單多晶組件對比分析

李濤祥

摘 要：近年來，隨著國家能源結構調整力度的不斷加大，我國在光伏新能源項目建設速度加快，裝機容量迅速增加。在未來五年之內，是完成中國能源轉型的關鍵時期，光伏如何快速達到平價上網，依賴各大光伏制造企業的不斷努力和國家電力體制改革的不斷深化。對于光伏制造企業，將完成產品成本下降、組件功率提升、質量保障提升、系統優化等各方面進步，使光伏度電成本大幅度下降。本文通過對單晶、多晶組件的對比，分析單晶、多晶在應用中的優勢。

關鍵詞：單晶硅；多晶硅；效率

中圖分類號：TM914.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0155-02

太陽能光伏發電的最核心器件是太陽電池，商用的太陽能電池主要包括單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池、非晶硅太陽能電池、碲化鎘電池、銅銦硒電池等。單晶硅、多晶硅太陽電池由于制造技術成熟、產品性能穩定、使用壽命長、光電轉化效率相對較高的特點，被廣泛應用于大型并網光伏電站項目。

1 單晶硅和多晶硅的區別

當熔融的單質硅凝固時，硅原子以金剛石晶格排列成許多晶核，如果這些晶核長成晶面取向相同的晶粒，則形成單晶硅。如果這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則形成多晶硅。多晶硅與單晶硅的差異主要表現在物理性質方面。

單晶和多晶的生產制造工藝是不一樣的，成分也有所不同，但是最后做成成品（太陽能電池板）使用效果是差不多的，08年之前兩者的區別在于光電轉換率不同，單晶一直比多晶轉換效率高，即使在實驗室還是這種情況，另外單晶的材質要比多晶的好，在生產過程中不容易損壞，另外在外觀上，單晶一般都是單色的（常規的是藍色和黑色。國外基本都是藍色多，國內的大多表面是藍色，但在層壓后顏色會變成黑色，）多晶顏色很雜，既有單色藍色，也有彩色的。

1.1 單多晶硅片性能對比

單晶硅片與多晶硅片在晶體品質、電學性能、機械性能方面有顯著差異。單晶和多晶的差別主要在于原材料的制備方面，單晶是直拉提升法，多晶是鑄錠方法，后端制造工藝只有一些細微差別。

單晶和多晶硅片的差異還在于硅片性質，其差異性是決定單晶和多晶系統性能差異的關鍵。單晶硅片是一種完整的晶格排列；多晶硅片是多個微小的單晶的組合，中間有大量的晶界，包含了很多的缺陷，它實際上是一個少子復合中心，因此降低了多晶電池的轉換效率。另一方面，單晶硅片的位錯密度和金屬雜質比多晶硅片小得多，各種因素綜合作用使得單晶的少子壽命比多晶高出數十倍，從而表現出轉換效率優勢。

單晶是一種完整的晶格排列，在同樣的切片工藝條件下表面缺陷少于多晶，在電池制造環節，單晶電池的碎片率也是小于1%的，通常情況下是0.8%左右。單晶硅片可以穩定應用金剛線切割工藝，顯著降低切片成本，并提高電池轉換效率。對多晶而言，晶體結構的缺陷導致在電池環節的碎片率一般大于2%，并且硅片切割工藝的改進難度很大，因為它沒法用金剛線切割，只能用傳統的砂線來切，成本上基本沒有多大的下降空間。

1.2 機械性能差異

多晶硅片在電池的生產和運輸過程中更容易破碎。我們今天講電站的質量問題，很重要的一點，組件在運輸安裝過程中可能產生電池片破碎、隱裂等問題，相對多晶而言，單晶在運輸中的抗破壞性能比較好。另外，在電站長期的高低溫交替過程中，多晶組件更容易發生隱裂，這樣就降低了組件的輸出功率。

1.3 轉換效率對比

影響轉換效率的3項主要參數是：Voc（開路電壓）、Isc（短路電流）、FF（填充因子），公式為：Eta=Voc×Isc×FF。

從光電轉換效率參數分解來看，單晶電池的各項參數全面領先于多晶。一般來講目前工藝下國內單晶電池量產效率是19.55%左右，做得好的話可以達到19.8%-19.9%，取決于它是三柵線還是四柵線；多晶電池量產效率一般是18.12%左右。

在實驗室記錄方面，單晶技術潛力的優勢更加顯著。多年前澳大利亞新南威爾士大學開發出的P型單晶硅電池（PERL）最高轉換效率可達25%，這一紀錄多年沒有被打破。PERL與我們現在做的PERC差別就在于，PERL在BSF上不使用鋁擴散，而是采用了硼擴散，因此轉換效率比PERC更高一點。單晶硅電池在各項主要參數上均全面高于多晶硅電池，在未來高效率發展方面具有更大的潛力。

