什么是perc光伏电池
PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell)最早起源于上世纪八十年代,1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率。到了1999年其实验室研究的PERL电池创造了转换效率25%的世界纪录。PERC电池的实验室制备,采用了光刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。PERC电池与常规电池最大的区别在背表面介质膜钝化,采用局域金属接触,大大降低被表面复合速度,同时提升了背表面的光反射。
2006年用于对P型PERC电池的背面的钝化的AlOx介质膜的钝化作用引起大家重视,使得PERC电池的产业化成为可能。随后随着沉积AlOx产业化制备技术和设备的成熟,加上激光技术的引入,PERC技术开始逐步走向产业化。2013年前后,开始有厂家导入PERC电池生产线,近几年PERC电池越来越引起行业重视,产能获得快速扩张。2017年全球预计新增产能6.5GW,从现有标准电池线升级2.5GW,预计至2017年底,全球PERC电池产能将达到20GW。
值得一提的是,2017年将可能是PERC电池与常规电池的市场份额的转折性的一年。随着PERC电池产能的扩张,常规电池的市场份额将逐步下降。
PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell),是电池的一种结构。最早起源于上世纪八十年代,1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率。
到了1999年其实验室研究的PERL电池创造了转换效率25%的世界纪录。PERC电池的实验室制备,采用了光刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。PERC电池与常规电池最大的区别在背表面介质膜钝化,采用局域金属接触,大大降低被表面复合速度,同时提升了背表面的光反射。
拓展资料PERC电池发电性能
PERC电池的发电性能是表征PERC电池竞争力的另一重要因素。在青海、海南、吐鲁番等不同的实证基地进行不同电池户外发电性能的对比分析,选用的组件类型包含常规单晶硅、常规多晶硅、单晶PERC、多晶PERC等,发现单晶PERC技术更高的单位发电特性(kwh/kw),大同基地报道了PERC单晶多发电2.61%的发电增益。
青海实证基地在一个月的采集数据中发现单晶PERC发电量最高(22.69kwh/kw),单晶常规电池次之(22.26kwh/kw),多晶常规电池再次之(22.20kwh/kw),多晶PERC电池与多晶常规电池接近,似乎更低(21.97kwh/kw)。需要指出的是,目前户外实测数据收集时间较短,更深入的研究还需要更长时间的发电性能数据收集与对比分析。
参考资料
全方位解析PERC电池——搜狐科技
什么是PERC光伏电池?—— 索比光伏专业知识网
1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首
次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率。
1999年验室研究的PERL电池创造了转换效率25%的世界纪录。采用了光
刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。
2006年用于对P型PERC电池的背面的钝化的AlOx介质膜的钝化作用引起
大家重视,PERC技术开始逐步走向产业化。
2013年前后,开始有厂家导入PERC电池生产线,近几年PERC电池越来越
引起行业重视,产能获得快速扩张。
2017年全球预计新增产能6.5GW,从现有标准电池线升级2.5GW,预计
