1、双面电池、组件简介一、电池技术1.1 PERC 技术PERC 电池的工艺流程包括：沉积背面钝化层，然后开槽形成背面接触。相较常规光伏电池的工艺流程新增了两个重要工序。此外，基于湿式化学工作台的边缘隔离工序需要针对背面抛光稍做调整。抛光的程度基于所选技术的不同而异。因此，钝化膜沉积设备和开槽设备（可采用激光或化学蚀刻方法）是需要在传统电池产线上额外增加的加工设备。对于较少应用的激光边缘隔离处理工艺生产线，需要增加一个化学湿式工作台进行背面抛光。相对于常规 P 型电池，P-PERC 电池有两个明显的优势： 显著降低背表面复合电流密度，提高电池开路电压； 形成良好的背表面内反射机制，增加光吸收几率，
2、提高电池短路电流； 电池效率的提升多晶会在 0.5%0.8%，单晶会在 0.8%1.0%。PERC 电池的优点：相当容易改造的，只需要加 23 个步骤，就能够实现技改的升级，而且投入也比较低，相对来说每 100 兆瓦的投入大概会在 2000 万元。图 1 perc 电池流程图电池生产商广泛用于规模化生产的两种氧化铝沉积技术是等离子体增强化学汽相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD ）。PECVD 所占市场份额最大，且在电池生产中不仅可用于氮化硅的沉积，而且沉积氧化铝并覆以氮化硅可以在不同腔体的同一工序中完成。ALD 技术沉积膜的质量比 PECVD 更佳，但该技术需要在生产线上额外增加一套 P
3、ECVD 设备，用于氮化硅的沉积。双面 PERC 电池背面采用铝栅线设计，可以有效降低局域接触空洞。对改善局域铝背场均匀性从而提升电池开路电压有帮助。关键技术如下：（1）铝栅线烧结后需具有一定的高宽比，可以增加光照面积，有利于收集更多的光生电流，提升 PERC 电池背面转换效率（2）具备良好接触处局域填充效果及厚度适合的铝背场，以减小体电阻率。其对背面铝浆和金属化提出了一些特殊工艺要求：（1）背面印刷精度较单面 PERC 电池的要求略高；（2）背面需丝网印刷铝栅线，对铝浆提出了更高的要求。根据阿特斯的经验，双面 PERC技术制作完善的条件下，正面效率不会降低。图 2 介质钝化效果比较高效 PE
4、RC 双面电池：与常规 PERC 电池相比， 正面加载 SE 技术，电池 Voc 提升 7 mV左右； 背面铝栅线二次印刷，提高双面电池的填充因子， PERC (SE)+平均效率为22.06%；1.2 N 型电池相较于 P 型电池，N 型双面电池具备的优势。（1）N 型 CZ 硅片的少子寿命比 P 型硅片的高出 12 个数量级，达到毫秒级。无硼氧（B-O）复合体所造成的光致衰减（ LID）效应。 （2）其次，N 型硅片对金属污染的容忍度要高于 P 型硅片。 （3）温度系数低，高温条件下仍可获得高功率输出。工作温度较常规单玻组件低 3-9，减小因温度提高带来的功率下降。（4）N 型单晶双面电池正
5、背面均印刷 Ag 栅线且图形相近，因此 N 型单晶双面电池结构均有对称性，电池在丝网烧结印刷后不产生翘曲。 基于晶体结构的特性，具有少子寿命高、光衰减系数低、弱光响应佳、温度系数低、工作温度低、且双面皆可发电的优点，目前最高效的晶硅太阳电池也都是采用了 N 型硅片，比如 IBC，HIT，N 型双面电池等。而爱康、赛维、中科院微系统所/通威、晋能、彩虹、中智则想在异质结 HJT 双面电池有一番作为。PERC 单晶正面产线效率 21.3%21.8%左右，双面率维持在 70-80%左右，而龙头企业的 PERC 单晶正面效率已经突破 22%，双面率也达到 80%左右。高双面因子（双面率，背面转化效率占
