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上海市太陽能學會理事長、上海交通大學教授沈文忠:晶硅雙面電池技術將成為行業(yè)發(fā)展新增長極

   2018-01-18 世紀新能源網(wǎng)范明明58470
核心提示:1月18日,第三屆光伏產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新合作高峰論壇在蘇州舉行,旨在增進黃金時代下光伏產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與協(xié)同。本次論壇由由亞洲光伏產(chǎn)業(yè)
1月18日,第三屆光伏產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新合作高峰論壇在蘇州舉行,旨在增進“黃金時代”下光伏產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與協(xié)同。

本次論壇由由亞洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會、保利協(xié)鑫能源控股有限公司聯(lián)合主辦,近500余位嘉賓代表參與論壇,聚焦光伏產(chǎn)業(yè)鏈,共議光伏發(fā)電在新能源領域的發(fā)展之道。

論壇上,國家發(fā)改委能源研究所原研究院王斯成教授、中國光伏行業(yè)協(xié)會秘書長王勃華先生、上海市太陽能學會理事長、上海交通大學沈文忠教授、中信證券電力設備與新能源行業(yè)首席分析師弓永峰、保利協(xié)鑫能源控股有限公司首席技術官萬躍鵬等專家學者發(fā)表了主旨演講。阿特斯、韓華、英利、騰暉、晉能、茂迪、英穩(wěn)達、VINA CELL等企業(yè)領導將參與本次論壇主題對話。

以下為上海市太陽能學會理事長、上海交通大學教授 沈文忠發(fā)言:

沈文忠

非常高興有這個機會跟大家一起交流,我來自上海交通大學,感謝李總的介紹和協(xié)鑫的邀請。

我是專門從事電池研發(fā)方面工作,現(xiàn)在太陽能電池市場的主流是(PE—PER)和黑硅,有一個新技術這幾年慢慢成為熱點,今天跟大家介紹的是晶硅的雙面電池技術以及應用的情況。

一、發(fā)展簡史;二、晶硅雙面電池技術;三、優(yōu)勢及應用;四,晶硅雙面電池發(fā)展趨勢;
雙面電池的發(fā)展簡史,1954年晶硅真正成為電池應用,這是一個非常復雜的電池,雙面電池的應用在空間上大家可以看到有非常多的應用。2010年左右的產(chǎn)業(yè)化開始布局,包括國內(nèi)的英利,包括以色列的公司,以及韓國的LG公司,包括日本的公司PVJS。

13年日本有一個GW量級的大型電站已經(jīng)在應用,15年國內(nèi)電也開始做一些產(chǎn)業(yè)化的探索,特別是在2016年到2017年有很多的電池公司都進行了雙面電池的產(chǎn)業(yè)化應用工作。雙面電池既可以是N型又可以是P型,可以是單晶也可以是多晶的。

在國外可以看到Georgla Tech的技術,包括INES的技術,包括IMES電鍍的技術。

英利熊貓電池早期引進一線的技術進行相關產(chǎn)業(yè)化的工作,從2010年開始的發(fā)展歷程,現(xiàn)在的雙面產(chǎn)業(yè)化可以做到90%,效率正面是21.5%左右,背面是超過19%。

早期英利進行N型電池引進研發(fā)過程當中,我們跟羚羊合作,做了P型的雙面電池,后面沒有進一步產(chǎn)業(yè)化的工作,留下了一篇論文,這也是國內(nèi)最早從N型電池產(chǎn)業(yè)研發(fā)工作的一個論文。

現(xiàn)在的雙面電池技術可以分為三類,第一類是n—PERT+技術,第二個是n—SHJ+技術,第三類是PEPC技術。

先來看n—PERT的技術,最大的特點是雙面率比較高,可以達到90%左右,形成的方式有四種,比如說兩面擴散,有一面擴散,一面離子作用,由于這四種方式的同時存在,每個技術都有公司參與相關的產(chǎn)業(yè)化工作,所以我們認為標準不統(tǒng)一,導致市場的發(fā)展還是面臨一定的困難,但是由于各種技術多有相關的優(yōu)點和缺點,所以使得不同的企業(yè)有不同的選擇。

比較三種技術相關的路線圖,可以看到相對而言兩面擴散的方案比較復雜。這是國內(nèi)2015年航天機電一起做的產(chǎn)業(yè)化的工作,大家可以看到相關的新聞報道,我們跟他們合作在鈍化上面做一些深入的工作。

