單多晶硅片性能對比

單晶硅片與多晶硅片在晶體品質(zhì)、電學(xué)性能、機(jī)械性能方面有顯著差異。單晶和多晶的差別主要在于原材料的制備方面，單晶是直拉提升法，多晶是鑄錠方法，后端制造工藝只有一些細(xì)微差別。

晶硅電池發(fā)展歷程

1839年，法國科學(xué)家貝克雷爾發(fā)現(xiàn)液體的光生伏特效應(yīng)。

1917年，波蘭科學(xué)家切克勞斯基發(fā)明CZ技術(shù)，后經(jīng)改良發(fā)展成為太陽能用單晶硅的主要制備方法。

1941年，奧爾在硅材料上發(fā)現(xiàn)了光伏效應(yīng)。

1954年，美國科學(xué)家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽能電池。

1955-1975年，由于單晶電池成本較高，產(chǎn)業(yè)界不斷致力于降低晶體制造成本，并提出鑄錠單晶工藝。

1976年，鑄錠單晶技術(shù)失敗，德國瓦克公司率先將鑄錠多晶用于太陽能電池生產(chǎn)，犧牲晶體品質(zhì)以降低發(fā)電成本。

2005-2010年，多晶電池技術(shù)基于相對便宜的成本快速擴(kuò)大份額。

2013年，松下HIT單晶電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到25.6%，突破了光伏產(chǎn)業(yè)界最高理論效率極限，人們再次評估各種技術(shù)的性能和成本區(qū)間。

2013-2015年，連續(xù)快速拉晶技術(shù)和金剛線切片技術(shù)的導(dǎo)入使得單晶組件成本與多晶組件成本差距縮小到3%以內(nèi)，采用單晶組件與采用多晶組件的電站單位投資成本持平。

預(yù)計到2016年，隨著PERC等高效技術(shù)的應(yīng)用，單晶組件與多晶組件成本將達(dá)到一致。

轉(zhuǎn)換效率對比

影響轉(zhuǎn)換效率的3項主要參數(shù)是：Voc(開路電壓)、Isc(短路電流)、FF(填充因子)，公式為：Eta=Voc×Isc×FF

從光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)分解來看，單晶電池的各項參數(shù)全面領(lǐng)先于多晶，詳見表1。一般來講目前工藝下國內(nèi)單晶電池量產(chǎn)效率是19.55%左右，做得好的話可以達(dá)到19.8%-19.9%，取決于它是三柵線還是四柵線;多晶電池量產(chǎn)效率一般是18.12%左右。

制程差異

在制程方面，單晶比多晶更環(huán)保、成本更低。電池的制程工藝包括制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、印刷、燒結(jié)等，單晶電池和多晶電池的制備工藝主要差別在制絨環(huán)節(jié)，其余環(huán)節(jié)僅僅是控制標(biāo)準(zhǔn)的差異。

單晶制絨采用堿溶液腐蝕，腐蝕過程中產(chǎn)生硅酸鹽和氫氣副產(chǎn)物，通過應(yīng)用制絨輔助液代替或部分代替異丙醇(IPA)，可實現(xiàn)更低的BOD、COD污水排放，且單晶制絨體系對于設(shè)備硬件的要求很低，更容易實現(xiàn)環(huán)保和工藝控制。

多晶采用酸溶液腐蝕，需要使用高濃度的硝酸和氫氟酸，主要副產(chǎn)物為氟硅酸和NOx，而Nox是一種很難徹底處理的大氣污染物，考慮到這些因素，需要使用嚴(yán)格封閉的自動化設(shè)備。多晶制絨的設(shè)備購置和維護(hù)成本遠(yuǎn)高于單晶。

溫度系數(shù)對比

單晶材料沒有晶界，材料純度高，內(nèi)阻小，溫度升幅較小;另一方面，多晶電池的光電轉(zhuǎn)換效率較低，它將更多的光能轉(zhuǎn)換為熱能而非電能，也導(dǎo)致多晶的溫度升高更明顯。在最高光強(qiáng)下，單晶工作溫度比多晶低5~6℃左右，部分地區(qū)的多晶工作溫度可以比單晶高出10℃以上，因而多晶的功率損失較大，單晶的功率損失較小。

