【2017PVCEC】晶體硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)面臨技術(shù)升級(jí) PERC電池未來或?qū)⑹∮诠馑栴}

:2017年10月17日-19日，2017中國光伏大會(huì)暨展覽會(huì)(PVCEC2017)在北京隆重召開。在18日上午的創(chuàng)新劇場(chǎng)【新型電池&組件技術(shù)】論壇上中國科學(xué)院電工研究所研究室主任，研究員王文靜在主題演講“晶體硅產(chǎn)業(yè)技術(shù)面臨技術(shù)升級(jí)”中表示，PERC電池的效率可在2018年升到21.5%，PERC多晶硅性價(jià)比的問題將影響其產(chǎn)業(yè)化，N型PERT電池在成本上無法與P型PERC電池競(jìng)爭，在效率、雙面發(fā)電等方面受到HIT電池的擠壓，在下風(fēng)中很難生存。如果PERC電池將來失敗的話，一定會(huì)出在光衰問題上。

以下為演講實(shí)錄：

王文靜：謝謝各位，今天在這個(gè)場(chǎng)合，我來介紹一下光伏產(chǎn)業(yè)面臨技術(shù)升級(jí)，我們看一下最近這些年它整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)在技術(shù)的發(fā)展上非常熱，因?yàn)楹芏喾N技術(shù)都進(jìn)來了，我們說一種太陽電池如果能夠大規(guī)模的應(yīng)用，它一定要有三個(gè)腿來支撐，就像一個(gè)凳子一樣，有三個(gè)腿來支撐，一個(gè)是效率，第二個(gè)是成本，第三個(gè)是壽命，只有三個(gè)方面加在一起都很強(qiáng)，這種電池才能真正大規(guī)模在產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用。我們看中間這個(gè)就是常規(guī)的晶體硅電池，它現(xiàn)在最起碼到目前為止它在效率、成本和壽命方面都是最強(qiáng)的，以前曾經(jīng)熱過一陣的非晶硅，但是它的問題在于效率比較低，當(dāng)時(shí)只有6%到10%，還有一個(gè)問題有嚴(yán)重的衰減，衰減百分之二三十，壽命也是它的短板，所以這種非晶硅就慢慢退出歷史舞臺(tái)。V族電池那么高的成本只能用在航天上，用在特殊的聚光跟蹤的系統(tǒng)，我們現(xiàn)在只有晶體硅同時(shí)具備三種方面，現(xiàn)在碲化鉻它同時(shí)也具有三種優(yōu)勢(shì)，組件到15%、16%比較高了，但是它的壽命也可以，它的問題就是成本是否能夠在未來具有競(jìng)爭性，這個(gè)在國內(nèi)也有幾家大企業(yè)在同時(shí)上，現(xiàn)在大家也在拭目以待。

我們剛才說了三項(xiàng)中效率、成本和壽命，我們看實(shí)際上效率提高是非常重要的一點(diǎn)，效率的提高同時(shí)可以降低成本，我們看這個(gè)是一個(gè)什么呢?這是比較早了，美國一個(gè)公司做的一個(gè)成本和收益，這個(gè)收益是LCOE(注：平均化度電成本)，就是電站的分析，從這張圖的坐標(biāo)，橫坐標(biāo)是組件在現(xiàn)場(chǎng)所謂的價(jià)格，也就是說用每平方米多少美元來橫坐標(biāo)計(jì)算，縱坐標(biāo)就是這個(gè)電站發(fā)電的成本，效率是黑線，6%、9%、14%、25%、29%，是個(gè)等效率線。還有一些是組件的價(jià)格，還可以用每瓦來算，比如黃線，黃線每瓦2.4美元，從這兒來看，因?yàn)槲覀円话銇碇v，中國有的時(shí)候它做組件銷售的人，或者做電池的生產(chǎn)者，它主要關(guān)注的是每瓦多少成本，但實(shí)際上真正的要想在實(shí)際上應(yīng)用能賺多少錢的話，是電站能發(fā)出多少電來，每度電多少成本，就是縱坐標(biāo)LCOE是電站的運(yùn)營者最關(guān)注的。比如說那根黃線，假如每瓦1塊9美元，效率6%，價(jià)格仍舊是1.9美元，那么度電成本是15美分，但是如果效率達(dá)到25%，同樣價(jià)格是每瓦1.9美元，度電成本只要到9美分就夠了，所以從這個(gè)圖上來看，如果你售價(jià)一樣，一定是效率越高，成本越低。從底下這張圖表可以看出一些計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，舉了四種電池，高效的19.5%、14%、10%、低效薄膜的，像非晶硅6%。如果度電成本達(dá)到10.7美元，從這兒來看，如果你要高效的話，就允許它每瓦銷售可以達(dá)到2.2元，2.2元就可以達(dá)到度電成本了，但是低效薄弱的就必須是0.44美分，每瓦組件必須0.44美元的時(shí)候，你才能達(dá)到，顯然要求價(jià)格下降很多。再看6美分，假如19.5%高效組件，低效組件達(dá)不到，這個(gè)組件白給我，也達(dá)不到這個(gè)度電成本，所以低效就意味著發(fā)電的度電成本的增高，當(dāng)然這里頭很多問題了。你要詳細(xì)從技術(shù)上來說，但是數(shù)學(xué)模型是這樣的結(jié)果，所以高效在度電成本來說是降低了成本。

