太陽能光伏技術(shù)革命再掀整并潮

　　自太陽能光伏技術(shù)面世以來，人們就一直為它的低轉(zhuǎn)換效率而煩惱。陽光普照，無窮無盡。然而，它更需要人們?nèi)ブ鲃?dòng)獲取。對(duì)于能源的欲望是光伏技術(shù)前進(jìn)的動(dòng)力，太陽能電池的低成本高效率追求是光伏技術(shù)永恒的目標(biāo)。而對(duì)于光伏企業(yè)來說，太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率和成本控制是生存的根基。太陽能光伏技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用到如今效果初顯，2013年全球光伏裝機(jī)就已經(jīng)突破了100GW。然而，伴隨著這個(gè)輝煌成就，不知有多少光伏企業(yè)因此到下。

　　從2008年到現(xiàn)在，全球光伏組件價(jià)格已經(jīng)下降了75%以上。伴隨著成本的下降，轉(zhuǎn)換效率卻越來越高。根據(jù)德國(guó)亞琛實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)，3年來，光伏組件的轉(zhuǎn)換效率提高了4.9 ％。隨著時(shí)間的推進(jìn)，光伏技術(shù)在各國(guó)研究機(jī)構(gòu)和制造商手中注定會(huì)不斷進(jìn)步。

　　效率是光伏產(chǎn)品的靈魂

　　然而，由于經(jīng)濟(jì)危機(jī)的緣故，太陽能光伏行業(yè)經(jīng)歷過一段相當(dāng)時(shí)期的岑寂期。在這段時(shí)間里，大量的企業(yè)因?yàn)榧夹g(shù)、經(jīng)濟(jì)等等各方面的原因慘遭淘汰。而這一段時(shí)間，也是太陽能電池技術(shù)的穩(wěn)定成熟時(shí)期，晶體硅電池奠定了霸主地位。到2013年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間截止，太陽能電池產(chǎn)品中，主流晶體硅電池——P型單晶硅電池和多晶硅電池占據(jù)了全球92%的市場(chǎng)份額。而該類型的太陽能電池中國(guó)生產(chǎn)商也因此奠定了太陽能市場(chǎng)的主要地位。大浪淘沙，在兼并整合大潮下，現(xiàn)如今存活下來的企業(yè)都是經(jīng)過了考驗(yàn)。但這些企業(yè)也鱗傷遍體，暗舔傷口。殊不知，如今或許將會(huì)有新一輪的洪流在等待著他們！

　　當(dāng)前的社會(huì)，一切都講究個(gè)快。所謂先下手為強(qiáng)。如果將目光投止到當(dāng)前，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，太陽能技術(shù)安靜地太久了，而有些人，卻又在不知不覺中趕超了別人一步。

　　2014年2月20日，河北曹妃甸漢能光伏有限公司成立揭牌。漢能曹妃甸總產(chǎn)能達(dá)3GW的銅銦鎵硒（CIGS）太陽能薄膜組件生產(chǎn)基地落戶此地。項(xiàng)目總投資約350億元人民幣。2014年2月26日，漢能3GW光伏產(chǎn)業(yè)集群暨一期600MW銅銦鎵硒（CIGS）薄膜電池項(xiàng)目簽約儀式在山東淄博舉行。根據(jù)官方網(wǎng)站消息，該項(xiàng)目總投資也在350億元人民幣左右。

　　一個(gè)月內(nèi)，在兩個(gè)城市同時(shí)投建3GW光伏項(xiàng)目，700億元人民幣的總投資額，漢能控股集團(tuán)瘋狂擴(kuò)張讓人感到不可思議。山雨欲來風(fēng)滿樓，當(dāng)這些產(chǎn)線全部正式建成投產(chǎn)后，今后太陽能市場(chǎng)注定迎來血雨腥風(fēng)。

