平价上网对高效电池的需求
1.1高效是降低“度电成本”最有效的途径
大家都知道,过去光伏行业呈现出了两个极端:一端是“高效+高成本”,代表企业是松下,Sunpower等;相反另一端则是以我们中国大陆多晶企业为代表的“低效+低成本”;现在我们追求的目标是“高效+低成本”的统一。我们使用高效的模组就可以大幅降低BOS成本,提高整体系统的经济性,所以说高效是降低“度电成本”的最有效途径,是平价上网对高效电池的需求和未来的发展方向。
1.2高效率:高效产能需求,N型潜力巨大
相比P型电池,N型具有无光衰、弱光效应好、温度系数低、高转化效率等优势,非常具有竞争力,也是晶硅太阳电池迈向理论最高效率的希望。我们通过ITRPV(International Technology Roadmap for Photovoltaic,光伏国际技术路线图)2018预测也可以看到:N型硅片的市占率在2020年将达到10%,在2028年将达28%,市场份额在不断提升。
但在现阶段,N型的量产也存在一定的阻碍因素:
一是因为N型硅片成本高,通过测算,N型要比普通P型产品高约8%,主要因为以下几个方面:1、N型单晶要使用更纯、品质更优的多晶硅料、2、使用高纯热场,一系列的辅材、配件都要更贵;3、复拉料无法使用;4、N型的降级片无法消耗。
今年5月前,我们也看到不少N型厂家发布了HIT等电池的扩产计划,但在531后,因P型产品价格崩盘,与N型组件价格拉开了更大的差距。同时,N型电池初期设备投资较大,使得N型扩产计划大多延迟或暂缓。
另一方面,P-PERC加上SE后,效率一再提升(目前已达22%),明年P型单晶组件主流将提升至310W,若N型电池片若无法做到23.5%甚至24%以上,将很难拉开瓦数差距,体现出优势。
2.N型高效电池对单晶硅材料要求
2.1不同电池结构转化效率与硅材料少子寿命、电阻率的关系
随着电池效率的不断提升,对硅材料也提出了更高的要求。
我们通过对不同电池结构转化效率与硅材料少子寿命、电阻率的关系,可以看出:1)转化效率越高的电池结构,如N型HIT、IBC,它对少子寿命会越敏感,要求也越高;2)另一方面,电阻率对部分电池结构影响也较大,通常来看电阻率越低,转化效率越高;但是,因为电阻率和少子寿命呈正相关,即压低电阻率后,少子寿命也会降低,我们就需要找到二者之间的平衡点,具体如何控制,需要与电池厂家充分交流和测试,从而找到这个平衡点。另外,P型还需要考虑LID的问题,N型这一点上不存在。
2.2 N型高效电池对单晶硅材料需求
通过这一幅图我们看到,晶体不同位置因为氧碳含量、寿命、电阻率等的差异,对电池效率影响不同。
3.高效单晶的挑战及解决措施
3.1单晶品质提升主要路径
首先,单晶品质提升主要路径有以下4个方面:
降低氧含量:因为氧含量是一个很重要的影响因素,会引发电池端很多不良问题。内部拉单晶师傅间也流传着一句名言:“万恶氧为首”,可以看出氧的危害是巨大的。因此通过降低氧含量能够有效减少同心圆、氧施主、黑芯、低效等出现的几率,针对P型,还可以降低光衰。
降低碳含量:碳含量高会促进氧的聚合和沉淀;
减少缺陷:晶体中的缺陷亦会形成复合中心,导致寿命降低,从而影响电池效率;
降低金属含量:金属大多都是深能级杂质,所以拉晶过程中要实现高纯管控,减少金属污染,能够有效提高晶体寿命。
3.2聚焦关键品质问题---提升高纯,减少金属污染
3.3聚焦关键品质问题---降氧解决方案
氧是从哪里来的?通过分析,我们知道了,氧主要来源于坩埚的溶解:高温下,二氧化硅会发生溶解,形成硅和氧原子,氧原子通过热对流、强迫对流,扩散到硅熔体中,在界面上99%的氧会以一氧化硅的形式挥发掉,剩余一部分会进入单晶硅中。
了解了氧是如何引入的,那么现在来看降氧路径,主要分以下三步走:
源头上:考虑如何减少氧溶解?使用坩埚壁要更光滑,比表面积小,氧含量相对少;
过程中:优化晶/埚转等工艺参数,改变熔体对流形式;
挥发掉:优化热场设计,提升气流顺畅性,尽快让一氧化硅挥发出去。
3.4聚焦关键品质问题---薄片化
对单晶组件成本结构做了分析,可以看到即使目前的硅料价格已经很低了,但硅料在整个成本中的占比仍非常可观(近20%),故推动薄片化,是降本的有效途径。隆基研发最薄可以做到110厚度,N型量产最薄厚度130(125小边距)、M2尺寸最薄150,P型量产最薄160,150也有少量测试。
3.5 聚焦关键品质问题---细线化
细线化目的是降低切缝损失(kerf loss),从而可以节省硅料。另外,细线上的金刚石颗粒原则上也会变小,硅片表面的损伤层厚度理论上也应该变小(这个需要将来进一步证实),会对提升硅片外观品质(线痕等)有帮助。目前隆基量产最细线径已降至60线,更细的线径如55线、50线也在进一步的开发中。
4.未来光伏N型高效单晶硅的发展趋势
4.1低氧N型单晶
前面介绍了氧含量高的危害,因此对“低氧产品“的持续研发和推广是我们的重点工作之一。目前我们量产平均水平14-15ppma,改进的工艺可做到11-12ppma,研发超低氧工艺最低可以做到4-5ppma。隆基从2014-2018,研发做了很多工作,氧含量降低30%,目前隆基还在摸索降氧的极限。同时,如果氧含量过低,会对机械性能产生影响,对薄片化是否会是一种阻碍?这里需要进一步验证及思考。
4.2 高寿命N型单晶
第二大重点工作是“提升少子寿命“:传统工艺头部受到氧施主的影响,呈现“低头“形貌,新工艺可以去除这部分的影响,而且整棒的寿命也有所提升。
4.3大尺寸: 标准化
隆基曾在13年底联合几家大的硅片厂,一起推出了M1、M2标准规格,为行业创造了很大的价值。但近期订单的尺寸可以说百花齐放,比如157.35(中来)、157.75(晋能)、158.75(晶科)、全方(157.25、乐叶)等,一些客户面对的小众市场,急需拉高瓦数与性价比维持产品竞争力,已调整至M4尺寸,在这种情况下也使得一时间行业内没有标准尺寸可言,很多客户也在观望下一步的动向。