《双面光伏组件技术报告2017》中文版-上海市太阳能协会&ampamp;TaiyangNews.pdf

Authors Shravan K. Chunduri, Michael Schmela TaiyangNews 技术报告 Authors I. Chambouleyron and Y. Chevalie 中，其电 介质钝化形成 np 结构的设计与 PERC 结 构在概念上相似。 在光伏技术的早期发展中 ，双面电池技 术主要局限于太空领域的应用 。在陆地应用 中 ，双面技术一开始主要与平面反射镜配套 使用 ，稍后也采用了静态聚光镜照射电池背 面的应用方案 。直到 1980 年左右 ，多个研 发团队才实现了双面组件吸收环境反照光发 电的能力。 根据 ISC 研究中心 Kopecek 的观点 ， 2000 年是双面技术的复苏之年 。日本日立 （Hitachi）研发了正面效率 21.3，背面效 率 19.8 的高效双面电池 ，该电池基于早期 双面电池的三极结构 。几乎与此同时 ，三洋 （现为松下）开始了基于其专利 HIT 异质结 双面组件技术的量产化工作 。2000 年在德国 引入光伏 FIT 补贴政策 ，欧洲步入其光伏时 代的同时 ，欧洲科研人员也开始投入于这项 富有前景的技术。ISC 以及 ECN（荷兰能源 研究中心 ）当时正致力于在常规生产设备条 件下通过实现背部钝化舍弃 BSF 铝背层 ，将 时间证明选择 时间证明选择 8 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology 加工成本降至接近常规电池水平 。可惜的是 当时研发人员在双面电池技术的开发中并未 获得重大突破 。除了方案论证研究之外 ，双 面电池那时仍是一种小众技术。 Kopecek 说 “人们一般认为双面组件无法按照峰值效率为 基准进行销售是其主要原因。” 2.3 转机 当今投入光伏行业的大型投资方越来越 多，PPA 投标 电力采购合同 也使得电站 的长期收益变得日渐重要 ，而且光伏发电的 成本也逐渐可匹敌于传统发电方式 ，现在业 内主要面临的挑战是降低 LCOE （度电成本） 。 这也是最终拉动双面技术进入市场的契机。 从生产方面来说 ，双面技术已具备量产 所需的一切条件 。持续的成本压力迫使厂商 不断地投入于高效低成本的解决方案 ，而就 目前现有的技术而言 ，没有比双面技术更好 的方案了。 当前众多光伏技术的革新 ，直接或间接 地推动着光伏行业将未来的发展方向转向双 面组件 先进电池结构 抛弃 BSF 铝背场 ，引 入先进电池方案是目前的主流趋势 ，而 多数先进电池方案本身就具备双面发电 性质。PERC 目前已在单晶中占据主导 地位 。几乎所有投入 PERC 的电池制 造商都在认真评估双面技术 。诸如多主 栅 MBB 或更多主栅 （more Busbar） 的方案 ，减缓了对背面金属化电阻系数 方面的要求 ，便于 PERC 电池实现双 面化 。这些方案弥补了背面金属铝电极 的低导电性 。n 型硅片价格虽然较高 ， 但双面发电带来的增益依然高于 p 型 PERC 电池，这也是许多公司仍然陆续 投入双面技术的原因。 双玻组件 随着薄型玻璃价格越来越低， 技术日渐成熟 ，双玻组件的市场竞争力 日益提高 。组件制造商通过采用双玻结 构也能提供更长的保修期。 透明背板 透明背板的出现实际上是为 了满足双面技术发展的需求 ，使用透明 背板代替不透明的背板是在组件层面实 现双面发电的先决条件 。透明背板的出 现说明当前光伏制造业将双面组件视为 技术发展的必然方向。 Kopecek 说 ，对于某项技术投入量产化 不同光伏厂家选择不同的双面电池技术方向 p-PERC SolarWorld p-PERT NSP SolAround p-PERT multi n-PERT Adani HT-SAAE LG PVGS HJT Sunpreme Panasonic 不断增多的制造厂商 各种先进电池结构都可以应用于双面发电， 投入双面技术的厂家也日渐增多。 该名单显示了众多技术先进的电池厂商参与到双面电池的研发中 ，以及各家工厂所采用的不同技 术方向。 Source TaiyangNews 2017Bifacial Solar Module Technology | TaiyangNews 9 的讨论一直围绕着三个主题展开， 银行认证、 测试标准及功率测量 / 太阳光模拟 。双面电 池这三个方面都已取得了可观的进展 。随着 双面发电光伏系统安装量的增长 ，和多个一 线组件大厂对双面组件技术的投入 ，获取银 行认证的条件正在改善 。用于测量双面光伏 设备 IV 特 性的 IEC（国际电工技 术委 员 会 ） 标准已进入审核的最后阶段 。太阳光模拟设 备主流供应商也已开发出用于双面光伏发电 产品的测试设备 ，用于量产条件下双面电池 及组件的检测。据 Kopecek 提供的资料，光 伏模拟系统的重要软件提供商已准备好提供 相关支持 。