中國儲能網(wǎng)訊：隨著國家政策指向及市場需求對于電池效率提出了越來越高的要求，高效電池技術(shù)受到的關(guān)注度進一步提升。其中PERC(Passivated Emitterand RearCell)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首次正式報道了PERC電池結(jié)構(gòu)，當(dāng)時達到22.8%的實驗室電池效率。到了1999年其實驗室研究的PERC電池創(chuàng)造了轉(zhuǎn)換效率25%的世界紀(jì)錄，由此獲得了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。
經(jīng)過二十多年的發(fā)展，隨著沉積AlOx產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)和設(shè)備的成熟，加上激光技術(shù)的引入，PERC技術(shù)開始逐步走向產(chǎn)業(yè)化，已然成為了下一代主流量產(chǎn)電池技術(shù)的最有力競爭者。PERC電池具有明顯的性能和成本優(yōu)勢，它能與現(xiàn)有電池、組件的產(chǎn)線良好兼容，同時獲得1%左右的效率提升，成為首個獲得大規(guī)模商業(yè)化突破的高效電池技術(shù)。國內(nèi)正大力推行的領(lǐng)跑者計劃，對于PERC技術(shù)也格外青睞，也正因為如此，越來越多的企業(yè)加入到研發(fā)、生產(chǎn)PERC電池的大軍之中，希望在這一波大潮之中搶占自己的一席之地。
群雄爭霸的格局
《PERC電池?？?017》資料顯示，隨著價值鏈中漿料、設(shè)備供應(yīng)商到電池制造商的全力推進，PERC技術(shù)正在不斷向前發(fā)展。迄今為止最高效率是17年前悉尼UNSW大學(xué)的MartinGreen創(chuàng)造的，他在小型實驗室制備的PERC電池效率為25％。許多電池制造商在單晶PERC電池方面已經(jīng)超越了21％的效率水平。在批量生產(chǎn)中達到22％的水平已經(jīng)指日可待。
據(jù)了解，SolarWorld的五主柵PERC電池獲得21.6％的中值穩(wěn)定電池效率。該公司有一條產(chǎn)能為25兆瓦的試驗線，主要用于新工藝的評估。在該試驗生產(chǎn)線上，這家德國公司獲得的平均效率為22%。中利騰暉也專注于單晶電池的大規(guī)模生產(chǎn)，該公司表示其平均效率為21.1％，而單晶電池的最佳效率為21.3％，多晶硅電池的效率最高為19.6％。正泰太陽能表示，其最佳多晶硅電池的效率為20.2％，而平均效率為19.7％。無錫尚德給出的最佳效率分別為單晶21.3％以及多晶20％。位于無錫的該公司單晶量產(chǎn)平均效率為21％，多晶量產(chǎn)的平均測試數(shù)據(jù)為19.7％。臺灣的太極能源科技達到的最佳PERC電池效率為21.4％，平均效率為21.1％。
MeyerBurger稱其客戶獲得的最佳單晶效率達到22％，多晶達到21％。至于平均效率水平，該公司表示多晶效率區(qū)間在19.5%至20.5％之間，單晶效率區(qū)間明顯更高，達到20.8%至21.5％。Centrotherm稱其客戶取得的最佳效率為22.1％，在量產(chǎn)中取得的平均效率約為21％，同時采用選擇性發(fā)射極技術(shù)的電池達到了21.4％的效率。6月份在慕尼黑舉行的2016第32屆EUPVSEC大會上，SoLayTec在其報告中宣稱，通過優(yōu)化氮化硅覆蓋層，將拋光深度從1~2μm提高到3~4μm，并將發(fā)射極薄層電阻從約78+/-3ohms/sq提高到95+/-5ohms/sq，得到了21.1％的最佳PERC電池效率。
理想能源表示，其客戶晉能(Jinergy)使用其氧化鋁沉積設(shè)備獲得了21.34％的最高PERC電池效率。其設(shè)備作為生產(chǎn)線的組成部分，所加工電池的平均效率分別為單晶21％，多晶19％。
晶科2017年單晶PERC電池路線圖，目前量產(chǎn)平均效率大于21%，組件平均功率達295W，最大功率達305W。2020年目標(biāo)，電池效率近22%，組件功率平均大于310W，最大功率320W，現(xiàn)研發(fā)單晶組件功率已達344W。
