PERC电池效率现状及提升空间
发布日期:2018-07-05        



1、PERC电池技术的转化效率
 
 

光电转换效率是晶体硅太阳电池最重要的参数。

 

2017年,我国产业化生产的常规多晶硅电池转换效率达到18.8%,单晶硅电池转换效率达到20.2%。

 

与常规电池相比,PERC电池的优势主要有两个方面:(1)内背反射增强,降低长波的光学损失;(2)高质量的背面钝化,这使得PERC电池的开路电压(Voc)和短路电流(Isc)较之常规电池有大幅提升,从而电池转化效率更高。

 

目前,PERC技术成为P型电池效率继续提升的主要方法,但PERC技术应用在多晶及单晶电池片上的效率表现有所差异。单晶电池产线在导入PERC技术后,可使转换效率绝对值提升1%以上,即单晶PERC电池产业化效率可达到21%以上,部分领先企业可将效率提升至21.5%;应用在多晶电池上有绝对值0.6%以上的效率提升,PERC多晶电池产业化效率可达到19.5%。此外,若在多晶PERC电池上叠加黑硅技术,产业化效率可达到20%以上。目前市场主流太阳电池效率水平如下图所示。

 

 

图1:2017年市场主流晶硅太阳电池效率水平2、主流厂商PERC电池效率进展1)晶澳太阳能
 

晶澳是我国最早、最大规模应用PERC技术的企业,早在2012年就获得了PERC电池发明专利的授权,2013年自主研发的工业化PERC电池平均转换效率在全球首次超过20%,2014年实现PERC电池和组件的大规模量产。

 

目前,晶澳单晶PERC电池量产效率提升至21.2%,60型单晶PERC量产组件的平均功率达到300W,最高功率创世界纪录达326.67W。

 

2)天合光能
 

天合光能曾是单晶PERC和多晶PERC电池记录的保持者,创造了多项世界纪录。

 

在单晶PERC上,2014年,天合光能凭借其大面积P型单晶PERC太阳电池21.40%的效率创造世界纪录,并在一年后以22.13%的转换率刷新该记录。2016年7月,天合光能量产P型单晶PERC电池的平均效率已达21.1%。2016年12月,天合光能以22.61%的转换效率再创单晶PERC电池世界纪录。该破纪录的PERC太阳电池采用了大面积工业级硼掺杂的直拉法硅片,集成正反面钝化及反光衰等先进的工业钝化发射极触点电池技术。

 

在多晶PERC上,2015年11月,天合光能大面积P型多晶硅PERC太阳电池光电转换率达到21.25%,创造了新的世界纪录;2016年7月,天合光能在多晶PERC上整合RIE技术,量产化P型多晶PERC电池平均转换效率达20.16%;2016年10月,天合光能基于120片自产高效多晶PERC电池的高效多晶组件窗口效率达19.86%,再次创造了P型多晶硅组件窗口效率新的世界纪录。

 

3)尚德
 

2017年1月,无锡尚德宣布,公司自主研发的高效多晶硅PERC太阳能电池,量产转换效率最高达到20%。此外,无锡尚德还和澳大利亚新南威尔士大学合作开发氢钝化技术,能将多晶PERC电池片光致衰减比率降为零。

 

2017年7月,上海尚德成功开发P型双面PERC电池和组件产品。双面PERC电池正面电池转换效率达到21.4%以上,同时背面电池效率能够达到正面电池效率的65%以上。在双面PERC电池的基础上,搭配双玻封装技术,尚德开发的高效P型双面双玻PERC单晶组件正面功率可达300W。

 

4)晶科能源
 

晶科能源是目前多晶PERC电池效率世界纪录的保持者。

 

2017年10月2日,晶科能源宣布其研发的实用面积(245.83平方厘米)P型多晶PERC电池转换效率高达22.04%,创造新的世界纪录。此前,晶科能源在2016年10月曾以21.63%的多晶PERC电池效率创造世界纪录。

 

2017年10月26日,晶科能源宣布,经中科院检测实验室验证,其研发的P型单晶PERC电池转换效率高达22.78%,创造新的世界纪录。11月8日,晶科能源P型单晶PERC多栅电池效率达到23.45%,再次打破P型单晶电池效率的世界纪录。

 

晶科能源表示,其P型单多晶PERC太阳能电池效率大幅提升,主要基于数项高效技术的应用,包括:高性能P型硅基底,体钝化技术,多层减反膜技术、选择性发射极技术和细栅金属化技术等。其中选择性发射极(SE)和细栅金属化技术极大降低了电池表面复合损失,有效提高了PERC电池开路电压和电池效率。同时晶科特有的多层膜钝化技术亦极大贡献了电池效率的提升。

 

5)隆基乐叶
 
 

隆基乐叶致力于单晶技术路线的研发与提升。在单晶PERC电池转换效率上始终处于领先水平,并多次打破世界纪录,目前是单晶PERC电池效率的世界纪录保持者。

 

