GR2L Dupont Teamtechnik 2016 台湾国际太阳光电展Rob Grant 博士介绍氩 了解关于背板创新的更 介绍更多关于高速串焊机 览会气回收 多信息 的信息 即将到来的台湾国际太阳光 电展览会前瞻预览中国电力和能源方案第十二版, 2016精彩时刻随着行业不断极速发展，我们来看看是哪些因素在推动我们前进……
专编家者意见按编者按 电力与能源解决方案 中国问题编辑2016 年是风起云涌的一年，随着我们接近岁末，这一期的 PES Solar 将是本年度的最后一期，但绝不是不重要的一期。 主任即将于 10 月 12 - 14 日举行的 2016 台湾国际太阳光电展览会是一场不可错过的 Stefann Perrigot展会。去年有超过 8000 人观展，现在看来这届观展人数还会增加。台湾已经设立 Stuart Gillies了能源无核化目标，因此来自光伏行业各个领域的参展商将会争先恐后地展示他们最新的创新、材料和产品。我们很高兴能够一如既往地密切跟踪这一盛会。 客户联络经理 Vikki Birch在本期杂志中，我们向行业领先企业了解到很多信息，包括光伏测量、薄膜研发以及生产工艺的进步和解决方案的创新。这真是非常令人兴奋。 编辑我们还会谈到离子注入对于光伏电池技术的优势。现有的效率纪录高达 21%，并且 Elaine Perrigot还有望提升至 23%。材料不断进化，产品也变得更加高效，这有助于压低价格。 [email protected]毫无疑问，太阳能光伏行业在中国依然十分红火。2016 年前 6 个月装机容量达到20 GW，这是去年同期的 3 倍。东南亚的新兴市场正在扩大产能，并转而向中国寻求 副编辑供给。企业能否跟上需求？ Peter Martin我们进一步见证了亚洲对太阳能/光伏和其他可再生能源坚定不移的投入，以及从化 Shona O’Halloran石燃料向清洁绿色能源的不断转移。 Zachary George欢迎阅读本期内容。 设计 Sarah WilmottElaine Perrigot [email protected]编者 制作 Wei Kee [email protected] 销售查询 [email protected] 一般查询 [email protected] 媒体合作伙伴查询 [email protected] 广告机遇 [email protected] PES is published by P&G Media Ltd P&G Media Ltd 宝洁媒体有限公司）出版 PO Box 310 （邮政信箱310）, Bristol （布里斯托）, BS10 5WT, United Kingdom （英国） 本出版物为宝洁媒体有限公司2015年版 权所有©。若无宝洁媒体有限公司事先书 面允准，任何人不得以任何方式复制或转 用全部或部分内容。尽管在制作本刊时已 采取所有谨慎措施，宝洁媒体有限公司对 本刊信息的准确性或因本刊信息而引起的 任何后果将不负任何责任。出版中用纸来 自于可持续发展管理的森林资源。若需更详细信息，请 浏览：www.pefc.org www.pessolar.com www.pessolar.com 3
目录38 GR2L Rob Grant 博士介绍 42 Dupont了解关于背板创 79 Teamtechnik 介绍更多 6 2016 台湾国际太阳光 氩气回收 新的更多信息 关于高速串焊机的信息 电展 览会即将到来的台 湾国际太阳光电展览会前 瞻预览 Comment 24 我们很荣幸地邀请到 Think tank 30 并非所有镀锡铜带 (PV h.a.l.m. elektronik gmbh 50 倾听多晶和单晶锭生产用硅 常务董事 Moritz Meixner 接 ribbon) 都完全一样 受杂志访谈。在此阅读他的 结晶炉领域行业领袖之一 Ask the experts 最新访谈 ALD Vacuum Technologies 54 本期首先接受我们采访的是 分享真知灼见 56 为了解关于最新一体式监控 32 行业领先公司之一分享更多 ASMPT 公司的 Brian Lau 系统的更多信息，PES 采访 关于 PERC 技术和量产的信 了 Kipp & Zonen 公司的产 息4 品经理 Ruud Ringoir 46 INDEOtec SA 销售及市场总 监 Frank Juergens 将与我 们分享关于 OCTOPUS 系统 创新正面和背面沉积概念的 更多信息
目录1632 5616 深入探究质量控制和质量认 Talking Point 证在快速发展的市场中与日 12 来自 SMIT Thermal 俱增的重要性 Solutions 的 Michael M.Company Focus van der Gugten 与我们分享20 倾听 Yingli 对社会和环境责 更多关于通过薄膜光伏盈利 的信息 任的积极承诺 58 材料的选择对于耐用高效的 光伏模块十分重要 www.pessolar.com 5
专家意见 綠能趨勢政策雙軌併行台灣太 陽光電產業發展再現曙光 新政府積極落實「非核家園」新能源政策， 碩禾….等國內外領導大廠，統籌供應鏈上 智慧能源與儲能專區首年登場 計畫逐步提升綠能發電比重，並成立綠能 下游，解構市場趨勢、競合態勢、技術突破 科技園區，期望協助產業提升系統整合能 及機會與挑戰等重要議題，不僅將幫助您 隨著節能減碳意識抬頭,提高再生能源發電 力，帶動上兆投資金額，幫助台灣企業走向 宏觀產業全貌，提前策略佈局，更提供一個 率並降低傳統發電對環境的衝擊,已成為全 出口，進軍國際市場。 絕佳的交流及拓展事業版圖的平台。 球能源發展趨勢。 2016台灣國際太陽光電展是由中華民國對 七大主題專區 緊扣市場需求 太陽能的間歇發電特性,需透過儲能系統平 外貿易發展協會(簡稱外貿協會或貿 協)以 • 太陽能系統專區 穩電壓後再與主電網結合,以達到最高使用 及SEMI共同主辦，提供國內外太陽光電業 效益。因此,蓄電儲能將是太陽能發電產業 者的優質採購平台，展出內容包含電池、模 • 智慧能源與儲能專區 未來發展重要課題之一。Energy Trend 預 組、系統、變頻器/BOS 及其它設備等，每 估儲能系統市場規模在 2015 年約為 226 年均吸引近70國、超過9千位參觀者，是您 • 製程設備與材料專區 MWh,至 2018 年將達到 1 , 628 MWh, 與國際買主交流以及了解市場潮流與產業 成長幅度驚人。國際能源總署(IEA)也預 脈動的絕佳管道。 • 檢測與認證專區 估,隨著技術發展與設備優化,在 2050 年 前,全球低成本電網儲能設備容量將達到 PV Taiwan璀璨10週年 規模最盛大 展出陣 • 高聚光型太陽光電專區 500GW。 容最強大 • 海峽兩岸專區 未來太陽能儲能系統將朝智慧化發展。研 PV Taiwan台灣國際太陽光電展，適逢10週 調機構 IHS 指出,受益智慧儲能系統, 2017 年，將擴大展覽內容，並匯集GCL、元晶、 • 創新系統整合技術與產品專區 年全球太陽能整體產能收入預計將增加 儲能發展勢在必行 市場規模潛力無限6
专家意见10 億美元。發展完善的儲能系統將幫助不 2016年10月12日(星期三)論家用型屋頂發電或是大型地面電站,更有 國際市場趨勢論壇效整合產能、節能、儲能與分配,促成太陽 菁英領袖高峰論壇能產業持續發展。 突破障礙, 開創商機 - 與台商合作交流座談會 2016年10月13日(星期四)智慧能源與儲能專區聚焦鉛酸電池、鎳鎘 製程技術論壇電池、鎳氫電池和鋰離子電池等儲能裝置, 智慧能源與儲能論壇以及電化學儲能及位能儲能系統等技術,邀 海外太陽光電市場投資商機媒合會集電池、系統、設備材料供應商,協助廠商 太陽光電標準研討會_先進模組測試與可靠度於國際平台上推廣產品與技術,找尋策略夥 2016年10月14日(星期五)伴及解決方案。 太陽能系統應用與整合論壇與關鍵買主面對面接觸 拓展無限商機PV Taiwan每年吸引約8,000名專業買主，搭配展覽期間多場採購洽談會及聯誼活動，幫助您建立廣闊人脈，開發新合作夥伴並創造藍海商機。台灣太陽光電國際論壇 重量級講師 劃時代議題2016台灣國際太陽光電論壇將邀請數十位全球頂尖國際大廠CEO、高階主管和產官學界專家一同分享太陽能技術最新發展，從市場資訊、技術趨勢、創新產品、以及未來產業趨勢等多個面向出發，匯集全球太陽光電產業高階主管的見解與看法，讓您更加了解太陽光電產業，提前佈局市場。 www.pessolar.com 7
PES 独家报导 太阳能离子注入就是现在 效能和成本优势正推动离子注入在商业光伏电池制造的应用8
PES 独家报导介绍 在离子注入用于太阳能光伏电池制造的最 近的历史中，我们注意到，“截至到2011年太阳能离子注入在光伏电池制造中有很多 8月，超过十家在美国、中国、台湾、韩国和技术上的优点，然而近年来这项技术在商 欧洲的光伏制造商已经收到[Varian] Solion业光伏电池制造中的使用一直不温不火。 离子注入设备。” 此外，在现存的大约一百 个左右的光伏电池制造商中，我们估计在对于传统的前接触式n型和p型光伏器件， 2015年之前介于15到20个公司接受了商业连续束流式离子注入系统已经在大规模商 太阳能离子注入设备。业化电池制造应用中成功地证明了它们能改善磷及硼掺杂，使效率的提升超过了传 鸿沟理论表明，数量为100的商业参与者中统扩散炉，同时由于消除了扩散氧化和随之 将有约16家公司（16%）既是创新者也是早而来的多个生产步骤从而很大程度地降低 期采用者。[图1-鸿沟]了生产成本。 但是，一旦过去它们的播种期，将会有一个例如，澳大利亚国立大学的Daniel 哈欠般的鸿沟，其宽度未知。Macdonald在2014年7月撰文报道：“[2-A008 行业准备n型硅太阳能电池] 来自2015年的两个头条都证实了鸿沟的存这个项目也成功地将应用离子注入作为一 在：“Amtech将出售在离子注入技术子公司种简化背接触式太阳能电池制作的方法。 Kingstone的多数股权” 和“应用材料退出澳大利亚国立大学（与合作伙伴天合光能 太阳能离子注入”。和新南威尔士大学联合）制造的全注入式背接触式太阳能电池，现已取得了21.7% 一般情况下太阳能电池应用的时间鸿沟，的功效，在不久的将来，其性能值可超越 特别是，太阳能离子注入电池的时间鸿沟，23%”。 并且，在第 43 届 IEEE 光伏专家 主要受 P.E.S.T. 因素（即政治、经济、社会会议（2016 年 6 月）上，许多论文就注入 和技术因素）影响，欲逾越其鸿沟，需积极式技术在下一代光伏设备中的使用，进行 改变太阳能发电的上网电价、净计量政策了详细阐述。 以及投资税减免政策；消费者和家庭需持 续采用绿色生活方式；技术上，在离子注入就技术而言，将离子注入用于光伏电池制 的模式化注入/模式化装置中，需要拥有强造，远非新事物。事实上，从20世纪年代早 大的注入流程和可靠的注入设备，并且其期就有文献介绍利用整合在一个真空腔室 生产量和预期购置成本需和现今的高容量的注入/电子束退火设备生产制造前接触式 光伏电池的制造预期相一致。太阳能电池 ，此外，在日本，也有利用离子注入和退火设备制造效率超11%双面太阳 当今的光伏行业正在经历着翻天覆地的变能电池的先例。 化，据预测，光伏电池制造需求将从2016 年的66GW增长到2020年的95GW。因此我们认为离子注入在商业光伏电池制造的 光伏电池制造商每年生产的电池片也将从广泛使用的延迟，可解释为“跨越鸿沟”理论 现有的约11B+片不断扩产，与此同时，太阳在起作用的一个经典例子。 能电池技术也将会由P型多晶硅太阳能电 池慢慢转为P型和N型单晶硅电池。在如今跨越鸿沟 追崇高效低成本的太阳能光伏行业，离子 注入技术不仅在效率提升上有很大的优势“《跨越鸿沟》的作者Geoffrey A. Moore阐 ，而且也降低运营成本 ，因此我们坚信太述，在新技术采用生命周期中— —以创新 阳能离子注入时代已经来临。者开始，转移到早期采用者、早期大多数、晚期大多数和落后者— —早期采用者和早 以下是原因所在。期大多数之间有一个巨大的鸿沟。尽管早期采用者愿意为成为第一个而付出牺牲， 关于Intevac ENERGi™早期大多数要等待他们确认这项技术确实提供了生产力上的提升后才采纳。” Intevac ENERGi离子注入机是一种高产 量、连续束流式的离子注入机，利用大面首次出版于1991年，对于技术采纳鸿沟的 积的电感耦合等离子体源能够运用于几乎观察已经经受了时间的考验；事实上，关于 任何在行业中使用的常见注入掺杂物源。技术采用生命周期，Moore最近说道，“这 例如，磷化氢气体，三氢化磷，可以用来在种模式也适用于今天，一如25年前。” 等离子体中产生各种带电的物质，品种包 括二氢化磷二价离子阳离子，一氢化磷一价 www.pessolar.com 9
