智囊团报废阶段提供资金。 因此，在财务和环境方面，对不同处置和回 的资源和有害物质。 各类光伏组件中可追 收解决方案的仔细检查和评估对于所有参 溯性有价值的资源包括铝，银，铜，铟，镓，欧盟生态设计工作计划的另一个重要步骤 与者至关重要。 科学数据构成了“绿色” 碲，玻璃等。另一方面，有害物质是镉，砷，是现在包括太阳能电池板和逆变器。 生 太阳能电池板发展的根本基础，从其正面 铅，锑，聚氟乙烯和聚偏氟乙烯等 因此，以态设计措施确定了在欧洲市场上放置产品 的概念，性能，最终到拆除。 环保方式处理或终止这些物质（EoL）时避的最低技术标准，因此对制造商有重要影 免对环境的污染显得至关重要。响。与此紧密联系的是欧盟生态标签，它有 FRAUNHOFER研究 - 背景助于识别在其整个生命周期中对环境影响 目前的EoL处理方法包括垃圾填埋，焚烧较低的产品。 属于电子废料类别的光伏废料包含有价值 和热解，其中Lansink梯子（图2）显示了垃 圾分类为三者之中最为环保的处理方法。背板类型 固定碳 挥发物 灰分 其原因在于长期无效率的处理光伏废弃物 PPE 2,9 92,2 4,9 以及垃圾填埋和焚烧对环境的负面影响。 TPT 8,2 86,1 5,7 今天的典型焚烧设施只能处理按照当地排 KPK 10,7 88,2 1,1 放标准规定的污染物浓度的废物流。 另 一方面垃圾填埋对土壤造成严重污染，即图3：固定碳，灰分和挥发物样品的初步分析。 [Fraunhofer UMSICHT，2017] 使经过多年，其分解也难以确定。 相比之 下，热解 - 有机材料在没有氧气的高温下背板类型 C H O N F1 热功率 的热化学分解产生副产物，如热解气，热解 (wt% db) (kJ/kg db) 油和热解炭，可用于其他工业应用。PPE 63,8 6,6 0,2 24,5 0,2 0,0 30,0 在背板的情况下，含氟聚合物的存在使得TPT 55,6 4,5 28,5 0,2 5,5 26,6 难以热降解或再利用PV模块中存在的聚合 30,5 9,0 24,6 材料。 此外，含氟聚合物的热降解会导致KPK 54,9 4,3 氟化氢中的有毒物质释放超出许可范围。 含氟聚合物，卤代阻燃剂等的存在也增加1: measured via calorimeter 了EoL处理阶段期间二恶英的潜在形成。 如果含氟聚合物背板材料浸入大气中并污图4：关于元素组成以及低热耗产品的初步分析 。 [Fraunhofer UMSICHT，2017] 染土壤或水体，填埋的选择也会造成同样 的风险。 Fraunhofer Umsicht最近的研究更仔细地 研究了焚烧和热解的两个途径。 该项目的 范围涉及实验性试验，以量化与两个EoL路 径相关的排放，当与无氟背板相比时，配置 带有氟化背板的太阳能电池板。图5：焚烧数据测量 [Fraunhofer UMSICHT，2017] www.pessolar.com 51
智囊团 图6：热解数据测量 [Fraunhofer UMSICHT，2017] FRAUNHOFER研究 - 描述和试验设置 FRAUNHOFER研究 - 评估 结论 Fraunhofer UMSICHT进行的试验涉及无 在750℃，850℃和950℃进行的焚烧实验 Fraunhofer UMSICHT研究所进行的研究 氟面的PET-PET-Primer层压板的多种PV背 表明，PPE背板样品在其排放中没有任何 结果为他们的研究提供了一个假设：从经 板类型，而含氟背板是PVDF-PET-PVDF和 卤化化合物。 此外，它没有产生任何明显 济和生态角度来看，焚烧和热解对于PPE背 PVF-PET-PVF层压板。 实验测量了在三种 的残留灰分。 对于KPK和TPT背板，已经 板保护的太阳能模块来说更为可行。 不同温度下所有三种背板材料的焚烧和热 在750℃下测量气相中对氟进行了完全释 解的排放，目的是确定氟基背板在热分解 放。 在气相中释放的氟量等于在焚烧实 实验结果表明，氟基产品的焚烧将产生有 过程中是否会向烟气中释放氟。 然后将结 毒的污染物，如氟化氢（HF），氟烷烃，氟 果与无氟背板试验的结果进行比较。 验之前进行的最终分析中测量的实际氟含 聚合物颗粒物等。这意味着专门用于太阳 量（图5）。 能电池组件EoL的焚烧设施必须具有昂贵 使用双管分析（DOPA）来研究气体的组 的成本处理系统，以便能够处理法律约束 成以及从焚烧发生的颗粒和PV背板的热 热解实验在300℃，400℃和500℃下进 力的范围之内含有PVF或PVDF的光伏背 解。 为了检测氟的释放行为，建立了耐受 行。 PPE样品在300℃下的质量损失可忽 板在。 关于热解，去除含氟聚合物（如 温度时测量氟释放的实验装置。 有两个 略不计，500℃时质量损失高达50％，在 TPT，KPK）的热解并不是一个可行的选 温度，每个三个毕业。 对于热解实验，温 500℃时质量损失达85％。其余15％的质 择，因为所有三种热解产物 - 热解气，热 度为300℃，400℃和500℃，焚烧750℃ 量与残留焦炭相同。实验发现TPT样品已 解油和热解炭都将被有害的卤化物污染， ，850℃和950℃。 经在300℃下将其大部分氟含量释放到气 致使它们在传统廉价前后期处理方法中无 相中，但在400℃和500℃下，其释放量甚 法被运用。 在实验之前，对固定碳，灰分（EN 15403 至更高。与300℃高氟释放相反，观察到其 ）和挥发物含量（EN 15402）分析所有背 质量损失率非常低（10％）。在500℃热解 总而言之，应避免在PV模块中使用含氟聚 板样品。 发现KPK背板具有最高的固定 后，TPT的残留焦炭为21％，含氟量显著。 合物或卤代聚合物，并应鼓励使用交替的 碳含量和最低的灰分含量。 PPE含有最 最后，KPK显示出不同于TPT的氟的释放形 PET基膜或生物基膜。 如果使用卤代背 多的挥发物，灰分含量几乎类似于TPT样品 态。在300℃时，没有氟被释放到气相中。 板，则必须正确标记或标识 ，以通知用户 （图3）。 在400℃观察到66％的质量损失，并注意 以及EoL管理人员。 该标签应符合生产标 到大量的氟被释放。其释放量在500°C进 准，从而帮助EoL经理在EoL处理光伏组件 还对元素的组成（EN 15407，EN 15408） 一步升高。与TPT和PPE类似，并非所有挥 期间识别和分类其他塑料废物中的有毒氟 和较低热功率（EN 15400）进行了初步分 发物在此温度下释放。像TPT一样，KPK的 聚合物废物。 析。 这里含有PPE，完全不含氟，而在KPK 焦炭含氟量也非常显著。（图6） 样品中发现了最高的氟浓度（图4）。 www.coveme.com52
