太阳能光伏技术革命再掀整并潮

太阳能光伏技术面世以来,人们就一直为它的低转换效率而烦恼。阳光普照,无穷无尽。然而,它更需要人们去主动获取。对于能源的欲望是光伏技术前进的动力,太阳能电池的低成本高效率追求是光伏技术永恒的目标。而对于光伏企业来说,太阳能电池的转换效率和成本控制是生存的根基。太阳能光伏技术的大规模推广应用到如今效果初显,2013年全球光伏装机就已经突破了100GW。然而,伴随着这个辉煌成就,不知有多少光伏企业因此到下。

从2008年到现在,全球光伏组件价格已经下降了75%以上。伴随着成本的下降,转换效率却越来越高。根据德国亚琛实验室统计,3年来,光伏组件的转换效率提高了4.9 %。随着时间的推进,光伏技术在各国研究机构和制造商手中注定会不断进步。

效率是光伏产品的灵魂

然而,由于经济危机的缘故,太阳能光伏行业经历过一段相当时期的岑寂期。在这段时间里,大量的企业因为技术、经济等等各方面的原因惨遭淘汰。而这一段时间,也是太阳能电池技术的稳定成熟时期,晶体硅电池奠定了霸主地位。到2013年数据统计时间截止,太阳能电池产品中,主流晶体硅电池——P型单晶硅电池和多晶硅电池占据了全球92%的市场份额。而该类型的太阳能电池中国生产商也因此奠定了太阳能市场的主要地位。大浪淘沙,在兼并整合大潮下,现如今存活下来的企业都是经过了考验。但这些企业也鳞伤遍体,暗舔伤口。殊不知,如今或许将会有新一轮的洪流在等待着他们!

当前的社会,一切都讲究个快。所谓先下手为强。如果将目光投止到当前,我们会发现,太阳能技术安静地太久了,而有些人,却又在不知不觉中赶超了别人一步。

2014年2月20日,河北曹妃甸汉能光伏有限公司成立揭牌。汉能曹妃甸总产能达3GW的铜铟镓硒(CIGS)太阳能薄膜组件生产基地落户此地。项目总投资约350亿元人民币。2014年2月26日,汉能3GW光伏产业集群暨一期600MW铜铟镓硒(CIGS)薄膜电池项目签约仪式在山东淄博举行。根据官方网站消息,该项目总投资也在350亿元人民币左右。

一个月内,在两个城市同时投建3GW光伏项目,700亿元人民币的总投资额,汉能控股集团疯狂扩张让人感到不可思议。山雨欲来风满楼,当这些产线全部正式建成投产后,今后太阳能市场注定迎来血雨腥风。

当然,这投资数量的巨大也代表着工程周期要很长。至少在项目竣工前,晶体硅太阳能制造企业还不用太过担心汉能的薄膜光伏产品参与竞争。太阳能光伏企业的危机不仅于此!

主流与非主流之间只在于各自所占的市场比例。在各种经过验证的晶体硅太阳能电池技术中,所谓主流的P型太阳能电池技术因为先发优势走在了前端。但是,当技术走到瓶颈,非主流电池技术获得突破的时候,鹿死谁手,尚未可知。事实上,这一主流之争,现在已经初见端倪。

因为N型硅片制备的太阳能电池开路电压和填充因子较低,并且长期使用或存放时N型硅片太阳能电池性能会有所退化,而在P型硅片上形成N+发射结比在N型硅片上形成P+发射结在工业化生产上更容易实现。目前主流P型硅太阳能电池转换效率已经可以稳定在18%以上,要想在不增加成本的情况下再提高效率已经非常困难。人们逐渐把眼光转向少数载流子寿命比P型硅高的多的N型硅,并为此展开大量研究投入。到如今,已经有部分企业开始正式投产其N型晶体硅电池,一举击溃P型太阳能电池主导地位。国际光伏技术路线图(ITRPV)预期N型单晶硅太阳电池将从2014年的18%左右提高到2020年的50%左右。

N型太阳能电池技术有哪些?

