新闻
  • 新闻
  • 产品
  • 企业

当前位置:

德国弗劳恩霍夫物理学博士Dirk-Holger NEUHAUS:PERC电池发展与组件技术发展趋势

光伏电池组件  来源:北极星太阳能光伏网    2019/6/4 14:53:52  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:第十三届(2019)国际太阳能光伏与智慧能源(上海)论坛在沪火热进行中。6月4日光伏前沿技术主题论坛上,来自德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的物理学博士Dirk-Holger NEUHAUS带来了PERC电池发展与组件技术发展趋势分析。

以下为发言实录:

Dirk-Holger NEUHAUS:各位早上好!

今天我主要讲的是高效的硅太阳能电池和组件。我也会说到在工艺以及设备方面的情况,我选择这个话题,其实是想要强调我们设备的重要性,尤其在推动创新方面设备的重要性。我的演讲中第一部分会有一些市场的数据,是前面讲者已经提到过的,所以我们会讲讲当前市场的现状以及现在的技术,以及未来的技术趋势,同时跟大家讲讲PERC电池的发展,它的一些背景,以及为什么PERC电池变得越来越成功。另外在PERC电池之后,后续我们会有怎么样的技术方向,同时我们也会讲到很多组件的技术,也会给大家做一些介绍,包括未来这个领域组件方面技术发展的趋势。

这张图前面大家看到过了,这个是很令人印象深刻的,尤其是在蓝色这一部分,这一部分是我们的铝背面电池的技术,这在过去十年中一直保持主导的地位。橘黄色的部分是PERC的电池,还有一部分是PERL和PERT,主要是PERC的技术。这部分也是成为了主流的技术,我们也会看到有些小众的市场,包括异质结、IBC的技术,它是小众的市场,但是还是在稳定的增长和发展,所以未来也有很大的潜力。这将会变成主流,现在PERC日益赶上,大家都会问为什么?我们这边有众多概念,有一个概念成功,另外一个概念可能就不成功,为什么这样子?我觉得是三方面,和其他相比,PERC非常简单,有点像铝BSF技术,投资比较小,失效的风险比较低,所有的加工过程和铝BSF加工过程差不多。BSF里面也参与所有的这些,铝BSF技术是过去的趋势,所有的设备等等都可以继续使用,所以说PERC为什么能够成功,因为这是个新技术,它能利用老技术设备。

再看另外一点,我们讲到硅晶模块,电池效率不断上升。看这张图,过去几年效率的曲线图,从0.5到0.6,每年绝对效率得以提升。铝BSF技术已经到20%,到顶了,你想继续改进效率,需要新材料,之后就来了PERC,它高达24%,下一个是什么呢?我们就要去研究,很可能就是新的接触方法,我们还要继续研究。

PERC有什么特点呢?未来将会是钝化接触。右侧的图是正常的铝BSF,需要对它进行一定的改性,达到底部的PERC太阳能电池。这里面有不同创新想法,有的已经存在了很长时间,使得结构能够得以应用。首先PERC这个概念很早提出来了,20年前就提出来了PERC的概念。概念很早就有了,当然生产的工艺特别复杂,所以另外一点非常重要,就是创新,使这个工艺能够不断提升。比如说这边有激光的加工,得以使工具进行钝化,然后是多晶硅,还有氧化铝,另外一方面,我们很早观测到在背侧中间层可以反射光,光驻留,所以后面做得好,前面有一个选择性发射概念。以前都是磷、玻璃、激光掺杂等等,这些都是很多新技术,以前老技术要40个工序才能做成,因为新技术的发展,现在有8-10个工艺流程就能制造。

这概念存在了很多年,必须有设备才能生产这样的新技术产品,没有设备的开发,这个技术就无法成功生产,PERC电池就无法制造。这里面我展示了三个最重要的内容,一个是单面蚀刻,PERC后面抛光非常必要。它现在没有硝酸,而且现在做的比较好的是施密特和德国的公司,现在工装也比较大,他们做研发做的非常好,通过一侧就可以制造晶片,就使得它能够成功。第二点是钝化,要进行氧化,以前特别贵,现在开发了直接或远程PECVD,把这些元素进行钝化。一些公司大型的工具,一小时可以生产3000张硅片。第三是激光开口,涉及到发射器和接口,使用激光进行加工。

在这里我把序列再给大家看一下,这是加工序列,这是铝BSF的结构,左侧展示的是五大步骤,也非常简单。而在右侧就是额外要进行改性,比如说第三步,就是边缘隔离,有一个工具来进行处理这一点,选择性技术处理。第四进行后钝化,瓦斯烧制等等,也有公司使用再生技术,使后面更加稳定。工艺对比,右侧展示的是背侧额外加了几个步骤,有一个选择性,发射器,而且这个是用磷玻璃就能进行生产,很简单就把原来铝BSF的技术用在PERC生产上。左边的技术用了20年了,右侧WTIC非常复杂,因为本身生产都有难度。

