从结构、衰减、性能透析单晶与多晶本质

来源:索比光伏网发布时间:2016-03-15 14:51:12

多晶的本质是一种有瑕疵的单晶

历史上最早用于生产太阳能电池的硅片并不像今日使用专门的设备生产的单晶硅片或者多晶硅片,而是使用半导体晶圆的边角余料或者残次品,价格相当昂贵。随着半导体晶圆的合格率逐渐提高,市场可供应的残次品晶圆越来越少。当人们希望普及硅基太阳能电池的时候,还没有出现专门的太阳能单晶硅生产设备,半导体晶圆生产太阳能电池的成本令人望而生畏,人们转而使用浇铸、铸锭、定向凝固的方法生产晶体硅锭,这就是所谓“多晶硅片”的来源,虽然品质较差,但成本有了明显下降。到上世纪80年代初期,专门用于生产太阳能单晶硅的技术逐渐成熟,这一时期,欧洲、美国、中国诞生了大量10KW以上、1MW以上的太阳能电站,这些电站上使用单晶硅生产的组件至今仍在稳定发电,30年的累计衰减还不到20%,足见单晶功率的稳定性。

单晶电池和多晶电池的初始原材料都是原生多晶硅,类似于微晶状态存在。要具备发电能力,就必须将微晶状态的硅制成晶体硅,而晶体硅的晶向需要精确控制。单晶电池和多晶电池在制程上唯一无法轻易互换的就是晶体生长环节。在这个环节,原生多晶硅在单晶炉内会生产成单一晶向、无晶界、位错缺陷和杂质密度极低的单晶硅棒,如下图所示:

多晶晶体的生长工艺本身决定了它无法生长出大面积单一晶向的晶体(单晶),多晶的本质就是大量的小单晶的集合体,如下图所示:

多晶铸锭的小单晶颗粒之间的晶界会降低电池的发电能力,多晶铸锭本身简单粗暴的工艺使得它更容易大规模扩张,但是却无法将位错缺陷和杂质密度控制在较低水平,这些要素无一不在影响着多晶的少数载流子寿命。

组件功率衰减分为初始光衰和长期衰减两类,单晶综合性能优异

在组件封装材料可靠的前提下,影响单晶组件和多晶组件可靠性差异的关键因素就是功率衰减指标。它分为初始光衰和长期衰减两类。人类最早从1970年代前后研究组件衰减问题,经过数十年探索发现,单晶和多晶在这两类衰减上表现有很大差异。

目前的单晶电池以P型为主,这种电池在日照2-3周后会发生2%~3%的快速功率衰减,原因是晶体生长中使用硼作为掺杂剂,同时有较多的氧原子混杂,替位硼和间隙氧在光照下激发形成较深能级缺陷,引起载流子复合和电池性能衰退。但是,这种衰退在退火作用下是可以恢复的。太阳能电池的功率在4个月或更长时间(取决于日照强度和时间)内会发生恢复,到1年后,累计衰减大约是2.5%~3%,并趋于稳定。

多晶电池不存在上述问题,但是由于本身无法克服的高杂质浓度和位错缺陷的影响,在日照下电池性能会持续衰退到3%左右,并且不会出现恢复现象。

目前市场上多晶组件功率保证是第1年97%~97.5%,25年80%,也就是说,第一年初始光衰稳定后,以后每年衰减0.71%~0.73%。单晶组件由于使用完美晶体结构的硅材料,内部结构更为稳定,第1年功率保证是97%,25年保证83.8%,第2~25年平均每年衰减仅0.5%,这些指标是组件厂商可以写入合同的保证值,也是保险公司愿意承保的指标。如果多晶组件提出25年功率保证高于单晶,保险公司也很难答应。

单晶优势无法超越

在过去几十年内,无论单晶电池还是多晶电池,生产工艺都非常粗糙,没有把晶体硅材料的性能充分发挥出来,转换效率的差异也不太明显。随着技术不断进步,晶体硅材料的发电性能利用程度不断被刷新,由于单晶材料本身的高品质特征、多晶材料本身无法克服的高位错密度和高杂质缺陷,每一种新技术的导入都必然引致单晶相对多晶的转换效率优势扩大。目前P型单晶相对多晶的平均转换效率优势是1.5个百分点,当PERC技术实现产业化时,单晶效率提升了0.8-1个百分点,多晶效率只能提升0.5-0.6个百分点。今后,IBC、HIT等更多高效技术会导入产业化应用,单晶的优势还会进一步扩大。

