目前, PERC已接近效率極限,問(wèn)題是,下一步該怎么辦?誰(shuí)將成為 "王者"?
是否會(huì)出現(xiàn)從PERC向n型技術(shù)的快速轉(zhuǎn)換,就像大約五年前,從Al-BSF向PERC的轉(zhuǎn)換一樣?PV Tech Research是這么認(rèn)為的,目前,幾乎整個(gè)光伏界也都是這么認(rèn)為的。
異質(zhì)結(jié)就是這樣一種在太陽(yáng)能市場(chǎng)上爭(zhēng)奪競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)
技術(shù)迭代:從3G(Al-BSF)、4G(PERC)到PERC-IBC(5G)
圖1:(左)從Al-BSF技術(shù)(藍(lán)色和紅色條)向PERC(棕色條)轉(zhuǎn)變的歷史數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)年會(huì)轉(zhuǎn)向n型技術(shù)(灰色條)。(右)TOPCon、SHJ和poly-Si以及SHJ-IBC的截面示意圖
但是,下一個(gè)主流技術(shù)會(huì)是什么?硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)?TOPCon??jī)烧咴诓嬷副辰佑|(IBC)結(jié)構(gòu)中的結(jié)合?串聯(lián)電池?比賽正在進(jìn)行,展示實(shí)力的破紀(jì)錄公告也在加速發(fā)布。
一流制造商發(fā)布的PERC公告展示了電池和組件水平的不斷進(jìn)步,目的是證明這項(xiàng)技術(shù)仍未結(jié)束。而N型技術(shù)公告的作用是展示未來(lái)的發(fā)展方向。
從理論上講,這是很簡(jiǎn)單的。圖2描述的是Martin Hermle首次提出的、行業(yè)電池效率的線性年增長(zhǎng),絕對(duì)值約為0.6%。2016年,由于Al-BSF技術(shù)達(dá)到了效率極限,從Al-BSF向PERC的轉(zhuǎn)換開始了。這主要是因?yàn)榫|(zhì)Al-BSF的背面鈍化有限,如右圖橫截面所示。
在Al-Paste和Al-BSF觸點(diǎn)下方有一個(gè)電介質(zhì)堆棧(AlOx/SiNx),這可以更好的實(shí)現(xiàn)背面鈍化,令平均電壓達(dá)到680mV,最高達(dá)到690mV。為了超越700mV,必須采用TOPCon中的poly-Si或SHJ技術(shù)中的a-Si鈍化觸點(diǎn)。然后,為了在下一步克服Auger乃至Shockley-Queisser極限,必須使用串聯(lián)結(jié)構(gòu)。因此,這條線性曲線使用了更好的鈍化工藝來(lái)改善電壓,這種鈍化工藝使用了更先進(jìn)的電池結(jié)構(gòu)。
我們可以將這些技術(shù)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的速度進(jìn)行比較。3G(Al-BSF)已經(jīng)過(guò)時(shí)了,如今的主力是4G(PERC),5G(鈍化接觸)也已就位。然而,對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō),4G仍然是足夠的,并不需要更昂貴的5G。但是,幾年之后,5G將隨處可見,甚至6G(串聯(lián))的道路也都已經(jīng)鋪平。
高效率公告展現(xiàn)的是每種技術(shù)的實(shí)際極限,如圖2所示。然而,在可能出現(xiàn)的情況(工藝流程和測(cè)量方面的技巧)和生產(chǎn)實(shí)際之間存在著大約1%的絕對(duì)差距。2019年,我們已經(jīng)寫過(guò) "未來(lái)的行業(yè)光伏技術(shù):冠軍電池公告與行業(yè)現(xiàn)實(shí)"一文,詳細(xì)解釋了高效太陽(yáng)能電池的制造和測(cè)量技巧。
即使被冠以相同名稱的技術(shù),它們往往與行業(yè)中的同類產(chǎn)品也沒(méi)有太大關(guān)系。此外,即使是測(cè)量這樣的工作,通常也會(huì)包括一些技巧。
表1總結(jié)了這一問(wèn)題,描述了創(chuàng)下記錄的公告,生產(chǎn)中的平均效率以及市場(chǎng)上的可用組件效率與潛力。
表1:光伏市場(chǎng)上c-Si相關(guān)技術(shù)高效公告與行業(yè)實(shí)際量產(chǎn)情況對(duì)比
