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杜邦:材料技术推动光伏电池效率迈进22%

来源:索比太阳能光伏网发布时间:2014-08-01 08:02:41作者:曹宇
 从研发到生产,需要多少时间?

多晶硅厂只需要两年时间,组件一年左右,逆变器则最快几个月就可以完成从建厂到投放市场的过程。而在杜邦所着重的材料领域,新材料从研发到测试、量产销售过程往往在五年以上,并投入大量资源。

在笔者看来,杜邦的策略显得有点“笨重”:往往在耗费大量金钱和时间开创的材料或技术路线,在普及之后,市场竞争就演变成了价格战。但这种“笨重”却将一直持续下去,因为它是杜邦,它要做开创性的研发,因为创新研发是促进产业进步、延续产业发展命脉的重要关键,杜邦这么认为。

从1802年成立以来,这家超过200年的公司就不断通过创新来改变世界,从尼龙到飞机内饰,从防水透气服装再到光伏银铝浆、背板,时至今日,杜邦仍然不断地在储备、培育和催化出新的革命性产品满足各个行业的不同需求。

不夸张的说,杜邦公司的研发工作是很多行业发展的基石。以光伏为例,组件的背板和电池的银浆,都是先有材料后有工艺。而后杜邦等企业不断研发,升级,才形成了现在的局面。如同罗马的马车间距影响了现代的公路一样,杜邦的很多产品不只催生了某种工艺,也从某种程度上奠定了未来行业发展的道路雏形。

2009年尚德“冥王星”、英利“熊猫”、中电“SE选择性发射极”、天威“神鸟”,各项,而直到今天,N型和背接触两种高效电池才有望大规模投放市场。这个过程,恰好五年。在这过程中,企业对于研发的考虑往往随行就市,但杜邦的工作却从未间断。

郭明政,杜邦电子通讯事业部微电路材料全球总裁,在杜邦服务十余年。“我们的客户常常会找到我们,希望我们开发某些新型的材料以满足他们对新技术的设想,我们在这里面承担了很多的工作。”
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杜邦的银浆和背板研究覆盖几乎所有的技术路线,并且不断有客户会提出对未来的构想,杜邦则默默的在背后提供材料支持,除常规电池所需浆料外,杜邦还研发生产诸如用于背钝化结构的铝浆Solamet® PV36x,背接触技术的Solamet® PV70x,以及适用于N型电池的银铝浆Solamet® PV3Nx和IBC电池所用的Solamet® PV197。目前N型电池量产效率可达19.5%。杜邦不断强调材料是关键,任何制造业,归根结底,都是基础材料先行,生产工艺和商业模式跟进。

杜邦也被队友“卖”过,在研发工作中,经常会是好几种工艺共同开发,最后选出一种,甚至一种也选不出来,每次都要花费大量的精力。举例来说,曾经在半导体行业中,杜邦超前的开发了下一代尺寸的光阻产品,不想行业技术路线转了个大弯,在现有尺寸上继续深耕细作,结果让杜邦损失颇大。“这个是我们必须要做的,而且也只有杜邦这样的公司能去承担这样的技术投资与风险。我们就是为了推动行业的进步,安于现状不是杜邦的风格。”郭明政说。

在2014年上海SNEC展览上,杜邦展出了新一代革命性的产品,Solamet® PV18x,它的前辈Solamet® PV17x系列确立了光伏电池低表面浓度扩散印刷工艺的规范,现在轮到Solamet® PV18x系列来实现增强型低表面浓度扩散电池,达到更高效率的目标。 在过去的十二年里,从Solamet® PV14x系列到PV18x系列,杜邦帮助商业化生产的光伏电池转换效率提高了一倍,现在IBC高效电池量产效率已达20%。

2014年初,REC率先宣布使用杜邦的Solamet® PV18x,使60片装组件达到了265W。REC表示:“由于多项产品设计的改进,现在每平方米的REC组件可产出更多电力,而其中一项即是采用我们主要的供应商-杜邦最新一代、领先业界的正面银导电浆料。”

