更新于>2019-05-16

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell),即钝化发射极和背面电池技术,最先在1983年由澳大利亚科学家Martin Green提出,目前正在成为太阳电池新一代的常规技术。PERC比年来效力记载赓续被革新,将成为未来三年内最具性价比的技术。

PERC技术颠末过程在电池的后侧上添加一个电介质钝化层来提高转换效力。模范电池布局中更好的效力程度受限于光生电子重组的趋向。PERC电池最大化超过了P-N结的电势梯度,这使得电子更稳固的活动,削减电子重组,和更高的效力程度。

PERC技术的优势还体如今与其余高效电池和组件技术兼容,持续晋升效力和发电能力的潜力。颠末过程与多主栅、抉择性发射极和TOPCon等技术的叠加,PERC电池效力可以或许或许进一步晋升;组合金刚线切割和黑硅技术,可以或许或许提高多晶电池性价比。而双面PERC电池在几乎不增长本钱的环境下实现双面发电,在体系端实现10%-25%的发电增益,极大地增强了PERC技术的竞争力与未来睁开潜力。

  • 概述流程
  • 钝化膜
  • 背钝化资料
  • 电池工艺

PERC 电池的临盆流程包含:沉积背面钝化层,然后开口以构成背面接触。这是比常规光伏电池临盆流程多进去的两个重要步骤。别的,基于化学湿台的边缘隔离步骤必要针对背部抛光稍做调剂。也便是说,硅片背部绒面金字塔型布局必要被溶蚀掉。抛光的程基于选用技术的分歧而异。因此,钝化膜沉积设备和膜开口设备(既可应用激光可以或许或许利用化学蚀刻)都必要在传统的电池临盆线上额外增长加工设备。对付较少应用的激光边缘隔绝处理工艺临盆线,必要增长一个化学湿式工作台停止背面抛光。

硅片内部和硅片外面的杂质及缺点会对光伏电池的机能构成负面影响,钝化工序便是颠末过程低落外面载流子的复合来减小缺点带来的影响,从而包管电池的效力。

晶硅太阳能电池的外面钝化不停是计划和优化的重中之重。从早期的仅有背电场钝化,到正面氮化硅钝化,再到背面引入诸如氧化硅、氧化铝、氮化硅等介质层的钝化局部开孔接触的PERC计划。PERC概念的中央就在于为常规光伏电池增长全覆盖的背面钝化膜。

钝化重要颠末过程如下两种办法来减小复合速率,提高少数载流子寿命:一是化学钝化,即使界面的各种缺点态饱和,低落界面缺点浓度,从而削减禁带内的复合中央;二是场效应钝化,即颠末过程电荷积聚,在界面处构成静电场,从而低落少数载流子浓度。

在钝化膜资料的抉择上。氧化铝(Al2O3)因为具有较高的电荷密度,可以或许或许对P型外面供给优越的钝化,目前被普遍应用于PERC电池量产的背面钝化资料。除氧化铝外,氧化硅(SiO2)、氮氧化硅等也可作为背面钝化资料。

别的,为了完全称心背面钝化条件,还必要在氧化铝外面覆一层氮化硅(SiNx),以掩护背部钝化膜,并包管电池背面的光学机能。故PERC电池背面钝化多采纳Al2O3/SiNx双层布局。

图:晶硅光伏电池钝化

目前业内 PERC电池技术路线基本上阅历了三个阶段,第一阶段是在常规产线上间接停止升 级,效力可晋升1% ;第二阶段是加入热氧化工艺,并优化刻蚀、扩散匹配,效力晋升至 21.7%;第三阶段,行将规模履行的 SE 技术效力将晋升至量产 22% 。