PERC有其优势,如右侧所示,大家看到内部的量子效率,虚线和实线,看到电流在前面改进,用了一个选择性发射器,也用了这个吸收,在后侧减少光驻留、光捕获。这个就带来了非常高的电流,大家也可以看到,电压方面也有改进。它用了这样一个选择性发射器,把后侧也进行优化,所以前面的组合更简单,系统变得更强大,电子发射器和选择性发射器负荷减少,就出现了非常好的稳定电压。

再讲生产,我从Solarworld借鉴了一些数据,大家看到生产,曲线左侧基本上是铝BSF的水平,慢慢改进,改进的程度、效率就到顶了。再看2012年的时候,当时我们还是使用PERC,效率有了陡增,而且还能够继续提升,这是非常了不起的。所以说当时PERC做了第一个试点,使用了热氧化铝蒸发,当时一小时能生产4000个晶片,这时产量相对比较低。后来有了新的解决方案更容易,它们的结构没变,到2012年我们引入了PERC进行大批量生产,有单晶硅,Q-Cells公司也在进行单晶硅实验生产,这些技术基本上来自于同样一个研究所。所以说2012年不用做试点了,我们就用新的工艺。比如说真正的钝化,使用了PECVD,光开口,就LCO技术,也用了网板印刷,进行处理。大家都说,当时说PERC挺好的,我们也用了,说效率要达到20%就够了,是不是要继续开发?有没有必要?后来2015年就发布了PERC路线图,这个对工业太阳能电板进行定性,进行了模拟。我们看到,通过努力我们可以使它效率达到24%。2015年有一家公司就引入了双面PERC解决方案,以前见过,现在变得越来越主流,这个一调整,整个把它前后覆盖,然后把铝变成网格,进行后部钝化,进行厚度控制,然后是玻璃对玻璃,就可以获得背后额外的电流。

这就是一个路线图,前面提到过,这是一个非常重要的路线图。这就告诉我们我们路走对了,我们做了计算的时候,我们发现,电池的开发有不同技术,我们就关注了PERC这个技术,一家公司找对方向才能成功。

我们来看这些不同的内容,哪个才能改变未来,不能够太过于先进,我们要看不同策略方法的优点,然后选择了一条路。这条路它的斜率最高,可以达到最高的效率,这就需要进一步优化发射器,使用激光掺杂,蚀刻,后侧要进行更好的处理,我们需要改进材料,然后需要再生技术,然后从线接触到点层接触,再由金属化,多线设计等等。任何一家公司路线图都会去考量这些内容,当时我们就说咱们把这些要素放到模块当中,使用模块技术,使用多线技术,最后我们就能够达到非常高的功率,我们的确要走这条路,向这个方向迈进。

现实当中我们看到那条试行线,我们就想一步步来,向上推进。比如说2018年这个试点运营就停了,但是我们落实了很多内容。其实大家都在研究这些方向,这些要点,然后比如说从均质发射器到钝化发射器,从300微米到130微米线宽。这个让我们的发射器可以更好,这样我们的细栅数量就增加。通过正确使用数据,我们可以达到124的细栅,这是一开始我们都没有想象到的。

另外我们看到对于再生和规定方面,我们也需要能够有更多的提升空间,通过优化,但是要想到如何避免衰退。再过去一些年,我们已经采取了很多的措施,我们能够达到比较高的效率,所以这个也就是说23.2的得到实测定的数据。

我们刚刚讲到了PERC电池,包括双面的PERC,我们有这样的想法,是在2013年的时候想到的。现在我们也是希望能够把它推广,通过我们的产线进行实现,这其实是结合了不同的,包括电池片的技术和组件的技术。同时,通过这样的一些总结给我们带来真正的实际效果,也会给我们额外的5%-20%的增益,这当然是要取决于具体支架的高度、间距、反射率和双面率,这样可以得到不同的增益。

接下来在我们PERC电池发展之后有什么样的方向?当然我们对于PERC这块还有改善的空间,尤其是在钝化接触这方面,我们的多晶硅其实已经是存在很长的时间,已经有较久的历史了。其实在1985年的时候,就有了多晶硅,在1990年的时候,就对IBC电池使用了多晶硅的发射机,在2013年又实现了23.7%,差不多24%的水平,是隧道氧化成钝化接触的技术。

在这个上面看到我们的隧道氧化层钝化的接触,隧道氧化层,包括界面的钝化,还有氰化缺陷的钝化,就像这个结构上看到差不多是15微秒的时间,所以是非常成功。现在已经是在太阳能系统上使用了,不只说钝化的质量,以及我们的表面接触质量都是非常好。即便是在高的电压下面,我们可以看到它的好的表现,所以这就表明这是一个好的材料。