专家意见 位于圣保罗的 TOTVS 公司幕墙利用集成的 OPV 电池组显示公司徽标；图片来自巴西 Sunew。 更轻、更高效的未来 电池的空穴传输材料。 PES 十分荣幸地迎来默克集团 (Merck KGaA) 光伏业务全球 PES：我们之前一直听说默克集团正在努 营销主管 David Mueller 的再次做客。他为我们介绍了有机光 力改进 OPV 技术。您能否为我们介绍一下 伏 (OPV) 领域最新的尖端有机聚合物，让我们深入地了解这 OPV 是什么？ 项革命性的新技术。请继续阅读，了解详细信息... DM：与传统光伏相比，OPV 依赖一种完全 PES：欢迎再次做客《PES Solar/PV》杂 PES：能否具体谈一谈，贵公司为太阳能/ 不同的方法，传统光伏采用硅晶圆作为基 志。能再次采访您，我感到非常高兴。为了 光伏行业提供哪些支持？ 本组件，但是必须通过一系列工艺步骤（例 照顾一下新读者，能否介绍一下贵公司？ 如掺杂）来添加光伏功能。 DM：在这一领域，我们主要关注高效概 David Mueller：默克集团是一家科技公 念，因此我们会提供一些反应性材料以及 与此相反，OPV 采用量身打造的精密高端 司，主要涉足 3 个业务领域：医疗保健、 工艺性化学品。我们为来自所有传统光伏技 有机材料。这些材料本身就具备所需的光 生命科学和高性能材料。我们在全球有 术领域的客户服务，从硅光伏到薄膜光伏， 伏功能，可以直接使用。 50,000 多名员工，2016 年的营业额达到 另外还有超高效 III-V 太阳能电池。 150 亿欧元。在高性能材料业务领域，我 此外，这些材料具备可溶液加工的特点，这 们针对极具挑战性的应用开发了专用化学 此外，我们的研究团队一直在研究用于新 提供了一项重要优势：可以使用高效的印刷 一代太阳能电池的材料概念，例如用于有 技术来生产 OPV。 制品，这些应用包括显示器、集成电路以及 机光伏 (OPV) 的功能强大的有机聚合 物、新的有机夹层，以及用于钙钛矿太阳能 PES：在生产过程中会使用哪种印刷方法， 光伏行业。 具体有哪些优势？ DM：在大多数情况下，我们会采用已有的 卷对卷狭缝挤压涂布。除了能耗低以外，这 种生产方法的成本效益也非常高。也就是 说，与采用其他光伏技术相比，采用此方法 设置一条生产线的投资成本相对较低。 该方法生产出的半成品，即太阳能薄膜，既54
专家意见 可用作可弯曲的轻量型光伏，又可通过简 相关 OPV 产品的市场渗透。 单的层压工艺与玻璃或聚碳酸酯等材料进 行组合，生成可用于建筑领域的复合材料。 PES：该技术主要面向哪个市场 - 住宅、工 业、电站还是三者都有？ 其主要优势在于固有的设计自由度以及 OPV 的多种可适应性：可根据客户需求对 DM：您刚才提到的细分市场适用于传统的 颜色、透明度、形状和形式进行调整。 光伏行业。OPV 是一项颠覆性的技术，它 面向的主要市场在这些市场之外，这是传 根据最终客户的具体设计要求，我们可以 统光伏产品无法进入或是只有少量接触的 提供各种不同的材料组合和印刷参数供客 市场。 户选择。 其中一个市场就是为小型设备供电的室 图 1 展现不同的设计可能性。 内装置，例如智能家庭中的传感器。在这 里，OPV 可以发挥显著的优势，因为在室 PES：能否介绍一下贵公司在该领域所做 内光照条件下，OPV 能表现出其他光伏技 的工作？ 术无法比拟的高功率密度。 DM：默克集团针对反应性材料组合提供高 城市家具领域的另一个市场正如图 2 中的 度可定制的配方，供客户选择进行卷对卷 例子所示。采用 OPV 遮蔽野餐站点，可提 印刷。客户的单个印刷流程可能在细节上有 供电力用于照明和播放音乐。 很大不同，因此我们专门调整了材料和配 方，可完美匹配客户需要的规格。 我们将这些市场视为入门级市场，这里只 是利用了有机太阳能电池的多功能性，以 此外，我们还会根据要求调整 OPV 电池 及证明了技术的有效性。从长远角度来看， 组中使用的其他材料。在我们的化学实验 我们认为轻量型屋顶和集成 PV 的建筑 室中，我们正在集中精力研发新一代材料 (BIPV) 才是核心市场。 组合，希望从本质上进一步提升性能和增 加附加功能。通过这些努力，相信我们有机 PES：您提到 BIPV 和屋顶应用将成为贵公 会全面挖掘 OPV 的潜力。 司的重要市场。为了进入这些领域，贵公 司做了哪些努力？ PES：在开发过程中，默克集团与合作伙伴 之间会保持哪种合作关系？ DM：我们会重点关注 OPV 技术在相应市 场中的主要优势。对于屋顶应用来说，OPV DM：我们深知，技术发展变得日益复杂。 在重量方面具备明显的优势。 在这种背景下，我们认为合作在创新过程 中变得更加重要。这也是默克集团一直以 有机太阳能电池是在薄膜衬底上印刷的， 来的光荣传统。 因此重量极轻。在气候温暖地区，这一点尤 为重要。在这里，举例来说，大部分屋顶无 因此，我们对于 OPV 的研究受到了广大 法满足相对较重的标准硅光伏电池组的静 合作伙伴的大力支持，他们来自整个价值 态要求。 链，包括科技和工业企业。让我们感到特别 骄傲的一点是，能够与中国的一些顶尖高 BIPV 也是一项非常重要的应用，其原因有 校开展合作，我们在这里尝试将高效的新 二。首先，主动式建筑结构可以大大促进建 型材料转化为商业产品，例如新的配方。 筑材料的脱碳，从而减少空气污染，降低 二氧化碳排放。其次，该领域的市场潜力巨 当地行业合作伙伴也会帮助我们加速实现 大，相对于玻璃幕墙市场，其 2020 年的图 1.OPV 使用案例演示，展示设计的多功能性。OPV 香蕉树，有集成的 LED 条纹用于照明 高透明度的 OPV，含东方设计元素；图片来自德国 OPVIUS GmbH 公司。 www.pessolar.com 55
专家意见 图 2.可持续野餐站点：照明和音乐播放由集成到棚顶中的半透明 OPV 电池组供电。图片来自韩国 Kolon Industries, INC 公司。 全球预计需求量为 10 - 20 亿平方米， 除了美学方面的优势外，在大多数建筑幕 能提供了全新的方式、形式和设计选择。 其中有三分之二来自中国。 墙会遇到的不理想工作条件下，OPV 的表 现也好于原有的光伏技术。客户的真实体 它的重点在于集成，有了集成就会有新的 PES：为什么说 OPV 对于 BIPV 来说是一 验证明，OPV 性能与阴影或辐照角度的相 可能性。传统光伏主要独立应用，例如光伏 个很好的解决方案？ 关性较小，并且能非常有效地捕捉漫射和 发电厂或附加解决方案（现有屋顶上的装 较暗光线。当温度升高时，可以观察到效率 置），而 OPV 具备可集成的特点，能够与 DM：OPV 的多功能性使它能够很好地适 有小幅度提升，而硅太阳能电池等产品在 现有应用结合。 应各种建筑，因此我们在这个细分市场投 同等条件下性能则会明显降低。 入了大量精力。正如之前说到的那样，它可 拿 BIPV 材料来说：利用标准的层压工艺 以适应和调整我们的反应性材料，并且能 PES：对于终端用户来说，投资该技术有哪 就可以将 OPV 薄膜无缝集成到绝缘玻璃 适应各种模块设计，满足不同的设计要求， 些好处？为什么说它具有成本效益？ 组件中。在施工现场安装太阳能幕墙，只需 因此它能够成为集色彩、形状和透明度于 要增加布线和逆变器的支出。 一身的独特选择。 DM：OPV 考虑的不单单是投资回报和代 替现有光伏技术。更多的是为集成光伏功 而目前的做法不仅会节约成本，还会节约 资源，因为整体结构和发电功能都集中在 图 3.BIPV 应用示例。 一种材料中。 集成到电梯井中的 OPV，完全符合德国建筑产品标准。图片来自德国 OPVIUS GmbH 除此之外，OPV 的卷对卷生产过程只消 公司。 耗极少的能源，也是一种非常环保的生产 工艺。 PES：这项技术何时能投入使用，您希望 首先在哪里使用呢？目前它处于怎样的状 态？ DM：在过去一年内，我们和我们整个价值 链中的合作伙伴开始将试验项目投入到商 业化的第一阶段。这些第一代产品提供的 性能已足够强大，完全可以用于一些高度 创新的项目中。文章开头与图3 所示的两个 项目一个来自巴西，一个来自德国，展示了 集成到玻璃幕墙中的 OPV。 我们的客户群体正在不断扩大，总计产能已 超过一百万平方米。目前我们还处于起步 阶段，可以预见未来在整个价值链中还有 巨大的提升潜力。我们坚定地认为，这项技 术的应用将更加广泛，OPV 也会推动未来 的更多创新。 w ww.merck-performance-materials. com/en/solar_and_energy/ photovoltaics/photovoltaics.html56