N型硅太阳能电池有很多种类,除了可以把发射结坐在正面、背面和双面外,还可以做成SE、EWT、PERL、MWT和HIT等结构。早期的N型硅太阳能电池归纳起来,有如下几大种类。

1、PCC太阳能电池

点接触电池,英文名Point-contact cell。最早由美国SunPower公司着手研发。SunPower公司利用点接触(PCC)及丝网印刷技术,于2003年研制出背面点接触太阳电池代号A-300,效率为20%。通过进一步改进,效率达到了21.5%。

A-300电池采用n型硅材料作为衬底,载流子寿命在lms以上。正表面没有任何电极遮挡,并通过金字塔结构及减反射膜来提高电池的陷光效应。电池前后表面利用热氧钝化技术生成一层Si02钝化层,降低了表面复合并增加了长波响应,从而使开路电压得以提高。在前表面的钝化层下又进行了浅磷扩散以形成n+前表面场,提高短波响应。背面电极与硅片之间通过Si02钝化层中的接触孔实现了点接触,减少了金属电极与硅片的接触面积,进一步降低了载流子在电极表面的复合速率,提高了开路电压。较为出色的陷光、钝化效果,以及采用了可批量生产的丝印技术,使A-300成为新一代高效背接触硅太阳电池的典型代表。

2.HIT异质结高效N型硅太阳能电池

所谓HIT结构就是在P型氢化非晶硅和n型氢化非晶硅与n型硅衬底之间增加一层非掺杂(本征)氢化非晶硅薄膜,以此改变PN结的性能。日本三洋公司最早在HIT电池技术上取得突破。

2000年日本三洋公司研制出10平方厘米的HIT结构异质结太阳能电池。转换效率达到20.7% ,开路电压达到719mV ,并且全部工艺可以在200℃以下实现。双面结构的HIT电池由于能接收到来自地面的反射光,不论地面是否光滑,它都能发出比单面电池至少多8.1%的电能。三洋公司大规模工业化生产也获得18.5%的效率。三洋公司在HIT太阳能电池的基础上,还推出了正反对称形的HIT双功率太阳能电池组件,这种组件能够利用正反两面的光照。和单侧光照射的构造相比,年平均增加6%-10%的输出。

3、发射结钝化一全背场扩散(PERT)N型硅太阳能电池

最早由赵建华设计的一种N型硅太阳电池。面积为22cm2的N型FZ单晶硅太阳电池效率达21.5%,PERT电池采用电阻率为0.9Ω·cm的FZ单晶硅片,正表面KOH腐蚀倒金字塔结构,浅磷扩散形成前表面场(FSF),背面浅硼扩散形成发射结,再在两面生长高质量的SiO2钝化层,通过光刻工艺在前电极下实现重磷扩散,背电极的点接触处实现重硼扩散。前电极采用电镀工艺镀银背电极热蒸发铝形成点接触结构,最后前面沉积ZnS/MgF,双层减反射薄。2006年赵建华等申请了带有正面钝化N型扩散层的N型硅太阳电池专利,并加入“国家863项目”能源领域光伏行业重大课题。如今已获得重大突破。

4、N+NP太阳电池

2006年,J.Schmidt、A.G.Aberle等人利用几乎和现代工业化生产P型硅太阳电池完全相同的方法制备出N NP太阳电池ll ,实验室效率为19%(4cm前电极为蒸铝电极),产业化效率为17%(100cm2前电极为丝网印刷银电极),在N型基片上正面扩散磷形成N+层,背面发射结由丝网印刷铝浆烧结而成。值得指出的是这种结构的电池发射结在背面,少数载流子的扩散长度至少要大于基片厚度,因此对少子寿命要求很高。

5、背接触背结(BC-BJ)太阳电池

2008年德国Fraunhofer实验室的F.Granek,M.Hermle等人提出背接触背结太阳电池结构,在lΩ·cm N型FZ硅片上得到了21.3% 效率”。该电池结构采用160gmN型硅片,首先正面制备金字塔结构,然后扩散磷形成N+前表面场(FSF),最后用SiO2钝化表面再镀SiNx减射膜,背面通过扩散阻挡层实现硼和磷的扩散,形成P 发射结和N+背表面场。电极都在背面,采用丝网印刷然后电镀的工艺完成。

