六大先進(jìn)技術(shù)決定著光伏產(chǎn)業(yè)的未來(lái)！

　　光伏技術(shù)的未來(lái)在哪里？答案當(dāng)然是：更高的光電轉(zhuǎn)換效率與更低的度電成本。

　　光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，“效率”與“成本”始終是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。太陽(yáng)能能量密度低，收集成本高，所以這一特點(diǎn)決定了降低光伏發(fā)電成本的最主要方式，就是提高組件轉(zhuǎn)換效率。組件轉(zhuǎn)換效率每提高1個(gè)百分點(diǎn)，光伏發(fā)電成本就能降低6%以上。

　　正因?yàn)槿绱耍?strong>光伏制造技術(shù)發(fā)展的核心就是提高光電轉(zhuǎn)換效率。過(guò)去幾年，無(wú)論單晶還是多晶電池，都保持了每年約0.3%～0.4%的效率提升。隨著“領(lǐng)跑者”計(jì)劃的推出，中國(guó)光伏行業(yè)制造水平、應(yīng)用水平、標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試等方面均整體大幅提升，在組件產(chǎn)品轉(zhuǎn)換效率提升方面促進(jìn)作用更是明顯。

　　目前，我國(guó)光伏設(shè)備行業(yè)已經(jīng)全面進(jìn)入拼質(zhì)量、拼效率的時(shí)代。按照國(guó)家能源局提出的發(fā)展目標(biāo)，到“十三五”末，太陽(yáng)能發(fā)電規(guī)模要比2015年翻兩番，成本下降30%。光伏先進(jìn)技術(shù)之爭(zhēng)，將直接決定著整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)能不能順利實(shí)現(xiàn)。

　　在未來(lái)，哪些技術(shù)能夠脫穎而出，走到所有技術(shù)的前列？特別對(duì)目前比較領(lǐng)先的光伏技術(shù)做了細(xì)致的梳理，這六大先進(jìn)技術(shù)，很可能就決定著中國(guó)乃至全球光伏產(chǎn)業(yè)的未來(lái)，讓我們一起看看他們到底先進(jìn)在哪里！

　　PERC電池技術(shù)

　　PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）電池通過(guò)在電池背面實(shí)行鈍化技術(shù)，增強(qiáng)光線的內(nèi)背反射，降低了背面復(fù)合，從而使電池的效率能夠有效提高。PERC電池技術(shù)擁有廣泛的應(yīng)用前景。

　　相比一般電池技術(shù)，PERC電池增加了兩道額外的工序：背面鈍化層的沉積和激光開槽。因?yàn)樾柙黾觾商自O(shè)備的投資，按目前的生產(chǎn)情況傳遞到組件端單瓦成本略高，但隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大及專用原材料費(fèi)用的降低，PERC組件的成本將低于常規(guī)組件。并且在電站端的實(shí)際測(cè)試中，PERC組件比常規(guī)組件每瓦發(fā)電量高出3%左右。

　　PERC組件比一般組件多發(fā)電的原理，在于其優(yōu)秀的低輻照性能，更好的功率溫度系數(shù)以及首年光衰問題的解決。

　?。?）低輻照

　　與AM1.5同樣光譜分布的低輻照測(cè)試當(dāng)中，PERC組件具有更高的相對(duì)轉(zhuǎn)換效率，因小于標(biāo)準(zhǔn)光強(qiáng)下的相對(duì)效率主要由開路電壓的變化來(lái)決定，常規(guī)電池的相對(duì)開路電壓低于PERC電池，且光強(qiáng)越弱，兩電池的暗飽和電流密度相差越大，短路電流相差越大，相對(duì)效率相差越多。

　　更重要的是，PERC電池紅外波段的量子效率顯著提高，尤其在1100~1200nm波段增加的發(fā)電不計(jì)入到標(biāo)稱功率當(dāng)中。因此PERC組件在正常輻照下由于低輻照特性可以多發(fā)電，而在陰雨天以及早晚，相對(duì)常規(guī)組件的多發(fā)電優(yōu)勢(shì)更加明顯。

　　（2）功率溫度系數(shù)

　　一方面PERC電池的紅外波段量子效率高，其電流溫度系數(shù)略高；另一方面PERC電池的開路電壓更高，電壓溫度系數(shù)（絕對(duì)值）更低。綜合來(lái)看，PERC電池的功率溫度系數(shù)（絕對(duì)值）低于多晶和常規(guī)單晶。

　?。?）初始光衰

　　晶硅組件都存在光致衰減（LID）問題（從組件廠家的質(zhì)保承諾來(lái)看，首年功率衰減一般不高于2.5%或3%），主要原因是p型硅片中的硼與氧在室外光照后產(chǎn)生的“B-O對(duì)”導(dǎo)致組件功率降低。

　　采用了PERC技術(shù)后，光生空穴需要運(yùn)行更遠(yuǎn)的距離才能被背電極收集，“B-O對(duì)”與雜質(zhì)、缺陷會(huì)產(chǎn)生更明顯影響，導(dǎo)致5%以上的LID。通過(guò)降低硅片氧含量、改變摻雜劑、對(duì)電池進(jìn)行退火處理等措施，可以將PERC電池的光衰顯著降低，例如單晶PERC組件可以達(dá)到2%以下的首年功率衰減。