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专家意见全钒液流储能系统SCHMID Energy Systems GmbH (SES)是SCHMID集团的一部 数（功率转换器单元）决定功率（千瓦），并分，总部位于德国弗罗伊登施塔特。SES开发、生产和销售固定 可增加到所需的功率。另一方面，电箱容积型储能系统都基于强大的钒氧化还原液流技术。该EverFlow® 决定了有多少能量（千瓦时）可以储存。通产品系列包括家庭和电信备用储能解决方案，工商业用蓄能器 过增加电箱容量来增大存储媒介（所谓的和大型公共储能系统。 电解质）的数量，从而增大储能：15千瓦时 到几兆瓦时的电量。SCHMID Energy Systems GmbH开发的全 和电力系统(充电片)的隔离设计使电力和钒液流电池把能量贮存在以水为主含有钒 全钒液流电池的其他重要优势是其100%离子的电解液里. 钒在以水为主的电解液 能量的单体调控成为可能。这为根据计划 的深放电能力，无容量损失或对其寿命产里既不易燃也不易爆. 这种保存在贮存箱 中的应用来衡量每一个EverFlow®储能解 生负面影响。通常，全钒液流电池可使用超里的电解液通过泵进入所谓的交换系统( 决方案提供了可能性。不一定需要大量的 过10000个周期，或具有长达20年的高预充电片), 电解液的充放电反应就发生在 期寿命。最低限度的维护工作和通过远程那里. 这种能量系统(贮存箱里的电解液) 电力，但这种低功耗要求常常可以作为一种 访问进行实时监控的可能性为用户提供了 案例。每个EverFlow®储能系统可根据具体 最大限度的舒适。与锂离子或铅酸蓄电池 应用或客户的需求独立配置（除了紧凑储 相比，VRFB具有充电状态实时测量和无需 使用复杂的平衡算法来计算的优势。 能系列，这些系统都有固定的尺寸）。堆栈 试点工程:EverFlow®储能箱储存由一个热控热电联供装置CHP 产生的剩余能量58
专家意见第一个大型试验项目，结合热电联供装置 似的方式储存风能和光伏发电。电池储能 系统。与工业部件配对的生态设计可以使（CHP） 装置，如SCHMID Energy Systems开发的 电池在发生故障时进行修复。因此，电池的自2010年起， SCHMID Energy Systems EverFlow®，也可作为中间缓冲或可能有助 未来预期寿命可达20年，甚至是未来许多一直致力于研究基于钒氧化还原液流技术 于稳定电网（频率调节/电网平衡）。电池储 年。一个易于操作的智能手机应用程序便的储能系统，并运用SCHMID超过40年的 存装置是一个重要的构件，用来增加可再 可以监控电池状态和所有测量值。一个集湿法化学领域的知识。2014年1月，第一个 生能源的份额，并为更生态友好和可持续 成的数据记录器可促使收益最大化。与市能源供应商的试点项目” Stadtwerke 的未来作出巨大贡献。Freudenstadt”正式宣布开展。 EverFlow®紧凑储能 自上市以来，SCHMID Energy Systems已此后，一个功率为24 kW、容量为72 kWh的 在2015年六月的慕尼黑国际贸易博览会期 经在全球出售EverFlow®紧凑储能装置。其EverFlow®储能器开始工作，对养老院中的 间，SCHMID正式将EverFlow®紧凑储能引 中大部分被太阳能光伏系统的电气工程师一个热控制的热电联供装置（CHP同时产 入市场。由于其压缩的设计，系统可以很容 安装在欧洲，为客户提供一个与光伏安装生热能和电能）的过剩能量进行储存并根 易安装在地下室，车库或商业楼宇。这些装 相结合的储能系统，以增加客户自用量。储 能市场正在迅速增长，类似于多年前光伏EverFlow®紧凑储能 置本质上是安全的，既不易燃也不爆炸。它 市场的开端。例如在德国，每年有30000据需要再次释放。因此，可燃矿物热电联供 有三种不同规格：功率皆为5 kW，储能量 多个光伏系统安装在私人住宅中，这一趋的使用得到了极大的优化，同时由于自我消 分别为15, 30 及 45 kWh。该装置尤其 势在过去几年中甚至有所增加。所有这些费更经济，储存能量而不是输送电网是很 适用于私人住宅、中小型企业、离网或备用 私人住宅都可以通过安装电池来增加自己有意义的。这适用于热电联产电厂，可用类 的消费量，同时也可能变得更独立于电网 运营商。 “混合优化”便是一个使用EverFlow®紧 凑储能系统的演示项目。该项目是地方能 源供应企业Stadtwerke Buehl，卡尔斯鲁 厄理工学院（KIT）和SCHMID的联合项目, 是为了展示电网现有的不足，这阻碍了可再 生能源的进一步发展，不过这种现有电网 的缺陷可以用“混合优化”储能技术来弥 补。在示范项目中，全钒液流电池将与锂离 子电池相结合并进行优化，从而实现有效 的混合存储解决方案。因此，具有高部分负 载效率的锂离子电池可防止电网过载并作 为一个短期动力源。EverFlow®紧凑储能计 划，也涉及其他项目，可作为一个长期的储 能装置，也可用于居民住宅短时供电。 EverFlow®电信储能 SCHMID关于电信市场的储能解决方案与 现有的功率为5kW和有效使用容量为30kWh 的紧凑储能器相关。与其他EverFlow®系统 相比，电信EverFlow®是直流电储能器，所 以不必使用交直流逆变器。 接入电网后, EverFlow®储能器在电网发 生故障时,仍能不间断地提供电力。该系统 通常可以提供每天几小时的电力，且在其 整个运作寿命期间没有容量损失。所以不 再需要像铅酸蓄或锂离子电池的那种持续 交换，无论是否由于性能退化加快或寿命 周期不稳定。此外，电信储能不易被盗窃， 因为它的各个部件既不是贵重矿物，也不 是可在其他地方重复使用或在黑市上销售 的。相反地，铅蓄电池中的铅可以作为废铁 出售。 离网后，可与柴油发电机组相结合，由于发 电机可以运行在其最佳速度，EverFlow®电 信储能可以减少每日油耗。结合可再生能 源，如光伏发电或风力发电机，它甚至有可 能100%独立于电网。 www.pessolar.com 59
专家意见 EverFlow®储能器的应用实例 EverFlow®电信储能 试点工程”OptiCharge”: 电动车充电站 SCHMID最近接到EverFlow®储能器的订 单，将为钒氧化还原液流储能技术性能提 高提供更多的数据。 2017年9月，SCHMID Energy Systems交 付EverFlow® 储能器给 Saarbruecken作 为“opticharge”联合项目的一部分。这一联 合项目包括开发和实施电动汽车充电站（充 电站），并提供自给自足的能量供应。充电 站包括一个车库，车库顶配备了光伏发电系 统和一个具有储能系统（30kW和120kWh） 的存储器。全钒液流电池储存的太阳能电 力，并直接供给充电站中的电动车。 由于充电周期高，每天可以对多辆电动车充 电。同时有100%深放电的可能性。正是该 系统全容量的使用，从而避免了过大容量 的存储系统。即使在满功率下负载方向的 变化在任何时候都是可能的。这种情况每 天会发生几次，通常发生在多辆电动汽车 同时充电且光伏系统满功率运作时。既不 易燃也不爆炸的电解液确保了储能系统的 高本质安全性。 SCHMID为多特蒙特技术大学提供了另一种 储能器。该储能系统将被集成到智能电网 应用的交流测试网络中。