目前, PERC已接近效率極限,問題是,下一步該怎么辦?誰將成為 "王者"?
是否會出現(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能市場上爭奪競爭優(yōu)勢的技術(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)計未來數(shù)年會轉(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,下一個主流技術(shù)會是什么?硅異質(zhì)結(jié)(SHJ)?TOPCon?兩者在叉指背接觸(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,目的是證明這項技術(shù)仍未結(jié)束。而N型技術(shù)公告的作用是展示未來的發(fā)展方向。
從理論上講,這是很簡單的。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,絕對值約為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。這主要是因為均質(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)下方有一個電介質(zhì)堆棧(AlOx/SiNx),這可以更好的實現(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)與移動網(wǎng)絡(luò)及移動網(wǎng)絡(luò)的速度進(jìn)行比較。3G(Al-BSF)已經(jīng)過時了,如今的主力是4G(PERC),5G(鈍化接觸)也已就位。然而,對于大多數(shù)應(yīng)用來說,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(工藝流程和測量方面的技巧)和生產(chǎn)實際之間存在著大約1%的絕對差距。2019年,我們已經(jīng)寫過 "未來的行業(yè)光伏技術(shù):冠軍電池公告與行業(yè)現(xiàn)實"一文,詳細(xì)解釋了高效太陽能電池的制造和測量技巧。
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)品也沒有太大關(guān)系。此外,即使是測量這樣的工作,通常也會包括一些技巧。
表1總結(jié)了這一問題,描述了創(chuàng)下記錄的公告,生產(chǎn)中的平均效率以及市場上的可用組件效率與潛力。
表1:光伏市場上c-Si相關(guān)技術(shù)高效公告與行業(yè)實際量產(chǎn)情況對比
由于Al-BSF(3G)是單面的,它正在逐漸淡出光伏市場。生產(chǎn)中的平均電池效率達(dá)到20%,電壓約為665mV。市場上的組件效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20%。能源市場之王——雙面PERC(4G)在生產(chǎn)中的平均太陽能電池效率約為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)品沒有太大關(guān)系,測量的效率甚至僅限于對 “有效面積”的測量。
標(biāo)準(zhǔn)組件效率的計算方法是用輸出電功率(標(biāo)準(zhǔn)測試工況下的Pmpp)除以組件總面積(組件長度乘以組件寬度)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)。這意味著對于有效面積的組件效率來說,電池之間的間隙、匯流帶和接線盒占據(jù)的面積、外部太陽能電池和層壓板邊緣之間的強(qiáng)制性間隙都沒有被考慮在內(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估無關(guān)。最近,中國國家太陽能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心的測量結(jié)果甚至達(dá)到了23.53%。本文沒有提到對有效面積的測量。
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。這些功能目前還沒有、而且很可能永遠(yuǎn)也不會在行業(yè)生產(chǎn)中實施。
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%。
晶科能源沒有公布詳盡的工藝流程和電池結(jié)構(gòu)。但是,我們推測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)使這些組件不僅對屋頂應(yīng)用有吸引力,而且對公用事業(yè)太陽能、炎熱地區(qū)和高反照率系統(tǒng)也很有吸引力。
對于PERC-IBC(5G)產(chǎn)品來說,中來股份、國家電投、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)品未來也可以用于公用事業(yè)項目。
對于低成本的SHJ(5G)技術(shù)來說, 邁為公司的效率達(dá)到了25.26%,而對于復(fù)雜SHJ (5G)來說,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實現(xiàn)了POLO結(jié)構(gòu)26.1%的效率,Kaneka實現(xiàn)了SHJ-IBC 26.6%的效率。
未來兩至三年,完全轉(zhuǎn)向低成本5G的時機(jī)就要到來,而6G何時到來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