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群雄逐鹿的PERC市场,何以制胜?

中国储能网讯:随着国家政策指向及市场需求对于电池效率提出了越来越高的要求,高效电池技术受到的关注度进一步提升。其中PERC(Passivated Emitterand RearCell)电池最早起源于上世纪八十年代,1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率。到了1999年其实验室研究的PERC电池创造了转换效率25%的世界纪录,由此获得了世界范围内的广泛关注。

经过二十多年的发展,随着沉积AlOx产业化制备技术和设备的成熟,加上激光技术的引入,PERC技术开始逐步走向产业化,已然成为了下一代主流量产电池技术的最有力竞争者。PERC电池具有明显的性能和成本优势,它能与现有电池、组件的产线良好兼容,同时获得1%左右的效率提升,成为首个获得大规模商业化突破的高效电池技术。国内正大力推行的领跑者计划,对于PERC技术也格外青睐,也正因为如此,越来越多的企业加入到研发、生产PERC电池的大军之中,希望在这一波大潮之中抢占自己的一席之地。

群雄争霸的格局

《PERC电池专刊2017》资料显示,随着价值链中浆料、设备供应商到电池制造商的全力推进,PERC技术正在不断向前发展。迄今为止最高效率是17年前悉尼UNSW大学的MartinGreen创造的,他在小型实验室制备的PERC电池效率为25%。许多电池制造商在单晶PERC电池方面已经超越了21%的效率水平。在批量生产中达到22%的水平已经指日可待。

据了解,SolarWorld的五主栅PERC电池获得21.6%的中值稳定电池效率。该公司有一条产能为25兆瓦的试验线,主要用于新工艺的评估。在该试验生产线上,这家德国公司获得的平均效率为22%。中利腾晖也专注于单晶电池的大规模生产,该公司表示其平均效率为21.1%,而单晶电池的最佳效率为21.3%,多晶硅电池的效率最高为19.6%。正泰太阳能表示,其最佳多晶硅电池的效率为20.2%,而平均效率为19.7%。无锡尚德给出的最佳效率分别为单晶21.3%以及多晶20%。位于无锡的该公司单晶量产平均效率为21%,多晶量产的平均测试数据为19.7%。台湾的太极能源科技达到的最佳PERC电池效率为21.4%,平均效率为21.1%。

MeyerBurger称其客户获得的最佳单晶效率达到22%,多晶达到21%。至于平均效率水平,该公司表示多晶效率区间在19.5%至20.5%之间,单晶效率区间明显更高,达到20.8%至21.5%。Centrotherm称其客户取得的最佳效率为22.1%,在量产中取得的平均效率约为21%,同时采用选择性发射极技术的电池达到了21.4%的效率。6月份在慕尼黑举行的2016第32届EUPVSEC大会上,SoLayTec在其报告中宣称,通过优化氮化硅覆盖层,将抛光深度从1~2μm提高到3~4μm,并将发射极薄层电阻从约78+/-3ohms/sq提高到95+/-5ohms/sq,得到了21.1%的最佳PERC电池效率。

理想能源表示,其客户晋能(Jinergy)使用其氧化铝沉积设备获得了21.34%的最高PERC电池效率。其设备作为生产线的组成部分,所加工电池的平均效率分别为单晶21%,多晶19%。

晶科2017年单晶PERC电池路线图,目前量产平均效率大于21%,组件平均功率达295W,最大功率达305W。2020年目标,电池效率近22%,组件功率平均大于310W,最大功率320W,现研发单晶组件功率已达344W。

到目前为止,天合的PERC电池世界冠军效率为22.61%。天合光能量产P型双面PERC组件正面效率达到21.2%,背面效率为12.5%。双面PERC组件采用双玻封装,正面功率为283W至295W。双面PERC组件在人工草皮场景下实测每瓦发电量比单面PERC双玻组件高5.5%。此外,在模拟高反射率地表场景中发电量比单面PERC组件可提升25%。

在隆基乐叶的PERC路线图中,单晶PERC电池实验室效率稍高于22%,预计2017年底效率达到22.5%;双面单晶PERC电池效率正面在21.8%以上,背面做到17.8%左右,双面性接近80%,甚至会超过80%。在未来的三到五年之内,单晶PERC电池的效率可以达到23.6%。

产能蓄势爆发

最初认为PERC将只限于几条高效率生产线的人发现自己错了。该技术正在成为新增产能与现存产能升级的平台。似乎每个单晶制造商的扩产都下注在PERC上,毫无疑问这也对单晶硅片起了推动作用。即使曾专注于多晶的全球硅片龙头企业GCL,也已经开始投产单晶硅片。SolarWorld就是一家全心投入单晶以及PERC的公司,并且正在全面转向新兴技术。原因之一是该公司对PERC电池有着长期生产经验。SolarWorld于2004年就已开始尝试采用该技术,于2008年开始在100兆瓦试点生产线上采用电介质背面钝化、激光和蒸发铝背面接触技术。之后转入400MW量产线,采用背面及正面介质层钝化、激光开口、丝网印刷铝背电场和选择性发射极。其后SolarWorld的常规生产线全面升级为PERC。

目前,SolarWorld已安装的PERC产能为1.1GW,并且正在进行全面升级总量为1.6GWPERC产能的工作。生产成本是促使SolarWorld做此决定的另一个原因。其生产基地位于德国及美国,生产成本高于中国竞争对手。中国的竞争者们具有更好的规模优势(这些公司往往规模巨大),并且拥有更好的材料供应商渠道(目前大部分材料供应商都在中国进行生产)。在光伏组件可作为高效率优质产品出售的同时,投入PERC制造的设备资本支出能被快速摊销,每瓦的制造成本也将降低。台湾新日光能源(NSP)转向单晶的背后也隐藏着类似的原因。除了SolarWorld之外,台湾的旭泓全球光电(SunriseGlobal)、韩华QCells和REC是最早在量产中采用PERC技术的公司。隆基是PERC俱乐部的一位新成员,最近投入生产PERC电池,拥有1.1GW的装机容量。

《PERC电池专刊2017》预估,截至2016年底,PERC产线全球装机产能约13.4GW,基于许多工厂还在安装试机阶段,我们估计2016年实际产量约为7.9GW。PERC的产能扩张仍在继续,到2017年底将达到接近20GW的产线装机容量,届时PERC电池产量将达到约14GW。

群雄逐鹿的PERC市场,何以制胜?