在智能电网技术实 验室，多特蒙特技术大学的研究人员测试 并开发智能电网组件: 除了电动汽车、光伏 系统和可控的局部电力变压器外，还可用于 储能。该EverFlow®储能器被集成在智能电 网技术实验室，并网以及在单机模式。 由于容量和功率的灵活可调节性，钒 氧化还原液流技术特别适合这样的应 用。EverFlow®储能器的功率可由15kW 逐步增大到60kW，且每个容器配备了高 达200kWh的容量。多特蒙德技术大学委 托SCHMID提供一个功率为30kW、容量 为120kWh的储能器，完全符合该应用的 要求。 Christoph Aldejohann, 作为参与了该项目 的多特蒙德技术大学的一位科学工作者。 他深信SCHMID的EverFlow®储能器：“全 钒液流电池适用于配电网中多余能量的存 储。这样，可再生能源的过剩能量就可以区 域储存，并可用于电网高负载时。配电网的 负荷将由于高功率用户比如电动汽车越来 越高，即使在夜间它的负荷因为被同时使 用也不会降低。储能装置有助于在负载高 峰期间缓解配电网络负荷。钒氧化还原液 流技术的灵活可调节性保证了在未来需要 更多的能源储存于可再生能源的情况下，可 以简单而经济地扩大储存容量。” 各种EverFlow®试点项目成功实施后 SCHMID的目标将是中,大型储能项目, 用 以再生能源的一体化,黑起动,备用和调峰. 目前SCHMID参与了一些至少1MW功率以 及8-10MWh能量的项目. 除了大能量项目 之外, SCHMID还为电信发射塔的能源供 应开发了一种特殊的解决方案, SCHMID 看到了这个市场的巨大潜力, 因为全钒液 流是针对这种应用的最佳能源技术. w ww.schmid-group.com/en/markets/ photovoltaics/60
RENOLIT REFLEXOLAR性价比极高的共挤的太阳能组件背板 新材料 新工艺 新的机会在耐久性和反射性上达到新的高度RENOLIT REFLEXOLAR 1500 PO 背板是基于共挤工艺生产的背板。它是72片，额定1500伏组件的最佳选择。性能可靠，性价比高。减少翘曲变形，提高抗磨损性，提高组件输出功率，以上种种，仅仅是它所有优势的些微表现。新的 RENOLIT REFLEXOLAR 背板由特别改进的聚合物制成，无氟，无刺激性，可回收。并且提供更加实用的水汽透过性和醋酸透过性，降低组件腐蚀的风险。更多信息，请访问 renolit.reflexolar.com
争论点 图 1：全球成功连接超170GW光伏系统，我们的经验是您的优势。 最大程度降低风险， 及高效的运营和充分的维护。 提高投资回报。 就光伏项目的盈利能力和投资回报而言，降 世界对安全、清洁、可靠的可再生电能的需 统平衡(BOS)部件在内的电站成本下行压 低度电成本 (LCOE) 是关键。这一关键指 求正以前所未有的速度飞速增长。如今的 力变得越来越大，电厂的盈利一直在不断 标用分/度 (kWh) 表示，不仅考虑了项目 光伏技术已成为一种经济实惠、生态环保 下降。因此电厂开始大力优化资本支出，并 建设的投资成本，还考虑了长期的运营和 的替代发电技术。大型光伏发电厂必须与 节省 BOS 的成本（甚至包括设计阶段的 维护成本，例如电力协议的有效期、燃料成 传统能源形式竞争。随着很多地区和市场 成本）。但提升盈利的真正关键在于提高资 本等等。度电成本用来比较光伏发电成本 取消对光伏发电的政府补贴，光伏电站的 本效率和运营效率。吸引投资贷款和信贷 与其它能源的发电成本，确定发电站的长 整体效率成为业主关注的焦点。 的决定因素是项目运营期间的盈利能力，而 期盈利能力。 这取决于可靠的合作伙伴和系统部件，以 随着各行业成本意识的不断提升，包括系 为了确保光伏系统拥有更具竞争力的 LCOE 和成功运营，以及获得足够的融资， 还必须选择可融资性强的可靠合作伙伴。 另外，为系统仔细挑选可融资性强的产品和 系统部件也非常重要，因为它们对光伏项 目的融资能力有着巨大影响。 有关可融资能力的指导原则就是以最低的 风险获得最大的投资回报。而这只有通过62
争论点高质量的系统部件确保长期运营效率才能 项目的开发商们有时却发现不了这种节省实现。 的微乎其微，试图通过选择低端的产品解 决方案来节省成本，优化 CAPEX。光伏发电厂要确保获得最大的盈利和投资回报，提高吸引低利率贷款的几率，取决于 但这种短期的节省会牺牲质量，导致很多多个因素。光伏技术和部件的选择是决定 风险，影响投资回报，造成重大损失。为了电厂业绩的一个关键因素。 降低成本而选择低质量的部件会对项目的 可融资能力、系统的安全性和效率以及长应通过全面深入的规划来仔细选择最可靠 期健康运行产生巨大影响。必须要强调的的项目合作伙伴和部件供应商。由于缺乏 是，这些看似微不足道的小部件决定着光知识而错误地规划，或为了降低成本而选 伏项目的风险、投资回报和 LCOE。择低质量的部件，会在光伏系统的生命周期内造成意外的发电量损失或潜在的安全 如果作出错误的决定，会增加电力损失、（问题。 部分）系统故障/停机甚至出现火灾的风 险，造成更高的运营和维护成本 (OPEX)，钱花错了地方，还增加了风险？ 并降低运营期间的发电量。发电量的降低 无可避免地会对光伏发电厂的整体效率造光伏项目规划阶段，业主主要关注的是初 成负面影响。始投资成本，特别是组件和逆变器成本。连接器是关键的连接部件，必须使用它们 与史陶比尔 MC4 连接器相比，选择“类来确保安全、可靠地电力传输，但经常被忽 MC4”可能导致光伏项目在初期运营后很视。如果没有稳定的连接或连接出现故障， 快出现严重问题：就不能保证电力供应，从而导致盈利和回报降低。 • 由于接触电阻更高和连接器失效，造成 电力和性能损失连接器虽然是很小的部件，但对光伏项目的可融资能力有着巨大影响，必须谨慎选择。 • 由 于连接器失效，造成温升和火灾风在光伏系统项目的规划阶段，系统的长期 险，甚至可能受到法律起诉运营和维护成本（OPEX）经常被忽视，但这是十分关键的。 • 由 于性能不足和频繁更换，造成很高的 停机率/PPM缺陷率，并增加维修/维护连接部件——连接器、接线盒、电缆—— 成本在总初始成本 (CAPEX) 的计算中影响很小，它们占初始成本的比例不到 1%，而连 此前提到的问题和风险也有可能因连接器接器所占的比例更低 (约 0.5%)。因此， 互插造成。有些连接器厂商宣称“史陶比相比原版史陶比尔MC4，选择便宜的“类 尔兼容”。但是，任何情况下，连接器互插MC4”可能意味着极小的成本差异，即初 都是不允许的。互插可能会给电站带来严始投资成本节省不超过0.001%。但是光伏 重损失。图 2：CAPEX，是capital expenditure的缩写，指支出所取得的财产或劳务带来利益流入可持续用于未来多个会计期间的成本；OPEX，或运营成本，指维持业务或系统日常运营所支出的成本。 www.pessolar.com 63