從溫度系數(shù)本身來看，單晶溫度系數(shù)是略低于多晶的，因此同樣升高1℃的情況下單晶功率損失也少于多晶。

PERC電池技術(shù)簡述

幾年前光伏工業(yè)界把高效電池的注意力主要放在選擇性發(fā)射極電池技術(shù)?現(xiàn)在業(yè)內(nèi)不再做選擇性發(fā)射極電池而更加關(guān)注PERC電池，因為選擇性發(fā)射極電池主要是提高了短波段吸收能力，但是反映在組件上，由于EVA本身吸收的也是紫外光的短波段，所以它在組件方面沒有體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，選擇性發(fā)射極技術(shù)就被淘汰了。而PERC電池主要是表現(xiàn)在近紅外、紅外波段的吸收，而EVA不吸收紅外波段的太陽能，所以PERC技術(shù)更好的把電池效率的提升反應(yīng)到到組件效率的提升。

PERC電池具有以下特點：

① 電池效率絕對值在單晶上可提高1%，在多晶上可提高0.5%，因此在單晶上采用PERC技術(shù)優(yōu)勢更大。

② PERC技術(shù)具有與現(xiàn)有產(chǎn)線兼容度高，易于進(jìn)行產(chǎn)線升級，并可降低電池片每瓦成本。

③ PERC電池已經(jīng)成為行業(yè)主流技術(shù)并逐步替代常規(guī)電池。

④ 通過工藝優(yōu)化，在近1-2年內(nèi)可逐步將量產(chǎn)效率提升至21%，SolarWorld公司近期在實驗室的P型單晶硅PERC電池效率已經(jīng)達(dá)到了21.7%。

以上所述的為P型PERC電池技術(shù)，下一代的N型PERC技術(shù)，不僅可以解決LID的問題，而且量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率可以進(jìn)一步提升至22%。

樂葉光伏2015年下半年將會在合肥基地量產(chǎn)高效PERC單晶電池組件，接下來在江蘇泰州將會新增2GW的PERC電池產(chǎn)能。

IBC電池技術(shù)簡述

IBC電池也是采用N型單晶硅片生產(chǎn)，目前實驗室最高效率可達(dá)到25%，量產(chǎn)平均效率23%。從圖8可以看到，IBC電池正面沒有柵線，所有的柵線全部集中在后面。它最大的特點是制程比較復(fù)雜，目前有十六七道的制程工藝，成本比較高昂，限制了該技術(shù)的發(fā)展。目前工業(yè)界著重開發(fā)低成本IBC技術(shù)。

松下將IBC和HIT技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)造了新的轉(zhuǎn)換效率世界紀(jì)錄，高達(dá)25.6%。它的開路電壓達(dá)到740mV，Jsc是41.8mA/cm2，F(xiàn)F是82.7%，硅片厚度是150μm。

IBC電池的應(yīng)用示例：陽光動力2號采用高效N型IBC單晶電池覆蓋機(jī)翼，轉(zhuǎn)換效率23%，完全依靠太陽能電力完成環(huán)球飛行。

電池技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測

① 未來單晶的市場份額將逐步超越多晶。

② N型高效電池的市場份額將逐步升高，取決于N型電池成本降低的速度。

③ PERC電池的市場份額將在2018年后超越目前常規(guī)電池，且份額將逐步擴(kuò)大。

④ PERC電池將有很長的生命周期，在相當(dāng)長一段時間內(nèi)和N型電池共存于市場中。

單多晶電站投資收益對比

目前60片封裝的高功率組件，單晶量產(chǎn)功率為275W，多晶量產(chǎn)功率為260W，單晶組件價格為4.11元/W左右，多晶為3.98元/W左右。由于單晶組件在每個方陣中使用的數(shù)量較少，有效節(jié)約了支架、夾具、匯流箱、光伏電纜、基礎(chǔ)工程、安裝工程等，因此在總的投資成本上，單晶系統(tǒng)與多晶系統(tǒng)基本相同。具體的分析數(shù)據(jù)下表3所示。

