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编译服务: 能源情报网信息监测服务平台 编译者: guokm 编译时间: Dec 3, 2021 点击量: 40

当前,市场上的太阳电池大多以P型单晶硅电池为主,其制备工艺相对简单、成本较低,再加上单晶PERC技术和选择性发射极技术的引入,使得P型单晶电池组件效率得到大幅提升,目前量产效率已突破23%。但由于P型单晶硅PERC电池理论转换效率极限为24.5%,导致P型PERC单晶电池效率很难再有大幅度的提升,并且未能彻底解决以P型硅片为基底的电池所产生的光衰现象,这些因素使得P型硅电池很难有进一步的发展。与P型硅相比,N型硅少子寿命更长,对Fe等金属有更高的容忍度,以N型硅为基底的电池片理论转换效率更高,且不会发生由于B-O复合体导致的LID(Light Induced Degradation)光致诱导衰减现象,可以进一步降低光伏发电的制造成本及系统成本,这使其成为高效晶体硅太阳电池的必选材料。

据德国知名太阳能研究所(ISFH)在2019年的报告分析,以Topcon(Poly passivated)和HIT为代表的N型电池理论极限效率远高于P型PERC电池,随着时间的推移和技术的逐渐成熟,N型电池有望实现更高的量产电池效率,N型电池的效率会逐步和P型电池拉开差异。

图1 不同技术路线的硅基电池理论极限效率(ISFH,2019)

随着N型电池效率相对于P型电池的优势不断扩大,可以预见的是,N型电池技术的市场份额会逐步扩大,如下图所示,预计到2031年,N型电池技术的市场份额会突破50%,预计会产生超过150GW的市场需求,相较于目前水平会有10倍以上的提升,未来一段时间会是N型单晶硅技术相关配套产业的投资热潮。

图2 2020-2030年不同电池技术市场占比变化趋势

在众多的N型电池技术中,N型Poly passivated(隧穿氧化层钝化接触)是其中最被看好的一种,这是一种使用超薄氧化层作为钝化层结构的太阳电池。2013年德国Fraunhofer 研究所的Frank Feldmann博士在28th EU-PVSEC首次提出隧穿氧化层钝化接触电池概念,该电池的结构如下:

图3 N型Poly passivated电池结构

N型Poly passivated电池以N型硅片为基板,使用一层超薄的氧化层来钝化电池的背面,其中背面氧化层厚度1~2 nm,随后在氧化层之上沉积50~200 nm非晶硅并掺磷,之后经过退火重结晶加强钝化效果。最终会形成一层超薄的隧穿氧化层和一层高掺杂的多晶硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构,该结构为硅片的背面提供了良好的表面钝化,超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层,同时阻挡少子空穴避免复合,进而实现电子在多晶硅层的横向传输并被金属收集,极大地降低了金属接触复合电流,提升了电池的开路电压、短路电流和填充因子。

图4 Poly passivated电池的载流子输运机制

市场上另外一种主流N型技术HIT也采用了背钝化技术,但使用了非晶硅膜层,电池制造工艺中需要制备多层非晶硅膜层,制备工艺比较复杂,导致HIT太阳电池的制造成本偏高,降低了整体的性价比。

一道新能致力于提供更高性价比的产品和系统解决方案,选择N型Poly passivated光伏技术路线,目前在量产效率、成本控制等方面处于行业领先水平。并且一道新能会进行持续的技术创新,进一步提高N型电池的效率和量产产能,进一步提效降本,为光伏市场和终端客户提供具有更高性价比的产品。

1.更高效率

一道新能Poly passivated技术采用N型硅片,具有少子寿命高、对金属杂质的容忍度高,叠加隧穿氧化层钝化技术,大幅提升了电池光电转换效率,理论效率可以到28.7%,为光伏行业降本增效打开了更大的空间。

目前,一道新能N型电池效率>24.5%,组件效率>21.7%,N型组件比P型单晶PERC组件效率高约3%,相当于在组件端可以节约3%的非硅材料和制造成本。在系统应用端同样可以节省约3%的系统BOS成本,可以在同样的安装面积下实现更高的装机量,提升单位土地面积的发电量,对于土地资源紧张的经济发达城市更为重要,可以有效提升可再生能源发电的装机占比。

另一方面,建造一个同样装机量的光伏电站,得益于N型组件更高的效率和功率,使用一道新能N型组件可以使用更少的组件、土地、立柱、支架、线缆和逆变器,节约系统BOS成本,提高电站收益率。

2.更低功率衰减

传统的P型单晶硅会存在光致衰减效应(LID),在光照下,P型硅片内的硼(B)等杂质会和氧发生反应,生成B-O复合体,导致P型电池和组件的功率在初始运行的前几个月内大幅下降,高达2.0%,会极大的影响光伏电站的发电性能和整体收益率。而一道新能N型电池因为采用了N型硅片,硅基片内不会产生B-O复合体,没有光致衰减问题,可以实现零LID。

得益于N型电池的优异特性,一道新能N型光伏组件具有更优异的功率质保,可以给予30年的功率质保,首年功率衰减<1%,剩余29年每年功率衰减<0.4%/年,30年功率质保期后组件功率不低于额定功率的87.4%,确保使用一道N型组件的光伏电站在整个电站生命周期,都会有更优异的发电性能。

3.更高双面率

得益于更优异的N型特性,一道新能N型组件双面率高达85%,相较于P型单晶PERC组件70%的双面率,可以将光伏电站背面增益提高21.4%。尤其对于地表反射率较高的光伏电站,优势更加明显,例如建立在荒漠的大型地面电站,假设用P型单晶PERC组件可以实现10%的背面发电量增益,在同样的系统配置下,使用一道新能N型光伏组件可以实现约12.1%的发电增益,提高光伏电站的收益率。

4.更低温度系数

光伏组件在户外发电时,温度会远远高于标准测试条件下的额定温度25℃,而光伏组件的功率输出和温度是负相关的,组件在高温下会有一定的功率损失。一道新能的N型组件温度系数较低,仅有-0.30%/℃,而常规P型单晶硅光伏组件的温度系数高达-0.35%/℃,一道新能N型单晶硅组件由于高温带来的功率损失比常规P型组件低16.7%,可以极大提升N型单晶硅光伏组件的实际发电能力,提升电站的收益率。

5.更优异的低辐照性能

光伏组件的标定功率是基于标准测试条件(STC)测试获得,但是户外项目实际的辐照量远远达不到标准测试条件下的1000W/m2,而光伏组件在低辐照度下,组件效率相对于标准条件下会有一定损失,称作低辐照性能。一道新能N型单晶硅光伏组件具有优异的低辐照性能,可以确保光伏组件在辐照度较低的阴雨天气也取得较好的发电量,确保电站的发电量和收益率得到保证。

6.系统成本和LCOE成本分析

为了对比一道新能N型技术和市面上常规的P型单晶组件技术的差异,以广州100MW地面电站为例,下表对比了一道新能N型技术和P型技术在电池、组件以及电站端的性能表现,得益于更高的发电量和低BOS成本,N型度电成本LCOE仍然低于P型单晶组件项目,年发电量增加约500万度电,可以实现更高的电站收益。

近两年来,从组件尺寸到技术发展,光伏行业正经历着日新月异的变革,一道新能将持续致力于研发高性价比的N型光伏产品,助推中国早日实现碳达峰、碳中和的目标。

 

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