到目前為止，天合的PERC電池世界冠軍效率為22.61%。天合光能量產(chǎn)P型雙面PERC組件正面效率達到21.2%，背面效率為12.5%。雙面PERC組件采用雙玻封裝，正面功率為283W至295W。雙面PERC組件在人工草皮場景下實測每瓦發(fā)電量比單面PERC雙玻組件高5.5%。此外，在模擬高反射率地表場景中發(fā)電量比單面PERC組件可提升25%。
在隆基樂葉的PERC路線圖中，單晶PERC電池實驗室效率稍高于22%，預(yù)計2017年底效率達到22.5%；雙面單晶PERC電池效率正面在21.8%以上，背面做到17.8%左右，雙面性接近80%，甚至?xí)^80%。在未來的三到五年之內(nèi)，單晶PERC電池的效率可以達到23.6%。
產(chǎn)能蓄勢爆發(fā)
最初認(rèn)為PERC將只限于幾條高效率生產(chǎn)線的人發(fā)現(xiàn)自己錯了。該技術(shù)正在成為新增產(chǎn)能與現(xiàn)存產(chǎn)能升級的平臺。似乎每個單晶制造商的擴產(chǎn)都下注在PERC上，毫無疑問這也對單晶硅片起了推動作用。即使曾專注于多晶的全球硅片龍頭企業(yè)GCL，也已經(jīng)開始投產(chǎn)單晶硅片。SolarWorld就是一家全心投入單晶以及PERC的公司，并且正在全面轉(zhuǎn)向新興技術(shù)。原因之一是該公司對PERC電池有著長期生產(chǎn)經(jīng)驗。SolarWorld于2004年就已開始嘗試采用該技術(shù)，于2008年開始在100兆瓦試點生產(chǎn)線上采用電介質(zhì)背面鈍化、激光和蒸發(fā)鋁背面接觸技術(shù)。之后轉(zhuǎn)入400MW量產(chǎn)線，采用背面及正面介質(zhì)層鈍化、激光開口、絲網(wǎng)印刷鋁背電場和選擇性發(fā)射極。其后SolarWorld的常規(guī)生產(chǎn)線全面升級為PERC。
目前，SolarWorld已安裝的PERC產(chǎn)能為1.1GW，并且正在進行全面升級總量為1.6GWPERC產(chǎn)能的工作。生產(chǎn)成本是促使SolarWorld做此決定的另一個原因。其生產(chǎn)基地位于德國及美國，生產(chǎn)成本高于中國競爭對手。中國的競爭者們具有更好的規(guī)模優(yōu)勢（這些公司往往規(guī)模巨大），并且擁有更好的材料供應(yīng)商渠道（目前大部分材料供應(yīng)商都在中國進行生產(chǎn)）。在光伏組件可作為高效率優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品出售的同時，投入PERC制造的設(shè)備資本支出能被快速攤銷，每瓦的制造成本也將降低。臺灣新日光能源（NSP）轉(zhuǎn)向單晶的背后也隱藏著類似的原因。除了SolarWorld之外，臺灣的旭泓全球光電（SunriseGlobal）、韓華QCells和REC是最早在量產(chǎn)中采用PERC技術(shù)的公司。隆基是PERC俱樂部的一位新成員，最近投入生產(chǎn)PERC電池，擁有1.1GW的裝機容量。
《PERC電池?？?017》預(yù)估，截至2016年底，PERC產(chǎn)線全球裝機產(chǎn)能約13.4GW，基于許多工廠還在安裝試機階段，我們估計2016年實際產(chǎn)量約為7.9GW。PERC的產(chǎn)能擴張仍在繼續(xù)，到2017年底將達到接近20GW的產(chǎn)線裝機容量，屆時PERC電池產(chǎn)量將達到約14GW。
圖表來源：《PERC電池?？?017》
潛力如何挖掘？
中國科學(xué)院微電子研究所主任賈銳認(rèn)為，PERC電池器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對電子和空穴的輸運有著顯著的影響。這個顯著的影響會影響到PERC的開路電壓、短路電流、填充因子和效率。合理電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以有效的提升效率，并且降低工藝的成本。PERC電池效率的提升需要降低電子和空穴的輸運損失、光學(xué)損失和復(fù)合損失。