1.4 制程差異

在制程方面，單晶比多晶更環保、成本更低。電池的制程工藝包括制絨、擴散、刻蝕、鍍膜、印刷、燒結等，單晶電池和多晶電池的制備工藝主要差別在制絨環節，其余環節僅僅是控制標準的差異。

單晶制絨采用堿溶液腐蝕，腐蝕過程中產生硅酸鹽和氫氣副產物，通過應用制絨輔助液代替或部分代替異丙醇（IPA），可實現更低的BOD、COD污水排放，且單晶制絨體系對于設備硬件的要求很低，更容易實現環保和工藝控制。

多晶采用酸溶液腐蝕，需要使用高濃度的硝酸和氫氟酸，主要副產物為氟硅酸和NOx，而Nox是一種很難徹底處理的大氣污染物，考慮到這些因素，需要使用嚴格封閉的自動化設備。多晶制絨的設備購置和維護成本遠高于單晶。

1.5 溫度系數對比

單晶材料沒有晶界，材料純度高，內阻小，溫度升幅較?。涣硪环矫?，多晶電池的光電轉換效率較低，它將更多的光能轉換為熱能而非電能，也導致多晶的溫度升高更明顯。在最高光強下，單晶工作溫度比多晶低5～6℃左右，部分地區的多晶工作溫度可以比單晶高出10℃以上，因而多晶的功率損失較大，單晶的功率損失較小。

從溫度系數本身來看，單晶溫度系數是略低于多晶的，因此同樣升高1℃的情況下單晶功率損失也少于多晶。

2 PERC電池技術簡述

幾年前光伏工業界把高效電池的注意力主要放在選擇性發射極電池技術，現在業內不再做選擇性發射極電池而更加關注PERC電池，因為選擇性發射極電池主要是提高了短波段吸收能力，但是反映在組件上，由于EVA本身吸收的也是紫外光的短波段，所以它在組件方面沒有體現出明顯優勢，選擇性發射極技術就被淘汰了。而PERC電池主要是表現在近紅外、紅外波段的吸收，而EVA不吸收紅外波段的太陽能，所以PERC技術更好的把電池效率的提升反應到到組件效率的提升。

2.1 PERC電池具有以下特點

（1）電池效率絕對值在單晶上可提高1%，在多晶上可提高0.5%，因此在單晶上采用PERC技術優勢更大。（2）PERC技術具有與現有產線兼容度高，易于進行產線升級，并可降低電池片每瓦成本。（3）PERC電池已經成為行業主流技術并逐步替代常規電池。（4）通過工藝優化，在近1-2年內可逐步將量產效率提升至21%，SolarWorld公司近期在實驗室的P型單晶硅PERC電池效率已經達到了21.7%。

以上所述的為P型PERC電池技術，下一代的N型PERC技術，不僅可以解決LID的問題，而且量產轉換效率可以進一步提升至22%。

2.2 IBC電池技術簡述

IBC電池也是采用N型單晶硅片生產，目前實驗室最高效率可達到25%，量產平均效率23%。它最大的特點是制程比較復雜，目前有十六七道的制程工藝，成本比較高昂，限制了該技術的發展。目前工業界著重開發低成本IBC技術。松下將IBC和HIT技術相結合，創造了新的轉換效率世界紀錄，高達25.6%。它的開路電壓達到740mV，Jsc是41.8mA/cm2，FF是82.7%，硅片厚度是150μm。IBC電池的應用示例：陽光動力2號采用高效N型IBC單晶電池覆蓋機翼，轉換效率23%，完全依靠太陽能電力完成環球飛行。

3 單多晶電站投資收益對比

目前60片封裝的高功率組件，單晶量產功率為280W，多晶量產功率為275W，單晶組件價格為3.20元/W左右，多晶為2.98元/W左右。由于單晶組件在每個方陣中使用的數量較少，有效節約了支架、夾具、匯流箱、光伏電纜、基礎工程、安裝工程等，因此在總的投資成本上，單晶系統與多晶系統基本相同。

在電站營運層面，單晶比多晶能節約5%的土地租金和6%的運維成本，而單晶每瓦發電量至少比多晶高3%，那么在25%資本金比例、15年貸款年限的融資結構下，我國中部地區投資單晶電站的資本金內部收益率IRR會比投資多晶電站高出至少2.78%以上。

4 結語

目前為止經歷過長期運行考驗的電站絕大多數采用單晶組件，目前國內有大量的電站運行實例，證明在同一地區、同樣的建設條件和BOS條件下，每瓦單晶發電量顯著高于多晶。