随着这些重要问题的逐步解决 ， 双面技术步入其发展的黄金时代。 2.4 众多市场参与者 Taiyang News 参加了全球最大的光伏展 上海 SNEC 2017 展 ，一线组件制造商都在 其展位上展示了双面组件产品 ，厂商通常将 双面组件贴上 “新产品 ”的标签 。当然你也可 以在一些小厂商的展台上看到所展示的双面 组件 。事实上 ，投入 PERC 或其他先进电池 技术的各个电池厂商都在认真评估双面技术 或已将其部分产能投入双面电池的生产 。上 页表格列出了涉及双面电池发展的重要厂商 以及他们相应投入的双面技术。 PERC bifacial structure p-PERT n-PERT A l um i num re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid A lu m in u m / s ilv e re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid S ilv e r re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid n-PERC Heterojunction A l um i num r e a r c ont a c t g r i d F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid S ilv e r re ar c o n t ac t grid F ro n t c o n t ac t in g s ilv e r grid 双面发电的先进电池架构 全都是双面电池 每种先进电池原理上都是双面发电结构 ，此技术报告中重点介绍五种不同结构 电池的发展现状，p-PERC, p-PERT, n-PERT, n-PERC 及 HJT 异质结电池，见上图。 Source TaiyangNews 201710 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology 3. 双面电池技术 应用双面发电技术在不同技术层面都需 做出相应的改进 ，因此为了更好的介绍双面 发电技术 ，我们将分三个章节介绍该技术 ， 即电池、组件和系统。 当投入双面发电技术时 ，在电池层面可 选择的主要是目前三种可供量产的电池架 构HJT 异质结 、PERT（钝化发射极及 背面全部扩散）和 PERC（发射极及背面钝 化 ） 。基于所使用的材料以及生产设备的不 同 ，这些技术可以进一步的分类 （见第 9 页 配图 ） 。虽然 IBC 电池也具有双面发电性 ， 但该技术尚未进入量产阶段。 HJT、 PERT 和 PERC 的双面因子不同。 最有效的是 HJT 和 n-PERT 电池，其双面因 子超过 90。 其次是 ISC 开发的 IBC 电池， 其双面因子为约 80。而 PERC 双面因子 最低，约 70。 3.1 p 型双面电池 常规的 PERC 结构不支持双面发电 ，在 目前对其的生产中仍旧采用局部铝背场 BSF 结构 。然而 ，只需用印刷金属铝栅格结构代 替 BSF 铝背场 ，就可使 PERC 电池获得双 面发电能力 。就目前来说 ，这一简单改进是 成本最低也是应用最广泛的双面电池方案 。 因 PERC 电池基于目前主流的 p 型硅片，所 以吸引着越来越多的厂家转向 PERC 双面电 池 ，其中甚至包括了那些早期投入其他技术 路线的厂家。 事实上， 与从常规 BSF 升级至 PERC 电池相比 ，转到双面电池所需的额外 投入几乎可以忽略不计。 3.1.1 p-PERC 在具体介绍 PERC 电池双面化的细节 之前 ，我们先对 PERC 电池技术进行简单 扼要的介绍 。从概念上讲 ，PERC 就是在常 规电池结构上附加背面钝化工序 。PERC 工 与其他双面技术不同，PERC 已完全进入了量产阶段。世界一流的电池与组件制造商， 如 天合光 能 和晶澳已开始供应双面 PERC 组件，这些组件在上海 SNEC2017 展已经展出。 Source TaiyangNews 2017 Source TaiyangNews 2017Bifacial Solar Module Technology | TaiyangNews 11 艺流程涉及了背面钝化膜的沉积 ，以及对钝化膜进行 激光打孔 ，打开与背面电极接触的通道 。这是常规电 池工艺基础上所需附加的两个额外重要工序 。除此以 外 ，基于化学清洗设备的边缘隔绝工序需稍加改进 ， 以便用于背面抛光 。额外增加的钝化膜沉积设备以及 钝化膜激光开孔设备通常配置在常规电池产线后端 。 关于 PERC 电池加工及制造的详细资料请参阅我们 的 PERC 电池专刊 2017 ，您可从我们的网站 taiyangnews.com.cn 免费下载该报告。 从 PERC 转入双面结构的工作相当简单。