2017年4月,隆基乐叶100MW电池示范线量产最高效率达到22.17%;9月,隆基乐叶将该效率升级到22.43%;10月17日,隆基乐叶宣布,经德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所测试认证,其单晶PERC电池光电转换效率达到22.71%,创下新的PERC电池世界纪录;10月27日,隆基乐叶收到国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(CPVT)测试报告,报告显示其单晶PERC电池转换效率最高水平达到23.26%,再一次刷新世界纪录。

 

2018年2月28日,隆基乐叶宣布,经中国国家太阳能光伏产品质量监督检验中心(CPVT)测试认证,其单晶PERC电池转化效率最高已达到23.6%,再次成为新世界纪录保持者。

 

在单晶PERC组件功率上,隆基乐叶在2018年1月宣布,其60型高效PERC组件光电转换效率达到20.41%,创造了新的单晶PERC组件转换效率世界纪录。

 

隆基乐叶于2017SNEC上推出了高效单晶PERC双面发电组件产品Hi-MO2。72型组件功率达360/365W,60型组件功率300/305W。该电池正面发电效率超过21%,与单面PERC电池相当。同时,背面采用了玻璃封装,实现了双面受光、双面发电,背面功率与正面功率相比不低于75%,产品背面可带来最高25%的发电量增益。Hi-MO2首年光衰可低于2%,平均年衰减低于0.45%,均优于常规组件。此外,2017年11月,隆基乐叶单晶双面PERC电池双面率达82.15%,突破PERC双面率记录。

 

6)协鑫集成
 

在行业单晶热潮中,协鑫集成坚持多晶高效电池及组件产品的推广。在金刚线切割多晶硅片的基础上,坚持推广黑硅+PERC电池技术。

 

2017年2月,协鑫集成开始稳定量产基于金刚线切割的多晶硅片的黑硅PERC电池。2018年2月,其高效多晶黑硅PERC电池量产平均效率达到20.8%,最高效率达到21.3%,多晶60版型组件功率突破300W。据悉,协鑫集成有效解决了多晶PERC电池的衰减问题,LID可控制在1.5%以内。

 

在多晶黑硅PERC电池技术量产的基础上,协鑫集成进一步开发了双面多晶黑硅PERC电池。电池平均效率已达到20.2%,双面因子接近70%,同时,(去掉)该组件产品在系统端的不同应用场景下发电量可以增加10%-30%(电池的等效效率21%-24%)。

 

7)广东爱旭
 

目前,广东爱旭PERC双面电池在量产中正面光电转换效率大于21.5%,背面光电转换效率大于15%,60片电池双面双玻组件平均功率增加20%,可达到365W。下一阶段,爱旭产线还将叠加新量产工艺技术,预计PERC电池正面效率将突破22%。

 

8)韩华QCELLS
 

韩华QCELLS推出的Q.ANTUM电池是全球第一家商业化量产的多晶PERC电池,于2012年开始量产。目前韩华量产的Q.ANTUM多晶电池转换效率达19.5%,Q.ANTUM单晶电池转换效率达21.5%。截至2017年6月,韩华QCELLS已经量产了约5GWQ.ANTUM太阳电池。

 

此外,韩华QCELLS还与硅片制造商1366科技在技术上展开合作。2017年8月,韩华QCELLS采用1366科技的直接硅片(“DirectWafer”)技术,使得Q.ANTUM背钝化电池转化效率达20.3%。韩华QCELLS曾在2016年3月与1366科技签订700MW直接硅片供应协议,该技术可大幅降低生产成本。

 

3、PERC电池效率未来的提升空间
 

目前,领先厂商的单晶PERC电池的量产效率可以达21.5%左右,多晶PERC的量产效率可达19.7%左右。而截至目前,单晶PERC和多晶PERC的世界最高效率分别已达23.6%和22.04%,分别由隆基乐叶和晶科能源创造。可以看出,PERC电池仍有很大的效率提升空间。

 

PERC电池效率进一步提升的方向有:

 

(1)细栅金属化技术,减少正面遮挡,如应用5BB或MBB技术;

 

(2)正面采用选择性发射极,降低表面复合损失;

 

(3)先进的陷光技术,如采用多层减反膜技术;

 

(4)降低背面金属接触区域的复合,如采用局部B掺杂;

 

(5)采用高质量硅片,如提高硅片的少子寿命;

 

(6)双面PERC电池。

 

 

来源:B Min,M Müller,H Wagner,A Roadmap Toward 24% Efficient PERC Solar Cells inIndustrial Mass Production,IEEEJournalofPhotovoltaics,2017,PP(99):1-10

 

不同的优化途径对PERC电池效率提升效果如上图所示。通过采用新型发射极结构、掺硼铝背场、减少正面电极栅线宽度、提高硅片质量、多主栅等技术优化之后,PERC电池效率可达到24%以上。

 

天合光能副总裁冯志强博士表示,如果没有重要的突破性技术,预计2025年左右,单晶PERC电池可实现24%的转换效率,产线效率可达到23%;同时随着PERC电池产业规模的扩大和技术优化,预计至2025年成本也将降低至目前的一半。


来源:北极星太阳能光伏网
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