【2017PVCEC】晶体硅产业技术面临技术升级 PERC电池未来或将失败于光衰问题

2017年10月17日-19日，2017中国光伏大会暨展览会(PVCEC2017)在北京隆重召开。在18日上午的创新剧场【新型电池&组件技术】论坛上中国科学院电工研究所研究室主任，研究员王文静在主题演讲“晶体硅产业技术面临技术升级”中表示，PERC电池的效率可在2018年升到21.5%，PERC多晶硅性价比的问题将影响其产业化，N型PERT电池在成本上无法与P型PERC电池竞争，在效率、双面发电等方面受到HIT电池的挤压，在下风中很难生存。如果PERC电池将来失败的话，一定会出在光衰问题上。

以下为演讲实录：

王文静：谢谢各位，今天在这个场合，我来介绍一下光伏产业面临技术升级，我们看一下最近这些年它整个光伏产业在技术的发展上非常热，因为很多种技术都进来了，我们说一种太阳电池如果能够大规模的应用，它一定要有三个腿来支撑，就像一个凳子一样，有三个腿来支撑，一个是效率，第二个是成本，第三个是寿命，只有三个方面加在一起都很强，这种电池才能真正大规模在产业上应用。我们看中间这个就是常规的晶体硅电池，它现在最起码到目前为止它在效率、成本和寿命方面都是最强的，以前曾经热过一阵的非晶硅，但是它的问题在于效率比较低，当时只有6%到10%，还有一个问题有严重的衰减，衰减百分之二三十，寿命也是它的短板，所以这种非晶硅就慢慢退出历史舞台。V族电池那么高的成本只能用在航天上，用在特殊的聚光跟踪的系统，我们现在只有晶体硅同时具备三种方面，现在碲化铬它同时也具有三种优势，组件到15%、16%比较高了，但是它的寿命也可以，它的问题就是成本是否能够在未来具有竞争性，这个在国内也有几家大企业在同时上，现在大家也在拭目以待。

我们刚才说了三项中效率、成本和寿命，我们看实际上效率提高是非常重要的一点，效率的提高同时可以降低成本，我们看这个是一个什么呢?这是比较早了，美国一个公司做的一个成本和收益，这个收益是LCOE(注：平均化度电成本)，就是电站的分析，从这张图的坐标，横坐标是组件在现场所谓的价格，也就是说用每平方米多少美元来横坐标计算，纵坐标就是这个电站发电的成本，效率是黑线，6%、9%、14%、25%、29%，是个等效率线。还有一些是组件的价格，还可以用每瓦来算，比如黄线，黄线每瓦2.4美元，从这儿来看，因为我们一般来讲，中国有的时候它做组件销售的人，或者做电池的生产者，它主要关注的是每瓦多少成本，但实际上真正的要想在实际上应用能赚多少钱的话，是电站能发出多少电来，每度电多少成本，就是纵坐标LCOE是电站的运营者最关注的。比如说那根黄线，假如每瓦1块9美元，效率6%，价格仍旧是1.9美元，那么度电成本是15美分，但是如果效率达到25%，同样价格是每瓦1.9美元，度电成本只要到9美分就够了，所以从这个图上来看，如果你售价一样，一定是效率越高，成本越低。从底下这张图表可以看出一些计算出来的数据，举了四种电池，高效的19.5%、14%、10%、低效薄膜的，像非晶硅6%。如果度电成本达到10.7美元，从这儿来看，如果你要高效的话，就允许它每瓦销售可以达到2.2元，2.2元就可以达到度电成本了，但是低效薄弱的就必须是0.44美分，每瓦组件必须0.44美元的时候，你才能达到，显然要求价格下降很多。再看6美分，假如19.5%高效组件，低效组件达不到，这个组件白给我，也达不到这个度电成本，所以低效就意味着发电的度电成本的增高，当然这里头很多问题了。你要详细从技术上来说，但是数学模型是这样的结果，所以高效在度电成本来说是降低了成本。