不是背 面覆盖铝浆形成局部铝背场 BSF，而是采用铝浆在背 面印刷与正面类似的的细栅格 。此工艺需要使用与用 于铝背场不同的专用铝浆 。浆料生产商已开始提供适 用于 PERC 双面电池的铝浆配方 。该方法的一个优 势在于可以避免在电池背面使用银浆 ，而大部分其他 双面结构需要在电池正反两面都应用银浆 。将 PERC 升级为双面结构也需要对钝化膜中的氮化硅膜层以及 激光开孔部分做一些优化。 在 2015 年 EU PVSEC 会议上 ，德国太阳能研 究机构 ISFH 最近对其称之为 PERC 的双面 PERC 电池公布了一份评估报告 （ The PERC Cell A 21-Efficient Industrial Bifacial PERC Solar Cell, Authors T. Dullweber et al ） 。根据其报告 ，该双 面电池双面因子达到 80，即正面效率 20.8，背 面效率 16.7。该机构目前一直都致力于此技术的改 良， 已将正面效率提高至 21.6， 背面效率保持不变。 当投入 PERC 双面电池生产时 ，需要升级一些 硬件设备 ，特别要提高用于背面电极栅格的印刷设备 以及激光设备的精度 。最重要的一步是定位激光开孔 图样并将铝浆准确印刷入孔内 。这个难度并不太高 ， 每家电池厂商都可利用高精度丝网印刷机完成这一工 艺 。事实上 ，这些改进与其他电池技术所需做出的升 级相比可以几乎忽略不计 。 “早期的双面技术要求对 常规生产线进行大量的改造 ，但是 PERC 双面结构 工艺只需在常规 PERC 产线上稍作改进即可” ，隆基 的方洪斌博士告诉我们 。 隆基 是目前全球大的单晶硅 片制造商也是 PERC 电池的大力拥护者 ，该公司对 双面技术有着远大的发展计划 。隆基已将其 300MW 产能进行了升级优化 ，用于双面 PERC 电池的生产12 TaiyangNews | Bifacial Solar Module Technology （见第 29 页访谈 ） 。根据目前隆基提供的 资料 ，其量产 p-PERC 双面电池平均正面效 率为 21.3，反面效率为 16.5，双面因子 约 77。 其他几家已投入 PERC 电池生产的厂商 也正在加入双面电池生产的行列 。除了常规 PERC 电池之外 ， SolarWorld 也是早期应 用双面技术的厂商 。该公司在 2014 年完成 可行性研究之后 ，就开始了双面电池的规模 化制造进程， 向市场提供量产双面发电产品。 目前，SolarWorld 量产 PERC 电池稳定效率 的中位数为 21.6，试线平均效率为 22。 SolarWorld 技术主管 Holger Neuhaus 认为 效率的提升潜力在 24。SolarWorld 目前销 售的双面双玻组件功率为 290W，正面效率 17.2，双面发电增益 10 至 25。 晶澳 也被视为首批投入双面技术的光伏 厂家之一 。根据晶澳 CTO 单伟博士提供的 信息 ，该公司双面电池的正面效率与目前 常规 PERC 电池在同一水平 ，为 21，其 双面因子为 70，换算背面效率约 15。 在 SNEC 展上，晶澳展示了其一款新产品， 295W PERCIUM 单晶 60 片组件，其双面因 子高于 65（请查看第 10 页图） 天合光能 的双面产品最初是从 n-PERT 电池结构开始的 。天合光能的首席工程师陈 博士说 ，由于目前 n 型双面电池的成本相 对还是较高 ，该公司首先向市场提供基于 PERC 电池的双面组件 。他向我们透露 ，虽 然国内的客户主要寻求低成本产品 ，但该双 面组件在中国的市场上的反响很不错 。 “ 在 中国，PERC 双面电池是一个不错的选项”， 他说。天合光能运用其 PERC 双面技术在电 池正面获得效率 21.3 至 21.5， 背面效率 为 13 至 15。在 2017 年 SNEC 展期间， 该公司展示了其 285 至 300W 双面组件，其 最大效率为 18（请查看第 10 页图） 台湾领先电池厂商 NSP 公司也从早期 免费的双面发电红利 虽然可能有人说 ，p-PERC 的双面因子很低 ，介于 60 至 80 之间 ，但 随着 PERC 技术应用的日益普及 ，PERC 电池逐步成为新一代常规单晶电池技术 ，而将此类产品 升级为双面发电所需的成本几乎可以忽略不计。 多家厂商 p-PERC 电池的效率 16. 7 15 13. 8 16. 5 15 21. 6 21 21. 2 21. 3 21. 5 80 70 65 77 70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 9 0 100 0 5 10 15 20 25 I S F H R e s e a r ch 晶澳 N S P b i fi 2016 隆基 天合光能 B if a c ila ity E f f ic ie nc y 背面效率 正面效率 双面因子 Source TaiyangNews 2017