光伏產(chǎn)業(yè)之高效太陽(yáng)能電池技術(shù)深解（一）

　　1.高效電池-光伏的突圍之匙

　　光伏當(dāng)前產(chǎn)業(yè)低迷，腹背受敵。外有金融危機(jī)，市場(chǎng)萎靡，歐美雙反，貿(mào)易壁壘;內(nèi)有并網(wǎng)受限，政策滯后，產(chǎn)能過(guò)剩，產(chǎn)品同質(zhì)化，高資產(chǎn)負(fù)債率。很多人都喜歡問(wèn)一個(gè)問(wèn)題，“你認(rèn)為光伏何時(shí)才能復(fù)蘇?”，我覺(jué)得這個(gè)問(wèn)題的意義不太大，因?yàn)榧词鼓茴A(yù)測(cè)出這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，可是你確信自己能挺到復(fù)蘇之時(shí)嗎?行業(yè)的復(fù)蘇不等于你的復(fù)活，也許那時(shí)你已經(jīng)成為一名過(guò)客了。那怎樣的企業(yè)才能挺過(guò)這次寒潮呢?有技術(shù)實(shí)力，而且能將技術(shù)變成生產(chǎn)力的企業(yè)，將最終勝出，迎來(lái)光伏的下一個(gè)高潮。

　　有核心技術(shù)，自然能得到資本的青睞，解決資金的短缺。自然能夠突破價(jià)格戰(zhàn)和產(chǎn)能過(guò)剩的困局，獲得更高的利潤(rùn)。據(jù)計(jì)算，太陽(yáng)能光伏電池轉(zhuǎn)換效率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，將使太陽(yáng)能電池組件的發(fā)電成本降低7%左右。目前國(guó)際市場(chǎng)的行情是：同樣是P型硅片制造，轉(zhuǎn)換效率高低成為定價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。下游客戶使用高效太陽(yáng)電池做的組件，可以在安裝成本不變的情況下提高太陽(yáng)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(shí)代已經(jīng)過(guò)去。中國(guó)光伏行業(yè)在洗牌整合，在等待政策和貿(mào)易環(huán)境的改善，在積蓄內(nèi)力提高效率，等待一個(gè)真正輝弘的高潮的到來(lái)---光伏平價(jià)上網(wǎng)：光伏發(fā)電以平等的價(jià)格和傳統(tǒng)能源展開(kāi)發(fā)電市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，走入尋常百姓家。

　　2.什么是高效光伏電池

　　目前普通的太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化水平轉(zhuǎn)換效率：?jiǎn)尉?5%～17%、多晶12%～15%，非晶硅薄膜8%～9%。高效電池是指電池產(chǎn)業(yè)化水平轉(zhuǎn)換效率：?jiǎn)尉А?8%、多晶》16.5%、非晶硅薄膜》10%。要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)的是我們說(shuō)的是產(chǎn)業(yè)化的電池轉(zhuǎn)換效率，是指能夠量產(chǎn)制造的，不是實(shí)驗(yàn)室精雕細(xì)刻出來(lái)的。實(shí)驗(yàn)室里面有很多電池效率很高，但或者工藝太復(fù)雜、或者技術(shù)不成熟，只具有研發(fā)意義，無(wú)法量產(chǎn)，無(wú)法降低生產(chǎn)成本，還不具有商業(yè)推廣價(jià)值。

　　大面積、薄片化、高效率以及高自動(dòng)化集約生產(chǎn)將是光伏硅電池工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)降低電池的硅材料成本，提升光電轉(zhuǎn)換效率與延長(zhǎng)其使用壽命來(lái)降低單位電池的發(fā)電成本。通過(guò)集約化生產(chǎn)節(jié)約人力資源降低單位電池制造成本。通過(guò)合理的機(jī)制建立優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)、充分保證技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新是未來(lái)光伏企業(yè)發(fā)展的核心競(jìng)爭(zhēng)力所在。

　　3.技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)-薄片化

　　降低硅片厚度是減少硅材料消耗、降低晶硅太陽(yáng)電池成本的有效技術(shù)措施，是光伏技術(shù)進(jìn)步的重要方面。30 多年來(lái)，太陽(yáng)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(duì)太陽(yáng)電池成本降低起到了重要作用，是技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)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(shù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)