现在,他们又在为2015年帮助客户实现22%的电池转换效率而努力。其中PV18x提供的效率提升可达0.2%。应用于高效背钝化电池的Solamet® PV36x铝浆及搭配正银、背银产品,可提升效率达1%,这对业内目前每年0.5%的提升速度来说是极具吸引力的。
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一款优秀的银浆,应该具备尽可能减少电流损失的低电阻、可以做的更细以让出表面积给电池,同时还要稳固不易脱落以及优秀的接触方阻表现,在高方阻的电池上维持良好的填充因子。而质量差得银浆,由于可靠性的原因,不只影响效率,甚至会导致组件衰减过快等问题。

前面两个特性似乎是矛盾的,越细的线电阻似乎越高,因此杜邦又打包推出了新的刷浆工艺给客户:把线做的更高。这样既能让电池表面接受光照面积增加,又能保证与之前相同甚至更低的电阻。 相比PV17x,PV18x的高度增加了33%,同样宽度下降低了12%的电阻。
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图:杜邦电子通讯事业部微电路材料全球总裁郭明政先生

采访人:光能 
被采访人:郭明政 杜邦电子通讯事业部微电路材料全球总裁 简称“郭”


光能:请介绍杜邦发展浆料业务的历史。
1960年以来,我们一直生产卫星通信、汽车、医疗以及光伏在内的高可靠性和高技术要求的厚膜产品。
杜邦™Solamet® 金属导电浆料涵盖了目前所有种类的光伏电池需求,并为未来5-10年的科技进步做了相应的储备。我们的目标是提供能够降低度电成本(LCOE)以协助达到平价上网的解决方案。这通过三个方面体现:1、更高效的光伏电池;2、较低的光伏系统安装成本;3、长使用寿命、低功率衰减的光伏组件。

光能:杜邦的核心竞争优势是什么?
郭:
研发。我们在美国、日本、上海、台湾等地都建立了世界一流的研发与技术中心,拥有经验丰富的科学家和高端的核心设施。这也是我们杜邦实现自己价值的核心。我们不断开发新的先进材料,满足客户完善自己产品,实现差异经营的需求。

光能:到现在为止,杜邦经历了那几款具有历史地位和阜有经济成效的银浆?
郭:
在过去12年,我们的Solamet® 系列已经成功协助将光伏行业的效率提升了一倍。我们最新的里程碑式产品引入前端金属化技术,用了低表面浓度扩散技术(LDEs)的PV17x系列。而现在的PV18x在原有基础上能够再次提升约0.2%的转换效率。

我们还为新型高效电池准备了相应的浆料,包括为N型硅电池准备的Solamet® PV3Nx,和为PERC结构准备的铝浆Solamet® PV36x。

光能:一款优秀的银浆应具备哪些性能?
郭:
高导电性、低接触电阻、低复合损失、细线印刷等。我们的理念是“多和少”。提供更高效的性能,对覆盖面积需求更低,符合市场对于降低单位发电成本的追求。
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光能:质量差的银浆会造成哪些问题?
郭:
那可以称得上一场灾难。用低劣的材料制造的组件,会导致效率降低和过早的衰减。如果发生这种问题,不仅是给客户带来投资损失,对整个行业来说也是重创。(编者按:这里郭用了“get a black eye”这个词。而目前金太阳和前期投资的一些项目接连出现问题,确实非常影响投资机构和银行的信心。)低劣的产品会威胁到光伏行业的增长潜力,也就是为什么我们强调材料是至关重要的原因。

光能:这几年银浆市场起伏波动较大,请您为我们分析目前市场的情况和未来的预期。
郭:
我们预计在未来5年,光伏市场每年将保持20%的复合增长率。但由于我们采用了新的工艺和材料,可以节约原料,所以光伏银浆不会以同样的速度增加。

光能:最后请介绍断杜邦™ Solamet® PV18x的市场接受程度和未来将要推出的下一代产品。
郭:
Solamet® PV18x系列承接的是上一代产品PV17x系列应用于P型电池的市场,对此我们也已经开始下一代Solamet® PV19x的前期工作。但我们不应该将焦点只放在P型电池上,有许多新的工艺、电池结构技术都在杜邦的研发中心进行评估和研发,我们将继续推进如PERC、N型电池、IBC等先进电池工艺的材料开发工作。
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