至2017年底,全球PERC电池产能将达到20GW。
硅片厚度不断降低
近来,为了降低太阳电池的成本,硅片的厚度不断降低,从最初的
350μm到270、240、220、180μm,将来甚至会向更薄方向发展。
带来的影响
1)背面复合
随着硅片厚度的减薄,少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的
厚度,部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合,这将对电池效
率产生重要影响。
2)内表面背反射性能
当硅片厚度降低到200μm以下时,长波长的光吸收减少,需要电池有
良好的背反射性能。
PERC
电池结构是从常规铝背场电池(BSF)结构自然衍生而来。BSF电池具
有先天的局限性,随着业界对电池提效的关注愈来愈高,这种局限性
越发明显。应用于常规BSF电池背表面的金属铝膜层中,复合速度无法
降200 cm/s以下。到达铝背层的红外辐射光只60%,70%能被反射回去。
通过在电池背面附上介质钝化层,可大大减少这种光电损失,这就是
PERC电池的工作原理。这个概念仅针对电池背面进行了优化,尤其是
降低了光伏电池背面的复合损失,与电池正面无关。
标杆企业是此轮产能扩张的主力。2018 年至 2019 年,通威作为全球最大的单晶PERC 电池制造商,其产能从9GW 扩张至 17.4GW,增幅约为93%,而单晶PERC 出货量全球第 一的爱旭,其PERC 产能则从 5.5GW 提升至 9.2GW,增幅约为67.27%,硅片巨头隆基的产能则从2018 年 4.5GW 扩展至 10GW,增幅约122.22%。以上厂商切入PERC 电池生产 的时间较早,在技术端占优,此番继续加码PERC,意在夯实其规模优势
完成时间:2006年8月
本报告从太阳能电池的整个产业链进行分析,通过太阳能电池的应用分析和产品市场的需求分析,并结合历年的需求数据和新发展趋势,对未来太阳能电池的市场需求量进行预测分析和未来展望。详细统计并分析了国内外太阳能电池硅材料行业现状,国内外市场及需求状况、业内生产企业状况,生产技术工艺,技术水平等,对投资项目进行可行性分析,给出行业建议。
该调研报告的目录如下:
一、太阳能光伏产业前景展望
(一)太阳能产业综述
(二)太阳能光伏产业发展迅速
(三)太阳能光伏产业发展空间巨大
(四)光伏产业发展的原动力
二、太阳能光伏产业链
(一)太阳能光伏产业链概述
(二)太阳能电池硅材料企业在产业链中重要地位
(三)太阳能电池产业对整个太阳能光伏产业影响
三、太阳能电池概况
(一)太阳能电池定义
(二)太阳能电池发展简史
(三)太阳能电池的工作原理
(四)太阳能电池的制作过程
四、太阳能电池分类及简介
(一)太阳能电池分类
(二)单晶硅太阳能电池
(三)多晶硅太阳能电池
(四)多晶硅和微晶硅薄膜太阳能电池
(五)非晶硅薄膜太阳能电池
五、太阳能电池应用
(一)太阳能电池的应用
(二)太阳能光电板、板阵、光电系统及应用
(三)光伏与建筑照明一体化
六、国内外太阳能电池行业发展现状及分析
(一)国际硅太阳能电池发展状况及主流趋势
(二)国内硅太阳能电池产业发展现状及面临的主要问题
七、国内外太阳能电池主要生产企业及市场分额
(一)全球主要太阳能电池企业及所占市场分额
(二)我国太阳能电池企业生产量及产能统计
(二)国内太阳能电池主要生产企业情况
八、中国太阳能电池用硅材料行业状况
(一)国内太阳能用多晶硅原料的行业现状
(二)国内太阳能用单晶硅材料的行业现状
(三)国内太阳能电池用单晶硅片、铸造多晶硅片生产现状
九、太阳能电池硅材料市场状况及需求分析
(一)世界太阳能电池硅材料市场状况及需求分析
1、世界太阳能电池用硅原材料总消耗量
2、世界太阳能电池用多晶硅材料供应与市场需求分析
