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高效PERC电池片效率持续提升,未来3-5年将占据主要市场空间

发布时间:2019-07-12  来源:立鼎产业研究网  点击量: 543 

光学损失和电学损失是晶体硅太阳能电池片效率损失的主要原因。光学损失主要分为三个途径:①光子能量小于电池吸收层禁带宽度,直接穿透造成损失;②光子能量大于电池吸收层禁带宽度导致能量损失;③光生载流子电荷分离和运输中的损失。电学损失主要分为两个部分:④半导体材料与金属电极接触处,电压降低,导致损失;⑤材料缺陷导致光生载流子在运输过程中的损失。降低光学损失的主要途径包括利用前表面绒面结构、安装减反射膜等技术,减少电学损失主要包括提高硅片质量、改善PN 结形成技术等。采用PERC技术的的晶体硅太阳能电池具备背表面钝化优势,可提升约1.2%左右的光电转换效率。

PERC 技术,即钝化发射极和背面电池技术,与常规电池最大的区别在于PERC 电池片在电池背表面制作钝化层,采用局域金属接触,大大降低被表面复合速度,同时提升背表面的光反射,可将光电转换效率从20.3%提升至21.5%以上。

采用PERC 结构的晶体硅太阳能电池新增设备少,新增投资低。PERC 生产只需在普通光伏电池片生产流程中添加两项主要的生产流程:背钝化工艺和激光刻槽工艺。背钝化工艺在电池片背表面生成一层氧化铝膜,实现钝化。激光开槽工艺通过对被表面生长的叠层膜定向开空,实现更好的弱光反应和更高的光电转换效率。PERC 技术一般只需在普通电池生产线基础上增加少量设备,新增设备投资低。

电池片效率损失可分为光学损失和电学损失


资料来源:公开资料

单面PERC 通过添加电介质钝化层提高转换效率


资料来源:公开资料

在单晶P PERC 基础上叠加激光SE 工艺可使得光伏电池片量产平均效率提升约0.2~0.3%SE 技术通过在金属栅线与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂,在电池外部分进行低浓度掺杂的方式,降低硅片与电池之间的接触电阻,同时实现了提升电压和降低电阻,提升了电池片的效率。

金属穿孔卷绕技术(MWT)可提升光电转换效率约0.4%MWT 技术用以制备背接触MWT 电池,该技术采用激光打孔、背面布线的技术消除正面电极的主栅线,正面电极细栅线搜集的电流通过孔洞中的银浆引到背面,这样电池的正负电极点都分布在电池片的背面,有效减少了正面栅线的遮光,提高了光电转化效率,同时降低了银浆的耗量和金属电极-发射极界面的载流子复合损失。和常规组件相比,MWT电池制造省去了复杂的高温焊接过程,更容易实现自动化和更高产能,降低破片率。

P 型硅基 MWT 电池基本工艺流程


资料来源:公开资料

受益于产业链技术迭代,PERC 电池片产能持续走高,发展潜力巨大。自2016 年起,我国高效PERC电池产能快速增加,一年内产能从9.38GW 快速增长至26.81GW18 年底则达到55.79GW。至2018 年,国内单晶电池生产几乎全部采用PERC 工艺,电池片量产平均效率达到21.5%以上;多晶硅PERC 进入产业化阶段,电池片量产平均效率为20.6%。应用PERC 技术后,产品质保期也从过去20 年提升至25 年甚至30 年以上。

9 家企业PERC 电池年产能大于3GW,合计达39.2GW,占2018 PERC 总产能的65.6%


资料来源:公开资料

全球电池片技术的迭代主要呈现出两条主线,一为在PERC 基础上进行持续工艺改进,二为颠覆PERC 工艺的HIT 电池,鉴于HIT 电池成本较高,未来3-5 PERC 电池仍将占据较大的市场空间。脱胎于PERC PERL PERT 电池片可进一步提高单晶硅电池片效率。HIT 电池片即异质结电池片,相比传统单晶硅具有能量转化效率高、低温制造工艺简单、温度系数低等优势。N PERT HIT 型电池潜力广阔,工艺更为复杂。NPERT HIT 型电池具备双面发电特性,目前,HIT 电池转换效率已达26%,但发电成本仍远高于PERC 发电成本。随着PERC 光电转换效率不断突破,现阶段N PERT HIT 型电池的研发与应用受到限制。同时,BSF 电池仍占据大部分市场份额,随着新技术的发展其占比将逐年减少。因此,未来3-5 PERC 电池仍将占据较大的市场空间。

PERC 电池片的工艺持续改进


资料来源:公开资料

HIT 可实现双面发电,能量转换效率达26%


资料来源:公开资料

各种电池技术市场占比及预测


资料来源: 中国光伏产业发展路线图(2018 年版)

高效太阳能电池激光加工设备的市场总量有望超过58 亿元。根据PV Infolink 研究报告,至2021 年,全球光伏电池产能将达到约187GW,其中PERC 电池产能预计约为126GW 左右,占比约67%SE 技术具有与电池片产线兼容强的优势,能给PERC 电池片发展带来更多上升的空间,至2021 年预计将有110GW 左右的电池产能将搭载SE 工艺,因此PERCSE 高效太阳能电池工艺对应的激光加工设备市场容量合计超过38 亿元。加上MWTLID/R、半片、叠瓦、扩硼等高效太阳能电池工艺,高效太阳能电池激光加工设备的市场总量有望超过58 亿元,市场空间广阔。

标签:PERC

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