PES 独家报导 阳离子，磷一价阳离子，氢一价阳离子。具 取得的进步都是以之前的进步为基石。 体产生的比例，或特定的磷化氢“裂解”模 式，取决于等离子体压强和应用的射频功 太阳电池效率的路线图看起来就像这样的 率。充能的网格在等离子体源室的底部形 良性阶梯。近年来，随着光伏设备和材料的 成一个三极管，将等离子体品种向要注入 升级，太阳能电池的转换效率已经从传统P 的硅片加速。与等离子体浸没注入系统相 型多晶电池的17%到18% ，P型单晶电池提 比，Intevac ENERGi的ENERGi架构可以提 升到19%+的效率，继而再到效率超过23% 供广谱的加速能量，最高可达100千电子 的N型单晶硅太阳能电池。 伏特，使用廉价的直流高压电源，而不是更 昂贵的脉冲高压电源，从而为客户节省了预 太阳能离子注入对电池效率提高的贡献， 付成本。 特别是连续束流式离子注入机的贡献，始 于ENERGi能够在注入后产生一个完全非 连续束流式的注入设计的另一个优势是即 晶化的近表面层，由于其工作特性，能够结 使在低的注入能量也可以保持一个高束电 合高剂量率条件下的单通操作— —即晶片 流，这是很难用质量分析注入设备实现的。 在注入过程中只通过注入束下一次。连续 较之于其他注入机的单片设计， ENERGi 通量和多通道注入之间的显着差异是，多 离子注入机可以同时进行三工位加工，因 通注入在注入物的表面层通过束之间发生 此设计产量大于2800片/每小时。该设计的 动态退火，一旦硅片在一个专门的退火工 一个额外的好处是，晶片的并排通过离子 艺退火会形成致命的簇缺陷,，缺陷来源于 束有助于获得优异的掺杂剂的均匀性。 与多程注入过程动态一致的局部非晶化/局 部退火。 Intevac的ENERGi太阳能离子注入系统 已被证实可以在包括常规电池、PERC电 相比之下，单通的注入过程完全使注入层 池、N-PERT电池、双面电池和IBC电池的生 的近表面非晶化，该表面将在注入后的退 产制造中提高效率，同时也能够在选择性 火步骤中完全再结晶，其结果是由固相外 发射极和IBC电池上为顾客提供一个独特 延再结晶产生的高质量的外延再生长和掺 的模式化能力。[图2-ENERGi] 杂剂活化。 晶硅太阳能电池的路线图：效率为王 在常规电池的生产制造中，比较以扩散和 离子注入为基础的工艺下的电池效率结果 所谓的良性循环就是“在一个诸多事件发生 的生产数据，较之于常规扩散炉，离子注入 的循环结构中，每个一事件都能对下一个 不仅在效率上有大幅提升，并且分布更为紧 事件造成有益的影响”。良性阶梯，是通往 凑。[图3电池效率] 天国的阶梯，是持续发展的事件，随着阶梯 一级一级的爬升，所获利益就越来越多，所 晶硅太阳能电池的路线图：成本也很重要10
PES 独家报导光伏电池制造中以离子注入技术为基础的 式化注入或装置的可靠注入设备，意味着 Armini and Little, Spire Corp. (USA)，专掺杂工艺相比于传统扩散炉的制造成本优 如今的太阳能离子注入时代已经来临。 利4353160“太阳能电池接线处理系统。”势，其核心是，为达成同样的净结果减少了很多所需的生产步骤。 个人简历 Y. Tahara等人。第18次光伏专家会议“通 过离子注入和卤素灯退火，高通量自动化无论是前端接触器设计、双面设计还是 作为萨里电力工程部门— —离子注入中心 连接形成用于9MW生产”步骤，美国内华IBC设计，硅光伏电池中，使用离子注入系 成员，Babak Adibi本科毕业于英国伦敦帝 达州拉斯维加斯，792–796页，1985年10统所需的工艺步骤比使用扩散工艺流程所 国理工大学，获物理学学士学位，并于英 月。需工艺步骤少，工艺步骤的精简，益处深远 国萨里大学荣获原子核物理学硕士学位和良多，包括降低工艺复杂程、减少循环次 离子注入学博士学位。其论文题目为“离子 HarperCollins Publishers，《跨越鸿沟》，数、提高产量和降低购置成本。 注入对半导体材料实施效果以及金兴-皮 第三版，摘自https://www.harpercollins. 斯横截面算法。” Adibi博士现担任Intevac com/9780062292988/crossing-the-利用离子注入掺杂技术，不会产生扩散炉 股份有限公司旗下— —太阳能离子注入集 chasm-3rd-edition进行三氯氧化磷掺杂过程中带来的富掺杂 团总经理及副总裁职务，同时，他领导关物的氧化物，因此，不需要氧化物去除的生 于开展集团内部太阳能离子注入产品线的 “Geoffrey Moore：为什么跨越鸿沟产工艺步骤。 商业和技术管理。此前，作为Solar Implant 仍未过时，” Forbes，2013年12月17 Technologies公司创始人兼董事长，为了提 日，摘自http://www.forbes.com/sites/此外，由于离子注入可提供的灵活模式化 供一种先进的半导体硅光伏电池，Adibi博 danschawbel/2013/12/17/geoffrey-技术，在SE及IBC电池的生产过程中无需 士研发了紧凑型离子注入模块并使之商业 moore-why-crossing-the-chasm-is-still-使用光刻胶。因此也可以避免多次使用和 化。任职于太阳能技术公司期间，Adibi博士 relevant/#118b5ecc5a94去除光刻胶的步骤，从而极大地降低了加 研发了一种专利系统，其能够同时注入适工的成本。 用于选择性发射极的均匀、模式化注入物 “太阳能光伏电池生产商在世界范围内种 以及后端接触太阳能电池。作为创世纪硅 植体具有很强的牵引瓦里安Solion”瓦里安结论 太阳能设备带头人，Adibi博士研发了一系 半导体，2011年9月05日，摘自http://www. 列标准的离子注入系统，该系统强调光伏 marketwired.com/press-release/varian-太阳能离子注入有利于商业光伏电池制 空间内的独特切片技术。Adibi博士，曾于 solion-ion-implant-gains-strong-traction-造，是因其有能力采用简单的工艺流程，可 Ultratech公司激光退火产品部担任3年副 with-solar-pv-cell-producers-worldwide-在单晶体硅光伏电池架构中进行单面掺杂 总裁，他从事于利用低功耗离子注入系统 nasdaq-vsea-1557045.htm和选择性掺杂。对于需要利用掺杂物模式 制备先进的超浅结技术。作为一名经验丰影响电荷转移的高级装置，基于离子注入 富的技术专家，他曾在Applied Material公 “Amtech将出售在离子注入技术子公司的选择性发射极结构已凸显出优势，特别 司工作18年并管理一些列的离子注入系统 凯世通科技的多数股权” PVTech，2015是当使用具有足够的、可重复的线性放置 和结形成设备。Adibi博士专注于离子注入 年7月24日，摘自http://www.pv-tech.org/精度的注入系统的时候。现在这已拓展至 设备和方法的研究，在半导体、太阳能设备 news/amtech_to_sell_majority_stake_包括选择性双面电池及 IBC 电池技术。 以及加工应用方面持有多种专利并发表过 in_ion_implant_subsidiary_kingstone_ 大量论文。 technolog商用光伏电池制造中离子注入过程的部署显示了传统的“跨越鸿沟”的产品生命周期， [email protected] “应用材料退出太阳能离子注入和晶圆切这就如同几十年前商用半导体设备制造方 割行业，“PVTech，2015年8月19日，摘自面所采取的离子注入方式一样。由于最近 www.intevac.com/ http://www.pv-tech.org/news/applied_P.E.S.T方面的有利变化，尤其是T（技术）方 materials_withdraws_from_solar_ion_面，我们认为这种将光伏电池行业中的发 Macdonald, D., 2014年7月15日，“2-A008 implant_and_wafer_sawing_sectors明者、早期采用者和早期多数的太阳能离 行业准备n型硅太阳能电池” 摘自http://子注入使用者分离开来的鸿沟已被跨越。 arena.gov.au/files/2014/08/20140821_就目前大批量制造系统生产力以及与高产 Industry-ready-n-type-silicon-solar-cells_-量的光伏电池制造期望相一致的预期购置 final-report.pdf成本而言，稳健的注入工艺和可以实现模 www.pessolar.com 11
争论点 使薄膜光伏技术“有利可图” 大批量生产实现盈利的关键是什么？在几乎任何一个行 业中，重复性和可控性都是两个关键要素。Smit Thermal Solutions 公司销售和营销经理 Michael van der Gugten 向 PES 解释了为什么对于薄膜太阳能技术同样如此。 重复性、可控性和大批量生产意识 此外，该公司还供应用于印刷电子 量的基础。在 2016 年新加坡光伏科 板、OLED 和钙钛矿电池的高端干燥机。这 Smit Thermal Solutions 公司为CdTe 和 些 解决方案及设计用于在近红外和红外 学与工程大会 (PVSEC 2016) 上做报告 CIGS 薄膜光伏大批量生产提供热工设备 干燥或 紫外固化基础上、惰性或空气气氛 时，van der Gugten 深入探讨了这些问 和 工艺。 中进 行卷到卷 (R2R) 和离散基材 (S2S) 题， 介绍了该公司对其系统进行的详细测 生产。 量情 况。 “我们认为，现在是企业进入薄膜光 伏大 批量生产的最佳时机，因为需求已经形成， 对产量和质量的实测影响 除其他结果之外，该公司的数据还表明，在 技 术也已经成熟。不仅CdTe 技术已经日 大气过程下 R2R 和 S2S 生产过程中，其 臻完善，我们 也在 CIGS 方面实现了突破， 对于所有系统，Smit Thermal Solutions CIGS 结晶系统可在整个基材宽度上将温 研发条件下电 池效率已逼近 25%。 公 司都注重于重复性和可控性 – 以及可靠 度波动均匀稳定地保持在 +/- 2°C。“能够 性，并将其视为以较低成本稳定实现 高产 实 现象这样的稳定、可重复的工艺的意义 困难在于，如何提高大批量生产的成本效 益。在实验室或小批量生产的情况下行得 通的办法，并不一定适合大批量生产。关 键在 于要了解所有可降低工业生产 成本 的因素。这些因素多种多样，如：工艺 稳定 性、设备占地面积等等。但是，只要能 找 对这些因素，您就能创造利润，”van der Gugten 指出。 Smit Thermal Solutions 公司在玻璃、显示 屏和电子工业中拥有超过 75 年的丰富经 验，是热处理批量生产的行家。而且，该公 司 为薄膜太阳能行业开发热工系统的历史 已 逾十年。 其当前产品组合涵盖了针对基于汽相输运 沉积 (VTD)、近空间升华 (CSS) 和共蒸发 等技术的 CdTe 和 CIGS 的非真空解决方 案。其中包括温度高达 600° C的整体退火 工序、对 CIGS 薄膜活化层进行硒化的快 速热 处理 (RTP)，以及CdTe 沉 积、活化 处理和背面接触退火的解决方案。该公 司 还提供可用于 TCO 层沉积的常压化学 汽 相淀积 (AP-CVD) 系统。12