3、世界太阳能电池用单晶硅材料需求分析
(二)我国太阳能电池硅材料市场状况及需求分析
1、我国太阳能电池多晶硅市场状况及需求分析
2、我国太阳能电池单晶硅市场状况及需求分析
(三)太阳能用硅材料的市场供应及价格变化
十、中国对太阳能利用的政策
(一)我国太阳能利用发展历程及出台的相关政策
(二)我国太阳能发电的成果及现状
(三)我国的太阳能资源及市场前景
十一、太阳能电池及材料生产工艺及技术发展趋势
(一)晶体硅太阳能电池生产工艺及技术发展趋势
1、单晶硅太阳能电池及材料工艺与技术
2、多晶硅太阳能电池及材料工艺与技术
3、高效率低成本晶体硅太阳能电池技术发展趋势
(二)新型薄膜太阳能电池及材料工艺与技术
1、多晶硅薄膜太阳能电池及材料生产工艺与技术发展
2、非晶硅薄膜太阳能电池工艺及技术发展
3、碲化镉(CdTe)系薄膜太阳能电池
4、硒铟铜(CIS)系薄膜太阳能电池
十二、太阳能电池未来发展趋势前途分析
(一)硅系结晶类太阳能电池发展前途分析
(二)薄膜类太阳能电池发展前途分析
(三)新材料太阳能电池发展前途分析
十三、太阳能电池硅材料企业投资建议
(一)投资分析
(二)技术风险
(三)市场风险
表目录:
表1.1 1995~2004年全世界太阳电池累计安装量
表1.2 预测2010~2030年主要太阳电池光电转换效率
表6.1 2004-2005年世界硅太阳能市场构成
表7.1 2001~2005年全球前10太阳能电池厂商产量及排名
表7.2 2005年国内太阳能电池主要生产企业产品生产量
表7.3 国内晶体硅太阳能电池企业2004年~2006年产能统计及预测
表8.1 2002年~2005年中国硅材料企业多晶硅产能与产量
表8.2 2001~2005年国内太阳能用硅单晶生产状况
表8.3 2005年底国内太阳能电池硅切片企业生产量及能力状况一览表
表9.1 2005年全球主要太阳能电池制造商产能状况统计
表9.2 全球1998年到2005年太阳能电池产量变化
表9.3 2003~2005年全球结晶硅太阳能电池产量与所用硅材料
表9.4 2002-2005年全球太阳能电池级多晶硅的主要生产厂商及产量
表9.5 2004年世界太阳能级硅供应情况
表9.6 2005~2008年世界多晶硅供需预测表
表9.7 2002年至2005年世界各种太阳能电池的产量和构成比例
表9.8 2000~2010年我国太阳能电池生产与多晶硅需求量
表9.9 2004~2005年我国太阳能用单晶硅消耗量
表12.1 硅基太阳能电池效率、成本、寿命预测
表12.2 世界主要太阳电池的最高转换效率
图目录:
图2.1 硅系太阳能电池产业链
图3.1 在太阳能电池中的光电效应
图3.2 不同光线强度下一个太阳能电池的电流强度和电压曲线图
图3.3(a)单晶体太阳能电池板
图3.3(b)多晶太阳能板
图3.3 (c) 非晶态硅电池太阳能板
图4.1 块状太阳能电池分类
图4.2 薄膜太阳能电池分类图
图5.1 太阳能电池应用分布图
图5.2 卡尔巴里光电装置
图5.4 光电系统的组成图
图6.1 太阳能电池主要种类及市场分额
图7.1 2005年全球主要太阳能电池厂商产量及占全球的市场份额
图8.1 国内硅单晶总产量及太阳能用硅单晶产量
图8.2(a) 国内太阳能用硅单晶生产增长速率
图8.2(b) 国内太阳能用硅单晶与硅单晶总量的比
图9.1 2000-2005全球太阳能电池市场消耗硅材料量
图9.2 2005年全球太阳能电池用单晶硅供需对比图
图9.3 2005年国内太阳能用多晶硅总产量与市场需要量对比
图11.1 PERL太阳能电池
图11.2 BCSC太阳能电池
图11.3 背面反射器太阳能电池和普通硅太阳能电池的反射率与光波波长的关系
图11.4 非晶硅薄膜电池结构
图11.5 PECVD装置示意图
2 世界光伏产业发展的特点
2.1 光伏产业日益集中
