《電子技術(shù)應(yīng)用》
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什么是PERC?

2020-01-03
來源:21ic中國電子網(wǎng)
關(guān)鍵詞: PERC 光伏組件 單晶電池片

隨著社會的進(jìn)步,科技的發(fā)展,人們對能源的需求越來越大,而現(xiàn)有的能源有限,需要人們不斷發(fā)展新能源,而太陽能就是一個不錯的選擇,人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。PERC光伏組件生產(chǎn)線幾乎已經(jīng)成為主流組件制造商的必配,其效率比傳統(tǒng)組件高1%或更多。雖然傳統(tǒng)的光伏電池已經(jīng)達(dá)到了物理效率的極限,但這種新的PERC結(jié)構(gòu)可以讓組件制造商提高更高的組件轉(zhuǎn)化效率。據(jù)分析,PERC組件未來三年的市場占有率將大幅上升,成為主流供應(yīng)產(chǎn)品。因此,很有必要在此之前對PERC多一些科普級的了解。

PERC技術(shù)的優(yōu)勢

 

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上圖顯示了PERC技術(shù)是如何超越傳統(tǒng)的單晶組件的。

什么是PERC技術(shù)?

PERC(PassivatedEmitterandRearCell)電池,全稱為“發(fā)射極和背面鈍化電池”,是從常規(guī)鋁背場電池(BSF)結(jié)構(gòu)自然衍生而來。常規(guī)BSF電池由于背表面的金屬鋁膜層中的復(fù)合速度無法降至200cm/s以下,致使到達(dá)鋁背層的紅外輻射光只有60-70%能被反射,產(chǎn)生較多光電損失,因此在光電轉(zhuǎn)換效率方面具有先天的局限性;而PERC技術(shù)通過在電池背面附上介質(zhì)鈍化層,可以較大程度減少這種光電損失,從而提升光伏電池1%左右的光電轉(zhuǎn)換效率。與需要在晶體層面突破的另一種電池 - 鈣鈦礦光伏相比,PERC是電池和組件組裝方面的一項(xiàng)創(chuàng)新。

 

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PERC技術(shù)的發(fā)展

PERC電池最早起源于上世紀(jì)八十年代,1989年由澳洲新南威爾士大學(xué)的MartinGreen研究組在AppliedPhysicsLetter首次正式報(bào)道了PERC電池結(jié)構(gòu),當(dāng)時達(dá)到22.8%的實(shí)驗(yàn)室電池效率。

到了1999年實(shí)驗(yàn)室研究的PERC電池創(chuàng)造了轉(zhuǎn)換效率25%的世界紀(jì)錄。PERC電池的實(shí)驗(yàn)室制備,采用了光刻、蒸鍍、熱氧鈍化、電鍍等技術(shù)。

 

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PERC技術(shù)的優(yōu)勢來源

在傳統(tǒng)的光伏電池中,有鋁金屬化層,它在電池背面的整個區(qū)域進(jìn)行接觸。光子進(jìn)入電池并激發(fā)電子 - 這些電子只有到達(dá)頂部發(fā)射層才能發(fā)電。較長的波長通常會激發(fā)電池底部附近的電子,這些電子很可能會重新被吸收,并且可能永遠(yuǎn)不會到達(dá)發(fā)射層,這只會導(dǎo)致組件發(fā)熱。

PERC電池與常規(guī)電池最大的區(qū)別在背表面介質(zhì)膜鈍化,采用局域金屬接觸,大大降低被表面復(fù)合速度,同時提升了背表面的光反射。PERC技術(shù)通過提高電池在較長波長下捕捉光的能力來提高效率,特別是在清晨、傍晚或多云的情況下。PERC技術(shù)在電池和鋁層之間添加了一層薄的介電層。任何穿過電池而不產(chǎn)生電子的光都會被這層反射回來 - 因此,這種光有第二次產(chǎn)生光電子的機(jī)會。

為何PERC光伏組件仍未大規(guī)模市場化?

