高于目前市场主流技术生产的Multi Al-BSF,Mono Al-BSF类型组件的组件即高效组件,它们所应用的电池技术即高效技术。

本文主要介绍晶硅组件电池片和组件部分的技术创新,按照技术类型和作用方式,可以将其分为三个阶段。

当然,也有其他很多不同的分类方法,可以按照组件感光面类型将高效技术分为单面高效技术和双面高效技术,也可以按照效率提升方式,将高效技术分为材料优化,技术优化和应用端优化等。

基于高效组件的众多优势,其市场占有率正在逐年上升。按电池片技术分类,2014年全球光伏装机总量为45GW,其中42GW光伏系统使用晶硅组件。晶硅组件中,11%的产品使用常规技术(Al-BSF 结构)以外的高效技术,较上一年增长4%。2015年,全球光伏装机总量高达56GW,晶硅组件份额我们认为无明显下降,而高效组件在晶硅组件应用中的占比升至12%,即约6GW,显示出巨大发展潜力,预计今后高效组件的应用量将进一步上升。

2、电池片端高效技术

实际上,只要对几种技术原理应用出色,并合理减小电池内阻,各种电池结构都可以实现20%以上的光电转换效率。

交叉背接触电池( IBC )

IBC电池选用N型衬底材料,前后表面均覆盖一层热氧化膜。正面采用二氧化硅或氧化硅/氮化硅复合膜与N+层结合作为前表面电场,并制成绒面结构以抗反射。背面利用扩散法做成P+和N+交错间隔的交叉式接面,并通过氧化硅上开金属接触孔,实现电极与发射区或基区的接触。IBC电池的正负极均在电池片的背面,电池表面呈黑色、完全没有金属栅线,可大大增加电池的转换效率。

优势:这种把正面金属栅极去掉的电池结构有很多优点:(1)减少正面遮光损失,相当于增加了有效半导体面积;(2)组件装配成本降低;(3)交叉排布的发射区与基区电极几乎覆盖了背表面的大部分,十分利于引出电流;(4)外型美观。

异质结电池( HIT )

常规电池的p-n 结由导电类型相反的同种材料晶体硅组成的,属于同质结电池;而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。

HIT 电池以n型单晶硅片为衬底,在经过清洗制绒的n 型c-Si两面分别沉积本征层、掺杂层、TCO 以及印刷电极,这种对称结构便于减少工艺设备和步骤。

寿命,并减小硅片的热损伤和变形;(3)开路电压高,提升转换效率;(4)温度特性好,在STC条件下功率相同的HIT组件一天较常规晶硅组件发电量多8%-10%。

PERC系列电池

三类背钝化结构的共有特点是在传统铝背场的基础上增加了钝化层,更好地阻挡电子在背表面复合。

PERC技术利用SiNx或Al2O3在电池背面形成钝化层,作为背反射层,增加长波光的吸收,同时将P-N极间的电势差最大化,降低电子复合,从而提升电池转化效率。

PERL和PERT是PERC的加强版,在加钝化层之后又重度扩散(局部或全部)和硅片极性相同的材料,形成又一个背电场。在各种高效产品中,PERC性价优势最为明显,拥有较高市场竞争力。

除上述三种技术,还有双面 N型电池,MWT,EWT ,OECO ,Topcon等其他电池技术正在被使用和进一步研发。

3、组件端高效技术

研究发现,在电池片工艺相同的情况下,组件端通过采用更合理的设计,选择增透性更好的材料或进一步加工电池片来减少CTM,增加电量输出

切片及叠瓦技术

将电池片栅线重新设计成可合理切割成小片的图形,使切割后每个小片的正负极按照叠瓦的设计工艺。再将每小片焊接制作成串,并且摒弃了传统的焊带串接电池结构,将串经过串并联排版后层压成组件,利用组件内的间隙,增加电池片数量,且对组件结构进行优化,采用无焊带设计,减少了线损,大幅提高了组件的输出功率。

优势:(1)降低焊带电阻对组件功率的影响。保证组件封装过程中的最小功率损失;(2)降低了反向电流对组件产生热斑效应的影响;(3)可融合多种电池片产业化新技术,叠加效果甚至要好于单个技术增益的相加。