2001年世界光伏电池组件产量达到390.54MW(见表1),其中欧、美、日等十大厂家生产的光伏电池和组件达到336.24MW(见表2),大约有86%的产品集中在10家大生产厂家手中[1],日本夏普产量达到75.02MW,居世界第一位。
2.2 光伏联网市场增长迅猛
光伏市场发展的另一个特点是光伏联网市场增长迅猛。据有关方面调查[2],世界联网市场用户从2000年的120MW增长到2001年的200MW。表3可以看出光伏市场应用领域的分布情况。
太阳电池的一种。 矽体太阳电池近年来得到了广泛的套用 由于其制造工艺上的不同可分为单晶矽, 多晶矽两种结构。
多晶矽材料是由许多具有不同晶向的小颗粒单晶矽组成 在小颗粒的单晶晶粒内部矽原子呈周期性有序排列。
多晶矽与单晶矽的主要区别是不同晶向的单晶晶粒间存在晶粒间界 所谓的晶粒间界是指晶粒间的过渡区结构复杂矽原子呈无序排列存在着能在禁带中引入深能级缺陷的杂质。
基本介绍中文名 :多晶矽太阳电池 核心 :太阳能电池组件 Isc :2950mA Voc :584mV FF :0.72 η :12.4% 概述,多晶矽电池的优势,多晶矽电池发展历史,电池构成及配件作用,电池测试条件,功率计算方法,多孔矽的特点以及在多晶矽电池中的套用,电池套用领域, 概述 太阳电池套用最大障碍就是成本太高,如何进一步降低成本成为太阳电池推广套用的关键。多晶矽太阳电池是目前较成熟的成本相对较低的太阳电池技术,由于多晶矽晶粒取向的多样性,不能用传统的单晶矽制绒面技术,如何廉价可靠地制备多晶矽太阳电池的减反射膜是多晶矽太阳电池产业化的关键技术之一。 多晶矽太阳电池的性能基本与单晶矽太阳电池相同,目前国外多晶矽太阳电池大部分是10cm×10cm的方片。工业化生产的多晶矽太阳电池的典型特性参数如下: 多晶矽太阳能电池 Isc=2950mA,Voc=584mV,填充因子FF=0.72,转换效率η=12.4%(测试条件:AM1.5,1000W/m2,25℃)。 多晶矽太阳电池的其它特性与单晶矽太阳电池类似,如温度特性、太阳电池性能随入射光强的变化等。 多晶矽电池的优势 多晶矽太阳能电池的竞争力近年来超越单晶矽太阳电池主要有以下几点原因(1)晶体矽生长技术与设备的进步,大型(大于240kg) 的晶锭增加了生产能力减少能源的消耗比起单晶,多晶更适合用较低纯度的原材料。晶锭与坩埚尺寸趋向标准化,有助于凝铸技术的推广。近年来在原有晶体矽生长方法的基础上,诞生了热交换法和电磁浇铸 方法。可以制造出高质量的多晶矽材料。
(2)氧化矽减反射膜的普遍采用。除了具有减反射的功能外氧化矽膜内的氢原子对矽片表面和体内具 有 良 好 的 钝 化 作 用。氧 化 矽 膜 比 传 统 的 氧 化 钛减反射膜稳定。 (3)多晶矽太阳电池是比较标准的正方形,与准方形的单晶矽太阳电池相比5英寸与6英寸的多晶太阳电池在成本与模板封装密度上更有优势
(4)多线切割工艺被普遍采用, 生产自动化程度提高。相对传统的内圆切割,多线锯的产量高,切割损失小,
对矽片表面的损伤小,同时可以获得比较薄的矽片。 多晶矽电池发展历史 晶体矽太阳能电池的发展可划分为三个阶段,每一阶段效率的提升都是因为新技术的引入。 1954年贝尔实验室Chapin等人开发出效率为6%的单晶矽太阳能电池到1960年为第一发展阶段,导致效率提升的主要技术是矽材料的制备工艺日趋完善、矽材料的质量不断提高使得电池效率稳步上升,这一期间电池效率在15%。1972年到1985年是第二个发展阶段,背电场电池(BSF)[1]技术、“浅结”结构、绒面技术、密栅金属化是这一阶段的代表技术,电池效率提高到17%,电池成本大幅度下降。1985年后是电池发展的第三阶段,光伏科学家探索了各种各样的电池新技术、金属化材料和结构来改进电池性能提高其光电转换效率:表面与体钝化技术、Al/P吸杂技术、选择性发射区技术、双层减反射膜技术等。