　　當(dāng)然，這投資數(shù)量的巨大也代表著工程周期要很長(zhǎng)。至少在項(xiàng)目竣工前，晶體硅太陽能制造企業(yè)還不用太過擔(dān)心漢能的薄膜光伏產(chǎn)品參與競(jìng)爭(zhēng)。太陽能光伏企業(yè)的危機(jī)不僅于此！

　　主流與非主流之間只在于各自所占的市場(chǎng)比例。在各種經(jīng)過驗(yàn)證的晶體硅太陽能電池技術(shù)中，所謂主流的P型太陽能電池技術(shù)因?yàn)橄劝l(fā)優(yōu)勢(shì)走在了前端。但是，當(dāng)技術(shù)走到瓶頸，非主流電池技術(shù)獲得突破的時(shí)候，鹿死誰手，尚未可知。事實(shí)上，這一主流之爭(zhēng)，現(xiàn)在已經(jīng)初見端倪。

　　因?yàn)镹型硅片制備的太陽能電池開路電壓和填充因子較低，并且長(zhǎng)期使用或存放時(shí)N型硅片太陽能電池性能會(huì)有所退化，而在P型硅片上形成N+發(fā)射結(jié)比在N型硅片上形成P+發(fā)射結(jié)在工業(yè)化生產(chǎn)上更容易實(shí)現(xiàn)。目前主流P型硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)可以穩(wěn)定在18%以上，要想在不增加成本的情況下再提高效率已經(jīng)非常困難。人們逐漸把眼光轉(zhuǎn)向少數(shù)載流子壽命比P型硅高的多的N型硅，并為此展開大量研究投入。到如今，已經(jīng)有部分企業(yè)開始正式投產(chǎn)其N型晶體硅電池，一舉擊潰P型太陽能電池主導(dǎo)地位。國(guó)際光伏技術(shù)路線圖（ITRPV）預(yù)期N型單晶硅太陽電池將從2014年的18%左右提高到2020年的50%左右。

　　N型太陽能電池技術(shù)有哪些？

　　N型硅太陽能電池有很多種類，除了可以把發(fā)射結(jié)坐在正面、背面和雙面外，還可以做成SE、EWT、PERL、MWT和HIT等結(jié)構(gòu)。早期的N型硅太陽能電池歸納起來，有如下幾大種類。

　　1、PCC太陽能電池

　　點(diǎn)接觸電池，英文名Point-contact cell。最早由美國(guó)SunPower公司著手研發(fā)。SunPower公司利用點(diǎn)接觸（PCC）及絲網(wǎng)印刷技術(shù)，于2003年研制出背面點(diǎn)接觸太陽電池代號(hào)A-300，效率為20%。通過進(jìn)一步改進(jìn)，效率達(dá)到了21.5%。

　　A-300電池采用n型硅材料作為襯底，載流子壽命在lms以上。正表面沒有任何電極遮擋，并通過金字塔結(jié)構(gòu)及減反射膜來提高電池的陷光效應(yīng)。電池前后表面利用熱氧鈍化技術(shù)生成一層Si02鈍化層，降低了表面復(fù)合并增加了長(zhǎng)波響應(yīng)，從而使開路電壓得以提高。在前表面的鈍化層下又進(jìn)行了淺磷擴(kuò)散以形成n+前表面場(chǎng)，提高短波響應(yīng)。背面電極與硅片之間通過Si02鈍化層中的接觸孔實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)接觸，減少了金屬電極與硅片的接觸面積，進(jìn)一步降低了載流子在電極表面的復(fù)合速率，提高了開路電壓。較為出色的陷光、鈍化效果，以及采用了可批量生產(chǎn)的絲印技術(shù)，使A-300成為新一代高效背接觸硅太陽電池的典型代表。

　　2.HIT異質(zhì)結(jié)高效N型硅太陽能電池

　　所謂HIT結(jié)構(gòu)就是在P型氫化非晶硅和n型氫化非晶硅與n型硅襯底之間增加一層非摻雜（本征）氫化非晶硅薄膜，以此改變PN結(jié)的性能。日本三洋公司最早在HIT電池技術(shù)上取得突破。