由于Al-BSF(3G)是單面的,它正在逐漸淡出光伏市場(chǎng)。生產(chǎn)中的平均電池效率達(dá)到20%,電壓約為665mV。市場(chǎng)上的組件效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20%。能源市場(chǎng)之王——雙面PERC(4G)在生產(chǎn)中的平均太陽(yáng)能電池效率約為23%。市面上的PERC組件大多低于21%,但天合光能的組件最高可達(dá)21.1%。天合光能最近公布的23.03%的PERC組件效率與其標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品沒(méi)有太大關(guān)系,測(cè)量的效率甚至僅限于對(duì) “有效面積”的測(cè)量。
標(biāo)準(zhǔn)組件效率的計(jì)算方法是用輸出電功率(標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況下的Pmpp)除以組件總面積(組件長(zhǎng)度乘以組件寬度)捕獲的輻照量,而 "有效面積的組件效率 "只考慮了電池的總面積,與標(biāo)準(zhǔn)(總面積)組件效率相比,效率值明顯更高(接近電池效率)。這意味著對(duì)于有效面積的組件效率來(lái)說(shuō),電池之間的間隙、匯流帶和接線盒占據(jù)的面積、外部太陽(yáng)能電池和層壓板邊緣之間的強(qiáng)制性間隙都沒(méi)有被考慮在內(nèi)。
因此,就與面積相關(guān)的系統(tǒng)成本平衡而言,有效面積的組件效率與高組件效率的效益評(píng)估無(wú)關(guān)。最近,中國(guó)國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的測(cè)量結(jié)果甚至達(dá)到了23.53%。本文沒(méi)有提到對(duì)有效面積的測(cè)量。
2019年,隆基公司創(chuàng)下24.06%的PERC電池效率記錄。該產(chǎn)品在正面選擇性的使用了多晶硅及其他功能。這些功能目前還沒(méi)有、而且很可能永遠(yuǎn)也不會(huì)在行業(yè)生產(chǎn)中實(shí)施。
基于PERC技術(shù),“TOPCon”和” PERC-IBC”受益于PERC的成本結(jié)構(gòu),因此成本也較低。與幾乎所有的n型技術(shù)一樣,主要的挑戰(zhàn)在于減少金屬觸點(diǎn)的耗銀量。TOPCon電池在生產(chǎn)中的平均效率約為23.5%,晶科能源最近展示的效率為25.25%。
晶科能源沒(méi)有公布詳盡的工藝流程和電池結(jié)構(gòu)。但是,我們推測(cè)晶科很可能選擇性使用了更為復(fù)雜、尚未做好工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)準(zhǔn)備的poly-Si(B),此外,poly-Si(B)還具有其他非行業(yè)特征。目前,標(biāo)準(zhǔn)TOPCon電池的COO比PERC高出約20-30%。更高的效率、更出色的雙面性能、更低的衰減率和更低的溫度系數(shù)使這些組件不僅對(duì)屋頂應(yīng)用有吸引力,而且對(duì)公用事業(yè)太陽(yáng)能、炎熱地區(qū)和高反照率系統(tǒng)也很有吸引力。
對(duì)于PERC-IBC(5G)產(chǎn)品來(lái)說(shuō),中來(lái)股份、國(guó)家電投、天合光能、ValoeCell的效率約為24%并具備了達(dá)到25%的潛力,天合光能的效率已達(dá)到25.04%。這種電池降低了銀的金屬化程度,目前主要適用于屋頂光伏,其雙面產(chǎn)品未來(lái)也可以用于公用事業(yè)項(xiàng)目。
對(duì)于低成本的SHJ(5G)技術(shù)來(lái)說(shuō), 邁為公司的效率達(dá)到了25.26%,而對(duì)于復(fù)雜SHJ (5G)來(lái)說(shuō),隆基公司創(chuàng)下了25.26%的效率記錄。Sunpower和LG生產(chǎn)復(fù)雜 IBC (5G)產(chǎn)品。ISFH實(shí)現(xiàn)了POLO結(jié)構(gòu)26.1%的效率,Kaneka實(shí)現(xiàn)了SHJ-IBC 26.6%的效率。
未來(lái)兩至三年,完全轉(zhuǎn)向低成本5G的時(shí)機(jī)就要到來(lái),而6G何時(shí)到來(lái)則主要取決于鈣鈦礦的穩(wěn)定性及其面臨的其他挑戰(zhàn)。
原標(biāo)題:下一代主流光伏技術(shù):冠軍電池不斷破紀(jì)錄與行業(yè)“舊產(chǎn)能”現(xiàn)實(shí)