许多新结构新技术的电池在此阶段相继出现,如效率达24.4%钝化发射极和背面点接触(PERL)电池。目前相当多的技术、材料和设备正在逐渐突破实验室的限制而套用到产业化生产当中来。目前已经有多家国内外公司对外宣称到2008年年底其大规模产业化生产转换效率单晶将达到18%,多晶将超过17%。 单晶矽太阳电池的生产需要消耗大量的高纯矽材料,而制造这些材料工艺复杂,电耗很大,在太阳电池生产总成本中己超二分之一,加之拉制的单晶矽棒呈圆柱状,切片制作太阳电池也是圆片,组成太阳能组件平面利用率低。因此,80年代以来,欧美一些国家投入了多晶矽太阳电池的研制。 目前太阳电池使用的多晶矽材料,多半是含有大量单晶颗粒的集合体,或用废次单晶矽料和冶金级矽材料熔化浇铸而成。其工艺过程是选择电阻率为100~300欧姆厘米的多晶块料或单晶矽头尾料,经破碎,用1:5的氢氟酸和硝酸混合液进行适当的腐蚀,然后用去离子水冲洗呈中性,并烘干。用石英坩埚装好多晶矽料,加人适量硼矽,放人浇铸炉,在真空状态中加热熔化。熔化后应保温约20分钟,然后注入石墨铸模中,待慢慢凝固冷却后,即得多晶矽锭。这种矽锭可铸成立方体,以便切片加工成方形太阳电池片,可提高材质利用率和方便组装。 多晶矽太阳电池的制作工艺与单晶矽太阳电池差不多,其光电转换效率约12%左右,稍低于单晶矽太阳电池,但是材料制造简便,节约电耗,总的生产成本较低,因此得到大量发展。随着技术得提高,目前多晶矽的转换效率也可以达到18%左右。 电池构成及配件作用 1) 钢化玻璃 其作用为保护发电主体(如电池片),透光其选用是有要求的, 1.透光率必须高(一般91%以上);2.超白钢化处理。 2) EVA 用来粘结固定钢化玻璃和发电主体(如电池片),透明EVA材质的优劣直接影响到组件的寿命,暴露在空气中的EVA易老化发黄,从而影响组件的透光率,从而影响组件的发电质量除了EVA本身的质量外,组件厂家的层压工艺影响也是非常大的,如EVA胶连度不达标,EVA与钢化玻璃、背板粘接强度不够,都会引起EVA提早老化,影响组件寿命。 3) 电池片主要作用就是发电,发电主体市场上主流的是晶体矽太阳电池片、薄膜太阳能电池片,两者各有优劣:晶体矽太阳能电池片,设备成本相对较低,但消耗及电池片成本很高,但光电转换效率也高,在室外阳光下发电比较适宜;薄膜太阳能电池,相对设备成本较高,但消耗和电池成本很低,但光电转化效率相对晶体矽电池片一半多点,但弱光效应非常好,在普通灯光下也能发电,如计算器上的太阳能电池。 4) EVA 作用如上,主要粘结封装发电主体和背板 5) 背板 作用,密封、绝缘、防水(一般都用TPT、TPE等材质必须耐老化,现在组件厂家都质保25年,钢化玻璃,铝合金一般都没问题,关键就在与背板和矽胶是否能达到要求。) 6) 铝合金 保护层压件,起一定的密封、支撑作用 7) 接线盒 保护整个发电系统,起到电流中转站的作用,如果组件短路接线盒自动断开短路电池串,防止烧坏整个系统接线盒中最关键的是二极体的选用,根据组件内电池片的类型不同,对应的二极体也不相同。 8) 矽胶 密封作用,用来密封组件与铝合金框线、组件与接线盒交界处有些公司使用双面胶条、泡棉来替代矽胶,现在国内普遍使用矽胶,工艺简单,方便,易操作,而且成本很低。 电池测试条件 (1)由于太阳能组件的输出功率取决于太阳辐照度和太阳能电池温度等因素,因此太阳能电池组件的测量在标准条件下(STC)进行,标准条件定义为: 大气质量AM1.5, 光照强度1000W/m2,温度25℃。 (2)在该条件下,太阳能电池组件所输出的最大功率称为峰值功率,在很多情况下,组件的峰值功率通常用太阳能模拟仪测定。影响太阳能电池组件输出性能的主要因素有以下几点: 1)负载阻抗 2)日照强度 3)温度 4)阴影 功率计算方法 太阳能交流发电系统是由太阳电池板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成;太阳能直流发电系统则不包括逆变器。