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PERC距離轉換效率“天花板”還有多遠?

發布時間:2020-01-03瀏覽次數:87

在成為主流的技術類型之后,PERC承載了光伏行業降本增效、走向平價的重要使命。研發方面,近年來PERC電池的效率記錄屢次被隆基和晶科刷新,目前最高效率記錄是由隆基在2019年1月份創造的24.06%,近日隆基再次宣布其60型PERC雙面組件正面轉換效率達到21.65%,創下新的PERC組件效率記錄。量產方面,據了解目前行業單晶PERC電池量產效率普遍在22%-22.4%左右,疊加多主柵可達到22.5%以上。

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隨著PERC電池效率的不斷攀升,效率提升的速度也在逐漸放緩,這從上圖中單晶PERC電池效率記錄也可以看出,2017-2018年間PERC效率得以快速提升,而在2019年,由于電池片效率提升較為困難,硅片和組件的大尺寸化成為行業提高組件輸出功率的突破方向。

有行業專家預測,PERC電池量產效率瓶頸在22.5%~23%左右,效率持續增加則需要疊加新的技術,如TOPCon、POLO結構等。公開的數據顯示,也有不少企業正在不斷接近這一數值,甚至提出遠超23%的目標。有業內人士告訴光伏們,通過硅片品質的提升以及技術的疊加,明年年底PERC電池實現量產效率23%應該問題不大。

事實上,任何一種技術本身都存在效率“天花板”,當前以高效主流姿態盛行的PERC電池,實際上肩負了不少電池廠家的“賭注”使命——到2020年PERC產能或將超過150GW。同時,PERC距離效率極限的距離,也給了其他技術類型,例如TOPcon、異質結甚至IBC非常大的壓力,畢竟目前PERC已經在產業化降本路上走在了前列。

騰暉光伏倪志春博士認為,未來PERC電池可以通過疊加鈍化接觸及其他各工序的優化實現24%以上的效率目標,這個效率目標同樣得到了隆基樂葉產品營銷總監王夢松的認同,他認為,PERC電池效率三年內有望提升到23.5-24%的量產效率。

王夢松介紹道,目前能夠提高PERC電池效率方式主要有提高少子壽命、鈍化層優化、倒金字塔絨面新的ARC、前表面局部鈍化接觸、發射極優化、多主柵+細柵線等優化方式。

以騰暉光伏在PERC電池效率提升上的研究為例,騰暉光伏通過PERC正面鈍化及減反的優化技術,取得了一定的效果。騰暉光伏技術負責人時寶在第15屆CSPV會議上介紹,正面鈍化及減反的優化的技術主要有倒金字塔絨面效應、正面多層膜工藝及無網結網版技術,通過這三種方式能夠得到更好的限光效應、鈍化基底、漿料形貌基底、鈍化效果、減反效果、塑性效果及更窄的線形。通過實驗發現,倒金字塔的塔底和塔肩的處理對于后續鈍化有較大的影響并且通過優化后發現,效率比當前常規最好電池效率提升0.1%,與目標0.3-0.5%還有一定差距。

綜合試驗結果,騰暉光伏將效率提升未達到預期目標的主要原因有以下六個方面:


  • 鍍膜后表面反射率差異不大;

  • 倒金字塔和正面金字塔制絨尺寸均在1-3μm;

  • 倒金字塔的塔底和塔肩處理還需要優化將鈍化效果的基底優勢發揮出來;

  • 針對倒金字塔需要正銀漿料進行配方改變,做類似多晶銀漿料的方向優化;

  • 正膜鈍化工藝需要優化;

  • 倒金字塔工藝對背面結構有所破壞,需要繼續調整優化刻蝕工藝。


另一家太陽能電池龍頭企業——通威太陽能則通過采用優化擴散工藝環節、匹配印刷柵線的方式來提升PERC電池的轉換效率。通威的數據顯示,優化后的測試結果表明最終高阻密柵PERC開壓提升3mV、填充因子(FF)增加了0.07%,短路電流(Isc)增加4mA、光伏電池的光電轉化效率穩定增加了0.12% ,能夠實現PERC量產效率≥22.5%。


PERC電池效率的提升或影響HIT/TOPCon的產業化進程


從另一個角度來看,PERC轉換效率的提升也一定程度上影響著下一代電池技術的產業化進程。目前行業中討論最多的后PERC電池技術主要是異質結和TOPCon,若兩者的轉換效率無法與PERC拉開較大差距,那么以其目前的成本水平來看顯然不具備性價比優勢。換言之,PERC電池的效率進步空間正是異質結和TOPCon產業化的壓力所在。

目前來看,異質結實驗室效率超過25%,平均量產效率基本超過23%,領先企業最高突破24%,如代表企業鈞石能源在今年三季度已經實現5BB產線平均效率23.2%,MBB產線平均效率突破24%;TOPCon平均量產效率在22.5%~23%左右,如代表企業中來光電目前平均量產效率22.8%~23.1%,研發最佳效率達到23.4%。

相對而言,異質結的效率相對更高一些,但TOPCon由于產線可以從PERC升級,或許更符合中間產品的定位。中信建投電新分析認為,目前異質結發展可以總結“效率已無憂,降本成關鍵”,HJT量產效率與實驗室效率均有較大提升,且主流企業基本都已導入MBB,目前HJT與PERC的量產效率差重新拉大至1%以上,效率之憂基本解除;目前當務之急是降低成本,改善工藝穩定性,同時長期可靠性以及低衰減能力也需更多實證數據支持。

在證券機構對通威的調研過程中,通威曾提到P-PERC轉換效率超過22%,最經濟型的規模是2GW以上,異質結的轉換效率更高,但設備、輔材都是進口為主、非硅成本也很高,只有達到2-3GW產能后才具備經濟型。電池轉換效率差1個點,成本端會差15%,PERC成本目前在0.85-0.9元/W,轉化效率在22.5%,年底有可能到22.8%,上限可能在23%~23.5%,以成本倒算,異質結1.1元/W,轉換效率至少要比PERC高1個點。假設PERC轉換效率到23%,HIT至少要達到24%,才能和PERC產品競爭。但松下研發了很多年HIT技術,目前生產出的HIT轉換效率仍是22.5%。在中試線轉換效率達到24%之前,HIT還沒有可能大幅占領市場。在通威看來,異質結最有可能是下一代技術,但3年之內不會變成主流,目前整個市場的HIT都是在研制階段,短期內并不會形成沖擊。。

綜上,未來兩三年內PERC技術仍將占據市場主流,而TOPCon和異質結技術未來能否“接棒”PERC成為下一代主流高效技術,仍有待于成本下降、設備工藝成熟度和效率提升程度



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