MWT背接触技术发展及前景
发布时间:2015-04-10    编辑:jinrui   
本文摘要:南京日托光伏科技有限公司 董事长
南京日托光伏科技有限公司 董事长 张凤鸣博士
  首先,在座的各位多多少少听说过MWT,我们绝大多数关于MWT技术的理解还是用焊带的MWT。实际上采用焊带的MWT是一种方案,它不能完全展示MWT技术的优势,特别是从可靠性方面,以及从电池到组件封装损失这两个方面都不能体现MWT技术的特点。另外,我们给大家介绍一下MWT技术对目前晶硅行业,特别是晶硅光伏技术有什么样的意义?第三个方面是背接触技术发展很多年,但是它在应用推广上一直遇到了非常大的障碍。这个障碍有些方面是技术上的,有一些方面是成本上的,特别是导电背板,我们把我们在产业化时做的成本分析及其的优势给大家做一个说明,还有个是发展的预测,从个人了解到的发展的预期。
 
  我们先回顾一下,我们在座的绝大部分都是做晶硅出身的,近几年特别是过去十几年以来,电池技术转换效率有很大的提升,我记得当时在上第一条线时单晶大概在15%的转化效率,而多晶那个时候还没有酸制绒,一直到后来开始做酸制绒的时候,多晶的转换效率是14%左右。可以想象,经过十多年的发展,到今天转换效率是什么样的地步。常规的P型单晶是19.3%-19.4%,多晶是18%左右。我个人认为在这些年的发展过程当中,真正在太阳能技术发展上面没有太大推进,主要的推进来自哪些方面?一个是硅材料质量的贡献,硅材料质量、高效多晶硅片,低碳、低氧单晶硅等等,还有银浆的能力,所有这些实际上对效率提升的贡献很大,电池的基本结构并没有任何大幅度的改变。这里我们讲一下这些技术的特点,低效技术和高效技术。目前大家比较掌握的技术有其自身的技术门槛,但技术门槛特别低,大家都能进去,属于低效技术。高效技术这一块,在推广的时候,推广起来还是有不足的地方。所以我们能不能找出成本最低、性价比最好的技术?高效低成本MWT背接触技术是我们经过长时间的努力研究出的技术。
 
  首先我们看看背接触电池技术,背接触的特点是什么?首先要通过激光打孔,这个孔很小,每个孔的直径是150微米,电池正面的电极经过打的孔引到背面的区域,在印刷的时候,把这个孔洞也填上,正面电极被引到背面去并与背电场是隔离的。这样的电池有几个特点,一个是没有主栅线,我们知道主栅线会影响电池的效率。另外,特别是常规电池在封装的过程当中必须用互链条焊接的方式,电池薄到一定程度的时候,电池封装时操作应该是比较难的,而背接触电池电池组件封装无此问题。第二个特点兼容性非常好。有专家提到黑硅,这个表面同样可以用黑硅,如果用PERC同样可以用PERC,实际上在PERC方面,我们与台湾的同行已经把它和PERC结合起来,能够做300W组件。并且封装组件的外观,确实比较好。
 
  还有一个特点是可以按照客户的个性化来制订电池,大家知道行业在MWT做了很多工作,但只能有效提高0.2的电池转换效率,它有4×4共16个点,而我们通过很多计算,包括5×5、6×6都申请了知识产权保护。这样一方面我们可以把背接触电池的优势相对于常规电池提高转换效率的方面最大程度的发挥出来。另一方面我们采用这个结构,可以个性化,包括树叶状、花瓣状和各种图案,只要能保证点分布的均匀性。
 
  背接触电池有什么特点,特别是电极上的特点?我们考察在封装组件的过程当中,还有什么不一样。大家都知道,常规组件的封装方式是采用电池串联的方式。这种封装方式具有哪些特点?焊接的过程当中用了300度左右的高温,这会导致应力甚至微裂纹,这个我们还在寻找更多的证据。另外封装损失大,主要区别于什么?电池串联的时候串联电阻较大,这就是为什么常规组件的填充因子在75点几,很少达到76。封装密度也低,电池与电池之间的间距,不能过小,这是其一。还有组件的两端的汇流条,也是占据空间的。相比之下,背接触不需要这种方式,所以电池的封装密度可以大幅度提高。这种封装方式我们也可以看出,由于它的电极都在背面,后面采用的导电背板的方式,用图案把正极区域和负极区域单独隔离开,中间是绝缘的膜层,只有对着电极的孔是露出来的。最终可以呈现非常好的平板式的连接方式,取代互链条的连接方式,这应该是非常好的一种方式,来实现它的串联。这种连接方式最终的特点是应用了金属导电背板,没有焊接,应该说大家是很认同的。另外组件的封装损失小,封装损失小来自两方面,一是串联电阻小,还有一个就是背面有一层导电背板,对穿过电池的长波长光线反射比较好。这样可以最大程度的提高组件转化效率、外观比较美观。这里就是常规的多晶组件和背接触多晶组件的示意图,我们可以看出从外观上看,不像常规组件有好几条互链条,不管是三条四条还是两条的。背接触组件,特别是黑色组件,包括用黑边框的时候,从客户的角度说,特别是在屋顶计划方面,很受欢迎。
 
