光伏產業(yè)之高效太陽能電池技術深解（一）

　　1.高效電池-光伏的突圍之匙

　　光伏當前產業(yè)低迷，腹背受敵。外有金融危機，市場萎靡，歐美雙反，貿易壁壘;內有并網(wǎng)受限，政策滯后，產能過剩，產品同質化，高資產負債率。很多人都喜歡問一個問題，“你認為光伏何時才能復蘇?”，我覺得這個問題的意義不太大，因為即使能預測出這個時間點，可是你確信自己能挺到復蘇之時嗎?行業(yè)的復蘇不等于你的復活，也許那時你已經(jīng)成為一名過客了。那怎樣的企業(yè)才能挺過這次寒潮呢?有技術實力，而且能將技術變成生產力的企業(yè)，將最終勝出，迎來光伏的下一個高潮。

　　有核心技術，自然能得到資本的青睞，解決資金的短缺。自然能夠突破價格戰(zhàn)和產能過剩的困局，獲得更高的利潤。據(jù)計算，太陽能光伏電池轉換效率每提高一個百分點，將使太陽能電池組件的發(fā)電成本降低7%左右。目前國際市場的行情是：同樣是P型硅片制造，轉換效率高低成為定價的標準。下游客戶使用高效太陽電池做的組件，可以在安裝成本不變的情況下提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電。高效電池就是光伏的突圍之匙。

　　光伏暴利的時代已經(jīng)過去。中國光伏行業(yè)在洗牌整合，在等待政策和貿易環(huán)境的改善，在積蓄內力提高效率，等待一個真正輝弘的高潮的到來---光伏平價上網(wǎng)：光伏發(fā)電以平等的價格和傳統(tǒng)能源展開發(fā)電市場競爭，走入尋常百姓家。

　　2.什么是高效光伏電池

　　目前普通的太陽能電池產業(yè)化水平轉換效率：單晶15%～17%、多晶12%～15%，非晶硅薄膜8%～9%。高效電池是指電池產業(yè)化水平轉換效率：單晶》18%、多晶》16.5%、非晶硅薄膜》10%。要強調一點的是我們說的是產業(yè)化的電池轉換效率，是指能夠量產制造的，不是實驗室精雕細刻出來的。實驗室里面有很多電池效率很高，但或者工藝太復雜、或者技術不成熟，只具有研發(fā)意義，無法量產，無法降低生產成本，還不具有商業(yè)推廣價值。

　　大面積、薄片化、高效率以及高自動化集約生產將是光伏硅電池工業(yè)的發(fā)展趨勢。通過降低電池的硅材料成本，提升光電轉換效率與延長其使用壽命來降低單位電池的發(fā)電成本。通過集約化生產節(jié)約人力資源降低單位電池制造成本。通過合理的機制建立優(yōu)秀的技術團隊、充分保證技術上的持續(xù)創(chuàng)新是未來光伏企業(yè)發(fā)展的核心競爭力所在。

　　3.技術發(fā)展趨勢-薄片化

　　降低硅片厚度是減少硅材料消耗、降低晶硅太陽電池成本的有效技術措施，是光伏技術進步的重要方面。30 多年來，太陽電池硅片厚度從70 年的450～500μm 降低到目前的150～180μm，降低了一半以上，硅材料用量大大減少，對太陽電池成本降低起到了重要作用，是技術進步促進成本降低的重要范例之一。

　　硅片厚度的降低如表1所示。

　　4.光伏技術發(fā)展戰(zhàn)略目標

　　典型商業(yè)組件的效率期望能從2010年的16%增長到2030年的25%，2050年增長到40%。隨著能源和材料在制造業(yè)的使用更加高效，光伏系統(tǒng)能源回收期的時間會不斷縮短的。預計能源回收期會從2010年的兩年降低到2030年的0.75年，到2050年會下降到0.5年。使用壽命期望從25年增加到40年。

