光致衰減方面,多晶黑矽光衰約為1.5%,N型單晶基本沒有光衰,而PERC單晶的光衰在2-10%之間,從而導致PERC單晶組件應用在光伏電站後很可能光電轉換效率大幅下降,光伏電站發電量和收益率而隨之大幅下降。
2、PERC單晶雙面電池
PERC單晶單面電池的背面為全Al層,背面入射光線無法穿透該全Al層,因此PERC單晶單面電池只有正面可以吸收入射光進行光電轉換。為了使PERC電池均有雙面光電轉換功能,行業改變了PERC電池的印刷工藝,將背面全Al層印刷工藝修改為背面局部Al層印刷工藝。該工藝是儘量保證背面Al漿印刷在雷射開孔點處,以使光生電流仍然可以通過雷射開孔點的Al層導出。
PERC單晶雙面電池背面由全Al層改為局部Al層,因此背面的入射光可由未被Al層遮擋的區域進入電池,實現雙面光電轉換功能。由於雷射開孔點仍然需要Al漿來疏導光生電流,因此背面的大部分區域任然覆蓋了Al漿,因此和電池正面超過20%的光電轉換效率相比,PERC單晶雙面電池背面可吸收光線的區域有限,背面的光電轉換效率預計在10-15%。同時由於背面由全Al層改為局部Al層,電池的正面效率可能會下降0.2-0.5%。
由於PERC單晶雙面電池的工藝與PERC單晶單面電池的工藝並無明顯區別,因此PERC單晶雙面電池任然面臨隱裂率高、機械載荷衰減率高、光致衰減率高等問題。對光伏電站來說,使用PERC單晶雙面組件仍然有明顯的可靠性風險,對保證電站收益率也是巨大的考驗。
二、N型單晶雙面電池
N型單晶雙面電池結構
N型單晶雙面電池在近年也逐步釋放產能,從相關資料來看,國內若干主要企業均具有一定技術儲備。這種電池的特點也是雙面皆可吸收入射光線,從而提升電池和組件的發電量。目前有企業宣傳該款電池的正面效率大於21%,背面效率大於19%。封裝成組件後,正面功率接近300W,背面功率接近270W。結合各種應用場景,組件發電功率較高。和常規電池相比,該款電池主要增加了雙麵漿料印刷和硼元素摻雜(如旋塗、印刷高溫推進和固態源擴散等)等工藝。目前國內主要企業儲備的該產品技術基本都沒有用到雷射等工藝,因此整個電池製作工藝不對矽片造成額外損傷,組件可在各種使用條件下保持穩定性。此外,還具有無光致衰減、弱光響應好等特點。
P型單多晶電池正面印刷Ag柵線,背面整面印刷Al漿,因此電池正面和背面的金屬結構和成分不對稱,在絲網印刷燒結後電池片會產生2-5mm的翹曲,從而在電池內部產生應力,由於翹曲和應力的作用,P型單多晶電池的破片率明顯提升。由此包括電池生產、組件生產和光伏電站組件中的電池破裂率均提升。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型單晶雙面電池結構均有對稱性,電池在絲網燒結印刷後不產生翹曲。此外,N型單晶雙面電池的工藝流程中無雷射等損傷,保持完整晶體結構。綜合以上因素,N型單晶雙面電池破片率更低。
由於N型單晶雙面電池正背面均印刷銀漿,因此該款銀漿的耗量高於P型單多晶電池。在產能方面,N型電池與P型電池的相比還有差距。
三、多晶黑矽電池
多晶矽片中具有若干不同晶向的晶體,因此單晶廣泛應用NaOH溶液各向異性制絨工藝並不適用於多晶制絨。目前通行的多晶矽制絨工藝主要是HF/HNO3混合溶液的缺陷腐蝕制絨法,此方法制絨後的矽片反射率約為18%,高於常規單晶制絨後11%的反射率,不利於多晶電池對入射光線的有效吸收。為了進一步降低多晶矽片制絨後的反射率,採用特殊制絨工藝在多晶矽片表面形成納米結構,增加有效多晶矽片對入射光線的吸收。採用這種制絨工藝生產的多晶電池有更低的反射率,此方法制絨的多晶電池從肉眼來看比普通多晶電池更黑,因此這種工藝被稱為黑矽制絨。
多晶黑矽制絨工藝主要有幹法制絨和溼法制絨兩種。幹法黑矽制絨工藝為反應離子刻蝕法(Reactive Ion Etching,RIE),該方法是等離子體在電場作用下加速撞擊矽片,在矽片表面形成納米結構,從而降低多晶矽片的反射率。溼法黑矽制絨工藝為金屬催化化學腐蝕法(Metal Catalyzed Chemical Etching,MCCE),該方法是在矽片表面附著金屬,利用HF與強氧化劑混合溶液腐蝕矽片表面,附著在矽片表面的金屬隨著腐蝕過程而向下沉積,從而在矽片表面形成納米結構,有效降低矽片表面的反射率。無論幹法或是溼法黑矽制絨工藝,都可將多晶電池效率提升0.6%以上,採用多晶黑矽電池封裝的組件功率也可從265W提升到275W。多晶黑矽電池的整個製作工藝簡單,不對矽片造成額外的損傷,使多晶組件可在各種使用條件下保持可靠性,保證了多晶組件在光伏電站整個生命周期發電量的穩定。此外,多晶電池還具有光致衰減低的特點,多晶電池的光致衰減普遍低於1.5%,而PERC單晶電池的光致衰減為2-10%。可以看出,與PERC單晶電池相比,多晶黑矽的光致衰減率具有很好的優勢。
在全球的晶體矽光伏產品中,多晶產品仍然佔有50%以上的市場需求。多晶產品具有單瓦價格低、工藝成熟、組件可靠性高的特點,有效降低光伏電站風險,為光伏電站收益提供可靠保障。
結語
多晶黑矽電池和N型單晶雙面電池在光致衰減率、破片率和機械載荷衰減率等方面均明顯好於PERC單晶電池。因此相比於PERC單晶電池,多晶黑矽電池和N型單晶電池將為光伏電站帶來更為穩定的發電量,光伏電站業主的投資回報也可以得到更好的保障。光伏電站作為預期運營25年、30年乃至更長時間的投資項目,除了組件初始功率外,還需要關注組件功率在整個電站生命周期的穩定性和衰減率,以保證穩定的投資回報。
技術類型
光致衰減率
隱裂率
機械載荷衰減率
單片電池成本
PERC單晶單面
高
高
高
高
PERC單晶雙面
高
高
高
高
N型單晶雙面
無
低
低
高
多晶黑矽
低
低
低
低
近期,行業逐漸有企業開始宣傳PERC單晶雙面電池和組件。據悉,晶澳太陽能有限公司在2013年已經申請並取得了PERC雙面電池和組件的相關專利。光伏電站業主如使用PERC單晶雙面組件,除了光致衰減率高、組件隱裂率高和機械載荷衰減率高等風險外,可能會面臨專利糾紛和法律風險,這也是業主需要注意的方面。