2018年中国光伏技术发展报告(4)

2019-08-03中国可再生能源学会光伏专业委员会

太阳能 2019年7期

■ 中国可再生能源学会光伏专业委员会

2.3.1.2 技术进展

2017年我国光伏企业在PERC 太阳电池效率方面屡创新高，具体如图16所示，隆基乐叶与晶科公司不断刷新PERC 太阳电池的世界纪录。2017年11月在徐州召开的第13 届中国太阳级硅及光伏发电研讨会上，隆基公司报道了其PERC 太阳电池的最高效率为23.26%，Voc为687.4 V，Isc为41.48 mA，FF为82.26%，面积为244.24 cm2。随后该效率很快被晶科超过，达到23.45%，但是晶科公司并未报道其详细的电池参数。虽然关于电池改进技术的细节未报道，但是从各个公司PERC 太阳电池的量产平均效率已达到21.5%左右这一数值可以判断，各个公司的实验室最高效率达到这样的纪录是可信的。实验室效率已突破23%的大关，令人们对PERC 太阳电池未来产业化效率的进一步提高充满期待。

图16 2017年报道的PERC 太阳电池世界纪录

PERC 太阳电池实验室效率已突破23%，但由于每种电池结构本身载流子复合的限制，提升PERC 太阳电池的效率需要采用多种附加的工艺技术[26]。德国的ISFH 和Fraunhofer 研究所对PERC 电池效率提升技术进行了细致的研究，认为在使用了多种新型技术之后，可以将PERC 太阳电池的最高效率提升到24%以上[27]。图17为ISFH 研究所提出的太阳电池效率提升路线图，图18给出了PERC 太阳电池的Voc和Jsc的提升路径。具体的技术提升措施包括：前后表面的选择性接触电极、更高纯度的硅片、掺硼的铝背场、多主栅技术、更细的细栅线(10 μm)等，这些措施并非很难实现，而且较易于导入大规模生产线中。

据预测，2018年可在实验室中出现效率达到24%的PERC 单晶硅太阳电池。澳大利亚新南威尔士大学(UNSW)的研究表明，进一步提高PERC 太阳电池效率需要增加背面接触扩散等技术，也就是采用PERL 电池结构技术。早在2008年，UNSW 的赵建华团队利用PERL 电池技术将PERL 电池实验室效率提升至25%，成为当时效率最高的晶体硅太阳电池。进一步提高太阳电池效率的途径是使用n 型硅片，而且采用非晶硅/晶体硅异质结技术，以提高开路电压。

已有公司在研究PERC 多晶硅太阳电池的规模化生产，如协鑫、英利、阿特斯等，主要使用黑硅多晶硅片叠加PERC 太阳电池工艺，其产业化平均转换效率约在19.6%～20.8%。英利制备的PERC 黑硅多晶硅太阳电池的产线平均效率已达20.04%，较常规铝背场多晶硅太阳电池效率提升了1.3%左右[28]。协鑫集成的PERC 黑硅多晶硅太阳电池的量产效率已达到20.8%。

图17 PERC 太阳电池效率提升路线图

图18 PERC 太阳电池Voc 和Jsc 提升路径

2.3.1.3 双面 PERC 技术

单面PERC 太阳电池正在向双面PERC 太阳电池的方向发展。2015年，德国SolarWorld 公司与ISFH 研究所合作，报道了它们研发的双面PERC 太阳电池的研究成果，其在电池背面使用了局部铝栅线，因而未被铝浆覆盖的部分可接收光照，从而实现双面发电，电池效率的双面率达到了65%[29]。双面PERC 太阳电池的结构如图19所示，在PERC 背表面钝化膜开口处使用铝金属电极，而在未开口的钝化区域透光，这样PERC 太阳电池也可以制备成双面受光结构，配以双玻组件封装，实现双面发电的功能。

图19 双面PERC 太阳电池(PERC+)示意图

图20显示了双面PERC 太阳电池正面效率、背面效率与双面率。从图中可以看出，双面PERC太阳电池的正面效率有所下降，这主要是由于其背表面的反射光有所下降，并且其背表面接触电阻的增加也降低了电池的填充因子。此外，产业化电池的背表面效率普遍在15%～16.5%之间，双面率在70%～80%之间，较n 型双面或HJT 电池低很多。究其原因主要是因为双面PERC 太阳电池的背表面使用铝作为接触电极，由于铝电极的电阻较高，需要比较宽的电极，通常在200～250 μm 之间，因此遮光率在30%～40%之间。

图20 p 型双面PERC 太阳电池正面效率、背面效率与双面率

从2016年起，我国光伏产业开始了双面PERC 太阳电池的研发及产业化。2017年，天合、隆基乐叶、晶澳等公司均推出了双面双玻PERC光伏组件产品，天合报道了290 Wp(60 片电池)左右的组件功率和68%的组件双面率；隆基乐叶报道了300 Wp左右的组件功率和75%的组件双面率；晶澳也在上海SNEC 展上展示了其295 Wp(60 片电池)和350 Wp(72 片电池)的产品。协鑫集成完成国内首家双面PERC 多晶硅光伏组件产品的认证，其双面率达到70%。

随着双面PERC 太阳电池的量产化，各个公司也对双面发电开展了大量的实证测试，由于双面发电的增益与安装方式、地域、地面的反射情况等密切相关，导致其背表面发电的增益并不能十分确定，因此其所带来的经济效益还需要经过实证。在这方面，隆基乐叶与晶澳均进行了不同地域和不同地面状况的实验。隆基乐叶将采用双面PERC 太阳电池(Hi-Mo2)的光伏组件与BSF 的单面单晶硅光伏组件进行了发电量比较，如图21所示。在2 个月的时间中，双面PERC光伏组件发电量比单面单晶硅光伏组件增加了12.04%。晶澳公司也报道了其采用双面PERC 太阳电池的电站的发电量比采用常规单晶硅太阳电池的增益10%左右。

尽管目前p 型双面PERC 太阳电池的双面率远低于n 型双面PERT 太阳电池，但就PERC 技术而言，双面PERC 现有工艺都能够与之完全兼容，很容易从单面结构升级到双面结构，p 型双面PERC 太阳电池是PERC 太阳太阳电池的发展方向，预计2018年将得到快速发展。(待续)