　　2000年日本三洋公司研制出10平方厘米的HIT結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)太陽能電池。轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.7% ，開路電壓達(dá)到719mV ，并且全部工藝可以在200℃以下實(shí)現(xiàn)。雙面結(jié)構(gòu)的HIT電池由于能接收到來自地面的反射光，不論地面是否光滑，它都能發(fā)出比單面電池至少多8.1%的電能。三洋公司大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)也獲得18.5%的效率。三洋公司在HIT太陽能電池的基礎(chǔ)上，還推出了正反對(duì)稱形的HIT雙功率太陽能電池組件，這種組件能夠利用正反兩面的光照。和單側(cè)光照射的構(gòu)造相比，年平均增加6%-10%的輸出。

　　3、發(fā)射結(jié)鈍化一全背場(chǎng)擴(kuò)散（PERT）N型硅太陽能電池

　　最早由趙建華設(shè)計(jì)的一種N型硅太陽電池。面積為22cm2的N型FZ單晶硅太陽電池效率達(dá)21.5％，PERT電池采用電阻率為0.9Ω·cm的FZ單晶硅片，正表面KOH腐蝕倒金字塔結(jié)構(gòu)，淺磷擴(kuò)散形成前表面場(chǎng)（FSF），背面淺硼擴(kuò)散形成發(fā)射結(jié)，再在兩面生長(zhǎng)高質(zhì)量的SiO2鈍化層，通過光刻工藝在前電極下實(shí)現(xiàn)重磷擴(kuò)散，背電極的點(diǎn)接觸處實(shí)現(xiàn)重硼擴(kuò)散。前電極采用電鍍工藝鍍銀背電極熱蒸發(fā)鋁形成點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)，最后前面沉積ZnS／MgF，雙層減反射薄。2006年趙建華等申請(qǐng)了帶有正面鈍化N型擴(kuò)散層的N型硅太陽電池專利，并加入“國(guó)家863項(xiàng)目”能源領(lǐng)域光伏行業(yè)重大課題。如今已獲得重大突破。

　　4、N+NP太陽電池

　　2006年，J.Schmidt、A.G.Aberle等人利用幾乎和現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)P型硅太陽電池完全相同的方法制備出N NP太陽電池ll ，實(shí)驗(yàn)室效率為19％（4cm前電極為蒸鋁電極），產(chǎn)業(yè)化效率為17％（100cm2前電極為絲網(wǎng)印刷銀電極），在N型基片上正面擴(kuò)散磷形成N+層，背面發(fā)射結(jié)由絲網(wǎng)印刷鋁漿燒結(jié)而成。值得指出的是這種結(jié)構(gòu)的電池發(fā)射結(jié)在背面，少數(shù)載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度至少要大于基片厚度，因此對(duì)少子壽命要求很高。

　　5、背接觸背結(jié)（BC-BJ）太陽電池

　　2008年德國(guó)Fraunhofer實(shí)驗(yàn)室的F.Granek，M.Hermle等人提出背接觸背結(jié)太陽電池結(jié)構(gòu)，在lΩ·cm N型FZ硅片上得到了21.3％ 效率”。該電池結(jié)構(gòu)采用160gmN型硅片，首先正面制備金字塔結(jié)構(gòu)，然后擴(kuò)散磷形成N+前表面場(chǎng)（FSF），最后用SiO2鈍化表面再鍍SiNx減射膜，背面通過擴(kuò)散阻擋層實(shí)現(xiàn)硼和磷的擴(kuò)散，形成P 發(fā)射結(jié)和N+背表面場(chǎng)。電極都在背面，采用絲網(wǎng)印刷然后電鍍的工藝完成。

