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盤點(diǎn)高效太陽能電池轉(zhuǎn)換效率之最：晶硅電池誰稱王？

來源：新能源網(wǎng)
時(shí)間：2014-07-24 06:37:27
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盤點(diǎn)高效太陽能電池轉(zhuǎn)換效率之最：晶硅電池誰稱王？ink">太陽能ink">光伏發(fā)電在世界能源消費(fèi)的席位愈發(fā)重要，在不遠(yuǎn)的將來不但要替代部分常規(guī)能源，更可能成為世界能源供應(yīng)的主體。太

太陽能光伏發(fā)電在世界能源消費(fèi)的席位愈發(fā)重要，在不遠(yuǎn)的將來不但要替代部分常規(guī)能源，更可能成為世界能源供應(yīng)的主體。 太陽能電池是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的元件。低成本高效率的太陽能電池是光伏技術(shù)長期追逐的目標(biāo)，更是各個(gè)企業(yè)拼命爭奪的技術(shù)領(lǐng)地。 中國的太陽能電池研究雖比國外晚了20年，但這并不妨礙中國成為全球主要的太陽能電池生產(chǎn)國。2013年全球電池片生產(chǎn)規(guī)模保持增長勢頭，產(chǎn)能超過63GW(不含薄膜電池)，產(chǎn)量達(dá)到40.3GW。與2012年相比，增長7.5%，多晶硅電池和單晶硅電池的比例約為3∶1。太陽能電池呈逐年增長發(fā)展態(tài)勢，但近幾年發(fā)展趨于平緩。從發(fā)展區(qū)域看，中國大陸以25.1GW的產(chǎn)量位居全球第一，產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的63%。 中國對(duì)太陽能電池的研究開發(fā)工作高度重視，早在七五期間，非晶硅半導(dǎo)體的研究工作已經(jīng)列入國家重大課題；八五和九五期間，中國把研究開發(fā)的重點(diǎn)放在大面積太陽能電池等方面。2003年10月，國家發(fā)改委、科技部制定出未來5年太陽能資源開發(fā)計(jì)劃，發(fā)改委“光明工程”將籌資100億元用于推進(jìn)太陽能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，計(jì)劃到2015年全國太陽能發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量達(dá)到300兆瓦。當(dāng)下，第三次工業(yè)革命的核心是新能源革命，高效太陽能電池技術(shù)作為提高太陽能利用率的關(guān)鍵，代表了先進(jìn)的技術(shù)發(fā)展方向，對(duì)我國光伏產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展具有重要影響，屬于當(dāng)前應(yīng)該發(fā)展的重大技術(shù)之一。例如，CIGS薄膜太陽能技術(shù)就已被列為了國家節(jié)能減碳的綠色環(huán)保型鼓勵(lì)型項(xiàng)目，成為國家重點(diǎn)扶持的項(xiàng)目之一。 太陽能光伏市場應(yīng)用越發(fā)寬領(lǐng)域、多樣化，適應(yīng)各種需求的光伏產(chǎn)品也不斷問世，除了大型并網(wǎng)光伏電站外，與建筑相結(jié)合的光伏發(fā)電系統(tǒng)、小型光伏系統(tǒng)、離網(wǎng)光伏系統(tǒng)等也快速興起。太陽能電池及光伏系統(tǒng)的成本持續(xù)下降并逼近常規(guī)發(fā)電成本，仍是光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主題，而太陽能電池也將繼續(xù)走在高效率、低成本的道路上。 我們熟知的晶硅電池分為單晶和多晶，區(qū)別在于所用硅片。單晶硅片由多晶硅原料經(jīng)拉晶爐拉成單晶棒后再切片制成，多晶硅片是由多晶硅料經(jīng)鑄錠爐鑄成多晶硅錠后再切片制成。不過，目前光伏市場上占優(yōu)勢的還是多晶硅電池。 