争论点为了降低成本而选择低质量的部件会对项目的可融资能力、系统的安全性和效率以及长期健康运行产生巨大影响。”图 3：小部件（仅占初始成本的 0.5%）的成本节省效果不明显。连接器选型错误会导致更高的运营和维护费用 (OPEX) 和发电量逐年降低（>25 年）。结果：光伏系统效率低，并影响投资回报。 史陶比尔是您始终如一的合作伙伴 更多信息 (Pfäffikon)。 2002年，史陶比尔MC4面市，因应用 史陶比尔（杭州）精密机械电子有限公司 在全世界范围内经营 12 家工业制造工 量广泛，已成为光伏连接器行业标 厂和 29 家子公司，其代理商遍布世界 准。MULTILAM核心专利技术保证连接器 市场部 50 个国家/地区，面向所有工业行业提 的高可靠性和稳定性。 高创新的解决方案。 电话：40066 70066-1387 www.staubli.com/en/profile 目前，史陶比尔光伏连接器已成功连接超 170GW光伏系统，接近于全球光伏装机量 邮箱：[email protected] 关于 史陶比尔电连接器 的50%。这一数字彰显了我们产品的可靠 性和高质量。史陶比尔光伏连接器能够在 关于 史陶比尔 从小型连接器到大功率连接器，史陶比尔 整个寿命周期(>25年)正常工作，并对光伏 电连接器广泛应用于电力传输、测试测 项目的可融资能力带来积极影响。 史陶比尔集团是工业连接器、工业机器 量、交通等诸多行业。在光伏领域，史陶 人和纺织机械这三大领域机电一体化解 比尔光伏连接器是全球市场领导者，迄 低风险，高收益。光伏连接器虽然是小部 决方案的专业供应商。在全球拥有超过 今已成功连接超170GW光伏系统。史陶 件，但是影响很大，它与电站的可融资能力 4500 名员工，公司年营业额超过 11 比尔所有电连接器都是基于MULTILAM 和度电成本(LCOE)直接相关。史陶比尔光 亿瑞士法郎。 核心专利技术。 伏连接器的可靠性和持久性，能够保证低 运维成本和低功率损耗，降低系统停机时 1892 年在苏黎世-贺根市 (Zürich) 创 www.staubli-alternative.energies.com 间以及温升与火灾风险。 立，最初是一家小作坊，如今已发展成为 一个跨国集团，总部设在瑞士的法菲孔64
争论点中来光电：N型双面电池-高效晶硅电池是未来市场主流刘志锋 泰州中来光电科技有限公司随着光伏市场分布式发电占比的提高及高 和170~200μm 厚的N型 Cz-Si ，电阻率为 的N型太阳能电池基体背面注入磷并进行效单晶电池技术的推广，越来越多的研究 1~7ohm・cm，在N型晶体硅基体的前表面 退火处理，在硅片背表面形成BSF；单位和企业都聚焦在基于N型硅基体的双 形成依次从内到外的p+发射极和正表面钝 S5N、将步骤S4N处理后的N型太阳能电池面电池结构，N型双面电池依靠其自身的双 化减反膜；在N型晶体硅基体的背表面形成 基体进行前后表面的钝化，在前表面形成面发电特性，在高反射地面、垂直安装、空 依次从内到外的N+BSF和背表面钝化膜， AlOx/SiNx钝化减反射层，在背表面形成间站、光伏建筑一体化、停车棚、隔音墙、 然后在N型晶体硅基体的前表面和背表面 SiNx钝化层；雪地、沙漠等地区展现了这一优势，极大 印刷分别印刷银浆，共烧结厚形成前后表 S6N、在N型晶体硅基体的前表面和背表面地拓展了N型双面电池的应用空间，基于 面的金属电极。 实现上述所示结构的N 印刷分别印刷银浆，共烧结厚形成前后表此，N型双面电池也逐渐备受市场追捧，根 型双面电池，行业内存在着不同的工艺路 面的金属电极，完成N型双面电池的制作。据 SEMI 国际光伏技术路线图预测[1]，预 线，例如英利的N型熊猫电池工艺，采用的 中来光电采用离子注入机技术的N型双面计到2019年，N型电池的市场份额将会超 硼扩散+磷扩散的工艺路线，浙江启鑫、大 电池，具有工艺流程简单，成品良率高，转过20%，到2025年，N型电池的市场份额将 族、PVGS联合开发的基于硼旋涂的N型双 化效率高、可靠性好、易于技术升级等优会超过30%。 面电池工艺，这里我们着重介绍一下泰州中 点，实现了正面21.0%、背面19.0%的高效 来光电科技有限公司独创的基于离子注入 率，双面电池量产，相信在未来N型市场上本文将会分三个方面介绍N型双面电池，首 技术的N型双面电池工艺。如图2所示，采用 会备受市场青睐。先介绍N型双面电池的结构特点和制作工 离子注入技术，上述N型双面电池结构可以艺，其次介绍该电池的发展趋势，最后介绍 通过如下工艺进行实现： 二、N型双面电池的发展趋势一下N型双面电池的应用前景。 图1：N型双面电池的结构示意图 图2：中来光电N型双面电池的工艺流程图一、N型双面电池的结构和工艺流程： S1N、选择N型太阳能电池基体，并对N型太早在上世纪60年代，日本的研究小组首次 阳能电池基体的前表面作制绒处理，形成提出了双面电池的概念，并制作出来第一 金字塔绒面；块N型的双PN结双面电池，i.e., P+NP+结构，该电池的N+电极在硅基体的侧面，该电 S2N、将步骤S1N处理后的N型太阳能电池池结构设计的核心出发点是增加电池的红 基体放入工业用扩散炉中对制绒面进行硼光吸收和利用Floating emitter减少表面复 扩散，在前表面形成P+发射极；合。同世纪70年代，Iles首次提出采用N+重 S3N、将硼扩散后的硅基体放入刻蚀清洗掺杂漂移场的方式减少表面复合，与此同 机中，去除背面的硼扩散层和正面的硼硅时，俄国科学家Bordin等人从实验和理论上 玻璃层；给出的BSF结构的N型双面电池，并申请专利，该结构的双面电池是我们目前市场上可 S4N、使用离子注入机在步骤S3N处理后以看到的双面电池的雏形，80年代，随着PECVD 技术的发展，研究人员将PECVDSiNx介质层沉积在硅基体表面，从而进一步降低表面复合，极大地提升了双面电池的转化效率，该结构的N型双面电池结构经过众多研究者的优化开发，一直延续至今。图1是目前市场上主流的N型双面电池的结构示意图，采用的硅片尺寸为156x156mm www.pessolar.com 65
争论点图3，ITRPV预测的不同硅片材料上，不同结构的晶硅电池转化效 图4，不同类型太阳能电池硅片厚度的趋势率发展趋势1、N型电池的转化效率不断提升，是未来市 背面接触电阻和表面复合速率，目前PERL 于N型双面电池的前后表面均为银浆，因此场高效电池技术发展的趋势 结构的实验室转化效率可以达到24.7% 其银耗量为传统电池的两倍，这无疑也极 ，PERL结构的电池由于工艺的复杂性和装 大地增加了N型电池的制造成本。然而，随能否平价上网视决定光伏行业能否长期稳 备的不成熟，目前还没有走向量产，随着 着技术的不断进步，这两种限制将会一一定存在并发展的决定因素，因此度电成本 研发资金的不断投入以及ToPcon技术的的降低是长期的必然趋势，其主要取决于 引入，PERL结构的N型双面电池必将迎来 突破，为N型电池的大规模生产扫清障碍。光伏系统安装成本和组件单位成本的降 大发展，代表未来可量产的高效电池一种低，这均需要高效产品的支撑。目前多晶电 趋势。 （1）、大规模的N型硅片生产及其薄池最高转换效率达到 18%，主流 P 型单 片化导致N型硅片的成本逐渐下降，由于市晶电池转换效率为19.5%，P型PERC电池 N型IBC结构的双面电池，是N型电池中转 场的导向性，目前市场的主流的单晶产品为转换效率为21%，转换效率提升空间已经 化效率最高的电池结构，该电池正面没有 P型，N型硅片的需求量及供货量较P型单遇到瓶颈。 栅线遮挡，前表面的光学陷光效应和表面 晶微乎其微，因此，N硅片不能大规模的生 钝化与电池金属化分别在电池的两个表 产及其研发投入力度的不足是导致目前NN型PERT（Passivated Emitter Rear Totally 面，因此它们之间的相互制约因素可以不 型硅片成本较高的主要原因。然而，这一趋- diffused）结构的双面电池，目前可量产 予考虑，极大的拓展了IBC电池光学和电 势将会随着N型电池市场的崛起而改观。另的转化率在21%，该结构电池的实验室转 学性能的优化空间。