這是15年做的一個工作,正面是20.9%,背面是18.5%左右。

旋涂的方式,我給出了前幾年的一個數(shù)據(jù),旋涂擴散的方式還是比較不錯,效率比離子注入的方式稍微低一些,結果可以看到是20.6%左右的水平。

雙面電池也可以跟半片、疊片、無主柵聯(lián)系起來。

去年開始羚羊重新進入了電池技術的市場,采用的就是雙面電池技術。
第二種技術是國內(nèi)有些企業(yè)在進入的一個市場,就是異質(zhì)結太陽電池技術,我14年寫了硅基異質(zhì)結太陽電池物理與器件。最大的好處工藝步驟比較短,只有四個步驟,相對傳統(tǒng)電池六個步驟而言,但是每一步非常具有挑戰(zhàn),更多的是薄膜電池技術,在n型硅片上面正反兩面都是非常薄的一個薄膜技術。這種電池現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)化的效率是三洋,松下做的最好,實驗室水平做到24.7%,目標是做25%,量產(chǎn)水平大概是在22.5%左右。跟下一步的晶硅電池技術可以完美的結合,現(xiàn)在最好的水平大面積上可以做到25.6%,這也是晶硅電池的世界紀錄,所以晶硅電池要超過25%一定是這兩種技術可以疊加起來的。

這個是剛才介紹的863項目,跟協(xié)鑫集成合作的一個2MW的中試線,這幾年發(fā)展了一些新的技術,比如說無主柵的背景技術,產(chǎn)業(yè)化可以達到22%的水平,這個工作也會在PRP上面發(fā)表。

這種電池最大的好處雙面率是三種電池當中最高的,雙面率達到95%以上,這個是我們測量的電池的性能,基本上是產(chǎn)業(yè)化的數(shù)據(jù)是可以達到95%。

進一步在電池上加一些小容量的制備,我們做的實驗是35微米的薄片上面也能達到一個非常好的光學限光的效果。

這種電池還有一個好處就是所謂的船下型,可以跟蹤。不需要追蹤就能實現(xiàn)很好的一個發(fā)電量,我們的測算表明它的一年發(fā)電量可以提升1.5%左右,電池效率提高1.5%其實是非常困難的,但是小容面結合,異質(zhì)結電池實現(xiàn)電池技術的話還是可以減少由角度變化對光的損失。

協(xié)鑫集成發(fā)布了相關的組件,也是達到400瓦左右的供需,剛才王秘書長介紹了我們在參與160MW的異質(zhì)結電池的產(chǎn)業(yè)化工作,從17年開始。

第三個就是p—PERC雙面電池技術,缺點是雙面率比較低,只有70%左右,做得好可以做到75%—80%左右。現(xiàn)在采用的技術主要有三種,中間一種還不是太成熟,主要是兩種技術采用當中,主流的技術是第三種,也就是需要開口再加上對整的一個技術。

第一種技術是以ECN為代表,采用燒穿鋁漿的方案,優(yōu)點是無需激光開孔步驟,成本可以做到比較低。

第二種技術是SolarWorld為代表,在目前的PERC電池工藝基礎上將全鋁背場調(diào)整為局部鋁柵線結構,優(yōu)點是可以提高開壓,缺點是印刷需要對準。

這種電池既可以做雙玻也可以做單玻。這個表當中大家可以看到,有歐洲很多的研發(fā)機構和公司在做相關的工作。正面的效率可以做到21%左右。國際上現(xiàn)在這方面研發(fā)做的最好是德國的ISFH,正面是21.5%,背面是16.%,雙面率是80%,它的厚度調(diào)整,從200納米變到80納米,鋁的背面的面積是原來的14.2%,而且每片的消耗量是原來大概的10%左右,國內(nèi)的數(shù)據(jù)一般都是可以達到30%左右。國內(nèi)很多公司參與了相關的產(chǎn)業(yè)化工作,比如隆基,大概現(xiàn)在是最好水平可以做到80%左右的水平。這是天合的數(shù)據(jù),正面做的非常不錯,但是背面的效率企業(yè)的差異性還是比較大。

協(xié)鑫集成主要以做多晶黑硅雙面,多晶的雙面電池技術做的不錯,雙面率是70%。航天機電做的雙面正面是21.4%,雙面率68%左右。這里面還有一個問題就是色差,拋光非常重要,顏色的分選,在自動化上的選擇非常重要。

