光伏产业之高效太阳能电池技术深解(一)

2013-05-16 22:36:16来源: 互联网
光伏产业低迷,腹背受敌。怎样能挺过寒冬?有技术实力而且能将技术变成生产力的企业,将最终胜出。高效电池就是光伏的突围之匙。

  1.高效电池-光伏的突围之匙

  光伏当前产业低迷,腹背受敌。外有金融危机,市场萎靡,欧美双反,贸易壁垒;内有并网受限,政策滞后,产能过剩,产品同质化,高资产负债率。很多人都喜欢问一个问题,“你认为光伏何时才能复苏?”,我觉得这个问题的意义不太大,因为即使能预测出这个时间点,可是你确信自己能挺到复苏之时吗?行业的复苏不等于你的复活,也许那时你已经成为一名过客了。那怎样的企业才能挺过这次寒潮呢?有技术实力,而且能将技术变成生产力的企业,将最终胜出,迎来光伏的下一个高潮。

  有核心技术,自然能得到资本的青睐,解决资金的短缺。自然能够突破价格战和产能过剩的困局,获得更高的利润。据计算,太阳能光伏电池转换效率每提高一个百分点,将使太阳能电池组件的发电成本降低7%左右。目前国际市场的行情是:同样是P型硅片制造,转换效率高低成为定价的标准。下游客户使用高效太阳电池做的组件,可以在安装成本不变的情况下提高太阳能光伏发电系统的年发电。高效电池就是光伏的突围之匙。

  光伏暴利的时代已经过去。中国光伏行业在洗牌整合,在等待政策和贸易环境的改善,在积蓄内力提高效率,等待一个真正辉弘的高潮的到来---光伏平价上网:光伏发电以平等的价格和传统能源展开发电市场竞争,走入寻常百姓家。

  2.什么是高效光伏电池

  目前普通的太阳能电池产业化水平转换效率:单晶15%~17%、多晶12%~15%,非晶硅薄膜8%~9%。高效电池是指电池产业化水平转换效率:单晶》18%、多晶》16.5%、非晶硅薄膜》10%。要强调一点的是我们说的是产业化的电池转换效率,是指能够量产制造的,不是实验室精雕细刻出来的。实验室里面有很多电池效率很高,但或者工艺太复杂、或者技术不成熟,只具有研发意义,无法量产,无法降低生产成本,还不具有商业推广价值。

  大面积、薄片化、高效率以及高自动化集约生产将是光伏硅电池工业的发展趋势。通过降低电池的硅材料成本,提升光电转换效率与延长其使用寿命来降低单位电池的发电成本。通过集约化生产节约人力资源降低单位电池制造成本。通过合理的机制建立优秀的技术团队、充分保证技术上的持续创新是未来光伏企业发展的核心竞争力所在。

  3.技术发展趋势-薄片化

  降低硅片厚度是减少硅材料消耗、降低晶硅太阳电池成本的有效技术措施,是光伏技术进步的重要方面。30 多年来,太阳电池硅片厚度从70 年的450~500μm 降低到目前的150~180μm,降低了一半以上,硅材料用量大大减少,对太阳电池成本降低起到了重要作用,是技术进步促进成本降低的重要范例之一。

  硅片厚度的降低如表1所示。

表1

  4.光伏技术发展战略目标

  典型商业组件的效率期望能从2010年的16%增长到2030年的25%,2050年增长到40%。随着能源和材料在制造业的使用更加高效,光伏系统能源回收期的时间会不断缩短的。预计能源回收期会从2010年的两年降低到2030年的0.75年,到2050年会下降到0.5年。使用寿命期望从25年增加到40年。

战略技术指标

  战略技术指标

  5.光伏产业技术路线图

  晶体硅电池发展的趋势是低成本高效率,这是光伏技术的发展方向。低成本的实现途径包括效率提高、成本下降及组件寿命提升三方面。效率的提高依赖工艺的改进、材料的改进及电池结构的改进。成本的下降依赖于现有材料成本的下降、工艺的简化及新材料的开发。组件寿命的提升依赖于组件封装材料及封装工艺的改善。因而,晶体硅电池发电的平价上网时间表除了与产业规模的扩大有关外,最重要的依赖于产业技术(包括设备和原材料)的改进。

  仅靠工艺水平的改进对电池效率的提升空间已经越来越有限,电池效率的进一步提升将依赖新结构、新工艺的建立。具有产业化前景的新结构电池包括选择性发射极电池、异质结电池、背面主电池及N型电池等。这些电池结构采用不同的技术途径解决了电池的栅线细化、选择性扩散、表面钝化等问题,可以将电池产业化效率提升2~3个百分点。

  为了进一步降低成本、提高效率,各国光伏研究机构和生产商不断改善现有技术,开发新技术。他们根据自己的技术实力和科研回报的期望,选择不同的研究方向和路径,共同促进光伏技术的不断进步。

如图所示为不同光伏技术的发展状况及前景

  如图所示为不同光伏技术的发展状况及前景

  高效电池类型介绍

  1.高效晶体硅太阳能电池-MWT电池

  MWT 电池是金属穿孔卷绕(metallization wrap-through, MWT)硅太阳能电池的简称。

  MWT技术是荷兰规模最大的太阳能电池生产商Solland Solar开发的用于其Sunweb电池的方法。该技术应用P型多晶硅,通过激光钻孔将电池正面收集的能量穿过电池转移至电池的背面。这种方法使每块电池的输出效率提高了2%,再与电池组件相连接,所得的输出效率能提高9%,如图5所示。

  在MWT器件中,工艺的难点包括:激光打孔和划槽隔绝的对准及重复性、孔的大小及形状的控制、激光及硅衬底造成的损伤及孔内金属的填充等。一般MWT每块硅片需要钻约200个通孔。

  MWT电池的制作流程大致为:

  硅片-》激光打孔-》清洗制绒-》发射极扩散-》去PSG-》沉积SIN-》印刷正面电极-》印刷背面电极-》印刷背电场-》烧结-》激光隔绝-》测试。

图:MWT电池将发射极从正面“卷绕”至背面

  图:MWT电池将发射极从正面“卷绕”至背面

  2.高效晶体硅太阳能电池-EWT电池

  EWT 电池是发射极环绕穿通(emitter-wrap-through,EWT)硅太阳能电池的简称。

  与MWT电池不同的是,在EWT电池中,传递功率的栅线也被转移至背面。与MWT电池类似,EWT电池也是通过在电池上钻微型孔来连接上、下表面。相比MWT电池的每块硅片约200个通孔,EWT电池每块硅片大约有2万个这种通孔,故激光钻孔成为唯一可满足商业规模速度的工艺,如图所示。

  EWT电池由于正面没有栅线和电极,使模组装配更为简便,同时由于避免了遮光损失且实现了双面收集载流子,使光生电流有大幅度的提高。用于工业化大面积硅片的EWT电池工艺多采用丝网印刷和激光技术,并对硅片质量具有一定的要求,这为EWT电池工艺技术提出诸多的要求,比如无损伤激光切割的实现、丝网印刷对电极形状的限制、孔内金属的填充深度以及发射极串联电阻的优化等。利用这种新型几何结构生产出来的早期电池获得了超过17%的效率。

图:采用背面分布式触点的EWT电池

  图:采用背面分布式触点的EWT电池

关键字:光伏产业  高效太阳能  电池技术

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0516/article_18446.html
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