未来，随着TOPcon技 外，硅片薄片化是未来降低硅片成本的主化效率可以达到24.5%，并且，ITRPV预计 术、PVD技术以及新一代的金属化技术发 要手段，这无疑更利于成本相对较高的N型到2026年，可量产的N-PERT结构的双面 展，可量产的N型双面电池的转化效率将会 硅片，图4为SEMI光伏路线图给出的电池片电池转化效率可以达到23%，如图3所示（ 上升一个新的高度。 薄片化的发展趋势，到2018年量产硅片厚对应与图中的PERC, PERT or PERL cells 度将降至160μm，未来将降低至140μm以n-type mono-Si），但随着N型市场的崛起 2、N型电池的制造成本会逐年大幅 下，薄片化的发展趋势必将大幅降低N型硅和研发资源的大力投入，我认为这一刻定 度下降 片的成本，另外对于N型电池，其薄片化更会提前到来。 能满足电池高的转化效率的需求，理论计 目前制约N型电池发展的有两大因素，一是 算表明，N型电池的转化效率随着硅片厚度N型PERL电池（Passivated Emitter Rear 硅片成本，目前市场上N型硅片的售价较P 的减小将逐步上升，而P型电池恰恰相反，Locally-diffused），该结构的特点是通过背 型单晶贵15%，硅片成本的增加是制约N型 因此，对于N型电池来讲，薄片化的技术路面局部重掺杂形成局部的BSF，以降低电池 电池推广的主要因素，其次是银浆耗量，由 线不仅可以降低硅片成本，更能为更高效 图5，常规电池单片银耗量的发展趋势 图6，双玻组件的封装66
争论点的光转化效率提供基础。 通过测试这两套发电系统每天的发电量来 南北朝向垂直安装的双玻组件发电系统 (Bifacial: S-N/90°) 与东西朝向垂直安装2）电池的银浆耗量将逐渐下降并可能被 评估地面反射对系统发电的影响。对来自 的双玻组件发电系统(Bifacial: E-W/90°)别的材料所取代，图5为SEMI光伏路线图 的发电量与常规单玻组件系统（最佳角度给出的常规电池片单片银浆耗量的走势， 背面发电增益的评估采用一个电性能效率 安装和朝南安装）发电量的一个对比，数可以看出，随着丝网印刷技术的进步和浆 比率（performaNce ratio, i.e.,PR）的量来 据显示，南北朝向垂直安装的双玻组件发料技术的进一步发展，单片电池片银耗量 进行评估，PR的定义为： 电系统发电量在一天的分布程抛物线型，会逐年下降，预计到2018年，单片银耗量 发电量的峰值出现在中午12点，而东西朝可以降到0.08g/pcs，较目前0.1g/pcs降 ∫ (measured pmax) 向垂直安装的双玻组件发电系统发电量在幅达20%，而对于N型双面电池，目前单片 一天的分布程M型，存在两个峰值，分别为电池银耗量为0.2g/pcs，20%的银耗量降 PR = (Rated pmax) x ∫ irredation 上午9时和下午15时，并且年发电量数据显幅将会带来N型电池片非硅成本下降11% 示任意朝向垂直安装的双玻发电系统的。因此，对于N型电池来讲，电池银耗量的 Reference irredation 发电量基本一致，发电量为相同功率常规降低将会更大幅度的降低N型电池的生产 单玻组件系统最佳倾角安装的90%，是相成本。 (Equation 1) 同功率常规单玻组件系统朝南垂直安装的 130%，具体如图8所示。因此，不论从技术发展的角度，还是从N型 其代表的含义为实际发电量与标称功率的电池成本下降的角度，N型双面电池都具备 理论发电量的比值，数据显示，常规单玻组 正是由于垂直安装的双玻发电系统这一独成为未来市场主流的潜力，随着N型市场的 件发电系统的平均PR为0.88，即实际的发 特优势，非常适合用在高速公路和火车站崛起和众多研发人员的不懈努力，沉寂已 电量只有标称值的88%，而放置的白色贝 两边的隔音墙，图9是安装在瑞士苏黎世高久的N型双面电池必将在未来大展光芒。 壳地面的双玻发电系统，其平均PR为1.04， 速公路立交桥边的世界上第一个光伏隔音 发电量较常规单玻组件发电系统高18.7% 墙[10]。三、N型双面电池的应用 ，放置在草地上的双玻发电系统，其平均PR 为0.96，发电量较常规单玻组件发电系统 3、光伏建筑一体化N型双面电池依靠其自身的双面发电特性， 高10%，具体数据如表一所示：在高反射地面、垂直安装、空间站、光伏建 光伏建筑一体化是未来“光伏+”发展的一筑一体化、停车棚、隔音墙、雪地、沙漠等 2、垂直安装，隔音墙应用 个重要趋势，在日本，光伏发电系统已成地区展现了这一优势，极大地拓展了N型双 为建筑设计师在设计房屋的一个必须要考面电池的应用空间，本文中会对其中的几 双玻组件发电系统另一个重要的应用就 虑的环节，双玻组件，无意是这一趋势下最个方面进行展示N型电池的优势及应用前景 是组件可以垂直安装，并且发电量与组件 为有利的竞争者，它的双面发电特性，垂直[8,9,10]。 垂直安装的朝向无关。Joge等人报道了 安装特性，良好的散热特性等都得到了充 分的发挥，图10是光伏建筑一体化的一些1、高反射地面发电系统的应用 实例。将N型双面电池采用按照 玻璃/EVA/电 PR Max. Bifacial system A Bifacial system B Mono facial system池/ECV/玻璃 的方式封装成双玻组件，如 Avg. 1.16 1.08 0.93图6所示，这样该组件可以双面受光发电。 Electricity Min. 1.04 0.96 0.88日本PVGS公司对该双玻组件在高反射地面 generation increase Max. 0.83 0.89 0.79的发电性能作了测试，将采用双玻组件设 Avg. 25.7 20.3计的两套功率一样发电系统分别放置在白 (%) Min. 18.7 10.0 Std.色贝壳铺设的地面上（系统A，高反射率地 5.6 4.5面）和草地上（系统B，低反射率地面），如图7所示。 双面电池在不同地面条件下背面发电的电性能比率图8，南北朝向垂直安装的双玻组件发电系统 (Bifacial: S-N/90°) 图9，瑞士苏黎世高速公路立交桥边的光伏隔音墙与东西朝向垂直安装的双玻组件发电系统(Bifacial: E-W/90°)的发电量与常规单玻组件系统（最佳角度安装和朝南安装）发电量对比 www.pessolar.com 67
争论点4、组建发热量小，适用于沙漠、国际空间 领域。 图10，光伏建筑一体化站等 图11，国际空间站采用的双玻组件发电系统 四、总结采用双面电池搭建的双玻发电系统，由于Si的吸收特性决定的红外部分的光线可以穿 沉寂已久的N型双面电池，凭借其高转化效透电池，不被电池吸收，并且组件制作中采 率，双面发电、无LID等一系列的优势，逐渐用的玻璃，EVA等材料也不吸收红外波段的 被人们认知和发掘，逐渐被市场认可，技术太阳光，因此组件的发热量比较小，数据显 进步的潜力巨大，成本下降的潜力巨大、可示，双玻组件发电系统正常工作下的温度 拓展的应用领域潜力巨大，这一切都刚刚较常规单玻组件低5~9摄氏度，这在白天 开始，2016年，注定是光伏史上不平凡的温度很高的沙漠地区有非常明显的优势， 一年，因为N型电池受到了市场的关注！对于晶体硅电池发电系统，其功率的温度系数约在-0.42%/0C，因此，在沙漠等高温 关于泰州中来光电科技有限公司地区采用双玻组件发电系统有非常明显的优势。同样，在国际空间站，如图11所示，由 泰州中来光电科技有限公司是中来股份于没有大气，产生的热量不能有效的散发 （300393）全资子公司，成立于2016年，出去，导致组件工作温度很高，双玻组件的 为国内第一家从事大规模N型双面太阳能电使用可以有效缓解这一问题。 