争论点在 于，可在整个基材面积上获得更高的加 的速度一般比分批生产更快，特别适合于 展望未来：钾和钙钛工精度。这对产量和质量都产生积极的影 大批量生产。连续生产还可降低因为重复响，”van der Gugten 解释说。 加热和冷却循环导致电池不合格的风险。 在不断努力提高现有系统的成本效益的同 此外，Smit Thermal Solutions 公司的系统 时，Smit Thermal Systems 公司将目光投Smit Thermal Solutions 公司的 CdTe 活 还采用“智能设计”方式，旨在通过仅提供 向了未来。该公司正在探索开发通过掺杂化 解决方案具有同样高的性能，它也能提 合适数量的功能（足以确保灵活性，同时又 元 素钾改进 CIGS 的工艺过程的可能性。供+/- 2 °C 的温度控制精度，确保浸润期 能保持系统可靠性和易操作性）的解决方 该公 司还计划为新兴技术提供支持，如生间 基材温度的均匀性。这有益于同时提升 案，不断降低成本。 产成 本可能会大幅减小的钙钛矿电池。质 量和产量，这反过来又意味着 成本的降低。 “智能设计”的另一重要意义在于，提供能 “我们正处在新兴的薄膜光伏技术的关 实 现良好的长期资本投资回报的解决方 键 阶段。全面转向 CIGS 批量生产和进一van der Gugten 在谈到可控性时补充说：“ 案。“我 们认识到，制造商需要在日常运 步 扩大 CdTe 产能的条件已经成熟。现在重复性使您能设置可信的参数，从而不 营和投资回 报这两方面发挥系统的最大 需 要的是形成大批量生产的意识。与其他断 地生产数量可预测的合格电池。可控性 潜力。通过采 用‘智能设计’，我们可以创 行 业一样，制造设备和工艺必须有助于确使 您能够灵活地应对不断变化的情况。例 造出成本效益 较高，且无需更换整台设 保 成本效益 – 也就是说，要特别重视重如， 借助我们的 CIGS 结晶系统，您可将 备就能升级演进 的模块化系统，”van der 复 性和可控性。这正是我们在玻璃和电子升温速 度任意设置为每秒 5-15° C。如此， Gugten 指出。 行 业辛勤耕耘几十年，在薄膜光伏行业艰您可将 RTP 温度分布剖面与生产线速度 苦 探索十几年所得出的经验。我们很愿意匹配起 来，实现连续生产。您还可根据具 他举例介绍了所有这些因素所能带来的 将 这些体会分享给客户。有利可图的薄膜体衬底材料进行工艺调整，确保将来采用 优 势：“以我们的 CIGS 解决方案为例，它 光 伏生产时代已经到来，”van der Gugten新衬底时能轻松应对。” 在 一台设备上同时结合了结晶、硒化和后 总 结说。 处 理（钾）。设备生产线中没有单独的沉积大批量生产经验与“智能设计” 步 骤，因此占地面积更小。它采用常压硒 www.smit-ts.nl 沉积 工艺，比采用有害的硒化氢的真空工Smit Thermal Solutions 公司认为，诸如 艺更清洁、更安全、更简单。此外，作为连 Smit Thermal Solutions 公司的 TFPV此 类的功能是实现盈利生产的关键。该公 续生产系统，其生产能力和产能也更高。 业务司 指出， 因为不涉及真空沉积等复杂工 而 且，由于基材在工艺过程中始终保持在艺，其热工解决方案具备固有的稳健性。此 受控 气氛中，它还可降低发生生产故障的 该公司的系统包括采用共蒸发和外，该公司还能借鉴玻璃和电子行业的成 风险。 总之，由于能源和原材料消耗的下 VTD 技术生产 CIGS 电池的钠 (Na)、熟技术，例如：精确温度控制方法、能避免 降，这将 进一步降低初始投资、提高产量、 钾 (K)、硒 (Se) 和硫 (S) 沉积。对于破碎及其 高昂代价的先进基材搬运和输 压缩运行 成本。在合适的条件下，制造商 CdTe，其系统涵盖了 TCO 沉积、使用送方 法等等。 的投资回报 期可短至一年。” VTD 和 CSS 形成活化层和缓冲层， 以及半导体层活化和背面接触退火。该公司还致力于连续生产，因为这种方式 www.pessolar.com 13
争论点 公司简介 我们提供哪些无机 TFPV 产品 CdTe CIGS 1)TCO 沉积 (CVD) 1)硒沉积 (VTD) 2)缓冲层沉积（VTD、CSS） 2)吸收层结晶 3)活化层沉积（VTD、CSS） 3)后处理（K、KF） 4)半导体活化 5)背面接触退火 ZnO/Cds CIGS Glass 玻璃 玻璃 CSnd0s 2 MO CdS - 700Å SnO2，Cd2SnO4 -0.2-0.5µm (1) Glass CIGS 1-2.5µm (1,2,3) CdTe CdS- 600 - 2000Å (2) Mo-0.5-1 µm CdTe 2-8µm (3,4) 玻璃，金属箔，塑料 ZnTe:Cu 铜或金属 C 浆料 (5) Ti S2S 模块化平台设置 分批式 / 单基材 蒸发 蒸发 蒸发 硒蒸发 RTP 浸润 装载 / 卸载 装填闭锁 直接冷却 中间浸润 / 间接冷却 连续 / 单基材反应器 硒蒸发 蒸发 蒸发 蒸发 蒸发 装载 装填闭锁 条件 RTP 1 中间浸润 RTP 2 顶部浸润 间接冷却 直接冷却 装填闭锁 卸载 连续 / 多基材反应器 硒再循环 硒再循环 硒再循环 硒再循环 装载 装填闭锁 RTP 中间浸润 RTP 硒浸润 硒浸润 间接冷却 直接冷却 装填闭锁 卸载14
争论点www.pessolar.com 15
智囊团 一切都在于测量 撰稿人：André Richter，梅耶博格科技有限公司技术部业务拓展专员 高效率、高性能 – 支出和承诺是实现这些 表 1 显示了由测量范围决定的各种影响因 决定光伏系统发电量的影响因素。如果只 目标的前提。本报告调查了所需的测量技 素。要确定针对每种应用的最佳解决方案， 对一小部分（比如一个模块）进行调查，则 术。 必须在考虑安装地理位置的前提下，对各 影响因素的数量可以减少。这样做的代价 种技术和系统进行比较。这样，就能对不同 是，系统预测精度会下降。一种较好的折中 最近几十年期间，光伏技术 (PV) 的应用日 光伏系统进行准确比较，特别是较大规模 办法是，对允许模型建造的单个模块进行 益普及。2016 年，全球太阳能模块装机容 的模块和逆变器的安装，一般都要用到一 户外测量。但是，仍必须在实验室内对光 量超过 200 GW。与此同时，光伏发电成 些所谓的组件串。影响因素的整个带宽可 伏系统进行先导测量、对单个模块进行初 本也在不断下降。随着光伏装机容量的攀 对系统产生技术效应，如表 1 所示。 始测量。 升，对质量控制和质量认证的需求也日益 增加。 每个组件和部件都会存在一定程度的偏 利用这一测量数据，可以建造太阳能模块 差，由于整个环境中有许多部件，整个系统 的电气模型，然后用于模拟测试。当然，要 图 1 显示了为实现低成本光伏发电所必须 中就会产生很大的差异。因此，一开始就 确定这些偏差，必须对足够数量的样本进 满足的关键依赖关系。低成本发电意味着 对整个光伏系统进行测试并不总是明智之 行调查。 系统成本。系统成本反过来意味着较低的 举。还存在其他一些简化变体，如：对不同 工具和 POS 成本、较高的太阳能模块发 光伏技术的单一组件串的测量值进行精确 梅耶博格公司不断推动针对太阳能行业的 电量以及光伏系统较高的耐用性和较长的 比较。但是，即使使用这种简化变体，一个 工业生产过程的开发，以实现经济高效的 使用寿命。光伏投资一般是在光伏系统安 逆变器上的一个模块的测量值仍会受到相 批量生产，其中就包括高性能异质结电池 装后进行的，因为安装后的维护成本是最 关网络的影响。例如，这会导致短期并网损 技术 (HJT) 等耳熟能详的光伏技术。请参 低的。 耗，并进而对测量结果产生与技术比较毫 见照片 1：双面 HJT 系统，可能采用辐照 无关系的影响。 传感器。虽然该技术已应用多年，当前生产 光伏机组一般都非常坚固，使用寿命相对 链仍需证明其适用性。 较长，一般都在 20 年以上。投资者首先必 确定一种具体模块技术的独有性能的影响 须确定哪种技术最为适用，然后提供可在 因素最少的最佳选择是，不使用逆变器而 从技术角度以及减少相关工作量的角度而 整个使用寿命期间实现最大发电量和最大 使用模拟载荷，对每个模块分别进行测量。 言，以下测试序列经证明是成熟适用的： 回报的最佳产品和系统配置。这些问题只 测试单个模块时，可同时进行实验室和户 能通过详尽的测量计算和加速老化测试得 外测量测试。 1)实 验室性能测量：在人工气候室测试（冷 到解答。 热循环和湿热）之前和之后的初期开发 可在户外测试之前和之后都进行实验室测 阶段采用性能测量。对于双面变体，对两 一套光伏系统的组成部分不仅包括一个太 试。虽然实验室测量值比户外测量值更加 面的性能都要进行测量。 阳能模块，而且还包括逆变器、电缆、模块 精确，但实验室采用的是模拟条件，并不真 框架、交流连接和其他系统部件。当然，要 正符合实际气候条件。在现实中，太阳不会 2)矩阵测量：IEC 61 853 中规定的所谓矩 确保最高性能，各组件的全面交互也至关 以 1000 W/m2 的强度仅仅闪烁 10 毫秒， 阵测量可确定低光照特性和不同温度下 重要。 并使太阳能电池保持在 25°C 温度。 的特性。矩阵测量的结果分别为性能、电 流和电压的温度系数。16
智囊团3)光 浸润：光浸润可用于确定初始衰退，之 线上的每个单独点时，也可精确测量和校 等。为确保精确的、可转移的测量值，必须 后在实验室内进行进一步的闪光测量。 正这最后一个小于 1% 的偏差。 使用不同类型的仪器进行太阳辐射强度测 依照标准，模块应该大约保持在 MPPT 量，例如，使用日射强度计测定绝对辐射能 点，但也可采用 OC（集电极开路）。 在户外测量的情况下，环境条件不一定是稳 量（如果可能，还可在模块等级和水平方向 定的，因此，对于光伏而言，多数重要参数 上分为漫射强度和直射强度等）。日射强度4)单个模块户外测量：实践证明，对不同模 都会变化：绝对太阳辐射强度、光谱和温度 计反应非常慢，光谱灵敏度也与太阳能电 块进行比较是这里的最佳做法（容差最 佳实践优于 0.5 %），这是因为，即使采 表1 用最佳实践，环境条件测量值的绝对不 精确度仍高达 3%，更何况在很高的风 串联连接 速下。 不合致度 交流网格在确定模块性能测量值的同时（最好在几 MPP 跟踪毫秒之内），还需要测定太阳辐射、温度、（ 模块安装如果可能）风速和光谱线。与实验室闪烁 污染测量同理，如此可测定一个模块的 UI 特 光线入射角性曲线，以便将模块测量数据转移到其他 衰退 LID地点。 衰退 PID 温度依存性该特性曲线会显示该模块在正向电流电压 Wp 测量曲线中的所有相关电学点：最大功率点、短路电流、开路电压，以及分路电阻等很多其 光伏系统 XXXXXXXXXXX它参数（借助数学模型）。一般情况下，还 带逆变器的单组件串 XXXXXXXXXX可将该特性曲线拟合到单二极管或双二极 带逆变器的单模块 (X) X X X X X X X X管太阳能二级管模型上。这些参数随后还 带 IV 跟踪器的单模块 XXXXXXX可继续得到使用。 单模块人工气候室 XXXX 单模块闪光测量 (X) X在实验室中，环境条件是受到仔细控制的， 更好的发电量预测质量因此，仅在正常值的最微小的校正时，才需要测量太阳辐射强度和温度。例如，在闪 更低的模型输入精度光测量期间，如果采用 Pasan 等优质闪光测量仪器，可将太阳辐射强度调节至优于 更高的测量精度+/-5 % 乃至低于 1%。在测定 IU 特性曲 更差的发电量预测质量 www.pessolar.com 17