　　6、PERL太陽電池

　　J.Benick、B.Hoex等人采用PERL結(jié)構(gòu)，基片采用1Ω·cmN型FZ硅片，表面制備倒金字塔陷光結(jié)構(gòu)，正面擴(kuò)散硼形成P發(fā)射結(jié)，然后在其上用Al3O3作為鈍化層，上面沉積SiNx減反射膜。背面采用SiO2鈍化層，再在背電極下面重?cái)U(kuò)散磷形成N+背表面場(chǎng)，取得了23.4％的N型硅最高轉(zhuǎn)換效率。

　　7、雙面N型硅太陽電池

　　雙面N型硅太陽電池是Gamma Solar公司研發(fā)的一種新型結(jié)構(gòu)。在N型CZ單晶硅基底上，正面擴(kuò)散硼形成P+發(fā)射結(jié)，背面擴(kuò)散磷形成N+背表面場(chǎng)。詳細(xì)的工藝目前還無法知曉。該公司稱在180μm厚、156mm X 156mm的N型硅片上兩面效率均達(dá)到了17％，并計(jì)劃在2009年9月正式投產(chǎn)。

　　事實(shí)上，在經(jīng)過數(shù)年的技術(shù)積累與沉淀之后，上述技術(shù)有數(shù)種經(jīng)過驗(yàn)證后已經(jīng)被淘汰。而真正有用的技術(shù)則在進(jìn)一步研究之后獲得認(rèn)可。N型太陽能電池技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)有陸續(xù)的量產(chǎn)產(chǎn)品推出，一下下地重?fù)糁嚓P(guān)企業(yè)的心臟。如果說，在早幾年前N型太陽能電池還只是國(guó)外某些企業(yè)的高科技“玩具”的話，一旦國(guó)內(nèi)光伏企業(yè)也開始真正實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，“白菜價(jià)”的國(guó)產(chǎn)N型硅太陽能電池對(duì)于市場(chǎng)的沖擊遠(yuǎn)不是驗(yàn)證性產(chǎn)品的新鮮感可以比擬。

　　主流晶體硅電池的危機(jī)當(dāng)然不僅于此。2013年12月19日，西安隆基、河北晶龍、卡姆丹克、天津中環(huán)、陽光能源五家公司聯(lián)合對(duì)外發(fā)布了帶有其共同理念的新產(chǎn)品單晶M1&M2。保利協(xié)鑫不甘落后，12月22日，保利協(xié)鑫能源控股有限公司面對(duì)眾多客戶和合作伙伴發(fā)布了其第二代類單晶硅片產(chǎn)品“鑫單晶G2”，并于1月進(jìn)入商業(yè)化量產(chǎn)。高效硅片之爭(zhēng)尚未落下帷幕，緊接著，新年過后，手里有貨的大公司也不再藏著掖著了，紛紛發(fā)布其新技術(shù)產(chǎn)品。

　　那么，現(xiàn)在究竟有多少新晉太陽能電池產(chǎn)品？

　　晶澳太陽能新一代Percium高效光伏組件

　　今年2月份，晶澳太陽能開始在全球發(fā)布其最新一代高效光伏組件——Percium。截止發(fā)稿日，產(chǎn)品已在2月18日的以色列 Clean Tech 展會(huì)、2月26日的日本 PV 展會(huì)成功發(fā)布，并計(jì)劃于3月的英國(guó) Ecobuild 展會(huì)和5月的中國(guó) SNEC 等展會(huì)登陸。

　　Percium組件包括60片電池的Percium 單晶組件、60片電池的 Riecium 多晶組件。因?yàn)樾录夹g(shù)的應(yīng)用，Percium組件比行業(yè)平均60片電池組件高出15-20瓦。60片電池的 Percium 單晶組件功率比行業(yè)平均60片電池單晶組件高出20瓦。技術(shù)核心為Percium 單晶電池使用的最先進(jìn)的背鈍化和局部鋁背場(chǎng)技術(shù)（即PERT電池技術(shù)），電池平均轉(zhuǎn)換效率超過20.3%，比行業(yè)平均單晶電池轉(zhuǎn)換效率高出1.3%。該高功率單晶組件在同等單位面積下安裝的功率高8%。