PERC的發(fā)展也有金屬化漿料的功勞。鋁漿配方得到了顯著改善。據(jù)ISFH研究所Dullweber先生的介紹，鋁漿的性能在五年前尚有諸多缺陷，如合金工藝、共晶組成，BSF構(gòu)成以及背面顆粒的形成。而現(xiàn)在，所有這些問題都得到了大幅改善。正面接觸銀漿方面也是如此。除了開發(fā)適合高電阻發(fā)射極的配方外，漿料制造商也在持續(xù)研發(fā)新的產(chǎn)品，滿足PERC電池對較低工藝溫度的特殊要求。目前已有的可運用于量產(chǎn)的再生方案足以解決單晶的LID問題，增強了電池制造商擴大單晶PERC產(chǎn)能的信心。匯流條技術(shù)的改進，增加主柵數(shù)量等，都有助于PERC的發(fā)展。所有這一切使得PERC技術(shù)得以迅速擴張。目前光伏產(chǎn)業(yè)針對PERC所進行的深入研究，將令PERC技術(shù)進入一個新的階段。
中國科學(xué)院電工研究所太陽電池研究部主任王文靜研究認(rèn)為，單晶PERC電池的衰減高于單晶BSF電池，其原因主要是由于B-O對導(dǎo)致的，目前已經(jīng)通過光照退火成功抑制。多晶PERC電池的衰減表現(xiàn)為與溫度相關(guān)的LeTID，其原因仍不明朗，但是似乎與多晶硅中過多的金屬離子有關(guān)。目前已經(jīng)找到抑制LeTID的途徑，包括高溫、高光強輻照，但是其大規(guī)模應(yīng)用還具有挑戰(zhàn)性。對于多晶PERC電池的衰減原因，業(yè)界也正不斷深入探索。
武漢帝爾激光科技股份有限公司董事長李志剛也認(rèn)為，PERC電池衰減的問題，曾經(jīng)困擾光伏產(chǎn)業(yè)相當(dāng)長的時間，現(xiàn)在正慢慢得到解決。他提出，用激光的方式，整形得到幾百個太陽的光強，來修復(fù)單晶PERC電池，效率會得到0.1%左右的提升。在20個小時之后，衰減就比較平緩，激光處理后的光衰幅度會很低，大部分在0.5%的水平。但是在多晶部分，目前還沒有非常理想的解決方案，主要受硅片材料影響，光衰后效率分布差異較大，激光處理后光衰在0.5%-2%，正在開發(fā)新激光方案來進一步改善處理效果。
目前,PERC電池已然成為了眾多晶硅電池廠家的新寵，技術(shù)成熟度越來越高，同時關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化進程也逐步加快。PERC電池的成本穩(wěn)步下降，進步令人欣喜，當(dāng)然問題依然存在：首先在氧化鋁沉積設(shè)備上，梅耶伯格的板式PECVD可謂一家獨大，然而其維護成本高，TMA消耗量大，同時薄膜質(zhì)量提升空間較小；而ALD設(shè)備目前呈現(xiàn)百家爭鳴的態(tài)勢，國內(nèi)設(shè)備廠商也強勢加入戰(zhàn)局，然而目前尚未有一家設(shè)備久經(jīng)市場考驗，沉積速率、沉積質(zhì)量、開機率等多方面的矛盾仍亟待改進。
雙面PERC的加入
在2015年，SolarWorld與其合作研究結(jié)構(gòu)ISFH報道了雙面PERC（PERC+）產(chǎn)品，其電池背面使用了局部鋁柵線，取得了與單面電池相當(dāng)?shù)恼孓D(zhuǎn)換效率，雙面率達到65%。相比之前出現(xiàn)的雙面電池，沒有使用高成本的銀柵線與N型硅片，也沒有背面擴散環(huán)節(jié)，電池成本與單面PERC電池成本相當(dāng)，展現(xiàn)出非常好的應(yīng)用前景。
2017年初，天合、隆基樂葉、晶澳均推出了雙面雙玻PERC組件，天合報道了290W（60片電池）左右的組件功率和68%的組件雙面率；隆基樂葉更實現(xiàn)了300W左右的組件功率和75%的組件雙面率；晶澳也在SNEC上展示了295W（60片）和350W（72片）的產(chǎn)品。
目前，相關(guān)產(chǎn)品經(jīng)過一定時間的戶外實證，確實表現(xiàn)出可觀的發(fā)電增益：
天合光能的雙面組件在17年2~4月在草地、沙地和白板的地面反射條件下相對常規(guī)組件可分別多發(fā)電5.2%、10.79%、21.9%；配合跟蹤支架則多發(fā)電結(jié)果變?yōu)?0.57%、24.42%、33.2%。發(fā)現(xiàn)雙面PERC組件配合跟蹤支架可實現(xiàn)1+12的效果。
隆基樂葉在草和土的混合地面條件下，在組件安裝高度1.3米時，在17年5~6月雙面PERC組件相對常規(guī)單晶多發(fā)電比例為12%。而在庫布奇336kW的客戶項目中，雙面組件配合跟蹤支架在6~8月實現(xiàn)了40%左右的發(fā)電量提升（相對常規(guī)多晶）。
因此，我們預(yù)計雙面PERC技術(shù)將促使PERC技術(shù)更快得替換傳統(tǒng)BSF電池，并使得單晶路線獲得對于多晶路線的極大優(yōu)勢。