太陽能電池的基本構(gòu)造是運(yùn)用P型與N型半導(dǎo)體接合而成的。對(duì)其而言，最重要的參數(shù)是光電轉(zhuǎn)換效率。在單晶電池中，目前所研發(fā)的N型單晶電池的產(chǎn)業(yè)化水平大概在21%-24%左右，P型單晶電池的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化水平在18.7%-19.2%左右，海外在19.2%-20%左右。多晶電池的產(chǎn)業(yè)化水平則在17%-17.5%左右。下面是編輯分別從N型單晶電池、P型單晶電池、多晶電池三類對(duì)比，列出的經(jīng)過認(rèn)證的技術(shù)前沿代表。 【N型單晶電池】 以N型半導(dǎo)體為底板的太陽能電池，雜質(zhì)的抵抗性更大，在理論上更易提高能量轉(zhuǎn)換效率，衰減率也比較低，但加工工藝較復(fù)雜，成本較高。在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素(如磷、砷、銻等)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半導(dǎo)體。 目前，已達(dá)到規(guī)模化生產(chǎn)的N型單晶硅太陽電池有三種，分別是日本松下的N-SiHITN型硅太陽電池，美國SunPowerIBC結(jié)構(gòu)N型硅太陽電池，以及英利的熊貓N型硅電池。在市場份額上，國際光伏技術(shù)路線圖(ITRPV)預(yù)期N型單晶硅太陽電池將從2014年的18%左右提高到2020年的50%左右。 N型單晶電池產(chǎn)業(yè)化水平：21%-24% 技術(shù)前沿代表： 三洋電機(jī)Sanyo-HIT電池-（24.7%）2013年2月11日，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所證實(shí)，Sanyo（三洋電機(jī)）成功開發(fā)出轉(zhuǎn)換效率達(dá)24.7%的太陽能電池。Sanyo此次HIT電池CE=24.7%，采HIT技術(shù)，Size<100cm2，厚度98um，Voc=0.75V，Jsc=39.5mA/cm？，F(xiàn)F=83.2%。新HIT電池不但效率更高，同時(shí)厚度僅為98μm，這展示HIT在降低成本方面潛能。 2010年6月17日，三洋宣布擴(kuò)大HIT太陽電池組件生產(chǎn)規(guī)模，其滋賀工廠的產(chǎn)能將由100MW提高至250MW，表明高效太陽電池具有廣闊的前景。2010年6月21日，日本三洋電機(jī)公司宣布，他們研發(fā)出世界上光電轉(zhuǎn)換效率最高的太陽電池組件HIT-N230，采用HIT異質(zhì)結(jié)電池制造，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20.7%。2010年12月6日，三洋宣布量產(chǎn)目前光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到21.6%的高效HIT太陽電池，基于該電池的HITN系列240W太陽電池組件轉(zhuǎn)換效率可達(dá)19%。2012年初，松下宣布在馬來西亞建設(shè)300MW項(xiàng)目，年底完成，重點(diǎn)采用三洋技術(shù)生產(chǎn)HIT（異質(zhì)結(jié)）太陽能組件。2012年4月1日，松下正式收購三洋HIT光伏組件業(yè)務(wù)。 松下的研究目標(biāo)是用厚度為100μm的硅片實(shí)現(xiàn)24.5%的轉(zhuǎn)換效率，2013年2月已達(dá)到24.7%（750mV），超過SunPower2010年達(dá)成的24.2%記錄（大面積），計(jì)劃2015年效率達(dá)到25%，這基本是采用晶硅的極限。 SunPower-IBC-（24.2%） 2010年6月，美國太陽能電池制造商SunPowerCorp.宣布公司位于菲律賓的廠房已生產(chǎn)出一款轉(zhuǎn)換效率高達(dá)24.2%的太陽能電池，創(chuàng)下當(dāng)時(shí)全球新高紀(jì)錄。