图表来源:《PERC电池专刊2017》

潜力如何挖掘?

中国科学院微电子研究所主任贾锐认为,PERC电池器件结构的设计,对电子和空穴的输运有着显著的影响。这个显著的影响会影响到PERC的开路电压、短路电流、填充因子和效率。合理电池结构的设计可以有效的提升效率,并且降低工艺的成本。PERC电池效率的提升需要降低电子和空穴的输运损失、光学损失和复合损失。

PERC的发展也有金属化浆料的功劳。铝浆配方得到了显著改善。据ISFH研究所Dullweber先生的介绍,铝浆的性能在五年前尚有诸多缺陷,如合金工艺、共晶组成,BSF构成以及背面颗粒的形成。而现在,所有这些问题都得到了大幅改善。正面接触银浆方面也是如此。除了开发适合高电阻发射极的配方外,浆料制造商也在持续研发新的产品,满足PERC电池对较低工艺温度的特殊要求。目前已有的可运用于量产的再生方案足以解决单晶的LID问题,增强了电池制造商扩大单晶PERC产能的信心。汇流条技术的改进,增加主栅数量等,都有助于PERC的发展。所有这一切使得PERC技术得以迅速扩张。目前光伏产业针对PERC所进行的深入研究,将令PERC技术进入一个新的阶段。

中国科学院电工研究所太阳电池研究部主任王文静研究认为,单晶PERC电池的衰减高于单晶BSF电池,其原因主要是由于B-O对导致的,目前已经通过光照退火成功抑制。多晶PERC电池的衰减表现为与温度相关的LeTID,其原因仍不明朗,但是似乎与多晶硅中过多的金属离子有关。目前已经找到抑制LeTID的途径,包括高温、高光强辐照,但是其大规模应用还具有挑战性。对于多晶PERC电池的衰减原因,业界也正不断深入探索。

武汉帝尔激光科技股份有限公司董事长李志刚也认为,PERC电池衰减的问题,曾经困扰光伏产业相当长的时间,现在正慢慢得到解决。他提出,用激光的方式,整形得到几百个太阳的光强,来修复单晶PERC电池,效率会得到0.1%左右的提升。在20个小时之后,衰减就比较平缓,激光处理后的光衰幅度会很低,大部分在0.5%的水平。但是在多晶部分,目前还没有非常理想的解决方案,主要受硅片材料影响,光衰后效率分布差异较大,激光处理后光衰在0.5%-2%,正在开发新激光方案来进一步改善处理效果。

目前,PERC电池已然成为了众多晶硅电池厂家的新宠,技术成熟度越来越高,同时关键设备的国产化进程也逐步加快。PERC电池的成本稳步下降,进步令人欣喜,当然问题依然存在:首先在氧化铝沉积设备上,梅耶伯格的板式PECVD可谓一家独大,然而其维护成本高,TMA消耗量大,同时薄膜质量提升空间较小;而ALD设备目前呈现百家争鸣的态势,国内设备厂商也强势加入战局,然而目前尚未有一家设备久经市场考验,沉积速率、沉积质量、开机率等多方面的矛盾仍亟待改进。

双面PERC的加入

在2015年,SolarWorld与其合作研究结构ISFH报道了双面PERC(PERC+)产品,其电池背面使用了局部铝栅线,取得了与单面电池相当的正面转换效率,双面率达到65%。相比之前出现的双面电池,没有使用高成本的银栅线与N型硅片,也没有背面扩散环节,电池成本与单面PERC电池成本相当,展现出非常好的应用前景。

群雄逐鹿的PERC市场,何以制胜?

2017年初,天合、隆基乐叶、晶澳均推出了双面双玻PERC组件,天合报道了290W(60片电池)左右的组件功率和68%的组件双面率;隆基乐叶更实现了300W左右的组件功率和75%的组件双面率;晶澳也在SNEC上展示了295W(60片)和350W(72片)的产品。

目前,相关产品经过一定时间的户外实证,确实表现出可观的发电增益:

群雄逐鹿的PERC市场,何以制胜?

天合光能的双面组件在17年2~4月在草地、沙地和白板的地面反射条件下相对常规组件可分别多发电5.2%、10.79%、21.9%;配合跟踪支架则多发电结果变为10.57%、24.42%、33.2%。发现双面PERC组件配合跟踪支架可实现1+12的效果。

隆基乐叶在草和土的混合地面条件下,在组件安装高度1.3米时,在17年5~6月双面PERC组件相对常规单晶多发电比例为12%。而在库布奇336kW的客户项目中,双面组件配合跟踪支架在6~8月实现了40%左右的发电量提升(相对常规多晶)。

群雄逐鹿的PERC市场,何以制胜?

因此,我们预计双面PERC技术将促使PERC技术更快得替换传统BSF电池,并使得单晶路线获得对于多晶路线的极大优势。

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