　　目前，在PERC電池技術(shù)方面比較領(lǐng)先的公司有天合光能等。在“領(lǐng)跑者”計(jì)劃中，國(guó)家對(duì)電池組件的效率提出了多晶不低于16.5%，單晶不低于17.5%的目標(biāo)要求，現(xiàn)在天合光能量產(chǎn)的PERC單、多晶電池的效率分別已經(jīng)達(dá)到21.1%和20.16%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)這一要求，走到了行業(yè)前端。目前，天合光能已經(jīng)在黃金線上實(shí)現(xiàn)22.61%電池效率和300W組件功率的穩(wěn)定生產(chǎn)，并即將全面投入量產(chǎn)。

　　黑硅技術(shù)

　　黑硅對(duì)光伏行業(yè)來(lái)講，不是一個(gè)新技術(shù)。不過(guò)，黑硅技術(shù)近期的發(fā)展熱潮可能歸結(jié)于兩個(gè)主要因素：第一，金剛線切割能夠大幅度的降低多晶硅片成本，但傳統(tǒng)的酸制絨導(dǎo)致電池效率降低，而黑硅制絨可以很大幅度上解決金剛線切割帶來(lái)了制絨工藝上的困難。第二，黑硅技術(shù)的設(shè)備成本降低，電池和組件端的進(jìn)步也促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。

　　黑硅除了能解決外觀問題之外，還能形成奈米級(jí)的凹坑、增加入射光的捕捉量，降低多晶電池片的光反射率以推升轉(zhuǎn)換效率。故金剛線切搭配黑硅技術(shù)的工藝，能同時(shí)兼顧硅片端降本與電池片端提效兩方面。

　　目前黑硅技術(shù)主要分成干法制絨的離子反應(yīng)法（Reactive Ion Etching，RIE）技術(shù)，以及濕法制絨的金屬催化化學(xué)腐蝕法（metal Catalyzed Chemical Etching，MCCE）。

　　以現(xiàn)有設(shè)備來(lái)看，RIE技術(shù)因效率提升較高、已有量產(chǎn)實(shí)績(jī)等因素較被市場(chǎng)接受，然而其機(jī)臺(tái)價(jià)格昂貴，讓不少欲進(jìn)入者躊躇不前。濕法MCCE方面，雖然機(jī)臺(tái)價(jià)格遠(yuǎn)低于干法制絨，但現(xiàn)有技術(shù)尚未成熟，容易導(dǎo)致外觀顏色不均、轉(zhuǎn)換效率較低、廢液難以回收等議題，目前仍無(wú)法解決。

　　因此，近兩年黑硅的產(chǎn)能擴(kuò)充將不如PERC當(dāng)年迅速。不過(guò)，為抵御單晶產(chǎn)品步步進(jìn)逼，多晶電池片廠商也會(huì)開始采用黑硅技術(shù)，以推升電池效率。隨著金剛線切多晶硅片品質(zhì)趨于穩(wěn)定，黑硅產(chǎn)品也將引燃另一波產(chǎn)業(yè)界的熱烈討論。

　　MWT組件技術(shù)

　　MWT （metal Wrap Through 金屬穿透）技術(shù)是在硅片上利用激光穿孔技術(shù)結(jié)合金屬漿料穿透工藝將電池片正面的電極引到背面從而實(shí)現(xiàn)降低正面遮光提高電池轉(zhuǎn)換效率的目的。同時(shí)由于該技術(shù)的組件封裝特點(diǎn)，組件的串聯(lián)電阻低，轉(zhuǎn)換效率高；并且可以適用于更薄的硅片，使得進(jìn)一步較大幅度降低成本成為可能。

　　若考慮系統(tǒng)安裝總量相同的情況（假設(shè)均為1MW），則采用更高功率的組件在節(jié)約安裝面積的同時(shí)，也能夠節(jié)約單瓦成本。

　　針對(duì)常規(guī)電池和組件的不足，MWT電池組件采用了全新的電池和組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，大幅提高了電池和組件的光電轉(zhuǎn)化效率及可靠性，60片電池的單、多晶硅電池組件標(biāo)準(zhǔn)輸出功率分別達(dá)到290W和280W，較市場(chǎng)常規(guī)產(chǎn)品提高8%左右，達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。

　　并且，MWT電池組件已被列入國(guó)家光伏組件"領(lǐng)跑者"計(jì)劃，得到了廣泛認(rèn)可。MWT組件不僅輸出功率遠(yuǎn)高于常規(guī)產(chǎn)品，而且比常規(guī)產(chǎn)品美觀大方，性能更穩(wěn)定可靠，電池片背面的平面金屬箔還可起到隔絕水汽和增強(qiáng)散熱的作用，在高溫高輻照度區(qū)實(shí)際發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)更為明顯。

