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人类文明的发展与人类利用太阳能的效率息息相关。45万年前人和野兽有了区别,人会利用火,燃烧植物获得能量,之后人类又学会了用煤,煤是通过1%-2%光合作用储存阳光能量的植物埋在地下转化而来,再之后使用化石能源……这些都是来源于太阳的能量。
人类这两三百年的发展,把过去地球45亿年以来储存的太阳能量已经消耗了一大半,地球还会继续存在25亿年至30亿年,我们必须要为世界储存太阳能源。
太阳能的使用,从1839年贝克勒尔发现光生伏特效应开始,到1904年爱因斯坦提出光电效应理论解释,再到1954年贝尔实验室第一块晶硅太阳能电池的推出,2016年P型时代双面PERC的发明……人类一直在探索。
P型时代,爱旭对PERC的发明做了一些重要的量产贡献。最早,大家都用单面发电,因为双面发电非常贵,成本非常高,我们就想下个时代的产品一定要双面发电,要把双面电池做得比单面电池价格更低,所以就进行了很多设备和工艺改进。再到后来,大家发现双面电池的成本比单面电池的更低了,现在已经演变成整个PERC时代,不管是做双面组件还是单面组件都是以双面电池为主。
而BC电池概念是1975年普渡大学提出的,1985年做出全世界第一片BC电池。2016年爱旭成立了三个专有的BC实验室,一个是P型的,一个是N型的,一个是非银的金属涂布实验室。在珠海我们建立了全世界第一家N型BC电池10GW级生产线,全世界70%以上双面率的BC电池是在珠海实现的,满屏技术也是在珠海实现的,我们将整个行业BC的所有量产研发都在珠海实现。
所以能在珠海组织这次Bifi峰会,我感到特别高兴,因为基本N型BC的量产技术和双面技术都是在爱旭珠海基地发明出来的。
在N型BC时代,我们在电池、硅片和组件量产方面在珠海获得了8个技术突破。
首先是硅片,大规模做N型量产时才知道应该用低氧高阻硅片。低氧高阻硅片,过去比普通的N型硅片贵,但通过不断降本,现在我们已经让它的成本低于普通N型硅片。接下来是电池结构,全面积受光、全硅发电、全极钝化、全背接触,以及我们的超快激光图形化技术。当时研发这个超快激光图形化技术,我们只选了3个路线,一个是激光打印,第二个传统的半导体技术,第三个喷墨打印。这三个技术路线同时并进,最后确定激光,因为我们认为未来激光是无所不能的。
在量产过程中,我们也发现BC组件基于半导体芯片级的设计,可以实现更多创新的、过去普通组件所不具备的性能,包括抗热斑、温度控制、阴影优化等。过段时间爱旭会再发布的低温辐照度,我们发现BC组件的低温辐照度也好过任何工艺技术。
在ABC技术的量产过程中,我们还开发了非常多重要的低成本、大规模量产技术,如无银化技术,我们的无银化设备和无银化生产都是在珠海制作的。在组件技术方面我们也实现了突破,尤其是满屏组件技术的发明,以及高可靠性0BB串焊技术。
这几年和过去几年我们一直在讨论,BC技术是不是晶硅电池的必选技术?三年后或三年内或许没有哪个主流公司会说“我不用BC技术”。
今天我们得出一个答案:“BC是实现晶硅电池极限效率的必选技术。”
当年有多晶和单晶之分,那时单晶也有不同的技术路线,有黑硅技术、单面PERC技术,不同企业选择不同的技术路线,有的企业选择了黑硅技术,有的企业选择了PERC技术。在P型单晶硅时代,一定是PERC技术效率最高,成本最低的一定是两面发电,所以爱旭坚定不移地开发出了双面PERC技术。那时很多行业认为出现了“钟摆理念”,因为多晶比单晶低2毛钱,大家就买多晶;如果单晶比多晶便宜2毛钱,那就买单晶了。但我认为未来只有PERC技术,没有多晶。趋势不以人的意志为转移,如果一项技术从效率、成本各方面来讲,没有任何缺陷,这个技术是不得不选择的,只是什么时候选择它。