所以我們說提高效率有幾個(gè)方面，一個(gè)是提高效率有可能成本也要提高，因?yàn)槟阍黾庸に嚵?，增加新材料了。第二個(gè)假如你能提高效率，同時(shí)能維持度電成本，這個(gè)更好了，所以你要提高效率增加成本，有可能增加LCOE，如果你要更好的情況下提高效率，同時(shí)電池成本還下降，那你就可以降低，另外我們看降低成本，假如你降低了成本，比如這個(gè)電池，把成本降下來了，但是效率還不變，不下降，這個(gè)時(shí)候它一定能降低電站的度電成本，LCOE，另外假如降低了成本，把效率也降下來了，可能維持或者增加LCOE，另外我們看各個(gè)成本和壽命之間的關(guān)系，我們看太陽電池現(xiàn)在面臨非常大的技術(shù)進(jìn)步，技術(shù)進(jìn)步的第一個(gè)層級(jí)就是各個(gè)企業(yè)在提高電池效率，然后降低組件成本、延長壽命，就這三點(diǎn)，這只是說最低的第一個(gè)層次，第二個(gè)層次的技術(shù)進(jìn)步，就是要在提高效率的時(shí)候，還不降低成本，成本不上升，這個(gè)是第一。第二你要降低成本，同時(shí)效率還不能下降，第三個(gè)你延長壽命，還不影響成本和效率，所以這個(gè)層次就難度比那個(gè)大點(diǎn)了，比如說PERC電池做了，但是你可能增加了一部分成本，這個(gè)只是說第一部分，假如你PERC電池把效率提高了，同時(shí)能把它成本降下來，那么這個(gè)你的水平就高很多，在企業(yè)最起碼盈利水平高了，在企業(yè)競(jìng)爭力，整個(gè)市場(chǎng)的定位就提高了很多，但是最終目標(biāo)所有努力的方向都是降低電站成本，度電成本。

現(xiàn)在太陽電池整個(gè)技術(shù)的進(jìn)步我們可以分成兩種類型的技術(shù)進(jìn)步，第一種就是漸進(jìn)式的技術(shù)進(jìn)步，就是它整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備的格局基本的概念，比如說擴(kuò)散等等，這些不變的情況下，我們?cè)谥饾u的改進(jìn)它的設(shè)備，改進(jìn)它的結(jié)構(gòu)，以及改進(jìn)它的原材料，最后效率一步一步提高，這個(gè)就是右邊的所謂建制式的創(chuàng)新。比如說原來現(xiàn)在大部分用的是叫所謂鋁貝廠，這個(gè)就變成了PERC，如果把PERC變成空型，變成離子注入，再變成正面擴(kuò)散，相當(dāng)于基本的擴(kuò)散基本結(jié)構(gòu)不太變化，這就變成了n型的PERC，你把它用成三氧化鋁，再用點(diǎn)多晶硅，再一乘積，這個(gè)意思是差不多，就變成了Topcon，種類也是差不多的，所以這個(gè)我們稱為漸進(jìn)式變化，這個(gè)電池效率在逐步提高。還有一個(gè)我們說所謂革命性的變化，這個(gè)革命不能說特別偉大的意義上革命，就是這個(gè)變化比傳統(tǒng)的設(shè)備要變化很多，整個(gè)設(shè)備要大規(guī)模更換，一個(gè)IBC，一個(gè)HGT，它把前邊電機(jī)全部取消，全面背面用一層n型P型，就是把一個(gè)立體雙機(jī)氣件，所以它的結(jié)構(gòu)有個(gè)巨大的變化，所以我們說這有一些革命性的。另外就是HIT，它是把完全偏節(jié)變成了非晶硅的模式，所以整個(gè)沉積做ITO電極都是完全不一樣的。另外異質(zhì)結(jié)，我認(rèn)為在未來很有發(fā)展前途呢，因?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)用了兩種不同寬度的半導(dǎo)體，這個(gè)實(shí)際上是突破了原來同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體的極限，這里做了一個(gè)結(jié)構(gòu)上的革命，原來同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體，所謂理論極限最高到30%，為什么?因?yàn)樗钠Y(jié)的緊帶是一樣的，一下拉寬了以后，在原理上應(yīng)該突破原來的同質(zhì)偏結(jié)，所以是一個(gè)大的變革，同質(zhì)結(jié)隨便一做120、130，同質(zhì)結(jié)想做700多的開壓幾乎是不可能的，所以我們就認(rèn)為異質(zhì)結(jié)實(shí)際潛力很大，但是現(xiàn)在遇到很問題，比如動(dòng)畫、表面有問題，但是這些東西都是可以解決的，所以異質(zhì)結(jié)電池，我認(rèn)為它是帶有一些革命性，能突破理論極限的技術(shù)，所以未來空間是很大的。將來把這兩個(gè)電池結(jié)合在一塊，把異質(zhì)結(jié)電池也把它正表面完全取消，這就很容易形成所謂HBC，就是異質(zhì)結(jié)被接觸，所以這個(gè)就是它整個(gè)現(xiàn)在技術(shù)革新的整個(gè)情況。