中國光伏一個新的產(chǎn)品就是雙面電池,這是去年3月份日本展會以后的一個報道,包括臺灣的公司也在參與雙面電池產(chǎn)業(yè)化的工作。這種電池最大的好處是,第一非常適合于薄片化,現(xiàn)在到100微米以下的電池技術用雙面電池技術也可以來實現(xiàn)。第二個它的生產(chǎn)輔料,特別是金屬輔料減少了。第三個它的環(huán)保設備的磨損小。第四PV組件性能進一步提升,溫度低。應用場景非常豐富,特別是數(shù)字安裝上,不受安裝方向的限制,背面與正面一樣,而其他的單面電池組件可能達不到這么好的效果。

這是比較特殊的場合,創(chuàng)面組件有非常好的應用前景。

發(fā)電量,這是日本早年的發(fā)電量的比較,在正南方安裝大概可以多發(fā)30%左右的量,是原來的1.3倍左右,優(yōu)勢還不是非常明顯。如果是背面反光比較強的,比如說雪地上面反射比較強應該可以多發(fā)40%左右的發(fā)電量。更大的特色體現(xiàn)在數(shù)字安裝上面,南北向多發(fā)40%,如果東西方向安裝可以多80%。

對于n型雙面電池組件而言,發(fā)電量在白天可以多發(fā)27.1%的發(fā)電量,而且是隨著日照強度的降低,它的優(yōu)勢更加明顯,所以早晨或者傍晚的時候在低日照強度下它的發(fā)電量優(yōu)勢更加明顯。

國內(nèi)的領跑者當中有相關的應用,主要是給了兩個例子,一個是英利的領跑者多發(fā)15.6%,最新的數(shù)據(jù)達到20%左右。熊貓電站當中也能多發(fā)15%以上的電。

這個是日本較長時間的一個電站,13年12月份安裝,規(guī)模是1.25MW,每個月都有詳細的數(shù)據(jù),背面的發(fā)電量是黃色的,背面發(fā)電性能非常不錯,統(tǒng)計兩年多的時間可以看到發(fā)電的增益是25.1%,這是一個固定安裝。

現(xiàn)在雙玻組件非常熱門,雙玻組件配雙面電池是最佳的組合,雙玻電池配單面電池不是最好的,特別是適合于水面光伏,睡眠的反射率比較高,組件溫度比較低,而且容易清洗,這幾個特殊的優(yōu)異條件配雙面電池也是非常好的一個應用。

更好的應用是雙面組件+跟蹤系統(tǒng),我們給出隆基和天合的數(shù)字,雙面組件配跟蹤系統(tǒng)再多發(fā)40%的電沒有問題,這個是實時數(shù)據(jù)給出來的。

未來的趨勢,2000年單面是大眾的市場,雙面是非常小眾的市場,到2018年左右再看誰也不敢說雙面沒有前途,特別是PERC雙面進入以后,雙面進入了一個新的發(fā)展時期。到2030年未來八年以后,單面可能會是一個非常小眾的市場,絕大部分都是雙面的市場,所以雙面配跟蹤進一步降低度電成本這是一個非常好現(xiàn)象。

現(xiàn)在的雙面電池技術還是非常初步的,這是英利前幾年給出的技術路線發(fā)展圖,很多的技術都可以疊加進去,比如表面鈍化還有很大的優(yōu)化空間。

這是我們做的TOPCon結合的例子,進一步提高雙面電池的效率。
對于PERC而言這個技術是嬰兒,后面做結合,很多企業(yè)已經(jīng)在做,還可以有p—PERC+famly。

現(xiàn)在的雙面率還是比較低,對于PERC而言大概是70%—75%左右,更大的挑戰(zhàn)來自于背面,就是優(yōu)化三線和陰影。

這里面有一些國外的計算,怎么樣實現(xiàn)好的PERC雙面電池技術,首先從三線的選擇當中他們的計算結果表明一定要采用三線以上,他們研究所采用的模組三的技術可以做到22%以上,PERC雙敏技術。同時可以看到需要鋁漿的配合,希望PERC雙面的鋁漿延展性、寬度小于150微米,而現(xiàn)在傳統(tǒng)的到200微米以上。

對硅片本身的質(zhì)量要求也有一定的挑戰(zhàn),這張圖可以看到在雙層鈍化模式下面,硅片壽命的影響,要做到雙面率達到90%,在PERC雙面率上面我們希望能夠在優(yōu)化氮化硅的鈍化下面是完全有可能實現(xiàn)的,前提條件是要求材料的少子壽命比較高。

我簡單給大家介紹這些,謝謝大家。


(根據(jù)現(xiàn)場速記整理,未經(jīng)本人審閱。)

直播地址:http://www.yifanfurniture.com/special/show-95.html
 
 
標簽: 沈文忠
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