  我先介绍一下背接触组件主要功能特点是什么,这两张图说明背接触组件在发电上的优势。怎么来比较的?我们用同样的额定功率的常规组件和MWT背接触组件,在不同的光照条件下,测量组件的输出,这个输出以常规组件的输出为参照。背接触组件的输出是在它的基础上以百分比比较。我们可以看出,随着辐照的增加,背接触组件的输出要比常规组件的输出增加更多。这个可以解释,因为背接触组件有导电背板在后面,实际上在使用过程当中,它对组件的散热有很大帮助,就是背接触组件测出来的温度要比常规组件的温度要低4度左右。这个不光是我们测的,业内也做了大量的数据。从这上面也可以看出,从输出功率的百分比方面来说,背接触组件可以增加功率的输出,这就是说背接触在发电方面有更大的优势。
 
  另一个大家也比较关注的,背接触组件可靠性怎么样?他主要的封装方式是完全一样的,只是用导电波取代了厚链条。左边这个图是我们的测试,在不同的时间,取出来以后测他的功率,常规组件和背接触组件的对比,明显背接触组件的衰减,特别是随着测试时间的加长,他的优势表现的不明显。而右边这个微循环的时候做的类似的实验,可以看出,背接触组件的功率、稳定性也是比较好的。
 
  另一方面背接触组件到底有什么意义?我们可以比较一下常规组件和背接触组件的生产流程。背接触组件在组件生产过程当中需要增加两道工序,一个是激光打孔,要把电极引到背面去。还有一个中间有一道工序要防止漏电!这一块应该是我们的工作。为什么行业里大家听说过背接触组件漏电比较厉害,在市场上有些客户反应的不是很好,这个是同行存在的问题,大家都听说过。实际上中间没有解决好反向漏电的问题。我们这里有一个特殊的工序控制了反向漏电的问题。从这里看到,我们增加了两个工序,如果是新的线,测试台可直接按要求设计,如果是常规线,需要把测试台改装,因为所有的测试探针都变到电池后面去了。
 
  对比起来,只有两道工序不一样,都是增加。而且常规的电池生产线简单的就可以把它升级为背接触的电池生产线。实际上在这个方面我们也提到,我们常规的电池生产线产能是严重过剩的,并且大家同质化非常严重。我们如果能把这个也提升起来,可以对常规的不能够改装的电池线,性能比较差的电池线,真正起到一个淘汰的作用。另一个方面,看看背接触的成本。这些年来,组件里电池片成本降低了很多,我记得十多年以前我们电池价格是20多块钱一瓦,现在我们卖2块多钱一瓦,降低了十倍,十倍降低到底是怎么带来的成本降低?首先会想到是电池技术,但很少是电池技术带来的成本降低,而很大程度上是硅材料成本降下来的,银浆材料等等,特别是还有设备的生产能力的扩大。电池技术在里边贡献还是非常有限的。现在行业困难的时候,如果所有的线重新投资的话,这个我相信很多人不是很愿意,大家有顾虑,但如果利用背接触技术做很简单的升级,就可以做成性能比较好的电池线。怎么好我下面会介绍。
 