　　典型商業(yè)組件的效率期望能從2010年的16%增長(zhǎng)到2030年的25%，2050年增長(zhǎng)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(shí)間會(huì)不斷縮短的。預(yù)計(jì)能源回收期會(huì)從2010年的兩年降低到2030年的0.75年，到2050年會(huì)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(shù)指標(biāo)

　 5.光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線圖

　　晶體硅電池發(fā)展的趨勢(shì)是低成本高效率，這是光伏技術(shù)的發(fā)展方向。低成本的實(shí)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(jìn)、材料的改進(jìn)及電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。成本的下降依賴于現(xiàn)有材料成本的下降、工藝的簡(jiǎn)化及新材料的開(kāi)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(jià)上網(wǎng)時(shí)間表除了與產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大有關(guān)外，最重要的依賴于產(chǎn)業(yè)技術(shù)(包括設(shè)備和原材料)的改進(jìn)。

　　僅靠工藝水平的改進(jìn)對(duì)電池效率的提升空間已經(jīng)越來(lái)越有限，電池效率的進(jìn)一步提升將依賴新結(jié)構(gòu)、新工藝的建立。具有產(chǎn)業(yè)化前景的新結(jié)構(gòu)電池包括選擇性發(fā)射極電池、異質(zhì)結(jié)電池、背面主柵電池及N型電池等。這些電池結(jié)構(gòu)采用不同的技術(shù)途徑解決了電池的柵線細(xì)化、選擇性擴(kuò)散、表面鈍化等問(wèn)題，可以將電池產(chǎn)業(yè)化效率提升2～3個(gè)百分點(diǎn)。

　　為了進(jìn)一步降低成本、提高效率，各國(guó)光伏研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)商不斷改善現(xiàn)有技術(shù)，開(kāi)發(fā)新技術(shù)。他們根據(jù)自己的技術(shù)實(shí)力和科研回報(bào)的期望，選擇不同的研究方向和路徑，共同促進(jìn)光伏技術(shù)的不斷進(jìn)步。

　　如圖所示為不同光伏技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及前景

　　高效電池類型介紹

　　1.高效晶體硅太陽(yáng)能電池-MWT電池

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

　　MWT技術(shù)是荷蘭規(guī)模最大的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)商Solland Solar開(kāi)發(fā)的用于其Sunweb電池的方法。該技術(shù)應(yīng)用P型多晶硅，通過(guò)激光鉆孔將電池正面收集的能量穿過(guò)電池轉(zhuǎn)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(diǎn)包括：激光打孔和劃槽隔絕的對(duì)準(zhǔn)及重復(fù)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(nèi)金屬的填充等。一般MWT每塊硅片需要鉆約200個(gè)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(kuò)散-》去PSG-》沉積SIN-》印刷正面電極-》印刷背面電極-》印刷背電場(chǎng)-》燒結(jié)-》激光隔絕-》測(cè)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(yáng)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(yáng)能電池的簡(jiǎn)稱。

　　與MWT電池不同的是，在EWT電池中，傳遞功率的柵線也被轉(zhuǎn)移至背面。與MWT電池類似，EWT電池也是通過(guò)在電池上鉆微型孔來(lái)連接上、下表面。相比MWT電池的每塊硅片約200個(gè)通孔，EWT電池每塊硅片大約有2萬(wàn)個(gè)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(méi)有柵線和電極，使模組裝配更為簡(jiǎn)便，同時(shí)由于避免了遮光損失且實(shí)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(shù)，并對(duì)硅片質(zhì)量具有一定的要求，這為EWT電池工藝技術(shù)提出諸多的要求，比如無(wú)損傷激光切割的實(shí)現(xiàn)、絲網(wǎng)印刷對(duì)電極形狀的限制、孔內(nèi)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(jié)構(gòu)生產(chǎn)出來(lái)的早期電池獲得了超過(guò)17%的效率。

　　圖：采用背面分布式觸點(diǎn)的EWT電池