6、PERL太阳电池

J.Benick、B.Hoex等人采用PERL结构,基片采用1Ω·cmN型FZ硅片,表面制备倒金字塔陷光结构,正面扩散硼形成P发射结,然后在其上用Al3O3作为钝化层,上面沉积SiNx减反射膜。背面采用SiO2钝化层,再在背电极下面重扩散磷形成N+背表面场,取得了23.4%的N型硅最高转换效率。

7、双面N型硅太阳电池

双面N型硅太阳电池是Gamma Solar公司研发的一种新型结构。在N型CZ单晶硅基底上,正面扩散硼形成P+发射结,背面扩散磷形成N+背表面场。详细的工艺目前还无法知晓。该公司称在180μm厚、156mm X 156mm的N型硅片上两面效率均达到了17%,并计划在2009年9月正式投产。

事实上,在经过数年的技术积累与沉淀之后,上述技术有数种经过验证后已经被淘汰。而真正有用的技术则在进一步研究之后获得认可。N型太阳能电池技术现在已经有陆续的量产产品推出,一下下地重击着相关企业的心脏。如果说,在早几年前N型太阳能电池还只是国外某些企业的高科技“玩具”的话,一旦国内光伏企业也开始真正实现量产,“白菜价”的国产N型硅太阳能电池对于市场的冲击远不是验证性产品的新鲜感可以比拟。

主流晶体硅电池的危机当然不仅于此。2013年12月19日,西安隆基、河北晶龙、卡姆丹克、天津中环、阳光能源五家公司联合对外发布了带有其共同理念的新产品单晶M1&M2。保利协鑫不甘落后,12月22日,保利协鑫能源控股有限公司面对众多客户和合作伙伴发布了其第二代类单晶硅片产品“鑫单晶G2”,并于1月进入商业化量产。高效硅片之争尚未落下帷幕,紧接着,新年过后,手里有货的大公司也不再藏着掖着了,纷纷发布其新技术产品。

那么,现在究竟有多少新晋太阳能电池产品?

晶澳太阳能新一代Percium高效光伏组件

今年2月份,晶澳太阳能开始在全球发布其最新一代高效光伏组件——Percium。截止发稿日,产品已在2月18日的以色列 Clean Tech 展会、2月26日的日本 PV 展会成功发布,并计划于3月的英国 Ecobuild 展会和5月的中国 SNEC 等展会登陆。

Percium组件包括60片电池的Percium 单晶组件、60片电池的 Riecium 多晶组件。因为新技术的应用,Percium组件比行业平均60片电池组件高出15-20瓦。60片电池的 Percium 单晶组件功率比行业平均60片电池单晶组件高出20瓦。技术核心为Percium 单晶电池使用的最先进的背钝化和局部铝背场技术(即PERT电池技术),电池平均转换效率超过20.3%,比行业平均单晶电池转换效率高出1.3%。该高功率单晶组件在同等单位面积下安装的功率高8%。

60片电池的 Riecium 多晶组件功率比行业平均多晶组件高出15瓦,同时比行业平均单晶组件高出5瓦。技术核心为Riecium 多晶组件的核心 Riecium 多晶电池使用的黑硅技术,这一技术使电池颜色一致,产品外表更加美观。电池平均转换效率超过18.3%,比行业平均单晶电池转换效率高出0.8%。该高功率多晶组件在同等单位面积下安装的功率高6%。

天合光能研发IBC电池技术 24.4%效率破世界纪录

作为国家863计划研发课题,天合光能光伏科学与技术国家重点实验室已独立研制出面向产业化的面积为125mm×125mm光电转换效率大于22%的IBC电池。然而,天合光能的IBC电池技术如今再获突破。

据记者2月28日从天合光能有限公司获悉,该公司与澳大利亚国立大学合作研发的新型高效晶体硅太阳电池经德国Fraunhofer CalLab实验室独立测试,光电转换效率高达24.4%,创造了世界IBC晶硅太阳电池的崭新纪录,是迄今为止由独立机构确认的效率最高的IBC太阳电池。目前,实验室正在积极筹备建立低成本全背电极太阳电池的中试验示范线。