　　戰(zhàn)略技術指標

　 5.光伏產業(yè)技術路線圖

　　晶體硅電池發(fā)展的趨勢是低成本高效率，這是光伏技術的發(fā)展方向。低成本的實現(xiàn)途徑包括效率提高、成本下降及組件壽命提升三方面。效率的提高依賴工藝的改進、材料的改進及電池結構的改進。成本的下降依賴于現(xiàn)有材料成本的下降、工藝的簡化及新材料的開發(fā)。組件壽命的提升依賴于組件封裝材料及封裝工藝的改善。因而，晶體硅電池發(fā)電的平價上網(wǎng)時間表除了與產業(yè)規(guī)模的擴大有關外，最重要的依賴于產業(yè)技術(包括設備和原材料)的改進。

　　僅靠工藝水平的改進對電池效率的提升空間已經(jīng)越來越有限，電池效率的進一步提升將依賴新結構、新工藝的建立。具有產業(yè)化前景的新結構電池包括選擇性發(fā)射極電池、異質結電池、背面主柵電池及N型電池等。這些電池結構采用不同的技術途徑解決了電池的柵線細化、選擇性擴散、表面鈍化等問題，可以將電池產業(yè)化效率提升2～3個百分點。

　　為了進一步降低成本、提高效率，各國光伏研究機構和生產商不斷改善現(xiàn)有技術，開發(fā)新技術。他們根據(jù)自己的技術實力和科研回報的期望，選擇不同的研究方向和路徑，共同促進光伏技術的不斷進步。

　　如圖所示為不同光伏技術的發(fā)展狀況及前景

　　高效電池類型介紹

　　1.高效晶體硅太陽能電池-MWT電池

　　MWT 電池是金屬穿孔卷繞(metallization wrap-through， MWT)硅太陽能電池的簡稱。

　　MWT技術是荷蘭規(guī)模最大的太陽能電池生產商Solland Solar開發(fā)的用于其Sunweb電池的方法。該技術應用P型多晶硅，通過激光鉆孔將電池正面收集的能量穿過電池轉移至電池的背面。這種方法使每塊電池的輸出效率提高了2%，再與電池組件相連接，所得的輸出效率能提高9%，如圖5所示。

　　在MWT器件中，工藝的難點包括：激光打孔和劃槽隔絕的對準及重復性、孔的大小及形狀的控制、激光及硅襯底造成的損傷及孔內金屬的填充等。一般MWT每塊硅片需要鉆約200個通孔。

　　MWT電池的制作流程大致為：

　　硅片-》激光打孔-》清洗制絨-》發(fā)射極擴散-》去PSG-》沉積SIN-》印刷正面電極-》印刷背面電極-》印刷背電場-》燒結-》激光隔絕-》測試。

　　圖：MWT電池將發(fā)射極從正面“卷繞”至背面

　　2.高效晶體硅太陽能電池-EWT電池

　　EWT 電池是發(fā)射極環(huán)繞穿通(emitter-wrap-through，EWT)硅太陽能電池的簡稱。

　　與MWT電池不同的是，在EWT電池中，傳遞功率的柵線也被轉移至背面。與MWT電池類似，EWT電池也是通過在電池上鉆微型孔來連接上、下表面。相比MWT電池的每塊硅片約200個通孔，EWT電池每塊硅片大約有2萬個這種通孔，故激光鉆孔成為唯一可滿足商業(yè)規(guī)模速度的工藝，如圖所示。

　　EWT電池由于正面沒有柵線和電極，使模組裝配更為簡便，同時由于避免了遮光損失且實現(xiàn)了雙面收集載流子，使光生電流有大幅度的提高。用于工業(yè)化大面積硅片的EWT電池工藝多采用絲網(wǎng)印刷和激光技術，并對硅片質量具有一定的要求，這為EWT電池工藝技術提出諸多的要求，比如無損傷激光切割的實現(xiàn)、絲網(wǎng)印刷對電極形狀的限制、孔內金屬的填充深度以及發(fā)射極串聯(lián)電阻的優(yōu)化等。利用這種新型幾何結構生產出來的早期電池獲得了超過17%的效率。

　　圖：采用背面分布式觸點的EWT電池