我们反复分析了N型BC优势后,认为BC技术就是实现晶硅电池极限效率的必选技术,不得不选。
从硅片端、电池端和组件端,BC有几个重要的优势,是其他非BC技术没法代替的。在硅片端29.56%的极限技术需要极低掺杂浓度的硅片,只有用这个浓度的硅片,或者本身硅片不掺任何东西,才能对应29.56%的效率。BC需要的硅片就在这个浓度段内,其他技术都要掺杂。掺杂后少子寿命不一样,最终做出来的电池,从理论模型上来讲会差0.6-1.5%,所以其他非BC技术,硅片端就注定了,和极限效率会有0.6-1.5%的差距。
在电池端,BC技术全面受光、正面的100%受光,这个毋庸置疑。再下来就是钝化技术,双面钝化技术,其他的技术在钝化方面效率打折扣,理论上BC技术完全可以做到100%。再下来各种性能的开发,需要把所有电池、图形,在背面设计出来,这很难很复杂,但我们攻克了这一难点。
在组件方面,BC因为是单面焊接,所以可以做到满屏。它的屏占比,比目前普遍的组件技术多7.2%。其他技术要正背面焊接,硅片这么薄很容易碎,而BC只做单面焊接,另外一面不焊接,可靠性更高。
所以,我们也坚定地认为,BC技术是实现晶硅电池极限效率的必选技术。
这是爱旭未来几年的量产技术路线图和成本技术路线图,可以看到效率能逐步接近量产技术理论极限。从成本层面来说, 2019年佛山第一条生产线,非硅电池成本不到0.9元。2010年我们在珠海建了第一个厂,那时的成本也要超过0.6元。但今天义乌工厂的非硅成本0.22元/瓦,我们明年能到0.17元,最后能到0.125元。
组件端,我记得今年年初理论界很多人认为BC技术没办法做双面。我们起步就率先推出了双面率70%、适合地面电站的技术。今天我们推出的适合地面的组件双面率达到75%。我想明年我们能做到80%,而且通过各种技术与设备的努力,包括激光技术、激光设备的优化,双面率做到85%不难。
BC之后下一代技术是什么?我们有两个技术方向,一个是光子转换方向,一个是叠层方向。不仅从光子转换方面单结技术和叠层的双结技术来讲,我们依然认为BC技术是最佳选择。
也必须在BC技术的基础上进行下一代的技术,这不仅仅是实验室的,更讲量产,是可实现、可交付、成本可控的。
未来光伏行业应该多路线发展,为什么用晶硅技术?因为晶硅技术可以吸收特定能量的可见光,将可见光变成太阳能。但还有30%-40%的红外光、10%左右的紫外光到哪里去了?紫外光被大气层吸收,落到地面只有百分之几。这些我们怎么利用?我们能不能把一个光子变成两个光子,用晶硅材料吸收?或者能不能把30%-40%的红外光转换成晶硅可吸收的光子。我们认为这也是个可行之路。
因为有BC技术做底,光子倍增、光子转换、光子替换这些技术就有基础了,可以把高能量的光子和低能量的光子相互转换,被晶硅吸收。我想这些也是光伏产业同仁未来的研发路径,未来的量产之路。同时,我认为光子倍增、光子转换、光子回收这些技术可能性会更大,找到合适的材料就好了,在BC电池端将光子吸收,甚至都不需要再叠层了。
既然人类社会的发展与人类利用太阳能的效率息息相关。我们人类越幸福,就必须越好地利用太阳能效率。
我们相信,根据“卡诺循环效率”,我们为什么不能百分百把所有太阳能的效率都利用起来?如何把太阳能的能量百分之九十吸收掉,这是我们人类、光伏产业、所有同仁的一个奋斗目标。至少当我们这一代人离开这个世界时,是否能够把光电转换效率低成本、大规模化,不能有任何稀有元素。
未来人类用能一定要便宜过现代用能,就要能像现在用自来水一样,要这么便宜。否则人类不会更加幸福,我们也没办法实现星际旅游。
大家一起努力,朝着百分之九十五的“卡诺极限效率”目标前进。
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