个体优势与整体优势

单晶相对多晶的优势是整体优势。不排除个别企业在单晶领域技术落后,以3-5年之前的单晶技术和现在的多晶技术比较,在这种个体情况下,单晶的功率稳定性和转换效率可能会体现出一定的劣势。如果放在同一基准线上,在组件功率相差15瓦的情况下,单晶和多晶价格差异将被EPC成本差异所覆盖,单晶电站投资成本低于多晶。不排除市面上能够看到极少量的270W、275W或更高功率的多晶组件(60片电池封装规格,下同),但是它的组件成本必然会高于275W单晶组件,并且1-2年内必然无法批量供应。简而言之,光伏发电是一项系统工程,能够实现产业化和规模化供应的、具有性价比优势的技术路线才是市场竞争中的王者,单纯追求价格优势或者某一方面概念优势的技术只能作为一个特定时期的过渡。

光伏行业最新动态,请关注索比光伏网微信公众号:GF-solarbe

投稿与新闻线索联系:010-68027865 刘小姐:news@solarbe.com

索比公众号
推荐新闻
26.31%!光伏新秀再创辉煌

26.31%!光伏新秀再创辉煌

新春临近,万象更新。中环新能源控股集团旗下中环低碳(安徽)新能源光伏科技有限公司(简称:中环低碳)自主研发生产的182N型高效单晶硅电池(TOPCon)转化效率取得重大突破,经国家光伏产业计量测试中心(NPVM)第三方测试认证,全面积电池转化效率达到26.31%,开路电压达到739.6mV,打破了在2023年10月31日创造的26.06%的效率纪录。以毋庸置疑的技术实力,夯实了中环低碳稳居光伏电池行业“量产转换效率榜单”第一梯队的行业地位。

中环低碳N型高效单晶硅电池光伏产业
2024-02-02
直拉单晶硅生长对石英坩埚品质有哪些要求?

直拉单晶硅生长对石英坩埚品质有哪些要求?

目前,单晶硅采用多晶硅为原料和直拉法生产工艺。在单晶硅生产中,石英坩埚是一次性使用的熔硅和晶体生长的关键材料,对单晶硅的生产成本和产品质量都有直接重要的影响。

单晶硅多晶硅单晶硅片
2024-01-30
硅料价格持平,节后全产业链蓄势待发

硅料价格持平,节后全产业链蓄势待发

据索比光伏网了解,各环节龙头企业在春节期间保持一定生产节奏,二三线企业近期也陆续复工,新一轮订单正在洽谈阶段,市场以观望为主,暂无明显波动。由于n型新建产能仍处于爬坡期,有效产出及产品品质具有不确定性,下游拉晶企业对高品质n型用料需求依旧旺盛。在供需关系的影响下,预计近期高品质硅料价格可能继续上涨。

太阳能级多晶硅硅料价格组件价格
2024-02-22
合盛硅业20万吨多晶硅项目顺利投产!

合盛硅业20万吨多晶硅项目顺利投产!

近日,合盛硅业光伏一体化全产业链园区多晶硅生产取得重大突破,年产20万吨多晶硅项目第一条10万吨生产线顺利实现高品质量产,已产出满足下游N型电池用料需求的高纯多晶硅,另一条10万吨生产线正处于最后的量产试车准备阶段。

合盛硅业太阳能电池多晶硅项目
2024-02-18
艾能聚宣布多晶硅电池片生产线临时停产!

艾能聚宣布多晶硅电池片生产线临时停产!

艾能聚发布公告称,受技术迭代及市场需求影响,为减少损失及整体经营业绩的角度考虑,经公司管理层讨论决定,近期对公司多晶硅电池片生产线实施临时停产,停产时间至2024年3月31日,后续复产情况视未来市场需求订单情况而定。

艾能聚多晶硅电池分布式光伏电站
2024-02-05
合盛硅业首条10万吨高纯多晶硅产线实现量产

合盛硅业首条10万吨高纯多晶硅产线实现量产

近日,合盛硅业光伏一体化全产业链园区多晶硅生产取得重大突破,年产20万吨多晶硅项目第一条10万吨生产线顺利实现高品质量产,已产出满足下游N型电池用料需求的高纯多晶硅,另一条10万吨生产线正处于最后的量产试车准备阶段,计划于2024年2月开始联动试车。