这里就不非常详细介绍了,但是我想强调的一点是,这是我们的针孔传输,或者是针孔的运输,是类似于传统的局部接触,在这张图上可以看到我们的N型的单晶硅25.8,N型的多晶硅22.3,N型的多晶硅在100平方厘米的面积下是24.5。

这是我们过去一些年效率提升的曲线,从2013-2019年效率提升的曲线,还包括工业化的产品效率曲线,这个方面虽然已经取得很好的成绩,但是还是需要有更多的改进。还包括选择性的接触,就是在正面和背面选择性的接触,这个是很重要的。

这上面还是我们的隧道氧化层的钝化接触,是非常复杂。如何从我们现有的PERC产线上进行升级呢?我们就需要,比如说从材料的,从正面以及背面的,包括我们的扩散,还有硼扩散,我们需要隧道氧化层,这样整个的结构就会变得非常复杂。

在设备层来讲,我们也是需要不断去推动设备的发展,很好的一点是,包括开路电压,以及填充的因素,这些在我们内部所做的对比和研究。具体是要看相应的配置,我觉得目前还没有完全做好这样的一些设备准备,最终我们相信能够有更多的设备优化,在我们组件的技术方面。

我们刚刚说到了电池片效率的发展,我们也想从组件的层面来看,比如说全切和半切的电池片,到电阻连接器的损耗。还有屏的带状到线的互联,到电阻细栅的损耗和光线,以及叠瓦到连接器的损耗和母线的遮挡。我们组件想要减少它的光学和电器的损耗,同时也是希望使电池片更小,细格也是在这上面给出了宽度,以及电池片的参数。

我们可以使用叠瓦组件钝化边缘,还有半切的电池片跟6条线进行互联,这个是没有边缘钝化的,这是可以得到最好的组件效率。组件的功率可以是半切电池片跟6条线进行互联,而没有边缘钝化,这样的话我们功率的增益是可以22.25瓦。在一开始的时候,我们想说的是在电池技术方面大家非常关注,但是我们组件的技术方面有很多的一些隐性冠军,可能大家忽略掉的。包括刚才说到的半切电池片,这些技术可以帮助我们提升电池的效率,从而可以对我们的组件带来好处。

电池的切片技术,这还包括相应的设备,这有叠瓦的工具,这是传戒的TT2A00的工具,这个工具是SWCT,也是智能线连接的一项技术,是低温焊接的,可以有8到24条线。

这就是给大家做的介绍,谢谢。

Armin ABERLE:非常感谢您的介绍,帮我们来介绍了发展的现状,以及未来的趋势,也是给我们介绍了20年的发展态势。大家有什么问题吗?

提问:我们也看到了氢能这一块。

Dirk-Holger NEUHAUS:其实我刚刚主要讲的是PERC,我想说的是PERC在未来,我们希望还有进一步的优化,但是工艺会变得越来越复杂,还是有进步改善的空间。对于硅制异质结可以有很高的效率,但是可能在初始的投资和成本方面要考虑的,这个是效率的角度来讲。或许我们两个方向都可以进行发展,也就是说两个技术是可以结合使用的,其他的方面都是差不多。

提问:非常感谢,我有一个问题,是关于互联的,也就是互联的技术。目前来讲你可能是比较推荐叠瓦还是多层的技术,你觉得哪个更好一点?

Dirk-Holger NEUHAUS:如果说想要有一个很高的组件功率,可能会选半切的半片电池,如果想要最高的效率,你可以选择叠瓦的技术。

提问:我有一个问题关于技术,我们隧道氧化层,知道IPECVD已经有在使用了,PECVD也是很快跟进,对于这个技术您怎么样的建议?

Dirk-Holger NEUHAUS:现在已经是有不错的发展了,我觉得PECVD更好,我在这块已经有20年的经验了,所以不错的。

(发言根据速记整理,未经本人审核)

投稿联系:陈女士 13693626116   QQ: 1831213786
邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@)
北极星太阳能光伏网声明:此资讯系转载自北极星电力网合作媒体或互联网其它网站,北极星太阳能光伏网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述。文章内容仅供参考。
热点关注
2.85GW光伏电站EPC 1.9GW组件开标价格参考

2.85GW光伏电站EPC 1.9GW组件开标价格参考

本文统计了9月至今日发布的共计2.85GW光伏电站EPC以及1.9GW组件开标信息。其中,EPC项目业主单位以国企/央企为主,这也从侧面反映出,在竞价及平价项目中,国有企业已经成为绝对的主力。具体来说,中广核603MW、广州发展410MW、中节能345MW、晋能集团220MW,中民投200MW、湖北能源集团190MW、华能180MW

--更多

新闻排行榜

今日

本周

本月

最新新闻
相关专题

关闭

重播

关闭

重播

关闭

关闭

本周热门关键词:

Email订阅最新光伏资讯

订阅