為什么我們說異質(zhì)結(jié)HBC它是一個(gè)很大的進(jìn)步呢?將來可能成為最終的晶體硅太陽能電池的方向，它既結(jié)合了異質(zhì)結(jié)電池的高開壓，同時(shí)結(jié)合了IBC電池的大電流，原來異質(zhì)結(jié)開壓很高，但電流不高，所以把它們倆結(jié)合以后，人們?cè)谒枷肷嫌兴兓椰F(xiàn)在它的效率是最高的，今年的26.6%，在實(shí)驗(yàn)室階段確實(shí)證明了它未來的潛力?，F(xiàn)在這幾種電池，都有很多的報(bào)道，現(xiàn)在最流行的PERC電池，這個(gè)是差不多的，可能有一些最先進(jìn)國內(nèi)或者國際的企業(yè)能到21.5%、21.4%，但是實(shí)驗(yàn)室效率更高了22%，比常規(guī)電池的效率高很多了，PERT電池也在21%，IBC還不是很多，還沒有太高，但是三陽已經(jīng)到23%左右。

這就是我們從最上面的所謂(里貝廠)電池配出來的新型電池，我認(rèn)為目前產(chǎn)業(yè)化或者最好的一個(gè)是HIT，還有一個(gè)PERC，n型雙面也有很多，但是還有一個(gè)挑戰(zhàn)。這幾種電池實(shí)際你要看一下它的工藝難度，常規(guī)電池基本難度都沒有了，PERC電池現(xiàn)在有三氧化鋁合激光開槽，從設(shè)備和技術(shù)工藝上沒有太大變化，但是比常規(guī)電池多了兩道工序，n型電池實(shí)際上也是七道工序，但是多了兩個(gè)問題，一個(gè)多了擴(kuò)硼，現(xiàn)在它的成本高于PERC很多，因?yàn)閿U(kuò)硼工藝雖然說已經(jīng)解決了，但實(shí)際上擴(kuò)硼的難度非常大的，第一離子注入硼是很難的，因?yàn)榕鸬脑邮呛茌p，打不進(jìn)去，2016年光伏會(huì)議上，歐洲我統(tǒng)計(jì)了一下六七種方案就是如何把硼摻進(jìn)去，比如說它的溫度高，另外一個(gè)它對(duì)管的腐蝕，因?yàn)榕鸷苋菀渍称?、粘管，而且你這一降溫以后，玻璃管發(fā)脆，所以它影響了擴(kuò)散爐的壽命。另外還有很多問題，所以擴(kuò)硼的難度還是比較大的。