SWCT

将电池片栅线重新设计成可合理切割成小片的图形,使切割后每个小片的正负极按照叠瓦的设计工艺。再将每小片焊接制作成串,并且摒弃了传统的焊带串接电池结构,将串经过串并联排版后层压成组件,利用组件内的间隙,增加电池片数量,且对组件结构进行优化,采用无焊带设计,减少了线损,大幅提高了组件的输出功率。

优势:(1)由于铜线的截面为圆形,制成组件后较传统组件有效遮光面积减少30%,减少电阻损失;(2)主栅分布更密集,主栅和细栅之间触点超过两千个,有效减小由微裂造成的电流损失;(3)由于主栅材料采用铜线,电池银材料用量可以减少80%.

技术原理与之相似的,还有德国太阳能设备制造商Schmid的无主栅技术Multi Busbar。

4、现存问题与技术展望:风险与机遇并存的当下

成本问题

目前高效组件项目初投资偏高问题持续存在。近两年晶硅组件价格下降约20%,使高效组件的性能优势愈发不明显,图为晶硅组件的能效和价格关系图,可以看出,价格的差距远高于效率提升。

对高效组件生产商来说,设备投资高,制程过于复杂使得不符合成本效益,工序增加导致破片率上升的问题严重制约着高效组件的产业化。

技术问题

IBC:IBC电池使用的N型硅片成本较高,电池制备过程中需要多步掺杂等复杂的工艺,使得其制造成本较高,技术门槛高,制约了IBC电池的大规模应用。

HIT:1)工艺要求严格。要获得低界面态的非晶硅/晶体硅界面,对工艺环境和操作要求也较高;2)需要低温组件封装工艺。由于HIT 电池的低温工艺特性,不能采取传统晶体硅电池的后续高温封装工艺,需要开发适宜的低温封装工艺。

PERC:PERC的效率提升造成光衰(LID)上升的问题目前仍难解,除了硅片段对减少硼氧键结的努力外、设备商亦会推出新设备致力于解决光衰问题。LID是否能稳定控制,成为PERC是否能成为电池产线标准配备之一的最大问题。

MWT:从实际生产的角度,用传统的焊带焊接互联MWT电池并不十分合适,主要原因是MWT电池正负电极都在背面,单面焊接冷却后产生的应力会导致电池片弯曲弓片,容易破碎,而常规电池双面对称焊接造成的应力可以彼此抵消。而ECN发展的基于导电背板的MWT电池封装技术,目前技术尚不成熟,并且相应的设备供应厂家较少,初始投资成本高。

SWCT:原材料成本高,设备成本高,技术尚不成熟。

光伏技术趋势展望

当今世界已经步入可再生能源时代,新能源的应用,尤其是太阳能的普及度越来越广。为了更充分的利用这一清洁可再生的能源,组件效率的提升已经成为各大组件制造商最为关注的研发课题,高效技术的应用推广也逐渐成为主流。

电池片高效技术发展方面,在P型电池片大行其道的现在,PERC技术越来越被市场所接受,已获得20%以上的转换效率,预计将在近2-3年持续主宰高效太阳能市场,而转换效率可以维持在22%左右高转换效率的N型电池,也随着供应链日趋完善,并伴随着HIT专利保护期的解禁, 越来越多的厂商开始进入该领域,但无论是IBC还是HIT等高效技术都仅会以1~2产线的形式小幅扩充,恐怕需到PERC效率提升已非常有限之后并且在设备成本等到有效的降低的前提下,N型电池的高效技术才会日渐风行。

组件封装方面,常规的封装仍会是市场的主流,而双玻组件的也会随着BIPV和光伏大棚的应用也会占有一定比例。 组件的转换效率也可维持在16~18%左右,但最值得一提的是切片叠瓦的封装技术,可以将组建的转换效效率提升至18%以上,甚至更高,相信将凭借其惊艳的外观和超高的性价比,会在未来民用及中小工商业屋顶系统中占据主流地位。

在这个世界能源转型的重要时期,赛拉弗愿与众多参与者一道,发掘中国光伏事业发展潜力,协力创造中国智慧能源未来。

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