與任何新技術(shù)一樣,PERC 技術(shù)也經(jīng)歷了一些成長的痛苦:

1. 更高的成本:由于電池有多層,在PERC光伏電池的制造中需要更多的步驟,從而導(dǎo)致更高的成本。目前,PERC光伏組件的價(jià)格為2元/瓦左右。當(dāng)前的有利情況是PERC效率的提高快于成本的增加,原材料成本也在下降,而且趨勢表明,PERC將取代傳統(tǒng)的電池結(jié)構(gòu)。

2. LID:光致衰減是指組件首次暴露在光照下后功率損失的百分比。由于PERC電池中常用的摻雜水平較高,因此采用PERC技術(shù)后,LID的負(fù)面效應(yīng)會增加。甚至許多生產(chǎn)商也表示,與傳統(tǒng)生產(chǎn)商相比,使用PERC組件的第一年損失更大。真正的戶外測試結(jié)果仍是期待。

電池和組件制造商為何感興趣?

轉(zhuǎn)移到PERC技術(shù)生產(chǎn)線只需要對現(xiàn)有電池生產(chǎn)線進(jìn)行最小的改造,制造商就可以輕而易舉地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品,而無需花費(fèi)大量的資本支出來徹底更新現(xiàn)有設(shè)備。在全球市場上增加PERC容量的熱潮已經(jīng)開始,并將在未來幾年繼續(xù)快速增長。而對于組件制造商來說,他們只需利用現(xiàn)有的生產(chǎn)線就能夠生產(chǎn)更高功率的組件,并不會增加建造成本。

開發(fā)人員、設(shè)計(jì)人員和安裝人員為何感興趣?

采用PERC技術(shù)的電池板給開發(fā)商和設(shè)計(jì)師提供了更多的自由,尤其是在處理非正統(tǒng)空間或曾經(jīng)被認(rèn)為不適合光伏安裝的地點(diǎn)時。PERC組件單位面積功率更高,在弱光條件和高溫下性能良好??紤]到總發(fā)電量而不是峰值功率,顯然PERC組件更優(yōu)越。設(shè)計(jì)師可以利用更少的組件來實(shí)現(xiàn)總輸出目標(biāo),而且占地面積更少。設(shè)計(jì)人員能夠更靈活地實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)。

這種自由還允許降低BOS成本。更多的發(fā)電量用更少的資源來實(shí)現(xiàn),這些資源涓涓細(xì)流,顯著降低軟成本。此外,更具吸引力的溫度系數(shù)使PERC在高溫氣候條件下表現(xiàn)更好,熱損失也更少。最終用戶在全年度會有更好的收益。

金融資本為何感興趣?

由于PERC技術(shù)既不是新的,也不是完全不同于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)電池,因此金融家支持先進(jìn)技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)降低了。通過使用成熟的技術(shù)并修改標(biāo)準(zhǔn)電池,組件及其性能的固有風(fēng)險(xiǎn)不會發(fā)生變化,因而金融家對使用PERC技術(shù)制造組件的想法更有熱情。它為住宅、商業(yè)和公用事業(yè)項(xiàng)目以經(jīng)濟(jì)有效的方式建立可靠、長期的電力輸出奠定了基礎(chǔ)。在整個太陽能系統(tǒng)的使用壽命內(nèi),總發(fā)電量會增加,而不會大幅增加每瓦的成本。

PERC光伏技術(shù)不久的將來

PERC技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是每個組件的峰值功率更高,由于LID,可能會對壽命性能產(chǎn)生負(fù)面影響。峰值功率的增益目前約為6%,也就是說,只有在大型光伏電站中表現(xiàn)得很明顯。

單晶電池片到單晶PERC電池片,0.3元/wp的溢價(jià)太高,電站面積僅減少6%。

因此,目前投資PERC或采用PERC產(chǎn)品仍有一定的風(fēng)險(xiǎn),但隨著PERC技術(shù)的日趨成熟,價(jià)格下降,風(fēng)險(xiǎn)被證明越來越低。如果LID的問題完全得到解決,成本開始與傳統(tǒng)組件匹配,PERC的應(yīng)用將會爆發(fā)。

在當(dāng)前N型TopCon技術(shù)尚未得到實(shí)證,HIT異質(zhì)結(jié)成本仍過高,鈣鈦礦等遙遙無期的情況下,PERC或許是當(dāng)前產(chǎn)線改造和升級最佳的選擇。未來三年,PERC或?qū)⒊蔀榻M件市場的標(biāo)配。目前太陽能還未能更好被人類利用,需要科研人員不斷努力,研究出更高效地產(chǎn)品,這樣才能保證我們?nèi)祟惖哪茉磯蛉祟惏l(fā)展所需。


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