池片、N型双面太阳能电池组件研发与制造 的领先光伏企业，公司同时致力于高效太随着N型电池的普及和大规模的应用，会有 阳能电池的设计与研发，已申请高效电池相越来多的研究者个企业根据N型双面电池 关专利52项，其中已授权17项。中来光电N的自身特性，不断拓展其应用空间和应用 型单晶双面高效太阳能电池技术开发能力 已处于国内领先、国际一流水平。 ALD Vacuum Technologies High Tech is our Business Multi- and Mono-Crystalline Silicon Ingot Production from the Technology Leader � Single Crucible: SCU up to Gen 8 � Four Crucible: SCU 4 x Gen 6 � High Performance Multi and Mono2TM Process Technology Transfer � Built to High European Quality Standards ALD Vacuum Technologies GmbH Otto-von-Guericke-Platz 1 63457 Hanau, Germany Phone +49 6181 307-0 Fax +49 6181 307-3290 E-Mail [email protected] www.ald-vt.de68
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争论点 经过不懈追求完美的 CIGS（铜 铟镓硒）太阳能技术，如今在 大规模生产薄膜太阳能电池上 已达到了初期阶段的几个里程 碑点。70
争论点IEC（国际电工委员会）是一家领先认证组织，为所有电气、 柔性的太阳能电池板，而且电池板所占空间电子和相关技术领域编制和发布国际标准。Sunflare 和 的环境也将最干净。”Midsummer 的 SUN2 太阳能电池板已获得 IEC 认证。 电池板的高精度部分来自于内置于系统每两家公司在设备制造上稳定地投入资金， 到相应的产能。 一步骤的严格监控。为确保整齐划一的品到 2018 年底其生产的设备的发电量将 质，每个电池都有一个二维码，记录了每一达 40 兆瓦，并计划在接下来的三年再增 Sunflare 是该太阳能生产实体的大股东， 阶段的各种准确条件。加十亿瓦。 是第一家成功大规模生产精确、柔性、轻 质、经济实惠的 CIGS 太阳能板的机构。 当被问及业界为什么经过这么长时间才走与一家美国商业安装商的协议 他们采用自己的 Capture4 技术彻底重新 到这一步时，高回答说，“在要求获得正确 设计了 CIGS 面板的制造流程。 的硬件和软件组合时，这种情况很典型。”Sunflare 建立了购买电力协议合作伙伴关系, 使各种中型商业机构无需预付资金就 Sunflare 公司的首席执行官菲利普·高 Sunflare 与其创新设备合作伙伴可以更多地参与太阳能的使用。Sunflare （Philip Gao）说, “该 CIGS 技术已经基 Midsummer 一起不懈努力，打造专有制造将是整个项目生命周期中唯一的合作伙伴， 本成熟。所需要的是创新设备和与之相配 流程，最终研制出用于生产 CIGS 太阳能提供融资、设计、建造、实施和维护。 的精确电池配方。这让我们可以做到任何 电池的紧凑型全自动沉积系统。其设计为 CIGS 薄膜太阳能电池制造商过去都未能 具有高吞吐量、运行稳定、膜层均匀性更为供应链的主要成员已承诺在未来五年内达 做到的事情——大规模生产高品质、高效、 优化、具有优异的材料利用率。 Sunflare 团队一直在协同合作。他们表示， 他们努力的动力是未来将能提供所有人都 www.pessolar.com 71
争论点 负担得起的可再生太阳能，从非洲从未获 商业屋面： Minnesota Teardrop Trailer 是一家领先的 得过电力的小村，到大都市中的建筑，都广 时尚、怀旧露营车制造商。其 Vistabule 露 为使用。高说：“最终，每一个屋顶、每一个 瑞典斯德哥尔摩以北锡格蒂纳（Sigtuna） 营车提供了家居所需的一切设施，车顶的设 辆汽车都将使用太阳能。我们的愿景是阳 市的大型体育竞技场“Vikingahallen”（“ 计就集成了 Sunflare 的 SUN2 电池板。 光下建造的一切都由阳光供能。” 维京大厅”）上覆盖了 Capture4 太阳能电 池板。建筑内分为两个全尺寸的大厅，其中 毛伊岛的小院结合了最新的设计和技术，将 Sunflare 的市场包括商业屋面、车辆、房 A 厅大小为 20x40 平方米，带有可容纳 不再需要接入市电，其供应的能源和水比 车原始设备制造商、货运以及小屋社区等 600 人的看台，B 厅大小也为 20x40 平 自身消耗的还多。小院共有 150 片太阳能 特色住宅。 方米，用于训练。 电池板，发电功率总计 12 千瓦。这个绿色 的小房子还有集水区、一个可以种植食物 我们的生产设施计划及建筑平面图 Sterling Equities 是一家价值 80 亿美元 的花园、一个天然泳池；其创新转换室内设 的私募股权投资公司，投资于房地产、医疗 计则为著名的 LifeEdited 风格。 到 2018 年，Sunflare 在中国南京麒麟科 技术、环境设施、媒体和体育（包括纽约大 技创新园的工厂设施占地将约为 50 英亩， 都会球场和球队）。 www.midsummer.se 该园区距离南京市区约 30 分钟车程。72
HJT 溅射 CIGS & CdTe 溅射 HJT, PERC & BSF 湿法工艺 先进生产设备欢迎莅临 适用于晶硅和薄膜 太阳能SNEC (2017) 国际太阳能产业及光伏工程（上海）展览会E3馆，006展台 欲知详情，请使用以下联系方式: 邮箱：[email protected] 电话：+49-6188-4400 www.singulus.de
争论点 高生产力低成本图形化离子注 入在光伏业的应用 撰稿人：Xiaochun Lu*, Weibo Guo*, Babak Adibi, Arun Karamcheti Intevac, Inc. Santa Clara, USA and Shanghai*, China 摘要 图1-离子注入以及退火技术在制备所需的掺杂浓度和结深的同时，也避免了传统扩散的 死层问题（示例为PH3磷注入及10keV注入能量）。 对于传统前接触式n型和p型太阳能光伏器 件，我们曾写到过1连续束流式离子注入系 ENERGiTM 离子注入机平台延承了Intevac 对离子注入设备的要求。 统已经在大规模商业化电池制造应用中成 在硬盘业大量使用的小尺寸 高产能物理 功地证明了它们能改善磷及硼掺杂，使效 气相沉积设备的经验。全球80% 的硬盘磁 与热扩散的掺杂浓度分布类似，无需质量分 率的提升超过了传统扩散炉，同时由于消 碟出自那些物理气相 沉积设备。此外无质 析器的离子注入技术亦可制备契合客户需 除了扩散氧化和随之而来的多个生产步骤 求的表面浓度分布曲线，且不会造成表面死 从而很大程度地降低了生产成本。在这里， 量筛选的离子源能够产生足够的束流来满 层等负面影响。浓度分布可以简单精确地通 后续我们会提及太阳能离子注入在背接触 过注入能量、剂量以及后续热退火的温度 式/双面电池技术中的运用及其优势。此 足太阳能产业对高产能的要求。由这两个 和时间的调节来控制，如下图1所示。 外，我们也将讨论太阳能离子注入单机的 硼/磷切换的能力，以及有利于效率提升的 平台集成的设备很好地满足了太阳能行业 同时进行全面/选择性注入的能力。