根據(jù)新聞稿，這項(xiàng)紀(jì)錄已經(jīng)過美國能源部再生性能源實(shí)驗(yàn)室(NationalRenewableEnergyLab，簡稱NREL)驗(yàn)證。通過在每塊太陽能電池上提高能源產(chǎn)量，SunPower利用專有、專利的高效率太陽能電池技術(shù)降低太陽能的生產(chǎn)成本。 賽昂Silevo-Triex-（22%） Silevo是一家由兩名出自應(yīng)用材料公司（Applied Materials，Inc）的華人半導(dǎo)體專家于2007年在美國硅谷創(chuàng)立的高效晶硅光伏電池研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)，其核心技術(shù)和專利是一種名為“Triex”的基于N型單晶硅片的高效晶體硅光伏電池結(jié)構(gòu)，這一技術(shù)的特點(diǎn)是能夠以接近傳統(tǒng)晶硅光伏電池/組件的成本，實(shí)現(xiàn)最高24%的光電轉(zhuǎn)化率，同時(shí)具備薄膜組件特有的優(yōu)良溫度特性。 Triex電池技術(shù)，既金屬-絕緣體-半導(dǎo)體電池的衍生物，在20世紀(jì)七十年代，著名科學(xué)家，比如新南威爾士大學(xué)馬丁格林教授曾從事于使用隧道氧化物層，反型層以及傳統(tǒng)氮化硅鈍化層增強(qiáng)PN結(jié)的研究。那時(shí)，金屬-絕緣體-半導(dǎo)體電池創(chuàng)造了655毫伏開路電壓和17.6%轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄，并模擬推算出可創(chuàng)造23%轉(zhuǎn)換效率的可能性。然而，這種電池片面臨嚴(yán)重的商業(yè)挑戰(zhàn)并未被市場廣泛接受。 Triex電池片是一種基于隧道異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的器件，這種結(jié)構(gòu)整合了半導(dǎo)體行業(yè)用的隧道氧化層和傳統(tǒng)的薄膜鈍化層的優(yōu)點(diǎn)，從而得到了非常低的表面缺陷密度。這種混合型的電池神奇地整合了N型晶硅基體，薄膜鈍化層和隧道氧化物層三種材料的優(yōu)勢。隧道氧化物層結(jié)合薄膜鈍化層是獲得高性能的PN結(jié)并提高開路電壓，降低溫度系數(shù)的關(guān)鍵所在。 Silevo在2011年10月正式公開發(fā)布“Triex”技術(shù)以及使用這一技術(shù)生產(chǎn)的高效單晶電池和組件產(chǎn)品，除了在硅谷的一條試驗(yàn)生產(chǎn)線外，Silevo在杭州還擁有一條32MW的量產(chǎn)生產(chǎn)線（杭州賽昂電力，Silevo占65%股權(quán)比例），目前量產(chǎn)電池片效率21.4%。 2012年9月，賽昂曾宣布公司旗下Triex太陽能電池杭州工廠生產(chǎn)線量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率已達(dá)21%產(chǎn)線單片最高效率超過22%。根據(jù)賽昂的路線圖宣稱，公司可以在未來幾年內(nèi)生產(chǎn)效率達(dá)到24%的太陽能電池。正是在高效晶硅電池技術(shù)上的優(yōu)異表現(xiàn)，賽昂電力一度被認(rèn)為會(huì)成長為下一個(gè)SunPower。 2014年6月18日，美國光伏巨頭SolarCity宣布，該公司將斥資3.5億美元收購太陽能組件制造商(賽昂)Silevo，計(jì)劃于未來兩年內(nèi)在紐約州建造年產(chǎn)能超1GW的工廠，打造“全球最大”的太陽能組件制造廠。 【P型單晶電池】 以P型半導(dǎo)體為底板的太陽能電池，成本較低，衰減率較高，25年后衰減率可達(dá)到15%至20%。在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素(如硼)，使之取代晶格中硅原子的位置，就形成P型半導(dǎo)體。 產(chǎn)業(yè)化水平——國內(nèi)：18.7%-19.2% 海外：19.2%-20% 技術(shù)前沿代表： LG（20.7%） 韓國最大的科技公司LG電子近日對(duì)外宣布，公司已經(jīng)成功開發(fā)出高效太陽能電池，堪稱世界最高效的太陽能電池。 