智囊团池不同。但是，它们非常适用于对辐射值进 在对一个模块进行长达数日乃至数月的 值。但应该注意到，在转移到不同地点的情行比较，并将测量值转移到其他地点。 户外测量时，会遇到所有可能的光照与温 况下，潜在测量误差会更大：对于每个地 度组合，这就使我们有可能获得某个特定 点而言，太阳辐射强度/温度测量值的不精至少应该在模块等级上使用借助一种非常 地点某个太阳能模块的各个工作点的全面 确度约为 3 %，在转移情况下约大于 5 %类似的技术制造的校准型辐照传感器（请 概况。如果以相对较短的时间间隔进行采 。对于不同技术在不同地点的相对特性，可参见照片 1）。这些太阳幅射传感器一般占 样，并对这些时间间隔进行整合，则可以 以更高的精度进行转移。这种方法的优点到太阳能电池的一小部分；它们衰退的程 极高精度测定出太阳能模块的发电量。逆 在于，可以进行在实验室中不可能进行的精度要小得多，因为它们已经老化，而且温度 变器和电缆等还会导致太阳能系统中的其 确附加测试：例如，模块可以跟踪太阳的位传感器是直接连接到测量元件背面的。在 他损耗。但是，相对于模块性能而言，这些 置或测定模块的污染度。太阳能模块中，这是不可能的。电池温度 损耗的可预测性一般都极高。从这些损耗对在测量元件上校准的短路电流有很大影 中可以推导出性能比 (PR) 和日照时数等 图 1 效率更高的光伏系统的影响因素。太响，而且与太阳辐射强度成正比。测量元件 变量。 阳能平准化成本 (LCOE) 考虑了初始成本，与被测模块的光谱依赖关系非常类似，这 并对运营成本进行折扣。由于光伏成本几乎可确保较低的光谱日间变化不合致度。 要转移到其他地点，还需要测定太阳辐射 只在开始时产生，LCOE 在很大程度上可通 表2 容差 单位 备注 1.60% 瓦时/日 速度很慢，光谱范围大 测量 2% 瓦时/日 日射强度计 0.03% 满量程 参比太阳能电池 0.10% 点数 满量程 电压（IU 曲线） >30 真实 MPPT 典型 电流（IU 曲线） 0.30% 功率 基于内插 每条曲线点数 1.5% 秒 实验室容差（含不合致度） MPPT 点 0.01 绝对值（典型值为 +0.006%/K） 2 个选定信道 MPPT 闪光 0.02%/K 绝对值（典型值为 -0.3%/K） TC 电流不确定度 采样时差 -0.03%/K 绝对值（典型值为 -0.4%/K） TC 电流不确定度 TC Isc -0.04%/K TC 电流不确定度 TC Voc TC MPP18
智囊团 低 LCOE低系统成本 低运行维护成本 高稳定性 低 BOS 软成本： 高发电量： 质量 低融资成本 Wp 低研发费用 TK/衰退/双面 低 BOS 面积相关成本 设计 低 BOS 功率相关成本 低生产成本 高发电量 低人工费用 低管理费用低模块成本水玻璃/密封剂/接线盒/..设施/气体/水过降低系统成本和提高发电量来实现。梅 一个大型研究项目。在测量技术方面，INES 速测试中操作条件的虚假性问题。通过提耶博格公司的新技术可在节省光伏系统成 可提供测量场地、人员和专业技术等支 高测量精度，就能检测出哪怕是最微小的本的同时，将发电量提高 10 % 至 25 %。 持，以便对新的模块设计和模块技术进行 效应。根据这一考虑，梅耶博格公司正在继梅耶博格采用品质极高的材料，可将有效 测试。 续扩大其测量计划，力求将全球不同气候寿命延长到远远超过 25 年以上。 带囊括在内。 照片 2 显示了法国尚贝里市的一些测试设 对于双面模块中 HJT 高性能太阳能电池等典型传感器、参比电池、测量值及其相对于 施。除气象测量技术之外，这里提供了鉴定 未来型技术，这是特别重要的。以模块单校准值的不精确度的列表。定期清洁（光学 所需的所有设备和服务，包括单个模块测 面面积平方米计算，双面技术一般可将年系统）和定期校准是前提条件。 量、组件串测量以及进行必要初始鉴定的 发电量提高 10 % 至 25 %，而（以 Wp 计 实验室。该测试基地已经配备了对最新双 算）成本仅稍稍增加。鉴于双面模块功率进行所有测量时，清楚地知道参考点非常 面模块进行测试的设备。 密度极高，单位面积实际增加发电量可轻重要。这些参考点可以是标签值（Wp、电 松达到 40 %。比较起来，附加成本是微不流、电压）、实验室初始值（Wp、电流、电 在尚贝里基地，我们特别重视测量值的质 足道的，因为太阳能模块的价格一般不会压）或者第 X 天户外 STC 等推导出来的 量和校准，尽可能避免进行容差和条件都 更昂贵。过滤值。此外还包括也可作为参考的以并 未知的测量，以确保获得优良的、精确的、 当然，我们从一开始就在努力通过选择经联方式测量的比较模块和参考传感器。对 可靠的测量结果。特别地，我们必须能够将 济效益最好的材料、合适的工艺及合适的于所有数据而言，必须始终知道特定参考 户外测量值和实验室闪光测量值与其他长 技术来避免已知的衰退效应，同时也在大值。 时间测量值进行比对。这就要求采用完善 幅降低模块、系统和发电生产的总成本。如 的质量管理体系。 图 1 所示，质量和低成本基本上是互不相表 2 显示了一些测量传感器的典型不精确 容的。我们可以证明，通过精确的鉴定，质度，还显示了时空变化所导致的典型不精 表 2 给出了实验室和户外典型测量值列 量是能够达到期望的。确度。 表。 www.meyerburger.com5) 最终测试：当然，最终测试就是在更大 我们能够很快地积累极大量数据，包括光规模的太阳能装置中进行的测试。在此，为 谱线、IU 特性曲线、日射强度计、参考传限制偏差，逆变器、电缆横截面和交流连 感器和模块温度等。采样频率一般为一分接等大多数分量都应该是固定和可比的。 钟，甚至一秒钟。很多效应和老化现象只能在这种测量中，还会产生其他效应。其中包 在长达数月的较长时期后测量出来，这就括系统电压与大地电位之差增大所可能导 要求在较长时期内持续进行这些测量。如致的 PID 效应。 此大量的数据只能借助数据库和分析软件 进行处理。除自有实验室和测试基地之外，梅耶博格公司还与瑞士电子与微技术中心 (CSEM)、 梅耶博格公司的目标是，为太阳能系统开德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所 (ISE)、 发使用寿命超过 40 年的高性能太阳能模美国国家可再生能源实验室 (NREL) 和法 块。必须克服的最大障碍在于，如何根据精国 INES 等众多研究合作伙伴协作，建立了 简测试进行精确预测，以及如何避免高加 www.pessolar.com 19
专家意见 让老百姓用得起太阳能电力 太阳能是低碳、无污染、可持续的可再生能源，是替代化 石能源的首选，却一直被贵”卡住了脖子。推广太阳能光伏 应用，要靠不断创新与点滴进步，更要靠不懈努力和持之 以恒。 英利以“生产老百姓用得起的绿色电力”为 山西右玉50MW项目俯瞰图 使命，通过不懈努力推动光伏行业发展。目 前，在全球已有超过14吉瓦的英利光伏组 怀着这样的理想，多年来英利以“生产老百 件为各类用户提供源源不断的绿色电力， 姓用得起的绿色电力”为使命，依托长期积 平均每年可发电160亿度，大约相当于北京 累形成的产业链优势、创新优势和品牌优 市2014年全年的居民用电量，每年能为全 势，发展成为集光伏组件制造、电站开发建 球减少900万吨二氧化碳排放，相当于停 设运营和清洁能源整体解决方案提供商为 驶170多万辆小型汽车。 一体的综合性能源企业集团。 胸怀理想 领航发展 英利集团成立于1987年，1998年进入太阳 能光伏发电行业。1999年，英利承接中国 第一个也是唯一一个年产3兆瓦多晶硅太 阳能电池及应用系统示范项目，拉开了中国 太阳能光伏行业发展的大幕。 在英利的发展过程中，一系列事件让世人 印象深刻。 2009年3月，在中国第一次由国家组织的太 阳能并网发电的大型招标活动— —敦煌10 兆瓦太阳能电站开标会上，英利联合国投 电力报出的价格震惊全场— — 0.69元/千瓦 时，被同行斥为“行业规则破坏者”。谈及此 事，英利掌门苗连生说：“我们不是破坏行 规，而是想传递两个信号：第一，告诉全社 会，太阳能不是高不可攀的贵族，而是老百 姓能用得起的低碳绿色能源；第二，告诉同 行，只有通过技术创新才能实现成本控制， 让太阳能走进千家万户。”20
专家意见光伏材料与技术国家重点实验室 目前，英利在保定、海南、天津、衡水建有电谷城市低碳公园采用英利全玻组件，是亚洲最大的光伏温室公园 四大产业园区，在全国25个省份建有省级 公司,在全球有31个分支机构，产品服务于 100多个国家和地区，致力用领先的光伏 发电技术和产品为客户带来全新的光伏消 费体验。2014年，在全球知名市场研究公 司IHS进行的《2014光伏组件消费者需求 调查》中，英利位列全球组件品牌知名度 第一名。 技术创新 降低成本 创新是企业的生命。英利通过不间断的技 术创新，不间断地降低成本。 █搭建四大国家级创新平台 光伏是我国为数不多的与国际同时起步的 产业之一，要站上技术高峰，就必须自主 创新。英利投入巨资筹建两大国家级实验 室——光伏材料与技术国家重点实验室和 国家能源光伏技术重点实验室与两大国家 级中心——国家级企业技术中心和国家级 国际联合研究中心，逐步构建起“2+2”四大 国家级创新平台。 在英利保定总部，两大国家级重点实验室 的深蓝色幕墙，就是由全玻高效光伏组件 组装而成，在阳光下熠熠生辉。依托两大国 家级研发平台，英利得以专注于光伏产业 高、精、尖核心关键技术研发，所获成果备 受同仁瞩目。 光伏材料与技术国家重点实验室是这几年 www.pessolar.com 21
专家意见足球为希望而动，能量为希望助力 英利为客户提供专业服务 英利重点建设的项目。实验室设有四个主 工艺优化和在线创新，成本不会降到最低， 范生产线》等国家级科技项目23项，省市 要研究方向，覆盖了太阳能光伏发电技术 质量不会达到最优，产品的市场竞争力就 科技项目108项，被评为国家创新型试点 的全产业链，包括硅材料制备及特性研究； 会大打折扣。 企业。 高性能太阳电池及光伏组件研究；光伏应 用系统研究以及大容量高可靠性磁悬浮飞 英利流传着一句口号：人人都是发明家。从 肩负责任 勇于担当 轮储能系统的研究。“国家重点实验室成果 铸锭、切片到电池封装，从搬运、装车到安 必须公开，这不仅带动了英利，也带动了整 装维护，所有工序环节都有一线员工进行 多年来，英利累计向西藏、四川、青海、甘 个行业技术快速进步。” 英利集团首席技 技术创新、工艺改进的亮点，平均每2天就 肃、新疆、河北、海南等地的教育事业、灾 术官宋登元博士介绍到，行业内所有企业 有1项创新成果诞生。 区、贫困地区、国防和消防事业捐赠款物 的技术进步，只有带动整个行业的发展，才 超过1.5亿元。早在2002年、2003年，连 能“跑得快”。 为鼓励全员创新，英利集团从2012年开始 续参与国家“光明工程”四川阿坝光伏电站 举办全员创新大赛，每年拿出400万元重奖 建设，为西部无电缺电人口送去光明和希 █建设三层创新体系，打造英利创新模式 发明人。贯穿全产业链的基层创新成果达 望；2005年为西藏捐赠400套户用光伏供 800多项，为企业年创效益20多亿元。 电系统用于改善藏民的生产生活，被称为 “ 建立有效的企业技术创新体系是提高企业 牛背上的太阳”；为甘肃会宁三房吴中学捐 创新能力的有力保证。 █技术创新成果显著 赠价值232万元的太阳能电站，每年发电 3.6万度，彻底解决学校师生教学和生活用 从2009年开始，英利开始搭建三层创新体 在持续创新推动下,英利掌握了从高纯硅材 电紧张问题。捐赠太阳能路灯，方便百姓生 系。最顶层的是光伏材料与技术国家重点 料制备、高质量晶体硅生长、超薄硅片切 活，推普光伏知识，倡导绿色节能理念，支 实验室与国家能源光伏技术重点实验室， 割、高效太阳能电池、长寿命光伏组件到 持美丽农村建设。 这两个光伏重点实验室的建立奠定了英利 光伏发电应用系统各个环节的核心技术， 顶层创新体系的基础。依托该国家级科研 光伏组件产品和技术研发代表了行业最高 与驻保部队携手帮建第三方保定涞水县寺 平台，英利在光伏行业共性技术和关键技 水平。 皇甫村，通过捐款捐物和义务支教，有效改 术研发方面实现重大突破，自主研发能力 善当地教学条件；一次性接纳500名下岗 达到了全球光伏行业领先水平，实验室创新 由国家863计划支持自主开发的“熊猫”二代 职工，保障和改善民生，旗下易通公司吸纳 引领作用凸显。 MWT高效太阳能电池规模化生产效率达到 近500名残疾人就业，实现同工同酬、体面 21.5%，发电量比常规组件高出30%。拥有 工作。支持中国“校园足球”计划，先后在河 “以英利的企业技术中心为主导的第二层创 完全自主知识产权的大容量磁悬浮飞轮储 北小学、保师附小投资建设少儿足球培训 新体系也非常重要，这层创新主要是把前 能技术, 20千瓦时磁悬浮飞轮储能实验样 基地，并与保定市特殊教育中心共建河北 端的科研成果迅速转化成生产力，在非常 机填补了我国飞轮储能系统装置的空白。 省首家少年聋人足球训练基地，为残疾学 短的时间内转化成在市场中有竞争力的拳 生提供足球训练场。2009年，被中央文明 头产品，使英利产品‘研发一代、储备一代、 截至目前，英利申请PCT国际专利13项， 办、民政部、中国残联联合命名为“全国志 生产一代’，实现了良性循环，牢牢掌握市场 中国专利2006项，《一种太阳能电池栅线 愿助残示范基地”， 的主动权。宋登元博士介绍说。 电极及太阳能电池片》等1512项专利获授 权，同行业排名第一。主编和参编国际、国 第三层是以草根创新为基础的全员创新。 家及行业标准72项，承担国家973项目《高 把前沿技术转化成生产力，并不是创新的 效晶体硅太阳电池技术关键问题的研究》 结束。新产品研发生产出来后，在生产过程 、863项目《效率20%以上新型电极结构 中如果不经过一线员工和技术人员反复的 晶体硅太阳电池产业化成套关键技术及示22