同时在 实际的全量产生产过程中，离子注入机也 展示了卓越的低生产成本<0.01美金。 介绍 随着太阳能电池硅片材料由P型向N 型的 迁移以及对更优成本掺杂技术的需求，离 子注入机在太阳能电池生产中日渐得到重 视和关注。英德伟科技的ENERGiTM 离子 注入机只需简单的气源切换就可以实现磷 或硼注入，大于3000片每小时产能 （> 3000 WPH）。随着电池效率进一 步提升，对发射极的接触有更高的要 求。ENERGiTM 的图形化注入能够同时精 确控制在金属栅线接触位置及其他表面的 掺杂浓度，减少工艺步骤，为量产提供了很 好的方案。高产出，低客户成本，低物料成 本的图型注入能力已经在量产环境中得到 验证。本文会展开介绍ENERGiTM 离子注 入机在这方面的能力。 1 “Solar Ion Implant is Now,” PES Solar China 2016 Issue 2, pp. 8-11, retrieved from http:// online.pubhtml5.com/sofy/rnnr/74
争论点在光伏应用中，衬底近表面的掺杂杂质分 压气瓶传送的制程气体，价格更具竞争力。 ENERGiTM 传输系统拥有高效的搬运硅布非常关键，为此特别设计的离子源采用 而使用固态源作为前驱体的注入设备，离子 片在束流下连续扫描的能力。每片硅片在了在半导体行业中广泛使用而在太阳能行 源稳定性偏弱，维护不便。 束流下并且在非常低的束流密度 （~0.1毫业尚未使用过的电感耦合技术。与固态源 安每平方厘米）进行一次注入就达到所需热电离子激发机制不同，电感耦合使用射 该离子源与一套经过稳健设计的加速电频激发气态源产生相对温和等离子体，使 极系统相耦合，按所需的能量和剂量引出 剂量，而不需要经历多次注入或者在很高反应气体（PH3和B2H6）的分解最小化， 掺杂离子，这一成套的产生并加速引出的 的束流密度（~1毫安每平方厘米）才达到从而实现极薄的近表面掺杂分布。传统注 耦合／解耦机制使得用户可以极为有效地 剂量。这样的注入能够产生均一的晶格空入机使用的气体采用低压钢瓶承载，安全 达到电池器件所需的能量深度／表面浓度性高但价格高昂。ENERGiTM 能够使用高 要求。 位和间隙，而不是在后续退火中很难恢复 的复杂损伤，例如：双空位。这样的注入有 利于硅片在类似于固相外延生长的后退火 c ba图2-20KeV磷注入层，a）注入后完全非晶化的注入层，b）退火后完全无缺陷的SPER层，c）多次扫描注入后出现的簇状缺陷过程中用较小的热负载下就能恢复晶格缺 ALD等表面钝化技术，可实现大幅的效率提 率提升的同时，无需增加额外的设备和耗陷。见下图2， 20keV能量下磷注入的TEM 升；配合独有的掩膜技术，一次注入即能形 材投入。剖面图展示了单次注入的优势。 成可定制的图形化的掺杂方案，对先进的 高效电池开发可起到大幅简化工艺的目的， 太阳能电池的硅片原料成本占电池成本的对于以N型硅为衬底的高效太阳电池来 降低产品成本；在掺杂剂量低，方阻较高的 比例很高。 无论是单晶还是多晶，提高硅说，BBr3扩散制备PN结是最为普遍的做 应用场景下，离子注入可获得远优于热扩 材料的利用率一直是长久不变的话题。总法，随着技术发展，对转化效率的指标不 散的掺杂均匀性。 的趋势是：薄片化，大尺寸,例如硅片尺寸由断提高，热扩散技术的短板也逐步显现，其 M2 (156.75 ) 提高到M4 （161.75mm）一是制备低表面掺杂浓度结的工艺较为困 选择性发射极技术是优化欧姆接触、最小 ，厚度由190um 降至150-160um。Intevac难，表面复合速率较高；其二是图形化掺 化功率损耗，同时维持表面低复合速率，提 ENERGiTM 离子注入机硅片传输设计很杂应用方面的不足，在IBC或SE等应用场景 供良好的表面钝化效果从而提高电池转化 好地预留了未来对大硅片，薄硅片的扩展下必须搭配额外的掩膜技术，带来额外成 效率的有效手段。该技术的发展已有多年 能力。本；其三是低剂量高方阻条件下扩散均匀 历史，然而运用在规模化生产中的并不多性不佳。 见，主要原因是产业化成本过高，与效率提 太阳能行业是一个高竞争，高成本敏感型 升相比，技术升级带来的设备、耗材使用成 的行业。电池效率提升和成本降低是行相比之下，基于气态B2H6的离子注入技术 本投入过高，性价比优势不明显。采用图形 业的两大主要驱动方向。在传统半导体配合优化的退火工艺，可以实现理想的低 化的离子注入掺杂技术很好地解决了这一 业，离子注入是一个相对高成本的工艺步表面浓度掺杂方案，表面复合速率低，配合 问题，以N型双面电池应用为例，在获得效 骤。Intevac ENERGiTM 离子注入机为太阳 www.pessolar.com 75
争论点 能行业量身定做。简化的无质量筛选的离 子源及低气体消耗及维护成本，高产能 为 客户提供极具竞争力的生产成本。 ENERGiTM 离子注入机在业界已有多年的 全量产应用，充分展现了极低的目标拥有成 本及生产成本。Intevac 开发了一个具体的 成本模型，用于与常规扩撒炉，氧化炉，以 及竞争对手设备的对比。该模型显示在与 其他流程的直接对比中，无论是磷注入，还 是硼注入，或是同步进行的全注入及选择 性注入，Intevac ENERGi 离子注入机均提 供了极低的生产成本（图四）。 www.intevac.com 作者介绍 陆晓春 毕业于华东理工大学聚合物材 料专业，是 英德伟科技中国区项目经 理及北方区服务经理。他在硬盘，太阳 能及平板显示业关键设备方面拥有20 多年的技术及应用经验。 联系邮箱：[email protected] 郭唯博 毕业于上海大学微电子专业， 图3 – 在ENERGi 离子注入机上同时进行的全注入和选择性注入的硅片样品。选择性注 是英德伟科技中国区资深工艺支持工 入叠在全非晶型的浅掺区，后氧化退火之后有足够的对比度用于印刷对准。 程师。他在太阳能技术及应用领域有 超过10年的经验。 联系邮箱：[email protected] BabakAdibi 拥有英国伦敦帝国理工 学院物理学学士学位，英国伦敦萨里 大学的核科学硕士学位及离子注入博 士学位。Adibi博士现担任Intevac inc 公司旗下太阳能离子注入部门总经理 及副总裁职务。在此之前，Adibi 博士 是Solar ImplantTechnologies公司的创 始人及总裁，在那里他开发了新颖的 紧凑型适用于太阳能硅电池的离子注 入模块并实现商业化。该系统能够同 时进行全注入及图案化注入，应用于 选择性发射极和叉指背接触式电池。 在此前他也曾在美国应用材料公司工 作。Adibi博士专注于离子注入设备和 方法的研究，在半导体、太阳能设备以 及加工应用方面持有多项专利并发表 过大量论文。 联系邮箱：[email protected] Arun Karamcheti 获得印度理工学院 离子注入与扩散在N型双面电池生产中的成本对比。无论是磷注入还是硼注入都突显明 坎普尔分校的材料及冶金专业学士，美 显的成本优势。 国密苏里大学罗拉分校的冶金学硕士， 美国纽约州特洛伊市伦斯勒理工大学 的材料及工程学博士。Karamcheti 博 士现任Intevac 公司的全球产品资深市 场总监。他在技术，产品推广及业务发 展方面拥有20多年的经验，服务领域 涵盖：半导体，平板显示业，消费电子 市场的关键设备。 联系邮箱：[email protected]
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