6、正面转化效率的百分比），HJT 、N-PERT 双面因子（双面率）可高于90%，IBC 的双面因子（双面率）约为 80%。 PERT 技术PERT（ Passivated Emitter，Rear Totally-diffused cell），钝化发射极背表面全扩散电池，是一种典型的双面电池。双面太阳电池是指硅片的正面和反面都可以接受光照并能产生光生电压和电流的太阳电池，这种电池可以用 P 型硅片制造，也可以用 N 型硅片制造。nPERT 双面电池基本工艺流程为：（1）双面制绒（2）上表面扩散硼制成 P+N 结（3）背面扩散磷制成 N+N 结（4）双面钝化薄膜（5）双面金属化，结构示意图如图
7、3 所示。图 3 nPERT 电池结 a 双面 b 单面在 N 型电池技术领域，中来光电通过创新型离子注入法进行磷扩散，简化工艺的同时也提升了电池效率，目前已量产的 N-PERT 双面电池效率可达 21.5%。TOPConTOPCon：Tunnel Oxide Passivated Contact 隧穿氧钝化接触：该电池采用高质量的超薄氧化硅和掺杂多晶硅层，实现全背面的高效钝化和载流子选择性收集。其优点为：插入氧化层有效降低体载流子在表面的复合； 提升了体内光生载流子浓度；有效扩大了准价带和准导带能级差； 最终提高器件的 V oc ； 图 4 TOPCon 电池示意图2018 年上半年，中来
8、TOPCon（隧穿氧化钝化）将平均电池转换效率提高到 22.5%以上，叠加其他组件高效封装技术可提高 60 片 N 型双面组件正面功率达 330W 以上。下半年，中来独创的悬浮主栅设计 N 型单晶双面 IBC 电池也将量产，到时平均转换效率将超过24%。图 5 PER 高效电池路线图异质结电池异质结 HJT(Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer)电池（同时也简称 HIT，SHJ ，SJT等），HJT 电池的结构如图所示，以 N 型单晶硅(c-Si)为衬底光吸收区，经过制绒清洗后，其正面依次沉积厚度为 5-10nm 的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H
9、) 和掺杂的 P 型非晶硅(p-a-Si:H)，和硅衬底形成 p-n 异质结。硅片的背面又通过沉积厚度为 5-10nm 的 i-a-Si:H 和掺杂的 N 型非晶硅(n-a-Si:H)形成背表面场，双面沉积的透明导电氧化物薄膜(TCO)不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到像晶硅电池上氮化硅层那样的减反作用。最后通过丝网印刷在两侧的顶层形成金属基电极，这就是异质结电池的典型结构。图 5 异质结电池日本化学品制造商 KanekaCorporation 的研究人员于 2016 年底将 HIT 电池光电转换率提升到 26.3，打破了之前松下 25.6的纪录。目前，叠加了 IBC 技术后的 HJT
10、 电池能展现出更惊人的转化效率，目前已达 26.63%。2018 年 3 月晋能科技 HJT 电池量产平均效率达 23.27%，量产最高效率可达 24.04%。在成本下降空间方面，相对于其他超高效太阳能电池技术，HJT 技术工艺步骤少。通过对关键技术的突破和规模化生产，实现成本的进一步大幅下降。2017 年 HJT 组件的量产成本是每瓦 0.7 美元，晋能科技预期是三年内使 HJT组件的量产成本下降至每瓦 0.4 美元。HIT 电池中 TCO 层的作用：形成良好的欧姆接触，增加载流子的收集效率，起到钝化表面的效果。 高迁移率的 TCO 薄膜是获得高 J SC 的关键。提高迁移率的方法：降低载流
