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光伏产业系列分析之工艺创新

2014-6-25 09:47| 发布者: echo| 查看: 24073| 评论: 0|原作者: 史珺博士

摘要: 我国光伏产业的产能和成本从2008年起就已经领先世界。但是,绝大多数工艺,尤其是主流的太阳电池工艺,都是从国外泊来,鲜有自己创新的。鉴于光伏产业作为一个新兴产业,技术更新很快,如果不能在核心的工艺技术上领 ...
       光伏电池生产环节
       (一)新型高效光伏电池工艺
       有一些革命性的光伏电池生产工艺正在酝酿中,这些工艺由大学和研究所开展,并在一些企业中取得了量化生产的突破,有希望成为近十年的主流工艺。这些工艺的主要目的是提高光伏电池的转换效率,但必须是在成本不显著增加的基础上。
       光伏电池效率的提高主要途径有两个,一个是表面钝化技术,主要是为了降低表面复合率。第二是高陷光效应电池,通过减反膜、表面制绒、合理的发射结设计以及合理的金属接触和栅线设计,提高电池的陷光效应,从而提高转换效率。
       围绕上述两个途径,有望在不远的将来实现大规模量产的工艺有如下几种。
       PERL(钝化发射极、背面局部扩散)工艺,是澳大利亚新南威尔士研究的,实验室转换效率已经达到了24.7%。该工艺采用低阻单晶硅片,正背面都有热生长氧化层钝化,金属接触区域也被钝化以减少复合损失。该工艺目前还没有被量化生产,仅小规模试制过。
       PERC+LFC(钝化发射极及背面电池+激光点接触)工艺。该工艺是PERL的前身,由德国夫琅和费太阳电池研究中心采用激光扫面打点烧穿背面氧化层形成点状铝硅共熔接触,因此激光扫描速度较快,适合进行工业化生产。
       N型衬底电池工艺。N型材料的少子是电子,而不是P型材料的空穴,因此少子扩散长度比常规的P型高出很多。该工艺涉及到磷的均匀掺杂、N型单晶的扩硼工艺、P型发射区钝化、去硼硅玻璃等多项工艺。该技术可在不增加成本的前提下将电池片的转换效率从现在的18%提高到24%。
       美国SUN POWER公司在N型电池的技术上加上了背面接触技术(IBC)实现了量产,量产的平均转换效率达到了23.6%。日本三洋公司则采用非晶硅异质结钝化N型硅片的两面,即HIT工艺,并进行量产,实验室效率达到了24.7%,量产的平均效率达到了22%。
       (二)现有常规光伏电池的新技术
       目前,主要的高效电池工艺研究都在国外。在国内也有人在研究,例如中国科学院微系统所就针对HIT工艺进行研究,但目前还主要是跟踪,没有达到领先的程度。鉴于上述新的技术现在大规模生产尚需时日,对于我国现在的光伏企业来说,针对现有的工艺设备,可能以下革新性的技术和工艺更加实用,也更有效益。
       干法制绒技术,不仅省去了普通湿法制绒的污染和废酸处理环节,降低了生产成本而且还提高了转换效率。该技术可以将电池片效率提高约1个百分点,而成本却下降了30%。
       正面金属化技术,主要是减少栅线的遮光面积,同时又不影响栅线的电阻。相关的技术有新型电极(栅线)材料、叠层丝印技术、喷墨印刷技术、电镀技术等。
       选择性发射极(SE)电池技术。主要目的是减少金属接触表面的少数载流子复合率。相关的技术主要次扩散SE电池结构,Etch Back SE电池结构,激光扩散SE电池结构,硅墨SE电池结构等。此外,还有丝印磷浆法、InkJet Doping等。
       离子注入发射极电池技术。是为了减少热扩散带来的表面复合损失,提高结的均匀性。
       MWT电池技术。将主栅线转移到背面,降低金属的遮光损失。该技术还可以降低表面负荷,而且在背面的局部pn结也可与正面同时收集光生载流子,降低了对硅片质量的要求。
       关于一度引起极大关注的薄膜太阳电池工艺,因为无论是硅基薄膜还是化合物薄膜,都很难看到工业化的前景。硅基薄膜效率难以突破,即便是采用叠层工艺,也无法在效率和成本上取得超过晶硅电池的技术。化合物薄膜,无论是CdTe还是CIGS,衰减是个难以避免的问题,此外,工艺中涉及的剧毒原料,铟、碲等稀有材料有限的储量,以及昂贵的装备,都是阻碍薄膜电池工业化的原因。可以肯定地说,薄膜电池绝对不是有些人所认为的“第三代电池”,只不过由于其柔性化的特点,可以在一些特殊的应用场合,占据一定的缝隙市场。
       光伏组件生产工艺
       组件生产工艺主要围绕减少叠片损失、降低焊接温度减少焊接时的损失、减少封装造成的工艺损失,以及研究如何减少应用中的PID和LID损失为主要研究方向。还有,组件是光伏制造所有环节中用人最多的环节,如何减少人工成本,也是组件生产工艺要研究的方向。
       另外,有两种新型的组件制造工艺值得关注,而且已经开始了量产。
       1)多层层压技术
       用于现有组件制造技术的升级。由于组件厂用工较多,人工成本占有较大比例,该技术可一次性实现6~20层组件的层压,大大减少组件生产环节的工人,提高效率和均匀性,降低能耗。
       2)无膜无焊组件制造技术
       这是一种全新的组件制造技术,制造过程中,省去了EVA膜和焊接工艺,不仅可把光伏组件生产成本降低30%,而且还比现有工艺提高了转换效率。此外,由于EVA膜的老化是光致衰减和电势诱导衰减的主要因素之一,该技术还可以大大降低组件的衰减,延长组件寿命,提高发电量。
        光伏微电网的相关技术
       (一)电力传输与调度环节
       光伏电站除了与组件的性能高度相关外,电站系统是否合理,也是决定发电量的关键因素。目前,主要值得关注的电站系统的新的技术有:
       转换效率可达99%以上的高效低损耗逆变器;
       POM功率优化模块,该模块通过使每一片电池始终工作在最大发电量的条件下,同时减少并联损失,可在同等装机容量的基础上,提高发电量15%。
       STS追日系统。采用机械联动的技术,以低成本实现地面电站的追日系统,可提高发电量15%以上。
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