  通过非常简单的转换,我们现在的常规电池线可以改造为背接触的生产线。同时,任何其它工艺改造,工艺提升,都可以用在背接触技术上,刚才说到不管是表面减反,还是PERC,还是二次印刷都可以用在背接触电池上,但是反过来,背接触他能够提供的很多降成本空间,包括我们下一步的改进,还是取代的工作,常规电池片不一定能分享。我们来看看背接触电池的成本是怎么构成的?我觉得最有说服力的是比较背接触电池和常规电池成本的区别在哪里?我们可以看,从常规电池转化到背接触电池,首先是电池线部分要做一个改造,常规电池线要变成背接触电池线,要增加激光设备。这个投入只是按照每条电池线的产能是30兆瓦,都是比较保守的。这需要增加投入也就是设备折旧,是增加背接触电池的成本,但是另一方面,背接触电池没有主栅线,这面节省了30%的正面银浆,增加的成本跟降低的成本合计,背接触电池的成本比常规电池的成本还要低,每瓦将近低4分,它不像其它的技术,提高效率无形当中会增加成本,而我们提高效率不增加成本反而是降低成本,这是在电池方面。在组件方面的成本我们也是照这样考虑,常规组件转化到背接触组件,有哪些区别?一个是增加了集成导电背板,电池片后面的金属导电层,包括打孔绝缘膜,都在上面,这是增加的;同时,连接不是互联条连接的,中间是导电胶连接的,所以要要印上导电胶,这个也是增加成本的。这些是增加成本的地方。还有降低成本的地方,我们不用互链条,单个组件要用大约0.25公斤的互链条,这是节省的;它还少了一层EVA,所以这些也是降低成本的。所以我们算下来,背接触组件比常规的组件成本增加了65.3元。这是按照现有的价格,这是从单个60片组件来说的。我们来算一算,如果折算到每瓦单价来说,我们知道,用同样的材料封装出来的多晶常规组件比较典型的功率是255瓦,我们做一个MWT组件可以做到275瓦。按照这两方面的情况,尽管我们在常规组件的基础上增加了65多元,但是如果我们按照275瓦来算,单价可以算出来。下面这个图表示,即使常规组件的价格还可以继续降低,这两条线中,上面这条黑线是常规组件的价格对照,不管怎么变化,背接触组件是下面这条线,它的成本总会低于常规组件的。从这个上来说,背接触组件的成本已经低于常规组件的成本。在这里我们还没有考虑背接触电池比常规电池便宜这个情况。我们还可以针对不同类型的组件,对它们的成本进行一个分析,到底MWT背接触有什么特点。常规组件每个组件的功率是255瓦,我说的是平均功率,因为我们在报道的过程当中,可能见到最高记录功率,有经济成本、决定意义的我觉得还是它的产线产品的平均功率。我们如果把MWT跟多晶结合起来,他会增加背板成本,在硅片上不增加成本,所以其总的成本增加了60多元。如果把MWT和常规单晶结合起来,常规单晶硅片比常多晶硅片方面,我们现在按照目前市场上贵了1.5元,每个组件从硅片角度说贵了90块元。所以,如果把单晶跟MWT结合起来,背板贵,硅片也更加贵,但是我们要注意到,常规多晶组件功率是255瓦,把MWT跟常规多晶结合起来是275瓦。我们把常规单晶跟MWT结合起来是290瓦。把功率因素考虑进去,我们可以非常清楚的把这些各种类型的组件成本做一个非常明确的比较。
 
  最下面两个曲线是多晶组件的,最上面两条线是单晶组件的。不管在多晶还是单晶里,MWT背接触的成本,永远是低于常规组件的。但是这个地方我们可能低的不是非常多。可能也就1毛钱或者是几分钱,但是,要比较功率,常规组件的功率要比背接触组件的功率低20瓦,也就是说同样是多晶组件,背接触组件的成本在低一点点的情况下,功率要比常规组件要高20瓦,单晶也是如此。常规单晶组件的成本MWT单晶组件的成本要高,但是它的功率也反而比MWT单晶组件的功率要低20瓦。所以从这两方面,可以把最佳的性价比总结在这个地方。如果性能和成本两个方面,我们做一个比较,我们的MWT多晶体现最好的成本优势。
 
  最后,我们来看MWT技术对产业发展有什么样的意义。从我们自己生产的情况看看,这些数据都是我们生产线上上万的数据总结下来的。这都是我们用同样质量的多晶硅片来做常规电池和MWT背接触电池的性能比较。这里非常明显,特别在电流上有非常明显的增加,这就是导致我们转换效率可以提高0.4%。应该说如果从电池的转换效率提高0.4%还不是唯一的意义,如果考虑到封装损失,背接触电池片进一步的封装成组件过程当中,不但没有C2M的损失,反而我们可以看出,它把MWT技术产品的性能优势进一步体现出来,这个是来自成百上千的组件的平均功率,我们的组件功率在275瓦左右。可以看到,最关键的增加了20瓦的功率,这给了我们非常大的信心。从技术这个角度,背接触组件可能不是最好的技术,没法跟N型电池比,但是从性价比的角度,它已经是性能比常规组件好,成本又低,所以我觉得从性价比这个角度MWT有它明显的优势。
 
  根据目前行业的MWT电池和组件产能来说,我觉得可以预期有很大的增长,从我们了解到,今年和明年有很大的增长预期。它的有点是绝大部分技术都可以兼容,它是水涨船高,在现有的技术上就是一个提升。
 
  所以简单的总结一下,背接触技术对我们降低光伏应用成本很有意义。因为光伏应用最多考虑的是终端成本,推广应用及降低成本应该有更广阔的空间。我们相信还有很多方面可以有提高的优势,把它展示出来。供大家值得商讨的是,它的可靠性!它没有焊接点,可以说对光伏行业的可靠性,对行业的良性发展,还是很有意义。但我们的更多工作还在进一步研究。谢谢。

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