主流領(lǐng)跑者技術(shù)對(duì)光伏電站風(fēng)險(xiǎn)和收益影響的探討

:2015年光伏領(lǐng)跑者計(jì)劃推出，國(guó)家通過(guò)此項(xiàng)計(jì)劃引導(dǎo)光伏行業(yè)有序升級(jí)，行業(yè)積極響應(yīng)并順勢(shì)加快高效電池技術(shù)從研發(fā)走向量產(chǎn)的步伐。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)大浪淘沙，光伏行業(yè)主要選擇的主要高效電池技術(shù)有：多晶黑硅電池技術(shù)、N型單晶雙面電池技術(shù)以及P型單晶PERC電池技術(shù)。下面就電池工藝、組件功率、光致衰減、隱裂等方面探討上述幾種技術(shù)的優(yōu)劣。

一、PERC單晶電池

1、PERC單晶單面電池

常規(guī)單晶電池主要效率區(qū)間為19.8-20%，對(duì)應(yīng)的組件功率為280W。為了進(jìn)一步提升單晶電池效率，在電池背面增加了鈍化層。通過(guò)背面鈍化層的作用，電池的表面復(fù)合速率顯著降低，電池的效率提升到20.8-21%，對(duì)應(yīng)的組件功率由280W提升到290W。

PERC單晶單面電池工藝流程

和常規(guī)單晶電池工藝相比，PERC單晶電池主要增加了背面鈍化、背面SiNx膜沉積和激光打孔三道工藝。其中激光打孔工藝是利用一定脈沖寬度的激光在去除部分覆蓋在電池背面的鈍化層和SiNx覆蓋層，以使絲網(wǎng)印刷的鋁漿可以與電池背面的硅片形成有效接觸，從而使光生電流可以通過(guò)Al層導(dǎo)出。因Al漿無(wú)法穿透SiNx層，其余未被激光去除的鈍化層被覆蓋在其上方的SiNx覆蓋層保護(hù)，發(fā)揮降低表面復(fù)合速率，提升效率的作用。

通常背面的激光開(kāi)孔面積約占電池片表面積的5-10%，如激光開(kāi)孔面積過(guò)低，則光生電流在傳輸過(guò)程中電阻較大，從而產(chǎn)生較大的熱損失，導(dǎo)致電流效率降低。如激光開(kāi)孔面積過(guò)大，則鈍化層無(wú)法有效發(fā)揮降低表面復(fù)合速率的作用，導(dǎo)致電池的效率無(wú)法有效提升。激光開(kāi)孔工藝在電池片表面產(chǎn)生了5-10%的損傷。作為整片單一晶體，PERC單晶由于背面的完整晶體結(jié)構(gòu)被破壞，有很大的隱裂或破碎的風(fēng)險(xiǎn)，晶體損傷可能導(dǎo)致硅片沿著此損傷整片碎裂。PERC單晶電池由于正反面金屬結(jié)構(gòu)不同所造成的2-5mm的翹曲，翹曲應(yīng)力和激光損傷的聯(lián)合作用下，PERC單晶電池的隱裂或破碎的風(fēng)險(xiǎn)將顯著提高。

組件應(yīng)用在光伏電站后，在整個(gè)生命周期內(nèi)，組件都需要持續(xù)經(jīng)受機(jī)械載荷或風(fēng)載荷等考驗(yàn)。為了保證組件在光伏電站使用的可靠性，組件都需通過(guò)5400Pa機(jī)械載荷測(cè)試，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)試后組件功率的衰減量小于5%，因?yàn)榧す忾_(kāi)孔工藝造成的損傷導(dǎo)致硅片破碎幾率增大，因此PERC單晶組件經(jīng)過(guò)機(jī)械載荷測(cè)試后的衰減普遍大于5%，而常規(guī)單多晶組件的機(jī)械載荷測(cè)試功率衰減量普遍小于3%?？梢钥闯鯬ERC單晶組件的機(jī)械載荷衰減率明顯高于其他組件產(chǎn)品。對(duì)光伏電站來(lái)說(shuō)，在雪載荷和風(fēng)載荷等的持續(xù)用下，PERC單晶組件從激光開(kāi)孔點(diǎn)開(kāi)始逐漸出現(xiàn)隱裂和破片，伴隨的是組件功率的持續(xù)下降。PERC電池的高機(jī)械載荷衰減率PERC單晶組件的這一缺陷給光伏電站發(fā)電量帶來(lái)了極大不確定性。為了緩解PERC單晶在機(jī)械載荷和隱裂方面的缺陷，行業(yè)采取在組件背面添加加固橫梁的方式，并進(jìn)行了采用加厚硅片來(lái)緩解隱裂的嘗試，但這些方法均提高了組件的單瓦成本，與降低度電成本的大方向背道而馳。

光致衰減方面，多晶黑硅光衰約為1.5%，N型單晶基本沒(méi)有光衰，而PERC單晶的光衰在2-10%之間，從而導(dǎo)致PERC單晶組件應(yīng)用在光伏電站后很可能光電轉(zhuǎn)換效率大幅下降，光伏電站發(fā)電量和收益率而隨之大幅下降。

2、PERC單晶雙面電池

PERC單晶單面電池的背面為全Al層，背面入射光線無(wú)法穿透該全Al層，因此PERC單晶單面電池只有正面可以吸收入射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。為了使PERC電池均有雙面光電轉(zhuǎn)換功能，行業(yè)改變了PERC電池的印刷工藝，將背面全Al層印刷工藝修改為背面局部Al層印刷工藝。該工藝是盡量保證背面Al漿印刷在激光開(kāi)孔點(diǎn)處，以使光生電流仍然可以通過(guò)激光開(kāi)孔點(diǎn)的Al層導(dǎo)出。

PERC單晶雙面電池工藝流程

PERC單晶雙面電池背面由全Al層改為局部Al層，因此背面的入射光可由未被Al層遮擋的區(qū)域進(jìn)入電池，實(shí)現(xiàn)雙面光電轉(zhuǎn)換功能。由于激光開(kāi)孔點(diǎn)仍然需要Al漿來(lái)疏導(dǎo)光生電流，因此背面的大部分區(qū)域任然覆蓋了Al漿，因此和電池正面超過(guò)20%的光電轉(zhuǎn)換效率相比，PERC單晶雙面電池背面可吸收光線的區(qū)域有限，背面的光電轉(zhuǎn)換效率預(yù)計(jì)在10-15%。同時(shí)由于背面由全Al層改為局部Al層，電池的正面效率可能會(huì)下降0.2-0.5%。

由于PERC單晶雙面電池的工藝與PERC單晶單面電池的工藝并無(wú)明顯區(qū)別，因此PERC單晶雙面電池任然面臨隱裂率高、機(jī)械載荷衰減率高、光致衰減率高等問(wèn)題。對(duì)光伏電站來(lái)說(shuō)，使用PERC單晶雙面組件仍然有明顯的可靠性風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)保證電站收益率也是巨大的考驗(yàn)。