據(jù)了解，LG研發(fā)的太陽能電池是利用單晶硅片材料，成功的將太陽能電池的效率提高至平均20.6%，最高可達(dá)20.7%.這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了先前19%的太陽能電池效率。 目前世界各國都意識(shí)到了太陽能電池業(yè)務(wù)的重要性。去年韓國知識(shí)經(jīng)濟(jì)部就對(duì)外宣布，政府和私營部門將為五個(gè)研發(fā)項(xiàng)目投資6.48億美元。其中一個(gè)項(xiàng)目就是太陽能電池。由LG、三星等組成的團(tuán)隊(duì)將共同研發(fā)新一代太陽能電池。實(shí)際上LG和三星在太陽能電池研究方面有著不同的技術(shù)領(lǐng)域。LG則基于硅材料，而三星的技術(shù)基于銅等材料。 晶澳（20.4%） 今年6月20日，晶澳太陽能宣布博秀高效電池正式量產(chǎn)，量產(chǎn)電池平均轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.4%，在業(yè)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)P型電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率超過20%。 博秀60片電池裝組件量產(chǎn)主流功率達(dá)到285W，預(yù)計(jì)年底主流功率將達(dá)到290W。從該新產(chǎn)品發(fā)布到量產(chǎn)，僅用時(shí)三個(gè)月。 目前，晶澳已擁有1條博秀電池生產(chǎn)線，今年10月份將擴(kuò)到4條生產(chǎn)線，規(guī)劃2015年擴(kuò)充為8條生產(chǎn)線。今年底產(chǎn)能將達(dá)到170MW，明年達(dá)到350MW。 茂迪（19.5%） 2012年，茂迪推出代號(hào)為“Leo”的太陽能電池系列產(chǎn)品，Leo系列的6寸單晶太陽能電池的平均轉(zhuǎn)換效率可達(dá)19.3%，最高效率可達(dá)19.5%。 【多晶電池】 多晶硅太陽能電池兼具單晶硅電池的高轉(zhuǎn)換效率和長壽命以及非晶硅薄膜電池的材料制備工藝相對(duì)簡化等優(yōu)點(diǎn)的新一代電池，其轉(zhuǎn)換效率一般為12%左右，稍低于單晶硅太陽電池，沒有明顯效率衰退問題，并且有可能在廉價(jià)襯底材料上制備，其成本遠(yuǎn)低于單晶硅電池，而效率高于非晶硅薄膜電池。 產(chǎn)業(yè)化水平： 17%-17.5% 晶澳（18.1%） 2013年4月23日晶澳太陽能對(duì)外宣布：自2013年第一季度開始，公司旗下MWT(metallizationWrap-through)電池已正式投入量產(chǎn)。其多晶電池量產(chǎn)平均效率為18.1%，最高可達(dá)18.6%。 MWT是金屬穿孔卷繞硅太陽能電池技術(shù)的簡稱，這種技術(shù)主要是通過激光穿孔和灌孔印刷技術(shù)，將正面發(fā)射極的接觸電極穿過硅片基體引導(dǎo)至硅片背面。由于電池正面沒有主柵線，電池受光面積增大從而有效的提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率。 在組件端，電池片之間均通過背面接觸電極與基板連接，減少了焊接環(huán)節(jié)，這樣既降低了焊接碎片率又降低了焊接引起的電阻損耗，從而有效提高了組件輸出效率。 阿特斯（18%） 阿特斯太陽能公司2011年表示使用最新的ELPS太陽能電池技術(shù)，公司已經(jīng)可以制造效率高達(dá)19.5%的單晶硅太陽能電池和效率18%的多晶硅太陽能電池。 公司稱通過使用ELPS技術(shù)，進(jìn)一步提高了發(fā)電效率，降低了電池的每瓦生產(chǎn)成本。公司的組件生產(chǎn)線可以方便地使用采用新技術(shù)的太陽能電池。
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