不管处于何种工艺阶段,中央的背钝化膜层的生长设备选型十分重要,触及到了厂房布局、主动化匹配、全体工艺优化重点。

表:PERC电池工艺路线睁开
  • PERC电池技术与常规电池效力比较
  • PERC电池技术效力睁开

光电转换效力是晶体硅太阳能电池最重要的参数。2017年,我国产业化临盆的常规多晶硅电池转换效力到达18.8%,单晶硅电池转换效力到达20.2%。

与常规电池相比,PERC电池的优势重要有两个方面:
(1)内板反射增强,低落长波的光学丧失;
(2)高品格的背面钝化,这使得PERC电池的开路电压(Voc)和短路电流(Isc)较之常规电池邮大幅晋升,从而电池转化效力更高。

目前,PERC技术成为P型电池效力持续晋升的重要办法,但PERC技术应用在多晶及单晶电池片上的效力表示有所差异。单晶电池产线在导入PERC技术后,可使转换效力相对晋升1%以上,即单晶PERC电池产业化效力可到达21%以上,部分抢先企业可将效力晋升至21.5%;应用在多晶电池上有相对值0.6%以上的效力晋升,PERC多晶电池产业化效力可到达19.5%。别的,若在多晶PERC电池上叠加黑硅技术,产业化效力可到达20%以上。目前市场主流太阳能电池效力程度及组件功率如下图所示。

硅片下流,行业龙头纷纷上马高效电池片/组件扩产计划,单晶电池扩产以单晶 PERC 为主。17 年末全球单晶 PERC 电池产能超 30GW,根据现有扩产计划估算,估计 18 年末将到达 60GW。

根据ITRPV-2018版发布的申报,PERC组件在全体应用产品中的市场份额将大幅增长。

跟着PERC技术成熟度的赓续晋升,常规单晶与单晶PERC的本钱差距在逐渐缩小,估计2018年起,PERC将逐渐替代常规单晶,成为单晶产线的标配。多晶方面,在金刚线切多晶硅片搭配黑硅技术大幅降本提效的基础上,再叠加PERC技术,可以或许或许实现“1+1>2”的效果,估计2018年起,电池厂商将持续开端做多晶黑硅+PERC技术的进级。据PV infolink预估,2018-2021年,PERC年产能将逐渐增长,分离到达55GW、77GW、91W和96GW,如下图所示。单晶PERC仍将占据PERC市场的重要份额。

PERC组件多发电的原理在于其优越的低辐照机能,更好的功率温度系数和首年光衰成就的解决。电站端的实际测试中,PERC组件比常规组件每瓦发电量高出3%阁下。

BOS本钱中,有很多项目是与光伏项偏向面积相干的,如支架、汇流箱、电缆等。相同数目的组件(面积相同),不管应用270W还是300W,支架、基础、电缆等投资总量都是相同的,但显然高效组件均摊的单瓦投资会显著低于低效组件。

除了BOS本钱以外,高效组件还可以或许或许低落土地本钱(屋顶组件)。在分歧的条件下,高效组件节省的BOS本钱和土地本钱是不相同的。可见,在正当的价钱差异之下,当(高效组件价钱-低效组价价钱)<BOS本钱差值,高效PERC组件可以或许或许低落光伏项目标初始投资。

图:隆基乐叶蒲城试验电站双面发电组件发电开端验证(2017.4-5)
图:隆基乐叶库布奇项目2017年各月日均发电对比(KWh/MWp)
图:晶澳三亚实证基地16年12月交换发电统计
图:晶澳吐鲁番实证基地17年1月交换发电统计

晶澳太阳能单晶PERC组件在大型电站方面的发电表示,其领跑者50MW项目分离应用了单晶PERC 295W与常规多晶270W组件,PERC单晶组件在近6个月的运行中平均多发电3.4%。

P型晶硅电池普遍存在光致衰减的成就,而叠加PERC技术后衰减成就更甚,分外是多晶PERC,目前导致光致衰减的机理尚不清楚。

单晶PERC光衰要高于单晶BSF电池,单晶PERC的光衰重要与电池中B-O对无关,此类衰减可颠末过程低落硅片中氧含量、掺Ga、光照+退火等工艺消除。

多晶PERC的光衰机理加倍复杂。目前认为,多晶PERC的光衰与电池的热过程密切相干,因此也称为光照热衰减(Light elevated Temperature Induce Degradation,LeTID)。多晶PERC的LeTID比多晶Al-BSF电池高6%~10%阁下。多晶PERC电池的LeTID与B-O对无关,表示为掺Ga不起感化;与体内的复合无关,而与外面钝化特性相干不大;与少数载流子注入浓度无关;与电池热历史无关。