所以我们说提高效率有几个方面，一个是提高效率有可能成本也要提高，因为你增加工艺了，增加新材料了。第二个假如你能提高效率，同时能维持度电成本，这个更好了，所以你要提高效率增加成本，有可能增加LCOE，如果你要更好的情况下提高效率，同时电池成本还下降，那你就可以降低，另外我们看降低成本，假如你降低了成本，比如这个电池，把成本降下来了，但是效率还不变，不下降，这个时候它一定能降低电站的度电成本，LCOE，另外假如降低了成本，把效率也降下来了，可能维持或者增加LCOE，另外我们看各个成本和寿命之间的关系，我们看太阳电池现在面临非常大的技术进步，技术进步的第一个层级就是各个企业在提高电池效率，然后降低组件成本、延长寿命，就这三点，这只是说最低的第一个层次，第二个层次的技术进步，就是要在提高效率的时候，还不降低成本，成本不上升，这个是第一。第二你要降低成本，同时效率还不能下降，第三个你延长寿命，还不影响成本和效率，所以这个层次就难度比那个大点了，比如说PERC电池做了，但是你可能增加了一部分成本，这个只是说第一部分，假如你PERC电池把效率提高了，同时能把它成本降下来，那么这个你的水平就高很多，在企业最起码盈利水平高了，在企业竞争力，整个市场的定位就提高了很多，但是最终目标所有努力的方向都是降低电站成本，度电成本。

现在太阳电池整个技术的进步我们可以分成两种类型的技术进步，第一种就是渐进式的技术进步，就是它整个生产设备的格局基本的概念，比如说扩散等等，这些不变的情况下，我们在逐渐的改进它的设备，改进它的结构，以及改进它的原材料，最后效率一步一步提高，这个就是右边的所谓建制式的创新。比如说原来现在大部分用的是叫所谓铝贝厂，这个就变成了PERC，如果把PERC变成空型，变成离子注入，再变成正面扩散，相当于基本的扩散基本结构不太变化，这就变成了n型的PERC，你把它用成三氧化铝，再用点多晶硅，再一乘积，这个意思是差不多，就变成了Topcon，种类也是差不多的，所以这个我们称为渐进式变化，这个电池效率在逐步提高。还有一个我们说所谓革命性的变化，这个革命不能说特别伟大的意义上革命，就是这个变化比传统的设备要变化很多，整个设备要大规模更换，一个IBC，一个HGT，它把前边电机全部取消，全面背面用一层n型P型，就是把一个立体双机气件，所以它的结构有个巨大的变化，所以我们说这有一些革命性的。另外就是HIT，它是把完全偏节变成了非晶硅的模式，所以整个沉积做ITO电极都是完全不一样的。另外异质结，我认为在未来很有发展前途呢，因为异质结用了两种不同宽度的半导体，这个实际上是突破了原来同质结半导体的极限，这里做了一个结构上的革命，原来同质结半导体，所谓理论极限最高到30%，为什么?因为它的偏结的紧带是一样的，一下拉宽了以后，在原理上应该突破原来的同质偏结，所以是一个大的变革，同质结随便一做120、130，同质结想做700多的开压几乎是不可能的，所以我们就认为异质结实际潜力很大，但是现在遇到很问题，比如动画、表面有问题，但是这些东西都是可以解决的，所以异质结电池，我认为它是带有一些革命性，能突破理论极限的技术，所以未来空间是很大的。将来把这两个电池结合在一块，把异质结电池也把它正表面完全取消，这就很容易形成所谓HBC，就是异质结被接触，所以这个就是它整个现在技术革新的整个情况。

为什么我们说异质结HBC它是一个很大的进步呢?将来可能成为最终的晶体硅太阳能电池的方向，它既结合了异质结电池的高开压，同时结合了IBC电池的大电流，原来异质结开压很高，但电流不高，所以把它们俩结合以后，人们在思想上有所变化，而且现在它的效率是最高的，今年的26.6%，在实验室阶段确实证明了它未来的潜力。现在这几种电池，都有很多的报道，现在最流行的PERC电池，这个是差不多的，可能有一些最先进国内或者国际的企业能到21.5%、21.4%，但是实验室效率更高了22%，比常规电池的效率高很多了，PERT电池也在21%，IBC还不是很多，还没有太高，但是三阳已经到23%左右。