像離子注也不行，好多都想把硼弄進(jìn)去，但是難度非常大，離子入磷問題不太大，主要是成本比較高，其他的在用鍍?nèi)趸X，前兩面如果用三氧化鋁的話，如果用現(xiàn)在的話設(shè)備成本可能比較高，所以現(xiàn)在來講，不管如何，你效率怎么著，它的成本高，比PERC高，但是反映出來的效率并不比PERC高多少，很有可能被HIT擠過來，它的效率跟HIT效率差不多，甚至HIT在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模推廣以后，HIT還會(huì)更高，此外HIT的工藝步驟短，4個(gè)步驟，所以短就是最好，你工藝短，你所受的影響就少，你的控制能力就高，所以HIT當(dāng)然它的表面動(dòng)畫還有一點(diǎn)問題，但是它的透明導(dǎo)電磨都不是問題，所以將來解決好它的動(dòng)畫這個(gè)問題，它的HIT就沒有太大的問題，所以從這兒來看，實(shí)際上n型雙面電池受到來自PERT電池和HIT電池兩方面的擠壓，從效率HIT高，在降本可以擠壓n型雙面電池的空間，PERC電池效率差不多，但是成本低，所以n型雙面電池受到這兩方面的擠壓以后，將來可能要必須尋找自己的突破，比如將來效率能不能進(jìn)一步提高22%，這也是他面臨的問題。

我們做了一些比較，從這兒來看，幾種電池不一樣，像PERC和常規(guī)都可以多晶單晶，但是其他幾個(gè)n形都是單晶，硼攙雜是最難的，這邊是鍍非晶硅是最大，雙面發(fā)電三種都可以，但是n型PERC電池只能達(dá)到60%到70%，其他可以大于90%，另外從成本方面，當(dāng)然現(xiàn)在里倍廠最低，HIT最高，但是次序隨著時(shí)間產(chǎn)業(yè)的發(fā)展會(huì)顛倒，完成一個(gè)變化。衰減現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)就是n型電池最大的優(yōu)勢(shì)，就是它的衰減沒有，PERC電池現(xiàn)在衰減最多，所以現(xiàn)在國外也集中大量的力量來解決它的衰減，如果將來PERC電池過了一段時(shí)間又衰減下來。綜合評(píng)價(jià)里倍廠現(xiàn)在已經(jīng)基本達(dá)到瓶頸，很難再進(jìn)一步提高了，現(xiàn)在這么多的產(chǎn)能，大家陷入一種競(jìng)爭，所以有可能出現(xiàn)一個(gè)很殘酷的低價(jià)競(jìng)爭，這種低價(jià)競(jìng)爭造成這些企業(yè)生存困難，所以這個(gè)是里貝廠，所以現(xiàn)在可能問題不大，但是未來這個(gè)問題可能是PERC電池所面臨必須急需解決的問題，n型PERT的問題空間受到兩側(cè)的擠壓，兩個(gè)紅的東西的擠壓，HIT現(xiàn)在也是無光、雙面發(fā)面的潛力還是比較大的，主要任務(wù)是降本。

這個(gè)是一個(gè)產(chǎn)能的預(yù)測(cè)，2017年認(rèn)為可能今年要建20GW，這是很多公司大部分在單晶PERC做，也有在多晶PERC方面，PERC電池的成本下降，你們看2015年開始的時(shí)候，單晶PERC和多晶的常規(guī)電池，綠線之間的價(jià)格差還是很大，看到2016年9月價(jià)格差就縮小了很多，我相信最近這一段時(shí)間它的價(jià)格差，隨著規(guī)模的擴(kuò)大，價(jià)格差會(huì)進(jìn)一步縮小。PERC電池光衰遇到機(jī)遇的挑戰(zhàn)，如何降低成本，比如TMA用一些更低價(jià)更穩(wěn)定的替代，三氧化鋁漿料的改進(jìn)，我不用鍍膜了，如何進(jìn)一步提高效率，把硅片質(zhì)量提得更高，包括它和SE的結(jié)合，包括和MW的體和，進(jìn)一步提升發(fā)電，挑戰(zhàn)一個(gè)光衰，第二LETID，所以它進(jìn)一步降低硅片金屬含量也是很重要的，剛才講的是PERC，這兩種技術(shù)稍微介紹一下，這是HIT，HIT現(xiàn)在已經(jīng)建成四五百兆，馬上今年年底就要開始安裝了，理想老總正在加班加點(diǎn)的去為600兆瓦做設(shè)備。它的設(shè)備已經(jīng)有很多企業(yè)可以提供設(shè)備的解決方案，另外我們說HIT現(xiàn)在有一個(gè)很大的變化，最早創(chuàng)新模式是三陽一家，三陽它的設(shè)備供應(yīng)商都是有限的，就是幾家日本的供應(yīng)商給它供應(yīng)，我們認(rèn)為它的工業(yè)基礎(chǔ)基于日本的制造業(yè)，但是現(xiàn)在不同了，中心是將來想建生產(chǎn)線的企業(yè)這么多，先是現(xiàn)在每一個(gè)設(shè)備，像PCVD、PVD，還有植絨、漿料，都有很多的設(shè)備商和材料商來給它供貨，這么多企業(yè)靠全世界的工業(yè)基礎(chǔ)，靠中國的大規(guī)模生產(chǎn)降本能力，HIT一定能把成本降下來，效率不是問題，但是成本是一個(gè)降低的問題，在新的創(chuàng)新模式和產(chǎn)業(yè)化模式帶動(dòng)下，效率肯定會(huì)提高的。1995年到2015年，20年三洋公司把HIT做到23%，但是這些公司在短短幾年內(nèi)，我們覺得可能有它的基礎(chǔ)，但是其他公司在三年內(nèi)可以把這個(gè)提高到22%，所以這個(gè)在提高效率和降低成本是大有前途的。