　　雙玻組件

　　雙玻是一個(gè)平臺(tái)型的技術(shù)理念，所有電池（PERC、黑硅、IBC、HIT）、組件（單晶、多晶、智能）、系統(tǒng)（1500V、跟蹤支架、農(nóng)光、漁光）的降本增效技術(shù)都可以疊加在雙玻技術(shù)平臺(tái)上面。也就是說(shuō)，結(jié)合高可靠性高發(fā)電量的特征來(lái)看，雙玻是領(lǐng)跑者先進(jìn)技術(shù)的可擴(kuò)展承載平臺(tái)，能夠跟領(lǐng)跑者的需求較好地貼合起來(lái)。

　　雙玻組件并不是一個(gè)新生事物，早在2005年，雙玻組件就已經(jīng)被用在光伏幕墻中了，但當(dāng)時(shí)組件價(jià)格還比較貴，用的玻璃也比較厚。2014年，雙玻在全國(guó)甚至全球范圍內(nèi)已經(jīng)有了很廣泛的應(yīng)用，包括山坡、山地、荒地在內(nèi)的眾多大型地面電站都在使用雙玻組件?，F(xiàn)在，1500V應(yīng)用也會(huì)用到雙玻組件。 

　　雙玻組件具有高可靠性，抗酸堿、抗鹽霧、抗水汽、抗UV及抗PID等性能，同時(shí)還能抗隱裂，并且做到了零水透、不積灰不積雪，抗載荷能力非常好，達(dá)到了A級(jí)防火標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檫@些特性，其發(fā)電量要比普通組件高3%以上，與領(lǐng)跑者項(xiàng)目基地的兩淮水面地域、張家口景觀廊道、煤礦沉降地形等都有很好的環(huán)境匹配性。

　　IBC電池

　　IBC電池（全背電極接觸晶硅光伏電池）是將正負(fù)兩極金屬接觸均移到電池片背面的技術(shù)，使面朝太陽(yáng)的電池片正面呈全黑色，完全看不到多數(shù)光伏電池正面呈現(xiàn)的金屬線。這不僅為使用者帶來(lái)更多有效發(fā)電面積，也有利于提升發(fā)電效率，外觀上也更加美觀。

　　這種背電極的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電池正面“零遮擋”，增加了光的吸收和利用。但制作流程也十分復(fù)雜，工藝中的難點(diǎn)包括P+擴(kuò)散、金屬電極下重?cái)U(kuò)散以及激光燒結(jié)等。

　　IBC電池的工藝流程大致如下：清洗->制絨->擴(kuò)散N+->絲印刻蝕光阻->刻蝕P擴(kuò)散區(qū)->擴(kuò)散P+->減反射鍍膜->熱氧化->絲印電極->燒結(jié)->激光燒結(jié)。

　　2016年4月26日，天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宣布，經(jīng)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)JET獨(dú)立測(cè)試，以23.5%的光電轉(zhuǎn)換效率創(chuàng)造了156×156mm2大面積N型單晶硅IBC電池的世界紀(jì)錄。這一數(shù)值突破天合光能在2014年5月創(chuàng)造的22.94%的同項(xiàng)世界紀(jì)錄，也是天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室第13次打破世界記錄。

　　HIT太陽(yáng)電池組件

　　HIT（Heterojunction with intrinsic Thinlayer）硅太陽(yáng)能電池，是在晶體硅片上沉積一層非摻雜（本征）氫化非晶硅薄膜和一層與晶體硅摻雜種類相反的摻雜氫化非晶硅薄膜。采取該工藝措施后，改善了PN結(jié)的性能。因而使轉(zhuǎn)換效率達(dá)到23%，開路電壓達(dá)到729mV，并且全部工藝可以在200℃以下實(shí)現(xiàn)。

　　與常規(guī)晶體硅太陽(yáng)電池組件相比，HIT太陽(yáng)電池組件的單位面積發(fā)電量更高、高溫時(shí)能發(fā)更多的電、制成雙面組件能夠利用反射光,發(fā)電量進(jìn)一步提升。

　　HIT電池特點(diǎn)有：1、結(jié)構(gòu)對(duì)稱，相比傳統(tǒng)晶體硅電池，HIT電池的工藝步驟更少；2、低溫工藝，其最高工藝溫度不超過(guò)200℃；3、高開路電壓，其Voc達(dá)到了750mV；4、溫度特性好；5、光照穩(wěn)定性好，HIT電池中沒有發(fā)現(xiàn)Staebler-Wronski效應(yīng)，轉(zhuǎn)換效率無(wú)因光照而衰退的現(xiàn)象，也不存在B-O對(duì)導(dǎo)致的光之衰減現(xiàn)象；6、雙面發(fā)電，HIT電池的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，使得正反面受光照后都能發(fā)電，其組件年平均發(fā)電量比單面電池組件高出10%以上。

　　目前，國(guó)內(nèi)的HIT太陽(yáng)電池組件剛起步，還需要進(jìn)一步加快發(fā)展步伐。日本松下最新發(fā)布的家用HIT高效組件，轉(zhuǎn)換效率已達(dá)19.6%。（作者/永智）