这就是我们从最上面的所谓(里贝厂)电池配出来的新型电池，我认为目前产业化或者最好的一个是HIT，还有一个PERC，n型双面也有很多，但是还有一个挑战。这几种电池实际你要看一下它的工艺难度，常规电池基本难度都没有了，PERC电池现在有三氧化铝合激光开槽，从设备和技术工艺上没有太大变化，但是比常规电池多了两道工序，n型电池实际上也是七道工序，但是多了两个问题，一个多了扩硼，现在它的成本高于PERC很多，因为扩硼工艺虽然说已经解决了，但实际上扩硼的难度非常大的，第一离子注入硼是很难的，因为硼的原子是很轻，打不进去，2016年光伏会议上，欧洲我统计了一下六七种方案就是如何把硼掺进去，比如说它的温度高，另外一个它对管的腐蚀，因为硼很容易粘片、粘管，而且你这一降温以后，玻璃管发脆，所以它影响了扩散炉的寿命。另外还有很多问题，所以扩硼的难度还是比较大的。

像离子注也不行，好多都想把硼弄进去，但是难度非常大，离子入磷问题不太大，主要是成本比较高，其他的在用镀三氧化铝，前两面如果用三氧化铝的话，如果用现在的话设备成本可能比较高，所以现在来讲，不管如何，你效率怎么着，它的成本高，比PERC高，但是反映出来的效率并不比PERC高多少，很有可能被HIT挤过来，它的效率跟HIT效率差不多，甚至HIT在国内产业化大规模推广以后，HIT还会更高，此外HIT的工艺步骤短，4个步骤，所以短就是最好，你工艺短，你所受的影响就少，你的控制能力就高，所以HIT当然它的表面动画还有一点问题，但是它的透明导电磨都不是问题，所以将来解决好它的动画这个问题，它的HIT就没有太大的问题，所以从这儿来看，实际上n型双面电池受到来自PERT电池和HIT电池两方面的挤压，从效率HIT高，在降本可以挤压n型双面电池的空间，PERC电池效率差不多，但是成本低，所以n型双面电池受到这两方面的挤压以后，将来可能要必须寻找自己的突破，比如将来效率能不能进一步提高22%，这也是他面临的问题。

我们做了一些比较，从这儿来看，几种电池不一样，像PERC和常规都可以多晶单晶，但是其他几个n形都是单晶，硼搀杂是最难的，这边是镀非晶硅是最大，双面发电三种都可以，但是n型PERC电池只能达到60%到70%，其他可以大于90%，另外从成本方面，当然现在里倍厂最低，HIT最高，但是次序随着时间产业的发展会颠倒，完成一个变化。衰减现在发现就是n型电池最大的优势，就是它的衰减没有，PERC电池现在衰减最多，所以现在国外也集中大量的力量来解决它的衰减，如果将来PERC电池过了一段时间又衰减下来。综合评价里倍厂现在已经基本达到瓶颈，很难再进一步提高了，现在这么多的产能，大家陷入一种竞争，所以有可能出现一个很残酷的低价竞争，这种低价竞争造成这些企业生存困难，所以这个是里贝厂，所以现在可能问题不大，但是未来这个问题可能是PERC电池所面临必须急需解决的问题，n型PERT的问题空间受到两侧的挤压，两个红的东西的挤压，HIT现在也是无光、双面发面的潜力还是比较大的，主要任务是降本。