　　60片電池的 Riecium 多晶組件功率比行業(yè)平均多晶組件高出15瓦，同時(shí)比行業(yè)平均單晶組件高出5瓦。技術(shù)核心為Riecium 多晶組件的核心 Riecium 多晶電池使用的黑硅技術(shù)，這一技術(shù)使電池顏色一致，產(chǎn)品外表更加美觀。電池平均轉(zhuǎn)換效率超過18.3%，比行業(yè)平均單晶電池轉(zhuǎn)換效率高出0.8%。該高功率多晶組件在同等單位面積下安裝的功率高6%。

　　天合光能研發(fā)IBC電池技術(shù) 24.4%效率破世界紀(jì)錄

　　作為國(guó)家863計(jì)劃研發(fā)課題，天合光能光伏科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室已獨(dú)立研制出面向產(chǎn)業(yè)化的面積為125mm×125mm光電轉(zhuǎn)換效率大于22%的IBC電池。然而，天合光能的IBC電池技術(shù)如今再獲突破。

　　據(jù)記者2月28日從天合光能有限公司獲悉，該公司與澳大利亞國(guó)立大學(xué)合作研發(fā)的新型高效晶體硅太陽電池經(jīng)德國(guó)Fraunhofer CalLab實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立測(cè)試，光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)24.4%，創(chuàng)造了世界IBC晶硅太陽電池的嶄新紀(jì)錄，是迄今為止由獨(dú)立機(jī)構(gòu)確認(rèn)的效率最高的IBC太陽電池。目前，實(shí)驗(yàn)室正在積極籌備建立低成本全背電極太陽電池的中試驗(yàn)示范線。

　　中電光伏基于高效背場(chǎng)和背鈍化技術(shù)的晶體硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20.44%

　　中電電氣光伏有限公司承擔(dān)了國(guó)家863項(xiàng)目能源領(lǐng)域光伏行業(yè)重大課題：效率20%以上基于高效背場(chǎng)和背鈍化技術(shù)的晶體硅電池產(chǎn)業(yè)化成套關(guān)鍵技術(shù)及示范生產(chǎn)線。該課題總體目標(biāo)為掌握效率20%以上晶體硅太陽電池成套重大工藝及核心裝備技術(shù)，建成擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效晶體硅太陽電池示范生產(chǎn)線，并形成批量產(chǎn)品。近期，該項(xiàng)目獲得突破，最新電池轉(zhuǎn)換效率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到20.44%。

　　該項(xiàng)目目前已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)化準(zhǔn)備階段，預(yù)計(jì)在未來的三個(gè)月內(nèi)，該電池的效率會(huì)進(jìn)入一個(gè)快速增長(zhǎng)期。中電光伏計(jì)劃到2014年底將轉(zhuǎn)換效率20%以上的電池量產(chǎn)化，以降低發(fā)電成本，提高光伏發(fā)電與常規(guī)火電的成本競(jìng)爭(zhēng)力。

　　晶科能源發(fā)智能組件新品 效率提高20%

　　2月26日，晶科發(fā)布能夠?qū)γ繅K太陽能電池板進(jìn)行設(shè)定的MPPT系統(tǒng)智能組件。此次發(fā)布的系統(tǒng)是在每塊太陽能電池板上安裝MPPT用終端而實(shí)現(xiàn)的。據(jù)介紹，在太陽能電池板內(nèi)，由于能對(duì)串聯(lián)太陽能電池單元的每個(gè)電路進(jìn)行MPPT控制，因此即使對(duì)于電流和電壓出現(xiàn)異常的電路，也能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的MPPT控制、使輸出功率最大化。

　　即使是被陰影遮擋的太陽能電池板，也可以將輸出功率的降低控制在最低水平，此外還有助于抑制會(huì)將面板部材烤焦的“熱斑”（Hot Spot）現(xiàn)象。太陽能發(fā)電容易受天氣、氣溫和日照的影響，運(yùn)行不穩(wěn)定，晶科的目標(biāo)是通過MPPT的分散控制，提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)整體的效率。

