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单晶VS多晶硅片性能对比

发表于:2015-08-25 10:10:38 来源:中国电力新闻网

单晶硅片多晶硅片在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显着差异。单晶和多晶的差别主要在于原材料的制备方面,单晶是直拉提升法,多晶是铸锭方法,后端制造工艺只有一些细微差别。

晶硅电池发展历程

1839年,法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应。

1917年,波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术,后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。

1941年,奥尔在硅材料上发现了光伏效应。

1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。

1955-1975年,由于单晶电池成本较高,产业界不断致力于降低晶体制造成本,并提出铸锭单晶工艺。

1976年,铸锭单晶技术失败,德国瓦克公司率先将铸锭多晶用于太阳能电池生产,牺牲晶体品质以降低发电成本。

2005-2010年,多晶电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。

2013年,松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%,突破了光伏产业界最高理论效率极限,人们再次评估各种技术的性能和成本区间。

2013-2015年,连续快速拉晶技术和金刚线切片技术的导入使得单晶组件成本与多晶组件成本差距缩小到3%以内,采用单晶组件与采用多晶组件的电站单位投资成本持平。

预计到2016年,随着PERC等高效技术的应用,单晶组件与多晶组件成本将达到一致。

转换效率对比

影响转换效率的3项主要参数是:Voc(开路电压)、Isc(短路电流)、FF(填充因子),公式为:Eta=Voc×Isc×FF

从光电转换效率参数分解来看,单晶电池的各项参数全面领先于多晶,详见表1。一般来讲目前工艺下国内单晶电池量产效率是19.55%左右,做得好的话可以达到19.8%-19.9%,取决于它是三栅线还是四栅线;多晶电池量产效率一般是18.12%左右。

制程差异

在制程方面,单晶比多晶更环保、成本更低。电池的制程工艺包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷、烧结等,单晶电池和多晶电池的制备工艺主要差别在制绒环节,其余环节仅仅是控制标准的差异。

单晶制绒采用碱溶液腐蚀,腐蚀过程中产生硅酸盐和氢气副产物,通过应用制绒辅助液代替或部分代替异丙醇(IPA),可实现更低的BOD、COD污水排放,且单晶制绒体系对于设备硬件的要求很低,更容易实现环保和工艺控制。

多晶采用酸溶液腐蚀,需要使用高浓度的硝酸和氢氟酸,主要副产物为氟硅酸和NOx,而Nox是一种很难彻底处理的大气污染物,考虑到这些因素,需要使用严格封闭的自动化设备。多晶制绒的设备购置和维护成本远高于单晶。

温度系数对比

单晶材料没有晶界,材料纯度高,内阻小,温度升幅较小;另一方面,多晶电池的光电转换效率较低,它将更多的光能转换为热能而非电能,也导致多晶的温度升高更明显。在最高光强下,单晶工作温度比多晶低5~6℃左右,部分地区的多晶工作温度可以比单晶高出10℃以上,因而多晶的功率损失较大,单晶的功率损失较小。

从温度系数本身来看,单晶温度系数是略低于多晶的,因此同样升高1℃的情况下单晶功率损失也少于多晶。

PERC电池技术简述

几年前光伏工业界把高效电池的注意力主要放在选择性发射极电池技术?现在业内不再做选择性发射极电池而更加关注PERC电池,因为选择性发射极电池主要是提高了短波段吸收能力,但是反映在组件上,由于EVA本身吸收的也是紫外光的短波段,所以它在组件方面没有体现出明显优势,选择性发射极技术就被淘汰了。而PERC电池主要是表现在近红外、红外波段的吸收,而EVA不吸收红外波段的太阳能,所以PERC技术更好的把电池效率的提升反应到到组件效率的提升。

PERC电池具有以下特点:

① 电池效率绝对值在单晶上可提高1%,在多晶上可提高0.5%,因此在单晶上采用PERC技术优势更大。

② PERC技术具有与现有产线兼容度高,易于进行产线升级,并可降低电池片每瓦成本。

③ PERC电池已经成为行业主流技术并逐步替代常规电池。

④ 通过工艺优化,在近1-2年内可逐步将量产效率提升至21%,SolarWorld公司近期在实验室的P型单晶硅PERC电池效率已经达到了21.7%。

以上所述的为P型PERC电池技术,下一代的N型PERC技术,不仅可以解决LID的问题,而且量产转换效率可以进一步提升至22%。

乐叶光伏2015年下半年将会在合肥基地量产高效PERC单晶电池组件,接下来在江苏泰州将会新增2GW的PERC电池产能。

 

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