专家意见www.pessolar.com 23
专家意见 家族事业 过去 15 年间，h.a.l.m. elektronik gmbh 一直致力于为整个 光伏行业定制测量系统。在与 PES 的会谈中，公司常务董事 Moritz Meixner 向我们讲述了这个家族企业的成长和他们的 最新动态。 PES：欢迎来到 PES Solar/PV 杂志。感谢 PES：您认为太阳能/光伏业务领域会增长 到长期保护。 您接受我们的采访。能否简单介绍一下贵 吗？贵公司将如何抓住这个增长机遇？ 公司的背景，以及目前在太阳能/光伏行业 PES：我们对贵公司的电池测量工具特别 中的业务情况？ MM：过去十年间，h.a.l.m. 的光伏业务不 感兴趣。可以跟我们讲讲吗？ 断发展壮大。现在，h.a.l.m. 已经百分之百 Moritz Meixner：h.a.l.m. elektronik gmbh 地投入到光伏行业及其日益增长的需求 MM：电池测量工具是 h.a.l.m. 的绝对强 是一个秉承高水平道德标准，并且对可 中。我们力求利用 h.a.l.m. 在其他多个行 项。可以很骄傲地说，在这条业务线上，多 再生能源的未来抱有坚定信念的家族企 业积累的丰富知识经验。 年来我们一直是权威专家。我们已经成为 业。h.a.l.m. 于 1984 年创建于德国法兰克 无可争议的市场领导者和技术领导者，为所 福，曾涉足材料测试、化工、医药、汽车等 h.a.l.m.正在投入大量资源开发新产品和 有系统及其精准高效的性能树立了标杆。 众多行业领域，近 15 年来一直专注于光 新服务，以此迎接世界范围内光伏行业的 截至目前，我们在世界各地发运和安装的 伏行业。 增长以及由此产生的对可靠质量保证和控 电池测试仪产能已经超过 70 GWp。 制设备的需求。之所以这样，是因为我们 如今，我们为整个光伏价值链提供完善的 非常重视客户以及客户的需求。我们的成 为了准确高效地测量大规模生产的电 测量系统，从太阳能电池的特性到已安装 功在于我们提供了光伏客户需要的测量解 池，h.a.l.m. 提供 3 种类型的 IV 测试 光伏电站的户外测量。我们的光伏产品系 决方案。 仪：IUCT-1800、IUCT-2400 和 IUCT- 列为生产和研发应用提供电池测试仪、组 3600。对于实验室应用，Celltest3 是理想 件测试仪和室外测试仪。 与此同时，我们也在不断地完善现有产品 之选。所有系统都根据所需规格进行定制， 的功能。 未来可以方便地升级附加功能或新功能。 PES：h.a.l.m 以为光伏技术提供高端测量 PES：您能否告诉我们 h.a.l.m. 的产品与 系统而闻名。关于贵公司的产品范围，您 其他产品有什么不同之处，能为制造商带 能再多给我们透露一些信息吗？ 来哪些优势？ MM：正如之前提到的，h.a.l.m. 为生产和 MM：从技术角度来看，我们的系统与现有 研发用途提供户外测试设备、组件测试仪 竞争产品之间的主要区别无疑是准确度和 和电池测试仪，涵盖的应用范围十分广泛。 使用的灵活性。所谓使用的灵活性，是指 测试仪的使用范围包括测试和认证机构、 所有与测量有关的参数都可以根据客户要 大学和研发部门，同样也用于全球范围的 求进行设置。例如，闪光就可以自由编程， 生产中。 在一段时间内可以变化多种脉冲长度和强 度。特别可以关注的是：在常规 IV 测量下 它采用模块化设计，可以实现定制化解决 结合 SunsVoc 评估或者根据 IEC 标准确 方案，让所有系统的硬件和软件功能都能 定 Rser。 方便地升级。这能保证我们的客户用上最 尖端的测量设备，同时也使他们的投资得 此外，我们还提供其他测量功能，如电致发 光 (EL)、热点检测 (IR) 和光谱响应 (SR)24
专家意见系统，它们都可以轻松整合到我们的 IV 测 池和太阳能模块的物理模型，可以在 IV 扫 h.a.l.m. 的产品组合还包括其他用于扩展试仪中。 描期间校正动态效应。观察结果表明，大约 栅格电阻测量的附加系统 (GR)。我们的栅 25 ms 的扫描时间就足以对所测设备的正 格电阻工具可以测量母线之间的金属化电从客户的角度来看，拥有成本当然需要放在 确功率作出非常准确的评价。 阻，从而实现对太阳能电池金属化质量的高度优先的地位来考虑。我们投入大量资 监测、表征和改进。源，不断改进我们系统的运行成本。闪光管 此外，这种方法具有自洽性，与电池技术无作为消耗品，毫无疑问是主要的成本驱动 关，使用时无需更改任何评价参数。因此它 另一个工艺控制升级系统是我们的光谱响因素。我们成功做到在大幅降低其成本的 不需要进一步培训，排除了发生操作错误 应测量工具 (SR)。该系统可以测量太阳能同时延长其使用寿命。 的可能性。 电池在一个较短波长和一个较长波长下的 光谱响应，从而区分太阳能电池的正面和此外，我们的生产和实验室测试仪之间不 PES：您之前提到贵公司的 IV 测试仪具有 背面损失。利用 LED 阵列，先后用短紫外存在任何区别。它们基本上是完全相同的。 一系列可集成的测量功能。能否详细介绍 和短红外闪光灯照射被测太阳能电池。分对于我们的工业客户，这意味着他们为生 一下？ 别记下两个波长对应的短路电流。由于紫产购置了最高标准的实验室测试设备。 外光的吸收波长较低，因此该波长范围的 MM：过去几年中，我们特别关注其他测量 短路电流和光谱响应是由太阳能电池正面最后，我们非常重视客户的要求。h.a.l.m. 功能与我们 IV 测试仪的集成。电致发光 区域的性质决定。与此相反，红外光的光谱可以为客户提供定制开发。有时这还会带 (EL) 是其中需求最多的功能之一。h.a.l.m. 响应则是由电池体和背面的性质决定。与动新市场化产品的开发，随后我们会面向 已经有针对多种技术（单层和多层）的现场 一些竞争对手使用的宽带解决方案相比，整个行业提供这些产品。最初一个客户的 运行 EL 系统，客户反馈良好。 我们的窄带 LED 工具可以更加精确地测定特殊要求，有一天可能就会成为惠及整个 光谱响应。光伏行业的产品。 高速电致发光系统可以实现对太阳能电池 的联机检验，以便监测电池生产流程，改进 除了这些可选硬件之外，我们还提供了多种PES：目前高效电池和测量解决方案备受 产品质量。结合我们的自动缺陷检测软件 软件解决方案，以便进一步表征太阳能电关注，这为 h.a.l.m 带来了怎样的挑战？ 功能 cetisPV-EL-eval，可以提升产品质量， 池的电性性能。我们的双二极管分析功能 即在工艺流程问题影响到太阳能电池的电 (2 diode-fit) 可以参照双二极管模型确定MM：近年来，高效硅太阳能电池非常热 性性能之前及早识别，或是分拣出有问题 被测太阳能电池的 I01 和 I02。将测得的门。除了背接触 n 型电池和异质结技术，标 的电池。 VOC、FF、RSer 和 RSh 作为输入参数，通准 n 型和 p 型硅太阳能电池的改进也使这 过分析程序可确定暗饱和电流。该算法可些高容量设备的数量进一步增加。这些电 类似的目视检查功能 (IR) 是用红外成像系 确定双二极管模型的参数，从而确保精确池类型的测量很有挑战性，特别是在测量 统检测太阳能电池热点。它可以检查太阳 描述太阳能电池的最大功率点。时间短、产量要求高的生产中。 能电池上的局部集中分流（热点），该缺陷 可能导致太阳能模块局部过热。通过采用 SunsVoc 测定是另一个软件功能，可以在为此，h.a.l.m. 引进先进的磁滞功能，结合 热模型，可以对临界操作条件下的模块温 任何 h.a.l.m.IV 系统中实施。这种测量方了稍长的闪光时间与独特的评价方法。这 度进行预测。 法可以记录 IV 曲线，并且在很大程度上不种功能采用二阶校正程序，基于太阳能电 www.pessolar.com 25
专家意见 受电池串联电阻的影响。要跟踪 SunsVoc 能模块，这令我非常高兴满足。想到能够帮 MM：正如我们从过去几个月产品价格的急 曲线，需改变辐射强度并在每个辐射强度 助克服对化石燃料和核能的依赖则是我深 剧下跌之中能看到的，光伏行业正在朝着下 级别下测量 Voc。这样测量的结果不受串 层满足感的来源。我们将继续为更好的未 一个供过于求的周期演进。在我们看来，这 联电阻影响，可用于确定现有基板材料和 来而不懈奋斗。 会导致下一个制造商和新光伏技术的整合 电池设计能够达到的 Pmpp 和填充系数的 阶段。因此，我们的核心目标是在这样一个 最大值。 PES：那么，您当前的最大挑战有哪些？ 动荡不定的市场中维持稳定的经济增长。 PES：贵公司会为技术人员和客户提供定 MM：光伏行业还是一个年轻的行业。我们 从长远角度看，h.a.l.m. 相信光伏发电会持 期培训吗？ 的日常业务难免还会有些起伏。我们会做 续增长，因为光伏已经成为全世界最具成 好充分准备，节约开支。 本效益的能源之一。 MM：这对于 h.a.l.m. 极其重要。我们对客 户进行定期和重复的培训，以确保我们的 我们有许多客户扩展到新的国家和市场，这 www.halm.de 设备得到充分利用。除了客户，我们还投入 就要求我们也拓展自己的全球服务网络。 大量资源对工程师进行培训。因为开发新 功能是一个持续的过程，所以我们需要不 PES：您认为贵公司以及整个太阳能行业 断对我们的人员开展培训。我们深知，只有 在 2017 年的发展前景如何？ 合格的操作人员和工程师才能成功地做好 本职工作。 我们的成功根植于我们对解决方案的投 入。对于 h.a.l.m. 而言，仅仅销售硬件根本 不是办法。我们希望能结合专业知识，尽可 能最好地使用和操作我们的高品质系统， 以便我们的客户和他们的产品从中受益。 PES：从地理位置上讲，h.a.l.m. 的主要市 场在哪里？是否计划向其他地区拓展？ MM：主要市场当然是亚洲，重点在中国、 台湾和韩国。东南亚也是我们高度关注的 地区。我们注意到印度的需求正在增长， 世界各地都越来越关注我们的产品。我们 密切关注新兴市场，也会定期评估新的可 能性。 PES：贵公司从事太阳能行业多年，在此期 间，见证了哪些重大变化？ MM：在光伏行业诞生初期，h.a.l.m. 的 客户主要是德国公司。第一次重大发展 源于欧洲制造商客户数量的增长，如 SCHOTT、Bosch 和 SolarWorld 等。接下 来的一次影响深远的变化是产能向中国的 转移。目前，我们正面临新市场的崛起，尤 其是东南亚和印度，同时生产也向这些地 方转移。 PES：目前，您对该行业的哪个方面最满 意？ MM：由于过去几年间成本显著降低，光伏 发电装置产生的电力已经成为清洁可再生 能源的一个主要来源。现在很明显的是，不 久的将来光伏必定会在全球能源供应中发 挥重要作用。这一事实不仅有生态方面的 原因，也有实际经济优势的支撑。同时还要 考虑到，光伏行业在全球范围内目前仍处于 起步阶段，在未来几十年有着巨大的可持 续发展前景。 就个人角度而言，我在德国生活，无论到哪 里都能看到屋顶上安装着数量庞大的太阳26