另外它的設(shè)備現(xiàn)在熱絲有PE還有LPVD都可以做，降低成本技術(shù)路線，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，建設(shè)完整的產(chǎn)業(yè)配套體系，包括設(shè)備、原材料國產(chǎn)化，全自動(dòng)化、智能化，將本的專項(xiàng)技術(shù)。比如說現(xiàn)在這是一個(gè)曲線，最早的時(shí)候?qū)⒔话倜涝煌?，最早?0年的時(shí)候，一瓦電池組件一百美元，降到今天0.4美元一瓦，始終遵循著所謂的學(xué)習(xí)曲線，產(chǎn)能越大成本越高，這基本上是一個(gè)直線，你說HIT也好，PERC也好，一定能把產(chǎn)能拉上來，形成所謂的過剩，這種過剩造成競(jìng)爭，競(jìng)爭造成講價(jià)，整個(gè)設(shè)備國產(chǎn)化，現(xiàn)在完全可以國產(chǎn)化、自動(dòng)化，我看了有一家基本上都不用人，中間的傳遞全部是機(jī)械化，自動(dòng)化現(xiàn)在第一可以全國產(chǎn)的設(shè)備，第二可以全自動(dòng)的無人，現(xiàn)在出現(xiàn)了黑燈車間，就是全自動(dòng)的分裝線。還有設(shè)備，像RENA清洗機(jī)，現(xiàn)在一百兆瓦只要二十多萬，另外金剛線也是降低常規(guī)電池的，污染少、廢液處理少，正式由于單晶硅實(shí)現(xiàn)金剛線的切割，所以單晶硅的價(jià)格下降的很厲害，前面有段時(shí)間多晶硅叫命懸一線，命懸在金剛線上，但是現(xiàn)在解決了。但是所謂預(yù)測(cè)是有點(diǎn)失效，它原來預(yù)測(cè)2017年百分之七八十還是多晶硅，還是常規(guī)電池切割，但是現(xiàn)在實(shí)際上認(rèn)為可能2017年甚至2018年可能基本上大部分多晶硅切割全部改成金剛線了。

PERC電池也可以做成雙面的，像Solar World可以做成雙面的，大概百分之六七十左右，像東洋鋁不用激光開槽了，臺(tái)灣益通不用PCVD了，如果這倆一加上，PERC電池在設(shè)備上和常規(guī)電池沒有任何差別，如果這兩個(gè)實(shí)現(xiàn)，PERC成本應(yīng)該逼迫常規(guī)電池，我們主要的衰減就是PERC電池的衰減在于兩種，一種硼衰減，第二個(gè)單晶和多晶都存在，第三個(gè)光衰也有一些方法，在這個(gè)之外有兩個(gè)公司宣布無衰減的PERC電池，也是大家其他企業(yè)如何把這個(gè)技術(shù)找出來，引到自己生產(chǎn)線的重要步驟，這就是Q-cell，實(shí)際現(xiàn)在最新的研究結(jié)果2017年發(fā)表的，單晶硅PERC電池也有輔助衰減。

結(jié)論，常規(guī)BSF電池現(xiàn)在是無路高攀，它再把效率進(jìn)一步提升，沒有太多的思路，現(xiàn)在運(yùn)營黑硅，但是黑硅的問題還有很多，第三個(gè)PERC電池的效率可在2018年升到21.5，這個(gè)看來問題不大，PERC多晶硅性價(jià)比的問題將影響其產(chǎn)業(yè)化，就是它的設(shè)備都是跟單晶一樣，但是提升的量并不大，N型PERT電池在成本上無法與P型PERC電池競(jìng)爭，在效率、雙面發(fā)電等方面受到HIT電池的擠壓，在下風(fēng)中很難生存。如果PERC電池將來失敗的話，一定會(huì)出在光衰問題上，謝謝。