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晶硅太阳能电池的昨天与今天

发布时间:2015年9月1日

太阳能电池主要是以半导体材料为基础,其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电转换反应。目前,太阳能电池以晶硅材料为主。武汉维尔仕公司研发、生产及销售的太阳能电池为单晶硅太阳能电池板和多晶硅太阳能电池板两类。单晶硅与多晶硅在晶体品质、电学性能、机械性能方面有显着差异。单晶硅和多晶硅的差别主要在于原材料的制备方面,单晶是直拉提升法,多晶是铸锭方法,后端制造工艺只有一些细微差别。

一、晶硅太阳能电池的发展历程       

1839年,法国科学家贝克雷尔发现液体的光生伏特效应。

1917年,波兰科学家切克劳斯基发明CZ技术,后经改良发展成为太阳能用单晶硅的主要制备方法。

1941年,奥尔在硅材料上发现了光伏效应。

1954年,美国科学家恰宾和皮尔松在美国贝尔实验室首次制成了实用的单晶硅太阳能电池。

1955-1975年,由于单晶硅电池成本较高,产业界不断致力于降低晶体制造成本,并提出铸锭单晶工艺。

1976年,铸锭单晶硅技术失败,德国瓦克公司率先将铸锭多晶硅用于太阳能电池生产,牺牲晶体品质以降低发电成本。

2005-2010年,多晶硅电池技术基于相对便宜的成本快速扩大份额。

2013年,松下HIT单晶电池转换效率达到25.6%,突破了光伏产业界最高理论效率极限,人们再次评估各种技术的性能和成本区间。

2013-2015年,连续快速拉晶技术和金刚线切片技术的导入使得单晶硅组件成本与多晶硅组件成本差距缩小到3%以内,采用单晶硅组件与采用多晶硅组件的电站单位投资成本持平。

预计到2016年,随着PERC等高效技术的应用,单晶硅组件与多晶硅组件成本将达到一致。

二、单晶硅太阳能电池与多晶硅太阳能电池的区别

1、制程差异              

在制程方面,单晶比多晶更环保、成本更低。电池的制程工艺包括制绒、扩散、刻蚀、镀膜、印刷、烧结等,单晶电池和多晶电池的制备工艺主要差别在制绒环节,其余环节仅仅是控制标准的差异。

单晶制绒采用碱溶液腐蚀,腐蚀过程中产生硅酸盐和氢气副产物,通过应用制绒辅助液代替或部分代替异丙醇(IPA),可实现更低的BOD、COD污水排放,且单晶制绒体系对于设备硬件的要求很低,更容易实现环保和工艺控制。

多晶硅采用酸溶液腐蚀,需要使用高浓度的硝酸和氢氟酸,主要副产物为氟硅酸和NOx,而Nox是一种很难彻底处理的大气污染物。考虑到这些因素,需要使用严格封闭的自动化设备。多晶制绒的设备购置和维护成本远高于单晶。

2、转换效率差异

影响转换效率的3项主要参数是:Voc(开路电压)、Isc(短路电流)、FF(填充因子),公式为:Eta=Voc×Isc×FF

从光电转换效率参数分解来看,单晶电池的各项参数全面领先于多晶。一般来讲,目前工艺下国内单晶电池量产效率是19.55%左右,做得好的话可以达到19.8%-19.9%,取决于它是三栅线还是四栅线;多晶电池量产效率一般是18.12%左右。

3、温度系数差异

单晶硅材料没有晶界,材料纯度高,内阻小,温度升幅较小;另一方面,多晶电池的光电转换效率较低,它将更多的光能转换为热能而非电能,也导致多晶的温度升高更明显。在最高光强下,单晶工作温度比多晶低5~6℃左右,部分地区的多晶工作温度可以比单晶高出10℃以上,因而多晶的功率损失较大,单晶的功率损失较小。

从温度系数本身来看,单晶温度系数是略低于多晶的,因此同样升高1℃的情况下单晶硅功率损失也少于多晶硅。

4、成本差异

从成本角度分析,多次加料/连续加料技术、金刚线切割技术以及节能与快速生长技术的应用带来了单晶非硅成本不断降低,与多晶非硅成本价差进一步缩小。当前国内之所以市场相当一部分被多晶硅电池占据,就是因为其成本优势。而随着单晶硅电池科研进步带来的成本降低,且依然在不断的降低中,多晶硅素以为傲的价格优势已经不复存在。这种情况必将带来单晶硅电池与多晶硅电池的角色转换。

5、电站投资收益

目前60片封装的高功率组件,单晶量产功率为275W,多晶量产功率为260W;单晶组件价格为4.11元/W左右,多晶为3.98元/W左右。由于单晶组件在每个方阵中使用的数量较少,有效节约了支架、夹具、汇流箱、光伏电缆、基础工程、安装工程等,因此在总的投资成本上,单晶系统与多晶系统基本相同。

 

 






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