雙面電池、雙面組件簡介

雙面電池、組件簡介一、電池技術(shù)1.1PERC技術(shù)PERC

電池的工藝流程包括：沉積背面鈍化層，然后開槽形成背面接觸。相較常規(guī)光伏電池的工藝流程新增了兩個(gè)重要工序。此外，基于濕式化學(xué)工作臺的邊緣隔離工序需要針對背面拋光稍做調(diào)整。拋光的程度基于所選技術(shù)的不同而異。因此，鈍化膜沉積設(shè)備和開槽設(shè)備（可采用激光或化學(xué)蝕刻方法）是需要在傳統(tǒng)電池產(chǎn)線上額外增加的加工設(shè)備。對于較少應(yīng)用的激光邊緣隔離處理工藝生產(chǎn)線，需要增加一個(gè)化學(xué)濕式工作臺進(jìn)行背面拋光。相對于常規(guī)P型電池，P-PERC電池有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢：①顯著降低背表面復(fù)合電流密度，提高電池開路電壓；②形成良好的背表面內(nèi)反射機(jī)制，增加光吸收幾率，提高電池短路電流；電池效率的提升多晶會在0.5%~0.8%，單晶會在0.8%~1.0%。PERC電池的優(yōu)點(diǎn)：相當(dāng)容易改造的，只需要加2~3個(gè)步驟，就能夠?qū)崿F(xiàn)技改的升級，而且投入也比較低，相對來說每100兆瓦的投入大概會在2000萬元。圖1perc電池流程圖電池生產(chǎn)商廣泛用于規(guī)模化生產(chǎn)的兩種氧化鋁沉積技術(shù)是等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積（PECVD）和原子層沉積（ALD）。PECVD所占市場份額最大，且在電池生產(chǎn)中不僅可用于氮化硅的沉積，而且沉積氧化鋁并覆以氮化硅可以在不同腔體的同一工序中完成。ALD技術(shù)沉積膜的質(zhì)量比PECVD更佳，但該技術(shù)需要在生產(chǎn)線上額外增加一套PECVD設(shè)備，用于氮化硅的沉積。雙面PERC電池背面采用鋁柵線設(shè)計(jì)，可以有效降低局域接觸空洞。對改善局域鋁背場均勻性從而提升電池開路電壓有幫助。關(guān)鍵技術(shù)如下：（1）鋁柵線燒結(jié)后需具有一定的高寬比，可以增加光照面積，有利于收集更多的光生電流，提升PERC電池背面轉(zhuǎn)換效率（2）具備良好接觸處局域填充效果及厚度適合的鋁背場，以減小體電阻率。其對背面鋁漿和金屬化提出了一些特殊工藝要求：（1）背面印刷精度較單面PERC電池的要求略高；（2）背面需絲網(wǎng)印刷鋁柵線，對鋁漿提出了更高的要求。根據(jù)阿特斯的經(jīng)驗(yàn)，雙面PERC技術(shù)制作完善的條件下，正面效率不會降低。圖2介質(zhì)鈍化效果比較高效PERC雙面電池：與常規(guī)PERC電池相比，正面加載SE技術(shù)，電池Voc提升7mV左右；背面鋁柵線二次印刷，提高雙面電池的填充因子，PERC(SE)+平均效率為22.06%；1.2N型電池相較于P型電池，N型雙面電池具備的優(yōu)勢。（1）N型CZ硅片的少子壽命比P型硅片的高出1~2個(gè)數(shù)量級，達(dá)到毫秒級。無硼氧（B-O）復(fù)合體所造成的光致衰減（LID）效應(yīng)。（2）其次，N型硅片對金屬污染的容忍度要高于P型硅片。（3）溫度系數(shù)低，高溫條件下仍可獲得高功率輸出。工作溫度較常規(guī)單玻組件低3-9℃，減小因溫度提高帶來的功率下降。（4）N型單晶雙面電池正背面均印刷Ag柵線且圖形相近，因此N型單晶雙面電池結(jié)構(gòu)均有對稱性，電池在絲網(wǎng)燒結(jié)印刷后不產(chǎn)生翹曲?；诰w結(jié)構(gòu)的特性，具有少子壽命高、光衰減系數(shù)低、弱光響應(yīng)佳、溫度系數(shù)低、工作溫度低、且雙面皆可發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，目前最高效的晶硅太陽電池也都是采用了N型硅片，比如IBC，HIT，N型雙面電池等。而愛康、賽維、中科院微系統(tǒng)所/通威、晉能、彩虹、中智則想在異質(zhì)結(jié)HJT雙面電池有一番作為。PERC單晶正面產(chǎn)線效率21.3%~21.8%左右，雙面率維持在70-80%左右，而龍頭企業(yè)的PERC單晶正面效率已經(jīng)突破22%，雙面率也達(dá)到80%左右。