11、子浓度；增大晶粒尺寸； 减少晶粒边界的势垒（晶粒边界的钝化）；减少补偿度（减少杂质浓度）；减少高价离子数量（如氧空位）；提高 ITO 薄膜的晶化率。 温度是决定太阳电池输出特性的关键因素之一，和传统的扩散 pn 结相比，传统扩散pn 结太阳能电池的温度系数为-0.42%/，而异质结太阳能电池的温度系数可低于-0.25%/ ，开路电压高的 HIT 太阳电池表现出更好的温度特性。 2017 年中来股份研发的 N 型 IBC 组件电池效率高于 23%，60 片型组件正面功率高达340W.N 型电池具备更高的发电效率和发展前景，特别是 N 型双面电池，具有双面发电的特性，背面效率可达到 19%以上，图
12、 6 电池技术叠加 HIT+IBC=HBC二、双面组件光伏市场上 3 种主要的双面光伏组件为：单晶 N 型双面光伏组件、单晶 PERC 双面光伏组件、异质结(HIT 或 HJT) 双面光伏组件。双面电池根据基底的不同，可以分为 P 型双面和 N 型双面，包括 N 型 PERT 电池、HJT 电池、IBC 电池，以及 P 型 PERC 双面电池等。2018 年仅隆基一家就将新增 3.5GW 的双面双玻组件产能。但在选择技术方向上，目前主流厂家存在较大的分歧。晶科，英利，阿特斯等一线企业均已推出自己的双玻双面产品，其中我们看到以隆基，晶澳和天合为主的企业主要推进 P 型 PERC 的双面双玻产品，
13、而以英利，晶科和林洋为主的企业主要推动 N 型 PERC 的双面双玻产品，另外如中环股份，第一太阳能等企业则侧重在 HIT(异质结层电池)上。从 3 个的优劣来看，目前 P 型 PERC 双面虽然双面率最低，转化效率也最低，但是是目前最快达到量产化的产品。N 型 PERC 双面转化效率介于两者之间，但是量产化之后成本下降有待验证。(林洋 N 型电池已经成功量产，公司预计其生产成本将与传统 P 型 PERC 接近)而 HIT 技术虽然整体的效率最高，但是由于其晶硅电池表面需要再添加非晶硅薄膜，因此量产化之后成本一直较高，因此需要进一步的生产技术突破或优化。2.1 普通 PERC 组件发电量PER
14、C 组件多发电的原理在于其优秀的低辐照性能，更好的功率温度系数以及首年光衰问题的解决。PERC 电池红外波段的量子效率显著提高，尤其在 11001200nm 波段增加的发电不计入到标称功率当中。据大同中电发电公司段涛介绍，单晶 PERC 在大同中电光伏发电项目中表现也十分优秀，可以多发 2.61%电量。中国电力科学研究院黄晶生的研究数据表明，单晶 PERC 发电时长高出常规组件 2.8%左右。按双面 PERC 相对常规组件多发 3%的电来计算，在系统投资相同，装机容量相同的情况下，PERC 单晶收益率提高约 1.5%，双面PERC 收益率提高 45%。PERC 单晶度电成本降低约 2 分，双面
15、 PERC 度电成本降低约 7 分。晶澳孙杰分析认为，从成本角度讲，相比于 PERC 单面产品，PERC 双面产品仅在电池的丝网印刷工序做了调整和优化，因此成本基本与 PERC 单面产品相差无几。相比于常规单/多晶以及 PERC 单晶，P 型 PERC 双面组件可有效降低光伏电站的 LCOE，以 10%发电增益的双面组件为例，LCOE 可降低 0.05 元/kWh 以上。图 8 地貌光谱及安装角双面发电组件安装位置的背景反射率决定了背面发电量的多少，只有背面尽量多的接收反射和散射光，背面增效才会增加。由于不同地区冬季降雪量不同，通常设计的系统最低点离地高度也不同，随着最低点离地高度的变化，组件
