2018年中國光伏技術發展報告(4)

■ 中國可再生能源學會光伏專業委員會

2.3.1.2 技術進展

2017年我國光伏企業在PERC 太陽電池效率方面屢創新高，具體如圖16所示，隆基樂葉與晶科公司不斷刷新PERC 太陽電池的世界紀錄。2017年11月在徐州召開的第13 屆中國太陽級硅及光伏發電研討會上，隆基公司報道了其PERC 太陽電池的最高效率為23.26%，Voc為687.4 V，Isc為41.48 mA，FF為82.26%，面積為244.24 cm2。隨后該效率很快被晶科超過，達到23.45%，但是晶科公司并未報道其詳細的電池參數。雖然關于電池改進技術的細節未報道，但是從各個公司PERC 太陽電池的量產平均效率已達到21.5%左右這一數值可以判斷，各個公司的實驗室最高效率達到這樣的紀錄是可信的。實驗室效率已突破23%的大關，令人們對PERC 太陽電池未來產業化效率的進一步提高充滿期待。

圖16 2017年報道的PERC 太陽電池世界紀錄

PERC 太陽電池實驗室效率已突破23%，但由于每種電池結構本身載流子復合的限制，提升PERC 太陽電池的效率需要采用多種附加的工藝技術[26]。德國的ISFH 和Fraunhofer 研究所對PERC 電池效率提升技術進行了細致的研究，認為在使用了多種新型技術之后，可以將PERC 太陽電池的最高效率提升到24%以上[27]。圖17為ISFH 研究所提出的太陽電池效率提升路線圖，圖18給出了PERC 太陽電池的Voc和Jsc的提升路徑。具體的技術提升措施包括：前后表面的選擇性接觸電極、更高純度的硅片、摻硼的鋁背場、多主柵技術、更細的細柵線(10 μm)等，這些措施并非很難實現，而且較易于導入大規模生產線中。

據預測，2018年可在實驗室中出現效率達到24%的PERC 單晶硅太陽電池。澳大利亞新南威爾士大學(UNSW)的研究表明，進一步提高PERC 太陽電池效率需要增加背面接觸擴散等技術，也就是采用PERL 電池結構技術。早在2008年，UNSW 的趙建華團隊利用PERL 電池技術將PERL 電池實驗室效率提升至25%，成為當時效率最高的晶體硅太陽電池。進一步提高太陽電池效率的途徑是使用n 型硅片，而且采用非晶硅/晶體硅異質結技術，以提高開路電壓。

已有公司在研究PERC 多晶硅太陽電池的規模化生產，如協鑫、英利、阿特斯等，主要使用黑硅多晶硅片疊加PERC 太陽電池工藝，其產業化平均轉換效率約在19.6%～20.8%。英利制備的PERC 黑硅多晶硅太陽電池的產線平均效率已達20.04%，較常規鋁背場多晶硅太陽電池效率提升了1.3%左右[28]。協鑫集成的PERC 黑硅多晶硅太陽電池的量產效率已達到20.8%。

圖17 PERC 太陽電池效率提升路線圖

圖18 PERC 太陽電池Voc 和Jsc 提升路徑

2.3.1.3 雙面 PERC 技術

單面PERC 太陽電池正在向雙面PERC 太陽電池的方向發展。2015年，德國SolarWorld 公司與ISFH 研究所合作，報道了它們研發的雙面PERC 太陽電池的研究成果，其在電池背面使用了局部鋁柵線，因而未被鋁漿覆蓋的部分可接收光照，從而實現雙面發電，電池效率的雙面率達到了65%[29]。雙面PERC 太陽電池的結構如圖19所示，在PERC 背表面鈍化膜開口處使用鋁金屬電極，而在未開口的鈍化區域透光，這樣PERC 太陽電池也可以制備成雙面受光結構，配以雙玻組件封裝，實現雙面發電的功能。

圖19 雙面PERC 太陽電池(PERC+)示意圖

圖20顯示了雙面PERC 太陽電池正面效率、背面效率與雙面率。從圖中可以看出，雙面PERC太陽電池的正面效率有所下降，這主要是由于其背表面的反射光有所下降，并且其背表面接觸電阻的增加也降低了電池的填充因子。此外，產業化電池的背表面效率普遍在15%～16.5%之間，雙面率在70%～80%之間，較n 型雙面或HJT 電池低很多。究其原因主要是因為雙面PERC 太陽電池的背表面使用鋁作為接觸電極，由于鋁電極的電阻較高，需要比較寬的電極，通常在200～250 μm 之間，因此遮光率在30%～40%之間。

圖20 p 型雙面PERC 太陽電池正面效率、背面效率與雙面率

從2016年起，我國光伏產業開始了雙面PERC 太陽電池的研發及產業化。2017年，天合、隆基樂葉、晶澳等公司均推出了雙面雙玻PERC光伏組件產品，天合報道了290 Wp(60 片電池)左右的組件功率和68%的組件雙面率；隆基樂葉報道了300 Wp左右的組件功率和75%的組件雙面率；晶澳也在上海SNEC 展上展示了其295 Wp(60 片電池)和350 Wp(72 片電池)的產品。協鑫集成完成國內首家雙面PERC 多晶硅光伏組件產品的認證，其雙面率達到70%。

隨著雙面PERC 太陽電池的量產化，各個公司也對雙面發電開展了大量的實證測試，由于雙面發電的增益與安裝方式、地域、地面的反射情況等密切相關，導致其背表面發電的增益并不能十分確定，因此其所帶來的經濟效益還需要經過實證。在這方面，隆基樂葉與晶澳均進行了不同地域和不同地面狀況的實驗。隆基樂葉將采用雙面PERC 太陽電池(Hi-Mo2)的光伏組件與BSF 的單面單晶硅光伏組件進行了發電量比較，如圖21所示。在2 個月的時間中，雙面PERC光伏組件發電量比單面單晶硅光伏組件增加了12.04%。晶澳公司也報道了其采用雙面PERC 太陽電池的電站的發電量比采用常規單晶硅太陽電池的增益10%左右。

盡管目前p 型雙面PERC 太陽電池的雙面率遠低于n 型雙面PERT 太陽電池，但就PERC 技術而言，雙面PERC 現有工藝都能夠與之完全兼容，很容易從單面結構升級到雙面結構，p 型雙面PERC 太陽電池是PERC 太陽太陽電池的發展方向，預計2018年將得到快速發展。(待續)

圖21 采用雙面PERC 太陽電池(Hi-MO2)的光伏組件與常規單晶硅光伏組件(280 W)的發電量對比