高雙面因子（雙面率，背面轉(zhuǎn)化效率占正面轉(zhuǎn)化效率的百分比），HJT、N-PERT雙面因子（雙面率）可高于90%，IBC的雙面因子（雙面率）約為80%。HIT電池中TCO層的作用：形成良好的歐姆接觸，增加載流子的收集效率，起到鈍化表面的效果。高遷移率的TCO薄膜是獲得高JSC的關(guān)鍵。提高遷移率的方法：降低載流子濃度；增大晶粒尺寸；減少晶粒邊界的勢壘（晶粒邊界的鈍化）；減少補(bǔ)償度（減少雜質(zhì)濃度）；減少高價(jià)離子數(shù)量（如氧空位）；提高ITO薄膜的晶化率。溫度是決定太陽電池輸出特性的關(guān)鍵因素之一，和傳統(tǒng)的擴(kuò)散pn結(jié)相比，傳統(tǒng)擴(kuò)散pn結(jié)太陽能電池的溫度系數(shù)為-0.42%/℃，而異質(zhì)結(jié)太陽能電池的溫度系數(shù)可低于-0.25%/℃，開路電壓高的HIT太陽電池表現(xiàn)出更好的溫度特性。2017年中來股份研發(fā)的N型IBC組件電池效率高于23%，60片型組件正面功率高達(dá)340W.N型電池具備更高的發(fā)電效率和發(fā)展前景，特別是N型雙面電池，具有雙面發(fā)電的特性，背面效率可達(dá)到19%以上，圖6電池技術(shù)疊加HIT+IBC=HBC二、雙面組件光伏市場上3種主要的雙面光伏組件為：單晶N型雙面光伏組件、單晶PERC雙面光伏組件、異質(zhì)結(jié)(HIT或HJT)雙面光伏組件。雙面電池根據(jù)基底的不同，可以分為P型雙面和N型雙面，包括N型PERT電池、HJT電池、IBC電池，以及P型PERC雙面電池等。2018年僅隆基一家就將新增3.5GW的雙面雙玻組件產(chǎn)能。但在選擇技術(shù)方向上，目前主流廠家存在較大的分歧。晶科，英利，阿特斯等一線企業(yè)均已推出自己的雙玻雙面產(chǎn)品，其中我們看到以隆基，晶澳和天合為主的企業(yè)主要推進(jìn)P型PERC的雙面雙玻產(chǎn)品，而以英利，晶科和林洋為主的企業(yè)主要推動N型PERC的雙面雙玻產(chǎn)品，另外如中環(huán)股份，第一太陽能等企業(yè)則側(cè)重在HIT(異質(zhì)結(jié)層電池)上。從3個(gè)的優(yōu)劣來看，目前P型PERC雙面雖然雙面率最低，轉(zhuǎn)化效率也最低，但是是目前最快達(dá)到量產(chǎn)化的產(chǎn)品。N型PERC雙面轉(zhuǎn)化效率介于兩者之間，但是量產(chǎn)化之后成本下降有待驗(yàn)證。(林洋N型電池已經(jīng)成功量產(chǎn)，公司預(yù)計(jì)其生產(chǎn)成本將與傳統(tǒng)P型PERC接近)而HIT技術(shù)雖然整體的效率最高，但是由于其晶硅電池表面需要再添加非晶硅薄膜，因此量產(chǎn)化之后成本一直較高，因此需要進(jìn)一步的生產(chǎn)技術(shù)突破或優(yōu)化。2.1普通PERC組件發(fā)電量PERC組件多發(fā)電的原理在于其優(yōu)秀的低輻照性能，更好的功率溫度系數(shù)以及首年光衰問題的解決。PERC電池紅外波段的量子效率顯著提高，尤其在1100~1200nm波段增加的發(fā)電不計(jì)入到標(biāo)稱功率當(dāng)中。據(jù)大同中電發(fā)電公司段濤介紹，單晶PERC在大同中電光伏發(fā)電項(xiàng)目中表現(xiàn)也十分優(yōu)秀，可以多發(fā)2.61%電量。中國電力科學(xué)研究院黃晶生的研究數(shù)據(jù)表明，單晶PERC發(fā)電時(shí)長高出常規(guī)組件2.8%左右。按雙面PERC相對常規(guī)組件多發(fā)3%的電來計(jì)算，在系統(tǒng)投資相同，裝機(jī)容量相同的情況下，PERC單晶收益率提高約1.5%，雙面PERC收益率提高4~5%。PERC單晶度電成本降低約2分，雙面PERC度電成本降低約7分。晶澳孫杰分析認(rèn)為，從成本角度講，相比于PERC單面產(chǎn)品，PERC雙面產(chǎn)品僅在電池的絲網(wǎng)印刷工序做了調(diào)整和優(yōu)化，因此成本基本與PERC單面產(chǎn)品相差無幾。相比于常規(guī)單/多晶以及PERC單晶，P型PERC雙面組件可有效降低光伏電站的LCOE，以10%發(fā)電增益的雙面組件為例，LCOE可降低0.05元/kWh以上。圖8地貌光譜及安裝角雙面發(fā)電組件安裝位置的背景反射率決定了背面發(fā)電量的多少，只有背面盡量多的接收反射和散射光，背面增效才會增加。