专家意见www.pessolar.com 27
专家意见 晶科能源董事长 李仙德采访 PES：晶科能源在2016年第一季度出货量 发方面的成果，使量产组件效率不断取得 达到1.6吉瓦，超越天合的1.4吉瓦成为全 突破，进一步降低每瓦成本。如此一来，晶 球最大组件制造商。作为晶科能源来说， 科才能在产能、质量和成本中找到平衡点， 此次里程碑的意义在哪？ 为客户按时、按质提供组件，降低不合格率 和客户投诉率。 这是晶科能源第一次季度财报中组件出货 量和营业额达到全球第一，这是由晶科高 PES：晶科能源的高度垂直一体化产线对 效产品、先进技术、可靠的质量、生产链完 于其低成本生产所起到的作用？ 整、全球均匀布局以及积极部署全球新兴 市场多方面因素达到的。这也展示出了晶科 作为全球少数真正拥有垂直一体化生产线 能源凭借其产品的可靠性以及品牌的知名 的组件制造商，晶科能源成立伊始是家硅 度渐渐成为全球市场都认可的企业。 料硅锭制造商，对于成本控制和组件质量 把控有着很全面的理解。正因如此，晶科 PES：彭博新能源的首席太阳能分析师 能源有着成本方面的优势，并且在硅锭和 Jenny Chase在Twitter中提到，全球第一 电池片原材料供应紧张的时期能够从容度 是个不吉利的头衔。鉴于尚德曾经成为全 过。 球出货量最大的光伏企业，但是在后期的 发展中困难接踵而至。您觉得晶科能源为 PES：晶科能源还有其他方面的优势吗？ 什么不同？ 晶科能源的高度垂直一体化使其能把控每 自成立以来，重视运营绩效，追求业绩和 个环节的质量，从而保证产品的高度稳定 盈利水平同步增长是管理层的首要任务。 性、按时交货能力以及客户的低投诉率。 晶科一直维持行业第一利润率，2011年 是全行业唯一一家保持全年盈利的光伏 与此同时，晶科电力在中国已经拥有超过 企业，2013年2季度，又是第一家恢复盈 1吉瓦的自持电站，并于近期在墨西哥签署 利，2016年第一季度晶科能源在组件出货 了其首个188兆瓦海外最大电站开发项目 量、营业额、净利润、毛利率均取得了全球 协议，充分突出了晶科能源在组件销售、电 第一的“四赢”佳绩。 站开发方面的业务多样性以及所取得的突 出成绩。 PES：晶科能源一季度内部生产能本为 每瓦0.39美分，到了年底更将会有另外 另外，晶科能源着眼全球均匀布局，率先开 5%-8%的下降。如此低的成本是如何做 拓新兴市场，目前已在南非、智利、巴西、墨 到的？ 西哥等国家拥有着最大的市场份额，充分 表明了晶科将成为行业内最稳定的企业，对 晶科能源拥有着最成功的垂直一体话生产 于市场和政策变化的应对能力最强。 链。实现高度垂直一体化是最早的，对每个 环节都有高度管控能力，从而造就了成本 PES：在产品方面，请您描述一下晶科智能 和品质的优势。 系列组件？ 同时晶科能源在其生产端的严格把控，不 晶科能源目前在市场上推出多款智能组 断探索优化生产工序，使其成为行业内最 件系列，包括Maxim，Tigo和SolarEdge，为 具自动化生产力的企业之一。加上技术研 客户提供更具性价比和更高投资回报的方 案。28
专家意见比如晶科Maxim系列组件，用于内置智能优 是的，晶科运用了Eagle Plus系列技术以及 晶科是Vivint Solar最大的供应商，后者主化器，为组件带来子串级功率优化，最组件 黑晶硅电池片技术等。 要销售给Sunrun租赁客户，目前并没有销带来最大输出功率的同时进一步降低了客 售给SolarCity，但是正在与SolarCity积极商户的投资成本。 PES：在一季度电话会议中，公司对于扩张 谈合作的可能性。 计划非常谨慎，那意味着什么？晶科能源是行业内首先开通分布式光伏渠 作为全球最受信赖的光伏电站品牌，我们道的企业之一。2015年，在晶科能源进入 部门产能的扩张将依赖于代工。 坚信在近期将会与更多主流分布式光伏开澳大利亚市场仅仅两年的时间内，凭借了其 发商达成合作协议。智能组件的优势，取得了分布式市场市占率 PES：为什么晶科采取谨慎的扩张策略？第一的好成绩。同时，晶科能源在英国、美 PES：美国市场会不会从太阳能租赁转向国和日本同样取得了骄人的成绩。 目前公司的扩张遵循稳定健康发展，而不 太阳能贷款，从而影响到晶科在市场中的 是强势地进行高风险投资。 策略？PES：晶科Eagle系列电池片效率达到了20.13%，在年底更是将达到20.5%？我记 PES：转到市场方面，在2015年，晶科能源 太阳能租赁对于家庭业主来说是一个很好得曾经晶科曾说“高效率只是噱头”，为什 向全球超过55个国家销售组件，您能给我 的选择，即使很多人倾向于真正拥有太阳能么现在晶科的Eagle高效系列仍然在不停 提供个最新的数据吗？ 系统。总体来说，贷款正被更多人所接受，突破追求更高效率呢？ 但是每个州的情况不同。 全球超过70多个国家。晶科能源始终在研发方面投入大量资金，在 晶科目前被大部分主流租赁商认可，与此同多晶硅技术方面始终处于行业领先地位。晶 PES：对于晶科来说主要的市场有哪些？ 时与GreenSky达成了合作协议，将为安装科能源是第一家实现量产多晶电池片效率突 晶科组件的客户提供贷款服务。晶科能源破20%的企业，其最新的RIE+PERC黑晶硅 中国、美国、拉美、中东和非洲、印度、东南 是唯一一家签订此类协议的中国领先光伏技术更是在刷新世界最高效的同时降低了 亚、日本和澳大利亚等等。 企业，这将让客户最终得益，获得一般市场生产成本。这将我们的客户带来更大的利益 上无法得到的更具竞争力的价格。并且有助于进一步降低太阳能发电成本。 PES：美国ITC的延期缓解了年底前抢装 热，从而进入了一个更加长期稳定的发展 PES：2016年下半年中国光伏市场将迎来PES：您能告诉我们晶科能源在东南亚生 趋势。对于晶科来说对于2016年的美国市 大幅降温，晶科能源对于该市场有着怎样产基地的近况以及未来的计划吗？ 场的期待是什么？ 的预期？目前晶科能源位于马来西亚生产基地年产 由于ITC，美国市场将在2016年达到两位数 中国市场开放了18.1吉瓦大型电站装机量500兆瓦电池片和500兆瓦组件，今年年底 吉瓦的装机量，并且在接下来的几年中保持 需求，标志了中国仍将维持着全球第一的可能非常谨慎地进行进一步的扩张。 发展趋势。一些2017年后签署的购电协议 装机量大国。市场需求仍然旺盛，只是游戏 将被推迟到下一年，鉴于目前装机计划已 规则的改变将促使大型电站向分布式电站PES：2016年晶科东南亚工厂将为美国市 经非常紧凑。家庭和工商业分布式市场将 的转移。场提供什么样的组件型号以及出货量将是 继续保持增长势头，综上所述，2016年的多少？ 美国市场将是非常令人期待的。 PES：这将对组件的价格产生什么样的影 响？马来西亚工厂绝大多数产能将供给美国市 晶科能源在美国地面电站领域的市占率达场，主要产品为60和72片多晶组件。 到第一，并且不断开拓家庭和工商业分布 市场竞争将会更加激烈，促使着短期内价 式市场，预期在全年的出货量将达到约2 格的波动。PES：当初设计工厂时，晶科有没有借机运 吉瓦。用更加先进的电池片和组件技术，如是，请列举？ PES：晶科能源目前和美国主要的光伏租 赁商的合作模式是什么，例如SolarCity, Sunrun和Vivint Solar? www.pessolar.com 29
PES 独家报导 并非所有的光伏焊 带都有一样的品质 当谈到选择光伏组件的零部件时候，很容易纠结于最低的前期成本解决方案。毕竟通过采购 成本最低的零部件来降低太阳能光伏（PV）组件的前期成本似乎是显而易见的。然而，着眼于 项目的长期回报而不只是短期投资获利可能最终会获得更好的收益。 市场上充斥着低成本太阳能组件，这提供 素将降低回报率。因此，认识到每个配件在 结构均匀 了较低的前期成本。然而，这些较低成本 整个太阳能组件生命周期中所体现的价值 氧化物和孔隙在铜线中导致金相结构不均 的所谓优势由于维护的投入，性能表现不 很重要。 匀而成形性下降，影响最终产品质量。与含 佳，光能转化率的降损甚至停止产电等因 氧铜如Cu-ETP相反，OF-OK无氧铜在金相 对光伏焊带成本的考虑 结构中无孔隙，无氧化夹杂物。OF-OK无氧 铜具有不带任何杂质的单相结构从而非常 与太阳能电池组件的其他配件相比，光伏 均匀，而含氧铜Cu-ETP包含铜和氧化铜。 焊带的成本是相对小的。再考虑一下光伏 导电率 组件25年行业标准质保期和生命周期的预 一般金属具有高导电率是因为含有金属键 期，你真的要为了降低成本而削减处于光 和大量的自由电子。在金属中，铜由于其电 伏组件核心地位的太阳能焊带的品质吗？除 子组态,导电性非常高。诺而达无氧铜的纯 了太阳能光伏发电系统的长期性能方面的 度保证了最佳和最一致的导电率。 考虑，光伏组件制造商也应考虑与他们所 选择的配件相关的生产成本。报废，设备停 图1-OF-OK无氧铜和Cu-ETP含氧铜导电率的分布 机时间，低产出率这些都是使用劣质焊带 而可能招致的经济损失。 无氧铜在光伏焊带制造中的优势 无氧（OF-OK）铜是指该材料仅包含微量的 氧而不含任何脱氧剂。 Luvata公司生产的 光伏焊带品牌Sunwire®提供使用于太阳能 电池板的互联条和汇流带。在诺而达任何 无氧铜的铸造都是在严格控制和最佳条件 下进行的，这确保了最终产品在机械变化 和化学特性上保持高度一致性，无氧铜在 生产过程中和组件应用中在整个生命周期 中始终表现稳定。30
PES 独家报导良好的可成形性铜具有优秀成形性的原因是它的网格结构。原子间仅被极少量杂质填充使得OF-OK无氧铜的可变形性达到99%。相比含氧铜，单相的无氧铜不存在任何破坏结构的因素，因此其可成形性是非常好的。 图3 - OF-OK（左）无氧铜和ETP（右）含氧铜经含 氢的热处理后所产生的微观结构。可以看出ETP 含氧铜材料发生严重脆化 图2 - OF-OK无氧铜区ETP含氧铜断面区域的比较 工艺中减少银浆的使用量。一种方法是增 有关详细信息，请联系如下: 加电池片上互联条的数目，用相对便宜的延展率和柔软度 铜来替代银进行传导。这种方法不仅成本 蒋成 较低，还能提升太阳能电池的效率。 销售总监光伏焊带的制造过程中将OF-OK无氧铜的 诺而达(苏州)金属制品有限公司优势充分体现，使其延展率和柔软度完美 除了较低的材料成本，较窄的副栅对电池片 Tel: +86 512 62851021的结合在同一焊带上。卓越的机械性能使 的遮蔽也更少，减少了光损耗。通常副栅的得用最佳工艺参数来控制的制造过程成为 宽度为90-120微米，面积大约占电池板面 关于诺而达可能。 积的6-7％。新的先进的印刷方法能使银副 栅的宽度减半，同时保持厚度。这能为电池 诺而达是金属制造解决方案及相关疲劳强度 板增加3-4％的有效面积，使更多的光被转 工程服务的全球领导者。诺而达的解 换为电能。当母线数量从三栅增加到六栅， 决方案运用于可再生能源，发电，汽光伏焊带必须承受来自每天的温度变化引 减小的副栅横截面积也不会造成额外的电 车，医疗，空调，工业制冷和消费品等起的循环荷载。无氧Sunwire光伏焊带的疲 损失。另外，六栅母线的总宽度与三栅保持 工业中。诺而达的持续成功归功于其劳强度经坦佩雷理工大学研究测试，测试 相同，增加的电池板面积直接获得更高的 长久的历史，卓越的技术和建立超越结果表明其导电率在超过30年的预期生命 能量输出。 金属的合作伙伴关系战略。诺而达的周期中保持稳定不变。该Sunwire光伏焊带 6400名员工遍布于18个国家，诺而达在试验中承受了相当于超过100年的循环 以不增加光损耗为前提在电池板上增加母 与太阳能世界公司，西门子，丰田，欧荷载而没有损伤。 线的数量，需要使用较窄的母线。四栅母线 洲核子研究中心和开利等都是合作伙 设计宽度在1.0-1.2毫米的范围内，六栅母 伴关系。诺而达公司由北欧第五投资耐氢脆 线设计宽度在0.6-0.8毫米的范围内。然而 基金和第六投资基金拥有。 理想的宽度应该正好相当于母线焊带下方氢脆是由材料中的氧和从还原性气体中传 银主栅线的宽度。使用比银主栅线更宽的 的发展入的氢之间产生的反应所引起的。在升高 母线焊带会导致对电池板的额外遮蔽，但的温度下该反应产生水蒸汽凝结在晶粒间 比银主栅线更窄的母线焊带也不会带来任 Sunwire的发展旅程从我们起步到满界，并导致脆化。SunwireOF-OK无氧铜的 何光学优势。将母线焊带整齐焊接在1毫米 足平价电网发展甚至超越这一目标。含氧量非常之低，从而能够抵御氢脆 卡槽中或者焊接宽度仅为0.6毫米的母线 从用一个产品帮助太阳能光伏电池 不是一件容易的事。 板自动化大规模生产成为可能，到成选择光伏焊带的其他注意事项 为当今市场上能找到的最平最直最柔 毫无疑问，组件制造商的需求和要求发生 软以及最窄的光伏焊带。 Sunwire的在过去的几年里光伏组件制造商已经开始 了变化，而光伏焊带制造商必须跟上时代 持续发展推动光伏焊带产业整体的将母线从三栅升级到四栅，五栅或六栅，因 的步伐。在过去的几年里，Luvata公司的 显著飞跃此选择什么样的光伏焊带显得尤为重要。 光伏焊带品牌Sunwire不断改进以应对挑 战，Sunwire是当今最平最直最柔软以及是 www.pessolar.com 31晶硅太阳能电池串联的方式在经济和技术 能找到的最窄的光伏焊带。毕竟并非所有的优化上仍然有很大的潜力。由于银的价 的光伏焊带都有一样的品质。格不断攀升，目前的发展重心是在金属化