为了使太阳能发电系统能为负载提供足够的电源,就要根据用电器的功率,合理选择各部件。下面以100W输出功率,每天使用6个小时为例,介绍一下计算方法: 1.首先应计算出每天消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗):若逆变器的转换效率为90%,则当输出功率为100W时,则实际需要输出功率应为100W/90%=111W;若按每天使用5小时,则耗电量为111W*5小时=555Wh。 2.计算太阳能电池板:按每日有效日照时间为6小时计算,再考虑到充电效率和充电过程中的损耗,太阳能电池板的输出功率应为555Wh/6h/70%=130W。其中70%是充电过程中,太阳能电池板的实际使用功率。 多孔矽的特点以及在多晶矽电池中的套用 1990年人们发现了多孔矽的可见光发射和明显的带隙宽化现象,目前量子限制模型被最广泛地用来解释多孔矽和纳米结构矽光发射特性的起源。用化学腐蚀或电化学腐蚀[在晶体矽片上形成多孔矽呈现出光萤光和电萤光特性。在太阳电池结构中套用多孔矽有如下优点:
(1)多孔矽高的绒面表面形貌可能用来增强光的捕获。用多孔矽作为表面绒面来增强多晶矽太阳电池性能,不象传统的NaOH溶液的绒面腐蚀只能用于[100]取向的单晶矽衬底,多孔矽可以在任何取向的单晶、多晶或微晶矽的表面腐蚀成。多孔矽覆盖在多晶矽上的减反射可以和其它复杂的表面绒面技术相比。 (2)多孔矽的带隙可以根据对阳光的最佳吸收来调整,太阳电池理论效率相对于带隙的曲线最大的峰值在1.5eV附近,该值在已观察到的多孔矽带隙值范围之内。多孔矽明显宽的带隙使它可能成为异质结电池理想的顶层材料,Si叠层电池的顶电池的光吸收材料,这一特性还可能用于在扩散结Si太阳电池中建立背或前表面场。 (3)多孔矽的光萤光特性可用于将紫外光和蓝光转变成波长更长的光,Si太阳电池对这些光有更高的量子效率。 (4)在CZ法生长的Si片背面形成的多孔矽可作为杂质原子的有效吸杂中心,这些杂质原子在高温氧化时可能形成堆积缺陷,这一特性可用于光伏技术,因为高效矽太阳电池的制备常需要多次高温氧化工艺。
(5)化学腐蚀和电化学腐蚀的简单性和易于大面积制备使得多孔矽成为适合于大面积套用(如太阳电池)的候选技术。 电池套用领域 一、用户太阳能电源 (1)小型电源10-100W不等,用于边远无电地区如高原、海岛、牧区、边防哨所等军民生活用电,如照明、电视、收录机等;(2)3-5KW家庭屋顶并网发电系统;(3)光伏水泵:解决无电地区的深水井饮用、灌溉。 二、交通领域 如航标灯、交通/铁路信号灯、交通警示/标志灯、宇翔路灯、高空障碍灯、高速公路/铁路无线电话亭、无人值守道班供电等。 三、通讯/通信领域 太阳能无人值守微波中继站、光缆维护站、广播/通讯/寻呼电源系统;农村载波电话光伏系统、小型通信机、士兵GPS供电等。 四、石油、海洋、气象领域 石油管道和水库闸门阴极保护太阳能电源系统、石油钻井平台生活及应急电源、海洋检测设备、气象/水文观测设备等。 五、家庭灯具电源 如庭院灯、路灯、手提灯、野营灯、登山灯、垂钓灯、黑光灯、割胶灯、节能灯等。 六、光伏电站 10KW-50MW独立光伏电站、风光(柴)互补电站、各种大型停车厂充电站等。 七、太阳能建筑 将太阳能发电与建筑材料相结合,使得未来的大型建筑实现电力自给,是未来一大发展方向。 八、其他领域包括 (1)与汽车配套:太阳能汽车/电动车、电池充电设备、汽车空调、换气扇、冷饮箱等;(2)太阳能制氢加燃料电池的再生发电系统;(3)海水淡化设备供电;(4)卫星、太空飞行器、空间太阳能电站等。
转换率=功率/面积,比如200W单晶的 面积是1580*808mm 转换率=200/1580/808*10000=15.6%
这200W的电池板的转换率就是15.6%,但是做着规格的电池片是2.78W的其转换率18%