最新研究显示,吸杂可以或许克制衰减(P吸杂比Al吸杂更有用);高温退火及激光疾速退火也可以或许克制多晶PERC光衰。

在多晶黑硅+PERC电池技术上,目前重要有间接制绒、湿法黑硅(MACE)与干法黑硅三种计划。与目前的工业程度相比较,湿法黑硅计划具有较强的竞争力。

图:湿法黑硅计划(MACE)
图:P型多晶湿法黑硅PERC电池效力散布
图:多晶湿法黑硅PERC组件投产环境

单晶PERC电池和多晶PERC电池都面对赓续低落本钱的挑衅。如第五章所述,当价差在0.38元/W以内时,300WPERC高效组件对比270W常规组件的度电本钱更低,在高空光伏项目上更具有性价比优势。也便是说,PERC电池必需节制好本钱,能力为光伏电站带来更好的投时ù。

因为对标的重要竞争敌手是单晶常规电池,多晶P ERC电池节制本钱的任务更加紧迫。现阶段主流光伏电池企业量产的高效单晶常规电池效力约为20%,所封装的60片规格组件功率可达285瓦。而行业抢先多晶电池企业,采纳多晶硅片叠加湿法黑硅和PERC工艺,量产多晶PERC电池效力近20%,所封装的60片规格组件功率也在285瓦级别。

多晶硅片用湿法黑硅技术本钱增长0.2元/片(考虑到中国趋于严厉的环保请求,为实现完全达标排放,可能还需增长废液处理本钱),再应用PERC技术本钱增长0.5元/片,也便是说,当单晶和多晶硅片价差(含增值税)在0.82元/片之内的时候,高效单晶常规电池更具性价比。因此,多晶硅片迫切必要低落本钱和市场价钱,拉开与单晶硅片的价钱差距,以维持市场竞争力。多晶硅片行业正在推动普及金刚线切割取代砂浆切割工艺,可以或许或许有用低落多晶硅片本钱。

PERC电池另有很大的效力晋升空间,发射极、背面铝背场、主栅、硅片品格等另有优化空间。估计2025年,单晶PERC电池可实现高达24%的转换效力,市场霸占率将进一步提高。

跟着技术的提高,双面PERC工艺的成熟不只能拓宽PERC电池的应用场景,而且可获得更高的发电增益。

图:PERC电池效力晋升的分歧路线(来源:ISFH)

(注:SelEm1-前电极SE,SelEm2-前外面SE+BSG烧结n++,BSF-seg-局域背场,advEm-新型的发射极布局,Al-B-BSF-掺硼铝背场,base1ms-1msP型硅片,4BB-4主栅,Multi wire-多主栅,finger10μm-10μm栅线)

目前,抢先厂商的单晶PERC电池的量产效力可以或许或许达21.5%阁下,多晶PERC的量产效力可达19.7%阁下。而停止目前,单晶PERC和多晶PERC的世界最高效力分离已达23.6%和22.04%,分离由隆基乐叶和晶科能源创造。可以或许或许看出,PERC电池仍有很大的效力晋升空间。

PERC电池效力进一步晋升的偏向有:(1)细栅金属化技术,削减正面遮挡,如应用5BB或MBB技术;

(2)正面采纳抉择性发射极,低落外面复合丧失;(3)先辈的陷光技术,如采纳多层减反膜技术;(4)低落背面金属接触地区的复合,如采纳局部B掺杂;(5)采纳高品格硅片,如提高硅片的少子寿命;(6)双面PERC电池。

图:协鑫集成多晶PERC组件技术路线2017 to 2020
图:隆基乐叶高效PERC技术路线图
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