智囊团 PERC：测量光伏批量 生产的未来 撰稿人：Ir.S.J.M.Roest，Ir.W.A.Nawara 和 H. B. Serreze 博士Eternal Sun 集团，荷兰海 牙 - Spire Solar 公司，美国马萨诸塞州 Tyngsborough32
智囊团太 阳 能 行 业 的 追 求是，以尽可能 最 低 的 制 造 成 本 实现 尽可能最高的模块输出。钝化发射极背面接触 (PERC) 技术在这两方面都表现优异，因此有望成为未来批量生产的主角。但是，与传统模块相比，测量 PERC 式模块的输出的方法却不尽相同。PERC：主导未来的光伏技术 正面钝化层（发射极）和背面钝化层（背面 接触）可减少光生电子的重新结合。如此，众所周知，全球 PERC 产能正在不断扩大， 可最大限度提高穿越接点的电场梯度，进并将继续保持这一趋势（图 1）。PERC 太 而确保更加稳定的电子流和更高的效率水阳能电池效率的提高幅度，一般比目前最 平。此外，介电背层可将透过电池的光线再高的多晶硅太阳能电池 20% 的效率高出 反射到电池中。这些波长更大的光子可再大约 1% 的绝对值（相对值提升 5%）。此 次产生电子空穴对，也能起到提高效率的外，对于太阳能电池制造商而言，将附加工 效果。另外，这些反射的光子不会被金属背序整合到现有生产工艺之中，相对比较容 面接触层吸收，在工作温度下发热更少、效易，代价也较低。 率更高。PERC 的效率为什么较高？ 测量的重要性钝化发射极背面接触 (PERC) 技术在电 对 PERC 模块进行正确测量是在国际上池正面和背面分别增加了一个钝化层和一 达成性能特性和可靠性协议的关键环节。个介电钝化层（如图 2 中红色层和深蓝色 要在制造过程中实施成本效益较高的质层所示），从而提高了转换效率。钝化层 量控制，就需要对 PERC 模块进行高效测和附加的背表面场层存在多种不同配置， 量。这些测量大多是采用太阳能模拟器进由此产生了钝化发射极背面局部扩散电 行的，这种模拟器能实现可控的室内测试池 (PERL) 和钝化发射极背面全扩散电池 条件。太阳能模拟器有不同的类型和不同(PERT) 等一系列技术。100%80% Si-TC BC60% HJT PERC40% BSF20%0% 2016 2018 2020 2023 2026 2015图 1：不同电池技术全球市场份额预测 [1]。包括：硅基串叠型电池 (Si-TC)、背面接触 (BC)、异质结技术 (HJT)、PERC（及 PERL/PERT）和铝背表面场 (BSF)。 www.pessolar.com 33
智囊团 的分类，每一种模拟器都有各自的优点和 正面接触网格 缺点。 正面各层（钝化、抗反射） n+ 硅发射极 Eternal Sun 集团及其子公司 Spire Solar p 型硅基底 在业内确定了使用模拟光线进行 PERC 测 背面介电钝化层 试的三大挑战： 局部背表面场 背面接触层 1)钝 化层导致的光谱响应度扩展对模拟光 线的光谱范围设定了要求。 图 2：显示各个层的 PERL 型模块的横截面示意图。 2)更 高的电池开路电压导致的电容效应增 100 强对进行正确 IV 曲线测量的扫描时间和 脉冲持续时间设定了要求。 80 3)p 型 PERC 模块中掺硼浓度提高导致的 IQE (%) 60 光致衰退要求采用有效的稳定化工序 40 1) PERC 需要 A 300 – 1200NM 光谱范 围匹配其响应度 20 正面和背面增强钝化，再加上背面反射，使 0 600 900 1200 PERC 太阳能电池对更小波长（紫色或“蓝 300 色”光线）和更大波长（近红外光线）产生 更高的响应度。如图 3 所示。 波长 (nm) 要正确测量 PERC 模块的性能，模拟光线 PERC 传统 就应该覆盖 300 至 1200nm 之间而非仅 仅是 400 至 1100nm 之间的波长，后者 图 3：PERC 电池与传统硅电池的内部量子效率 (IQE) 对比 [2] 是 IEC-60904-9 太阳能模拟器要求规范 中规定的范围。如此，可以获得对实际性能 ΔPmax (W) 1 的更好的表示，进而能够测量更高的最大 Isc - Voc 功率。 0 使用模拟器在有限光谱范围内进行测量的 替代方法也是存在的。最直接的方法是， -1 依照 IEC 60904-7 规范，根据 AM1.5 和 模拟器光谱以及参比电池和 PERC 模块的 -2 光谱响应度，计算出光谱不合致度因子。其 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 他方法涉及到对模拟器进行校准。这种校 准既可以根据具有与被测试 PERC 相同的 10ms 扫描时间（毫秒） 光谱响应度的参比模块进行，也可以根据 常用 具有要求的光谱范围的另一个模拟器进行。 但是，以上所有方法都包含额外程序，因此 图 4：在一个 Spire SLP 太阳模拟器上的一个通用 PERC 模块的一次扫描时间序列测量中所测量的作为扫描时 会导致操作更繁琐、不确定性更高。 间的函数的 PMAX 的增大情况。 2) PERC 需要一个长脉冲补偿其电容效 应 光生载流子重新结合的减少会导致电场梯 度增大，进而导致开路电压 (VOC) 提高。 在 IV 曲线测量的电压扫描过程中，VOC 越高，电荷积累（电容）越大。这会导致 IV 曲线失真和最大功率 (PMAX) 测量值错 误。VOC 的提高或扫描时间的缩短都会导 致电容效应放大。对于电容型 PERC 模 块，扫描时间对 PMAX 的影响如图 4 所 示。 可以采用一条经验法则确定某种特定电34
智囊团池技术所需的扫描时间：电池 VOC 每增 100加 18mV，过剩载流子浓度大约提高一倍，所需扫描时间也增加一倍 [3]。鉴于这种 归一化最大功率 (%) 96672mV PERC 模块所需扫描时间为 40 毫秒，690mV PERC 所需扫描时间应为 80 92毫秒。 88要正确测量 PERC 模块的性能，相对于VOC 的扫描时间以及闪光脉冲持续时间都 84 5 10 15 20应该足够长。最好使用单一长脉冲闪光，因 0 衰退时间（天）为在用户控制下，这可实现快速、简单、稳健的测量。 处理后 PERC 电池 未处理 PERC 电池其他一些替代方法也能处理电容效应，但 图 5：经过和不经过再生处理的 PERC 电池的光致衰退 (LID) [4]。与单一长脉冲相比，它们存在一些缺点。对通过向前和向后扫描所测得的 IV 曲线求 三个连续功率测量值相互之间误差不超过 程序。另外，只采用一台设备而非各种单独取平均值时会出错，因为向前和向后实测曲 1%，则视为模块达到稳定，如图 6 所示。 的装置，在操作和成本方面也具有优势。线不对称，形状不同。电压阶跃方法需要额外的电子和软件校正，导致用户控制能力 对于使用单独的光浸润器和闪光器的装 结论下降、测量不确定性增大。脉冲式多次闪光 置，实现 1% 门槛值的难度较大。对模块方法较为准确，但耗时过长，会导致灯具加 进行搬运和移动也会带来不确定性和数值 本文确定了使用太阳能模拟器进行 PERC速老化。稳态模拟方法可提供充裕的扫描 波动。一次全面的 IEC 61215 鉴定涉及到 测试的三大挑战。我们解释了这些挑战的时间和较好的准确性，但更适用于实验室 至少 18 项稳定化程序，因此，在不同装置 根源，并通过探讨现有各种测量方法的优研发应用。 之间需要移动 72 次。如果在经过两次光浸 缺点提出了解决方案。 润时间间隔之后模块仍未能达到稳定化，3) PERC 需要高效的功率监测稳定性 这个数量还会更多。 1) 钝化层导致的光谱响应度增加要求采用 范围为 300 至 1200nm 的扩展模拟器光致衰退 (LID) 是光照下形成硼氧络合物 最佳的稳定化程序应该是，通过一个装置同 光谱。这要大于 IEC-60904-9 规范中对导致的。这些络合物导致光生载流子重新 时完成稳态光浸润和 IV 性能监测。如此，可 太阳能模拟器要求所规定的范围。结合，进而导致效率和最大功率 (PMAX) 最大程度减少模块搬运和移动所导致的不的降低。还有一些再生方法，但只是产生 确定性和误差。此外，测试时间也会极大缩 2) 与常用闪光持续时间相比，更高的电池开部分相反的效果，如图 5 所示。由于 p 型 短，因为不需要进行模块移动，还因为可在 路电压导致的电容效应增强需要更长的PERC 一般含有更高浓度的硼，这种效果 稳定化期间进行监测，确保在正确时刻停止 扫描时间和脉冲宽度。最好使用单一长脉比较显著。要获得可靠的性能表征，持续阳 冲闪光，因为该方法稳健、直接、快速。光下的稳定性是必要条件。2016 年 5 月颁布的新的 IEC 61215 规范中纳入了稳定化方法，用于 c-Si 光伏模块鉴定。该稳定化新规范进一步提高了 LID测试的难度。其中要求以 5kWh/m2 光浸润时间间隔进行至少三次功率测量。如果 www.pessolar.com 35
智囊团 <1% 认识到对 PERC 模块进行适当测试的以 参考文献 上需要，Eternal Sun 集团开发了两种针对 > 5kWh/m2 > 5kWh/m2 PERC 模块技术的专用太阳能模拟器： [1] Trube et. al., “International Technology Roadmap for Photovoltaic 图 6：在 5kWh/m2 光浸润时间间隔下，如果三个连续 1.今年推出的 Spire 5100SLP BLUE。这种 (ITRPV) 2015 results”, Seventh Edition, 功率测量值相互之间误差不超过 1%，则视为模块达 太阳模拟器是在长期运用 SLP 模拟器技术 March 2016. 到稳定。 进行批量生产的基础上专门为在线 PERC 模块测试设计而成。该产品具有宽光谱范 [2] Zhang et al., “335-W World-record p-type 3)新 颁布生效的稳定化规范能正确处理 围、单一长脉冲、优越可靠性和低拥有成 monocrystalline module”, IEEE journal of PERC 模块中的光致衰退效应。对于 本等特性，各方面经过优化，非常适合此 photovoltaics, Vol. 6, No. 1, 2016 鉴定程序等实验室测试，最好使用一 类应用。 个稳态模拟器同时进行光浸润和功率 [3] Sinton et al., “Quasi steady-state 表征。 2.Eternal Sun 大面积稳态太阳能模拟器 photoconductance, a new (LASS)。这种多用途 AAA 精度稳态模拟器 method for solar cell material and device 对设备的影响 最近刚完成软件功能更新，适用于 PERC characterization”, Applied Physics 模块的自动稳定化测试。此装置在光浸润 Letters, Vol. 69, 2510-2512, 1996 期间可达到 AAA 精度并实现连续 IV 表 征，可根据新版 IEC 61215 规范要求实现 [4] F ischbeck, “PERCs for all solar cell 最具时间和成本效率的稳定化。 manufacturers”, PV Magazine, Issue 09, 2015 型号 在线质量控制 实验室稳定化 关于 STEFAN ROEST 类型 IEC 60904 类 5011 BLUE LA150200 Stefan Roest 现任 Eternal Sun 集 脉冲宽度范围 单一长脉冲 稳态 团首席技术官，获代尔夫特理工大学 光谱范围 A+ A+ A+ AAA 可持续能源技术专业硕士学位。2006 周期时间 10 - 100 毫秒 年，Stefan 成为 Nuon Solar 赛车团 300 - 1200 nm 1800 小时 队负责人。在他领导下，这个 12 人 400 - 1200 nm 的学生团队完成了 Nuna 4 太阳能 20 秒 汽车的设计、建造、测试和比赛，并荣 不适用 获 2007 年世界太阳能汽车挑战赛冠 军。毕业时，他开发和测试了一款新 型混合式太阳能聚集器。为了测试该 设备，Stefan Roest 设计了一种稳态 太阳能模拟器，并引起巨大的关注。 他由此产生了创业的思想火花，并于 2011 年成立了 Eternal Sun 公司。 经过 5 年不懈努力，他和他的团队 将这家荷兰创业公司发展成为一家全 球性企业。2016 年收购 Spire Solar 公司后，Stefan Roest 及其团队创造 了一个太阳能测试巨头。36