中电光伏基于高效背场和背钝化技术的晶体硅电池转换效率达到20.44%

中电电气光伏有限公司承担了国家863项目能源领域光伏行业重大课题:效率20%以上基于高效背场和背钝化技术的晶体硅电池产业化成套关键技术及示范生产线。该课题总体目标为掌握效率20%以上晶体硅太阳电池成套重大工艺及核心装备技术,建成拥有自主知识产权的高效晶体硅太阳电池示范生产线,并形成批量产品。近期,该项目获得突破,最新电池转换效率实验数据达到20.44%。

该项目目前已经进入量产化准备阶段,预计在未来的三个月内,该电池的效率会进入一个快速增长期。中电光伏计划到2014年底将转换效率20%以上的电池量产化,以降低发电成本,提高光伏发电与常规火电的成本竞争力。

晶科能源发智能组件新品 效率提高20%

2月26日,晶科发布能够对每块太阳能电池板进行设定的MPPT系统智能组件。此次发布的系统是在每块太阳能电池板上安装MPPT用终端而实现的。据介绍,在太阳能电池板内,由于能对串联太阳能电池单元的每个电路进行MPPT控制,因此即使对于电流和电压出现异常的电路,也能够实现最佳的MPPT控制、使输出功率最大化。

即使是被阴影遮挡的太阳能电池板,也可以将输出功率的降低控制在最低水平,此外还有助于抑制会将面板部材烤焦的“热斑”(Hot Spot)现象。太阳能发电容易受天气、气温和日照的影响,运行不稳定,晶科的目标是通过MPPT的分散控制,提高太阳能发电系统整体的效率。

MPPT控制

是指针对太阳能电池板的输出功率,将电流和电压控制在最佳水平、并维持最大电量(功率点)。一般情况下,MPPT由功率调节器(PCS)负责,以PCS或者串联十几块太阳能电池板的“组串”为单位进行控制。不过,如果每块太阳能电池板都会安装MPPT用终端,这样一来成本就会增高。

昱晶“秘密武器”或正式曝光

2013年12月昱晶副总经理刘伟澍指出,太阳能经过产业整并、需求成长,明年的供需缺口将大幅缩小、2015年供需更可望完全趋于平衡;还透露,为了追求产品的差异化,昱晶2014年第一季度将推出高效新产品。在今年东京光伏博览会上,这一“秘密武器”正式曝光。

在本次展会中,昱晶宣告采用18.4%多晶电池片的组件已经可以量产,目前60片的组件输出瓦数达到265-275W,单晶更以19.8%的高效产品做为展出重点,其瓦数从275-285W。以高效电池片为后盾,昱晶向世人展示了在开发组件方面的雄心。

京瓷太阳能转换效率18.6%的多晶硅光伏组件

通过提高结晶品质、改善电极工序、以及减少载流子复合,京瓷终于实现了量产水平下太阳能电池的更高转换效率——18.6%。这一转换效率较该公司史上最高值(17.8%)提高了0.8个百分点。预定从2014年夏季开始,在日本国内销售采用该高效单元的高输出功率太阳能电池板。

英利熊猫电池高效电池继续制霸

3月6日,在航天机电上海太阳能工程技术研究中心举办的“光伏电池组件创新技术及电站应用技术论坛”上,英利集团首席技术馆宋登元博士为与会嘉宾分享了其N型硅太阳电池“熊猫”的研究进程——20.7%的实验室转换效率,19.7%的平均效率。通过采用双面发电设计,使电池能够接受从正面和背面进入的光线,从而实现双面发电功能。根据英利2013年3月份的一组对比数据,熊猫组件的双面发电特性使得其平均发电量输出高于常规组件6%以上,每瓦平均输出高于普通多晶组件4%以上。而且与市场上三洋、SunPower的类似N型晶体硅电池相比,英利的熊猫电池便宜40%左右。

截止到目前,各种各样的验证过的太阳能电池新品纷纷显示。2014年的太阳能市场注定不会平静。前有同行的高效新型晶体硅太阳能电池跨步超越,后有汉能最新CIGS薄膜电池追赶。光伏企业是否会因此再度进入吞并潮?2013年全球十大太阳能光伏组件制造商,中国企业占了7个位置。然而,在新产品井喷之时,该如何保住市场地位?研发实力严重落后的小型光伏企业,又会有多少被吞并?


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