在電站營運層面，單晶比多晶能節(jié)約5%的土地租金和6%的運維成本，而單晶每瓦發(fā)電量至少比多晶高3%，那么在25%資本金比例、15年貸款年限的融資結(jié)構(gòu)下，我國中部地區(qū)投資單晶電站的資本金內(nèi)部收益率IRR會比投資多晶電站高出至少2.78%以上。

發(fā)電量和長期可靠性對比

目前為止經(jīng)歷過長期運行考驗的電站絕大多數(shù)采用單晶組件，典型案例包括：

① 1982年，歐洲第一個并網(wǎng)光伏系統(tǒng)在瑞士建成，采用單晶組件，裝機(jī)容量10KW，年均衰減0.4%。

② 1984年，加州1MW光伏電站采用單晶組件，至今仍運行完好。

③ 1984年， 蘭州最早的光伏電站采用單晶組件，年均衰減0.37%。

④ 1994年， 浙江寧波最早的單晶電站，21年總功率衰減13.1%。

⑤ 德國至今已運行18年的MW級屋頂電站，采用西門子單晶組件年衰減約0.4%，至今無質(zhì)量問題。

⑥ “尋找最美老組件”首站云南，屋頂單晶系統(tǒng)運行接近30年，最近15年修正光衰不超過8%。

目前國內(nèi)有大量的電站運行實例，證明在同一地區(qū)、同樣的建設(shè)條件和BOS條件下，每瓦單晶發(fā)電量顯著高于多晶，典型案例包括：

① 青島隆盛光伏車棚，單晶每瓦發(fā)電量比多晶高6.6%。

② 中山大學(xué)《六種太陽電池光伏陣列實際發(fā)電性能比較》(2008.1-2008.7)證實每瓦單晶發(fā)電量比多晶高5.7%。

③ 浙江大學(xué)硅材料重點實驗室試驗數(shù)據(jù)(2013.7-2014.6)：同樣標(biāo)稱容量的單晶發(fā)電量比多晶高7%以上。

④ 呼和浩特市某光伏項目單、多晶陣列數(shù)據(jù)比較：同一項目同等容量的單晶陣列比多晶年發(fā)電量高7%。

⑤ 寧夏中衛(wèi)、同心各30MW電站比較，單晶發(fā)電量高6.52%。

⑥ 格爾木陽光能源10MW單晶系統(tǒng)/10MW多晶系統(tǒng)比較：單晶發(fā)電量比多晶高5.12%。

總結(jié)

① 單晶硅片比多晶硅片有更高的機(jī)械強(qiáng)度，更低的碎片率。

② 單晶硅電池比多晶硅電池有更高的轉(zhuǎn)換效率和更大的效率提升空間。

③ 25年的生命周期內(nèi)，單晶硅電站的實際發(fā)電量比多晶硅電站的發(fā)電量多 (大約6%)。

④ 在長期可靠性方面，單晶硅電站比多晶硅的衰減少3%左右。樂葉光伏保證所生產(chǎn)的單晶硅電池組件在25年保證期內(nèi)衰減不多于16.2%。

⑤ 單晶組件比多晶硅價格高0.1-0.15元/瓦，單多晶系統(tǒng)端造價基本持平，單晶硅電站的投資回報率IRR比多晶電站至少高2.78%。

⑥ 單晶具有高度集約化、最大程度發(fā)揮屋頂資源的優(yōu)勢，在同樣的屋頂面積上單晶系統(tǒng)比多晶安裝量高7.8%，更適合分布式電站應(yīng)用。

⑦ 受益于屋頂光伏安裝量和對更高效產(chǎn)品需求的日益增長，單晶硅電池和組件產(chǎn)品將來數(shù)年快速占據(jù)更高的市場份額，成為光伏行業(yè)新的增長點。