这个是一个产能的预测，2017年认为可能今年要建20GW，这是很多公司大部分在单晶PERC做，也有在多晶PERC方面，PERC电池的成本下降，你们看2015年开始的时候，单晶PERC和多晶的常规电池，绿线之间的价格差还是很大，看到2016年9月价格差就缩小了很多，我相信最近这一段时间它的价格差，随着规模的扩大，价格差会进一步缩小。PERC电池光衰遇到机遇的挑战，如何降低成本，比如TMA用一些更低价更稳定的替代，三氧化铝浆料的改进，我不用镀膜了，如何进一步提高效率，把硅片质量提得更高，包括它和SE的结合，包括和MW的体和，进一步提升发电，挑战一个光衰，第二LETID，所以它进一步降低硅片金属含量也是很重要的，刚才讲的是PERC，这两种技术稍微介绍一下，这是HIT，HIT现在已经建成四五百兆，马上今年年底就要开始安装了，理想老总正在加班加点的去为600兆瓦做设备。它的设备已经有很多企业可以提供设备的解决方案，另外我们说HIT现在有一个很大的变化，最早创新模式是三阳一家，三阳它的设备供应商都是有限的，就是几家日本的供应商给它供应，我们认为它的工业基础基于日本的制造业，但是现在不同了，中心是将来想建生产线的企业这么多，先是现在每一个设备，像PCVD、PVD，还有植绒、浆料，都有很多的设备商和材料商来给它供货，这么多企业靠全世界的工业基础，靠中国的大规模生产降本能力，HIT一定能把成本降下来，效率不是问题，但是成本是一个降低的问题，在新的创新模式和产业化模式带动下，效率肯定会提高的。1995年到2015年，20年三洋公司把HIT做到23%，但是这些公司在短短几年内，我们觉得可能有它的基础，但是其他公司在三年内可以把这个提高到22%，所以这个在提高效率和降低成本是大有前途的。

另外它的设备现在热丝有PE还有LPVD都可以做，降低成本技术路线，扩大生产规模，建设完整的产业配套体系，包括设备、原材料国产化，全自动化、智能化，将本的专项技术。比如说现在这是一个曲线，最早的时候将近一百美元一瓦，最早在70年的时候，一瓦电池组件一百美元，降到今天0.4美元一瓦，始终遵循着所谓的学习曲线，产能越大成本越高，这基本上是一个直线，你说HIT也好，PERC也好，一定能把产能拉上来，形成所谓的过剩，这种过剩造成竞争，竞争造成讲价，整个设备国产化，现在完全可以国产化、自动化，我看了有一家基本上都不用人，中间的传递全部是机械化，自动化现在第一可以全国产的设备，第二可以全自动的无人，现在出现了黑灯车间，就是全自动的分装线。还有设备，像RENA清洗机，现在一百兆瓦只要二十多万，另外金刚线也是降低常规电池的，污染少、废液处理少，正式由于单晶硅实现金刚线的切割，所以单晶硅的价格下降的很厉害，前面有段时间多晶硅叫命悬一线，命悬在金刚线上，但是现在解决了。但是所谓预测是有点失效，它原来预测2017年百分之七八十还是多晶硅，还是常规电池切割，但是现在实际上认为可能2017年甚至2018年可能基本上大部分多晶硅切割全部改成金刚线了。

PERC电池也可以做成双面的，像Solar World可以做成双面的，大概百分之六七十左右，像东洋铝不用激光开槽了，台湾益通不用PCVD了，如果这俩一加上，PERC电池在设备上和常规电池没有任何差别，如果这两个实现，PERC成本应该逼迫常规电池，我们主要的衰减就是PERC电池的衰减在于两种，一种硼衰减，第二个单晶和多晶都存在，第三个光衰也有一些方法，在这个之外有两个公司宣布无衰减的PERC电池，也是大家其他企业如何把这个技术找出来，引到自己生产线的重要步骤，这就是Q-cell，实际现在最新的研究结果2017年发表的，单晶硅PERC电池也有辅助衰减。

结论，常规BSF电池现在是无路高攀，它再把效率进一步提升，没有太多的思路，现在运营黑硅，但是黑硅的问题还有很多，第三个PERC电池的效率可在2018年升到21.5，这个看来问题不大，PERC多晶硅性价比的问题将影响其产业化，就是它的设备都是跟单晶一样，但是提升的量并不大，N型PERT电池在成本上无法与P型PERC电池竞争，在效率、双面发电等方面受到HIT电池的挤压，在下风中很难生存。如果PERC电池将来失败的话，一定会出在光衰问题上，谢谢。