　　MPPT控制

　　是指針對(duì)太陽能電池板的輸出功率，將電流和電壓控制在最佳水平、并維持最大電量（功率點(diǎn)）。一般情況下，MPPT由功率調(diào)節(jié)器（PCS）負(fù)責(zé)，以PCS或者串聯(lián)十幾塊太陽能電池板的“組串”為單位進(jìn)行控制。不過，如果每塊太陽能電池板都會(huì)安裝MPPT用終端，這樣一來成本就會(huì)增高。

　　昱晶“秘密武器”或正式曝光

　　2013年12月昱晶副總經(jīng)理劉偉澍指出，太陽能經(jīng)過產(chǎn)業(yè)整并、需求成長(zhǎng)，明年的供需缺口將大幅縮小、2015年供需更可望完全趨于平衡；還透露，為了追求產(chǎn)品的差異化，昱晶2014年第一季度將推出高效新產(chǎn)品。在今年東京光伏博覽會(huì)上，這一“秘密武器”正式曝光。

　　在本次展會(huì)中，昱晶宣告采用18.4%多晶電池片的組件已經(jīng)可以量產(chǎn)，目前60片的組件輸出瓦數(shù)達(dá)到265-275W，單晶更以19.8%的高效產(chǎn)品做為展出重點(diǎn)，其瓦數(shù)從275-285W。以高效電池片為后盾，昱晶向世人展示了在開發(fā)組件方面的雄心。

　　京瓷太陽能轉(zhuǎn)換效率18.6%的多晶硅光伏組件

　　通過提高結(jié)晶品質(zhì)、改善電極工序、以及減少載流子復(fù)合，京瓷終于實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)水平下太陽能電池的更高轉(zhuǎn)換效率——18.6％。這一轉(zhuǎn)換效率較該公司史上最高值（17.8％）提高了0.8個(gè)百分點(diǎn)。預(yù)定從2014年夏季開始，在日本國(guó)內(nèi)銷售采用該高效單元的高輸出功率太陽能電池板。

　　英利熊貓電池高效電池繼續(xù)制霸

　　3月6日，在航天機(jī)電上海太陽能工程技術(shù)研究中心舉辦的“光伏電池組件創(chuàng)新技術(shù)及電站應(yīng)用技術(shù)論壇”上，英利集團(tuán)首席技術(shù)館宋登元博士為與會(huì)嘉賓分享了其N型硅太陽電池“熊貓”的研究進(jìn)程——20.7%的實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)換效率，19.7%的平均效率。通過采用雙面發(fā)電設(shè)計(jì)，使電池能夠接受從正面和背面進(jìn)入的光線，從而實(shí)現(xiàn)雙面發(fā)電功能。根據(jù)英利2013年3月份的一組對(duì)比數(shù)據(jù)，熊貓組件的雙面發(fā)電特性使得其平均發(fā)電量輸出高于常規(guī)組件6%以上，每瓦平均輸出高于普通多晶組件4%以上。而且與市場(chǎng)上三洋、SunPower的類似N型晶體硅電池相比，英利的熊貓電池便宜40%左右。

　　截止到目前，各種各樣的驗(yàn)證過的太陽能電池新品紛紛顯示。2014年的太陽能市場(chǎng)注定不會(huì)平靜。前有同行的高效新型晶體硅太陽能電池跨步超越，后有漢能最新CIGS薄膜電池追趕。光伏企業(yè)是否會(huì)因此再度進(jìn)入吞并潮？2013年全球十大太陽能光伏組件制造商，中國(guó)企業(yè)占了7個(gè)位置。然而，在新產(chǎn)品井噴之時(shí)，該如何保住市場(chǎng)地位？研發(fā)實(shí)力嚴(yán)重落后的小型光伏企業(yè)，又會(huì)有多少被吞并？

來源：OFweek 太陽能光伏網(wǎng)

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