合盛硅业多晶硅项目光伏产业
2024-02-01
中国厂商“霸榜”!印度2023年第四季度组件及逆变器供应商榜单公布

中国厂商“霸榜”!印度2023年第四季度组件及逆变器供应商榜单公布

根据咨询机构JMK Research公司最近发布的一份研究报告,在2023年第四季度,来自中国的晶科能源公司和阳光电源公司分别成为印度市场规模最大的光伏组件和逆变器供应商。

光伏组件逆变器光伏系统
2024-02-26
欧洲最大光伏组件厂梅耶伯格或遭“关厂”危机

欧洲最大光伏组件厂梅耶伯格或遭“关厂”危机

2月23日,瑞士太阳能企业梅耶伯格(Meyer Burger)于社交平台发布“关厂预告”,表示将分阶段关闭在德国萨克森州弗莱贝格的光伏组件生产厂,将在3月初停产,今年4月底全部关闭。未来,公司将持续专注美国市场。

梅耶伯格光伏组件光伏制造
2024-02-26
N型升级 | 35mm冰雹?抗得住!一道新能N型组件实力演绎过硬品质

N型升级 | 35mm冰雹?抗得住!一道新能N型组件实力演绎过硬品质

近期,在强对流天气的影响下,不少地区出现了强降水、大风甚至是冰雹天气。作为需要长期户外工作的太阳能发电设备,光伏组件在长达二十五年的服役期内可能会面临各种严酷环境的考验和各种极端天气的冲击。冰雹作为一种发生频率较高的自然灾害,其巨大的冲击力将会对光伏组件造成损坏,带来极大的安全隐患。为检测N型组件全生命周期内的抗冲击性能,一道新能对组件进行了35mm冰雹载荷测试,历经11次撞击试验,组件功率衰减仅约0.07%。

一道新能光伏组件
2024-02-26
105亿!曜灵光伏制造一体化项目开工

105亿!曜灵光伏制造一体化项目开工

2月18日,江西省举行2024年一季度全省重大项目集中开工暨“十百千万”工程动员大会。其中,包含两个光伏项目,分别是南康区曜灵新能源光伏产业制造和新余市仙女湖区观巢镇200MW农光互补光伏发电。

曜灵光伏农光互补光伏组件
2024-02-26
美国军队成为美国可再生能源最大客户!

美国军队成为美国可再生能源最大客户!

美国可再生能源的最大金主是谁?很多人可能想不到,是美国国防部。美国庞大的军队系统,是该国最大的能源消耗者,约占到美国全国能源使用总量的1%,占美国所有政府部门能源总支出的比例高达77%。

可再生能源太阳能电池储能系统
2024-02-26
24.5%!国内再次刷新全钙钛矿叠层组件世界纪录效率

24.5%!国内再次刷新全钙钛矿叠层组件世界纪录效率

近日,南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁课题组在大面积全钙钛矿叠层组件领域取得新突破,经国际第三方权威认证机构测试,其稳态光电转换效率高达24.5%,刷新了全钙钛矿叠层组件的世界纪录效率,为全钙钛矿叠层电池的量产和商业化应用奠定了技术基础。相关研究成果于2024年2月23日以“Homogeneous crystallization and buried interface passivation for perovskite tandem solar modules”为题,发表于Science期刊。

全钙钛矿叠层组件光电转换效率太阳能电池
2024-02-26
比A4纸还薄!《Nature》刊发隆基绿能最新科研成果

比A4纸还薄!《Nature》刊发隆基绿能最新科研成果

近日,隆基绿能与江苏科技大学、澳大利亚科廷大学三方合作,在国际上首次制造出高柔韧性、高功率重量比的晶硅异质结太阳能电池,相关研究成果以“Flexible silicon solar cells with high power-to-weight ratios”为题发表在国际期刊《Nature》(自然)上。

隆基绿能异质结太阳能电池
2024-02-22
两个百亿级落地!24GW光伏电池+20万吨光伏焊带项目签约上饶

两个百亿级落地!24GW光伏电池+20万吨光伏焊带项目签约上饶

2月18日,上饶经济技术开发区重大项目集中签约活动举行,年产24GW超高效太阳能电池、年产20万吨光伏焊带项目及一批优强项目落地,市委书记陈云出席并见证签约,市委副书记、市长邱向军讲话。

太阳能电池光伏焊带
2024-02-19
返回索比光伏网首页 回到从结构、衰减、性能透析单晶与多晶本质上方
关闭
关闭