16、背面接收的辐照度也随之变化，系统最低点离地越高，组件与地面之间的空间越大，组件背面可接收的周围反射面越大，背面的发电量也越多。因此组件背面的发电量主要是安装朝向、安装角度、地面反射率和离地高度共同作用的结果。协鑫集成执行总裁董曙光表示，与普通电站相比，由于水面反射增加光利用率，以及温度低、清洁度较高的特性，水面电站的发电增益要较一般电站高出 5-6%以上，在应用金刚双面双玻组件时，可使发电量进一步提升 10%以上。董曙光认为水面光伏电站的投资优势较普通地面电站更为显著，值得投资者们关注。双面发电组件应用 1500V 系统电压设计，与 1000V 系统相比，系统平衡成本降低约3%，100 兆瓦电
17、站的总投资可减少约 2000 万元； 与 1000V 集中式系统相比，1500V 集中式系统损耗降低约 0.47%。2.2 半片半片电池组件具有以下特点：（1）电池片一分为二，可减少热阻损失，半片电池组件的输出功率比同版型整片电池组件高约 5-10W；（2）半片电池组件的热斑温度比同版型整片电池组件的温度低约 25，可有效降低组件的热斑效应；（3）半片电池组件满足 1500V系统电压设计要求，可降低系统端成本约 10%。由于半片电池组件在大幅提升输出功率的同时，所增加的额外成本并不多，因此目前高功率半片电池组件正在实现规模化发展。目前，半切技术已被多家光伏组件制造商采用，规模持续扩大。据亚化咨
18、询统计，截至 2018 年 5 月，全球半片电池组件产能已超过 15GW，其中晶科、天合、晶澳、阿特斯、东方日升、韩华 Q Cells、REC Solar 等均实现 GW 级半片组件产能。2.3 跟踪系统跟踪系统专家认为，通过跟踪系统的应用，可以在光照条件好的地区降低电价在 5%- 10%。具体体现在电价方面可以是 0.05-0.1 元/ 度电，甚至 0.15 元/度电。晶澳 PERC 双面 +跟踪系统带来更多的发电增益促使度电成本进一步降低。双面发电与单轴支架系统联用，更能体现 1+12 的叠加优势。有数据表明，在不同的经纬度下，平单轴系统发电量高出 10%-18%，斜单轴高出 20%-30
19、%。如果与 PERC 双面发电组件整合，则在平单轴系统中，有望获得 18%-34%的发电增益，在斜单轴系统中，有望获得 28%-46%的发电增益。这对于大幅降低光伏度电成本，无疑具有里程碑的重要意义。双面组件电站注意事项：使用双面组件时，选择逆变器时要注意：一是不能超配，因为双面组件有时候能增加20%到 30%的发电量，也就是说会增加输出功率，建议组件和逆变器按 0.9：1 配置。二是组件功率增加时，只能电流增加，电压不会增加，因此要选择每一路输入组串电流要大于12A 的逆变器。双面组件直流侧输出电流高于常规组件，根据双面组件厂家提供的 I 类资源光照区格尔木的仿真和测试结果，背面增益 30%
20、的情况下，输出电流峰值为 11.75A，这就要求逆变器直流侧输入电流提高，综合现有部分组件厂家实际测试数据，SG80BF 直流侧每串输入电流提升至 12.5A，以满足双面组件电流增加的需求。双面组件背面辐照不均匀，导致组件最终输出总体功率不同，组件电流离散率达到 5%以上。这就要求逆变器 MPPT 颗粒度更细，另外在设计组串和组串接入逆变器时应尽量避免不一致造成的失配损失。MPPT 是光伏系统核心设备光伏逆变器的主要功能之一，通过不断调整逆变器自身的等效电阻值，影响所跟踪的组件的电压电流值，寻找并保持系统工作在P-V 特性曲线的最高功率点。组件级电力电子技术的应用，可以有效削弱由于组件失配带来的发电量损失，使双面组件充分发挥其多发电的优势，提升系统的综合收益。