由于不同地區(qū)冬季降雪量不同，通常設(shè)計(jì)的系統(tǒng)最低點(diǎn)離地高度也不同，隨著最低點(diǎn)離地高度的變化，組件背面接收的輻照度也隨之變化，系統(tǒng)最低點(diǎn)離地越高，組件與地面之間的空間越大，組件背面可接收的周圍反射面越大，背面的發(fā)電量也越多。因此組件背面的發(fā)電量主要是安裝朝向、安裝角度、地面反射率和離地高度共同作用的結(jié)果。協(xié)鑫集成執(zhí)行總裁董曙光表示，與普通電站相比，由于水面反射增加光利用率，以及溫度低、清潔度較高的特性，水面電站的發(fā)電增益要較一般電站高出5-6%以上，在應(yīng)用金剛雙面雙玻組件時(shí)，可使發(fā)電量進(jìn)一步提升10%以上。董曙光認(rèn)為水面光伏電站的投資優(yōu)勢較普通地面電站更為顯著，值得投資者們關(guān)注。雙面發(fā)電組件應(yīng)用1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計(jì)，與1000V系統(tǒng)相比，系統(tǒng)平衡成本降低約3%，100兆瓦電站的總投資可減少約2000萬元；與1000V集中式系統(tǒng)相比，1500V集中式系統(tǒng)損耗降低約0.47%。2.2半片半片電池組件具有以下特點(diǎn)：（1）電池片一分為二，可減少熱阻損失，半片電池組件的輸出功率比同版型整片電池組件高約5-10W；（2）半片電池組件的熱斑溫度比同版型整片電池組件的溫度低約25℃，可有效降低組件的熱斑效應(yīng)；（3）半片電池組件滿足1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計(jì)要求，可降低系統(tǒng)端成本約10%。由于半片電池組件在大幅提升輸出功率的同時(shí)，所增加的額外成本并不多，因此目前高功率半片電池組件正在實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展。目前，半切技術(shù)已被多家光伏組件制造商采用，規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)亞化咨詢統(tǒng)計(jì)，截至2018年5月，全球半片電池組件產(chǎn)能已超過15GW，其中晶科、天合、晶澳、阿特斯、東方日升、韓華QCells、RECSolar等均實(shí)現(xiàn)GW級半片組件產(chǎn)能。2.3跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng)專家認(rèn)為，通過跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在光照條件好的地區(qū)降低電價(jià)在5%-10%。具體體現(xiàn)在電價(jià)方面可以是0.05-0.1元/度電，甚至0.15元/度電。晶澳PERC雙面+跟蹤系統(tǒng)帶來更多的發(fā)電增益促使度電成本進(jìn)一步降低。雙面發(fā)電與單軸支架系統(tǒng)聯(lián)用，更能體現(xiàn)1+1>2的疊加優(yōu)勢。有數(shù)據(jù)表明，在不同的經(jīng)緯度下，平單軸系統(tǒng)發(fā)電量高出10%-18%，斜單軸高出20%-30%。如果與PERC雙面發(fā)電組件整合，則在平單軸系統(tǒng)中，有望獲得18%-34%的發(fā)電增益，在斜單軸系統(tǒng)中，有望獲得28%-46%的發(fā)電增益。這對于大幅降低光伏度電成本，無疑具有里程碑的重要意義。雙面組件電站注意事項(xiàng)：使用雙面組件時(shí)，選擇逆變器時(shí)要注意：一是不能超配，因?yàn)殡p面組件有時(shí)候能增加20%到30%的發(fā)電量，也就是說會增加輸出功率，建議組件和逆變器按0.9：1配置。二是組件功率增加時(shí)，只能電流增加，電壓不會增加，因此要選擇每一路輸入組串電流要大于12A的逆變器。雙面組件直流側(cè)輸出電流高于常規(guī)組件，根據(jù)雙面組件廠家提供的I類資源光照區(qū)格爾木的仿真和測試結(jié)果，背面增益30%的情況下，輸出電流峰值為11.75A，這就要求逆變器直流側(cè)輸入電流提高，綜合現(xiàn)有部分組件廠家實(shí)際測試數(shù)據(jù)，SG80BF直流側(cè)每串輸入電流提升至12.5A，以滿足雙面組件電流增加的需求。雙面組件背面輻照