智囊团www.pessolar.com 37
专家意见 氬氣回收降低了矽晶片製造商 的成本 在生產太陽能電池和微電子元件矽晶片的 產每片矽晶片的氬氣成本降低十倍)只會越 製造過程中，高純度氬氣（優於99.999％） 來越有吸引力。總部設在台灣的一家矽晶片 被用來將製造過程中所產生的雜質控制在 製造商使用了5台GR2L的ArgonØ，連接到 可接受的水平。太陽能產業的發展趨勢是 工廠的40台長晶爐，他們每個月已經省下 盡可能將吹掃的氬氣流量減至最小，以降 超過55噸的氬氣。 低每片矽晶片的製作成本;然而，這造成矽 晶片的純度降低，並導致太陽能電池的性 氬氣回收的策略 能降低。在製作用于微電子元件的高純度 矽晶片的過程中，氬氣的使用量通常都比 一般典型的生產廠會有好幾十台的長晶爐 太陽能光伏方面的應用多兩到三倍。 (如圖1)。要回收氬氣，首先，必須先將每個 真空泵從長晶爐所抽(排)出來的氬氣回收， 太陽能光伏市場的新興趨勢，是往更高純 經過純化，再送回各個長晶爐的氬氣供應 度、更高性能和n型矽晶片發展，以使所生 管路中。氬氣回收一般使用兩種系統： 產出來的太陽能電池達到最大的效率。這 將會需要再次增加氬吹掃氣體的流量。並 1.叢 集式回收處理系統，將在附近的幾台 且，高純度氬氣的供應基本上是固定的，根 設備(如10台以內)所排放出來的氣體全部 據“供應和需求”的定律，氬氣價格將會增 導至一台純化設備。 加。對於製造廠商面臨氬氣用量與成本增 加的“雙重打擊”，氬氣回收(可以將實際生 2.集中式回收處理系統，將所有的設備(如 50台以上)所排放出來的氣體全部導至一 台大型的純化設備。38
专家意见 圖 1. CZ長晶爐 照片來自挪威的NorSun公司這兩種方法的優缺點總結於下表1。 是，集中式系統將熔爐剛啟動抽真空(含空 製程中被污染的氣體。在最壞的情況下，其 氣)的排氣與製程中(僅含製程雜質)的排氣 純化能力可以將ppm級的受汙染氣體純化值得注意的是，在微電子工業裡，也面臨 混合。所以，由於其本身的特性，集中式系 至ppb級。在太陽能光伏的應用中，我們需了使用叢集式或集中式洗滌器的類似的問 統需使用額外的純化技術來適當地除去氧題。但因為其靈活性，幾乎所有的製造廠都 氣、氮氣、一氧化碳、氫氣和碳氫化合物;而 要採用不同的方法，因為製程所排出的氬採用叢集式的做法。 叢集式系統並沒有這個問題。 氣雜質含量可高達10,000ppm。大多數的在氣體回收有一個“常識”規則─避免在回 純化技術 氬氣回收系統供應商都採取了類似的化學收純化後的氣體加入額外的氣體(污染)，否則在將回收純化後的氣體送回製程管路 在現今市場上有許多的純化技術可使用， 方式，但是以非常不同的方式實現目的。通前，必須要先將”額外的氣體”移除。不幸的 但大多數都為微電子工業所發展，以純化 常，這需要利用”燃燒”來將一氧化碳和氫氣 分別轉化為二氧化碳和水分，然後通過”吸 附”或”分離”步驟來去除二氧化碳和水分， 而留下高純度氬氣。GR2L製造的叢集式 PoU recycle Centralised recycleFootprint Small - can be co-located with the process Very Large - usually located in a separateInstallation equipment building next to the process facilityRetrofit? Phased install with the process equipment, Single one-off facility wide installation, requiresThe requirement to remove air? no doubling up on gas and exhaust lines doubling up on gas and exhaust linesUse with Oil lubricated pumps?Utilities Yes - Easy to retrofit No - very difficult to retrofit No - exhaust gas from pump-down vented until Yes - exhaust gas from pump-down is mixed air free and then diverted to recycle with the other air free exhaust gases Yes - can be used with both oil lubricated No - can only be used with dry pumps, oil and dry vacuum pumps vapours poison the catalyst Electrical power, compressed air, cooling Electrical power, compressed air, cooling water water, high purity O2 or H2 cryogenics www.pessolar.com 39
专家意见 圖 2. ArgonØ叢集式回收系統 回收系統ArgonØ正是完全採取此方法;它 滿足客戶的氣體純度要求。不幸的是，在貴 GR2L由羅布格蘭特博士成立於2008 採用了獨特的固態化學環路燃燒純化反應 金屬催化燃燒反應器中的催化劑非常容易 年3月，這間公司旨在將化學環路燃 器，以確保回收氣體裡面沒有氧氣。化學環 被油式真空泵中的化合物（例如硫化物）所 燒技術引入氣體純化市場。該技術是 路燃燒反應器通常由層層的金屬/金屬氧化 毒害，因此這樣的系統只適用於乾式真空 與劍橋大學共同開發的。 GR2L是一 物堆疊起來，並周而復始的從氧化狀態（ 泵裝置。雖然目前有傾向使用乾式真空泵 個綠能科技公司，專門在光伏、微電 金屬氧化物MO）到還原狀態（金屬M），再 來對長晶爐抽真空的趨勢，至少有50％以 子與材料加工工業區塊從事吹掃氣體 回到氧化狀態。該過程是強放熱的，是化 上是利用油來潤滑真空泵，所以排除了使用 的回收與純化。 GR2L的主要重點是 學計量的，而不是催化反應。整個過程，就 貴金屬催化燃燒器來做氬氣回收系統的可 在光伏產業，其中氬氣在矽的結晶成 化學角度而言，是等同於氣相氧氣氧化作 能性。ArgonØ 叢集式回收系統 錠期間會大量使用。 用；然而，在氣體純化處理步驟，並沒有引 入任何氣相氧氣。事實上，反應器同時可以 圖2的ArgonØ是英國的氣體回收有限公 GR2L在2010年與英國氣體技術 非常有效率地除去任何可能存在氣流中的 司，GR2L，所設計的回收、純化來自CZ和 集團結盟，並將GR2L的旗艦產品 氧氣。再生載氧體所需的氣態氧來自周遭 DS長晶爐所排出的吹掃氣體，而且這個系 ArgonØ™推向市場。英國氣體技術集 環境的空氣，所以化學環路燃燒這個方法 統既可用於油式真空泵，又可用於乾式真 團與GR2L的高純度氣體裝置在半導 不需要任何額外的氣體供應。 空泵。它利用化學環路燃燒純化技術，與 體和醫療市場有亮眼的成績。 劍橋大學聯合開發，致使此系統的回收率 不可避免的，集中式系統是更複雜的，因為 至少95％，且回收的氬氣純度超過業界預 www.GR2L.co.uk 它們也需要去除長晶爐剛開始啟動時，真 期。 空泵從長晶爐裡抽出的空氣和回收純化過 羅布格蘭特博士是「氣體回收有限公 的氬氣混合之後的氧氣和氮氣。他們還要 該叢集式系統可以連接到多個長晶爐。只 司」的創始人兼執行長。他創立這間 能夠適應總流量的大幅度變化，因為不同 要在每台ArgonØ回收氣體的最大流量小於 公司來實現他跟據與劍橋大學合作 長晶爐會在不同的時間開始它們各自的生 約15標準立方米/小時，您就可以直接對現 的化學環路燃燒的新的氣體純化系 產週期。氧氣和氮氣的濃度變化，可以高達 有的長晶爐進行改裝，可分期改裝，如果 統的想法。羅布以前是愛德華茲真空 10,000ppm，也可低至趨近於零;進氣流量 是安裝全新的長晶爐，亦可將ArgonØ的管 技術部的負責人。在那裡，他負責公 與不純物濃度的變化量大是這類系統要面 路跟長晶爐的管路整合在一起。在台灣的 司的系統工程和光伏業務領域。他開 對的一個問題。因為一般來說，純化系統在 某個地方，一台ArgonØ連接到八個DS長晶 創性的推出了許多新的真空和氣體 穩定的流量和濃度的情況下，效果最好。 爐，基本上，那一台ArgonØ每個月回收約 處理的技術。他擁有英國劍橋大學碩 11噸的氬氣，且回收率優於95％。每月產生 士學位和博士學位，是皇家化學學 一個來自亞洲的製造商，試圖通過測量進 的〜60高性能錠各項參數顯示正常。黃副 會會員，並在劍橋大學工程系兼任研 氣流量和雜質濃度來動態調節氧氣進氣與 總經理說，“與集中式的系統相比，我不得 究員。 貴金屬催化燃燒反應器，使其略低於化學 不說ArgonØ更加小巧、有彈性”，而且“安裝 計量學的結果，來避免該問題─所以，大部 的過程非常簡單，並且對我們的生產計劃 您可以利用 份的一氧化碳和氫氣轉化為二氧化碳和水 幾乎沒有造成任何中斷”。 [email protected]與他聯絡。 分，但並不是全部。不過，回收的氣體確實 保持沒有氧氣的狀態。然後，該混合氣被 總結，GR2L的ArgonØ可令供矽晶片製造商 送入一系列的變壓吸附層以除去殘餘的一 有機會減少高達10倍的氬氣消耗，而且不 氧化碳、氫氣、氮氣、二氧化碳和水。據報 會影響品質。ArgonØ可以對現有設備進行 導，該系統的回收率約在80％，回收氣體的 改裝並幾乎不中斷生產進度，可以被併入新 純度為4N,並可以選配額外的純化步驟來 的設備，亦可分期安裝。它還可以讓每台長 晶爐每年的二氧化碳排放量減少3-5噸。40
专家意见www.pessolar.com 41
区域聚焦 背板材料关键性能分 析科普帖 光伏晶硅组件中的背板作为保护电池片和 完美材料需结合自身优势与独特加工工艺 相对而言，聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜主要 封装材料的直接屏障，对组件的安全性、长 使用吹膜和流延两种成型工艺。这两种成 期可靠性和耐久性起着至关重要的作用。 由双面Tedlar® PVF薄膜组成的TPT背板 型工艺制备的薄膜在纵向有不同程度的 要达到保护的目的，背板需具备良好的机械 (Tedlar®/PET聚酯薄膜/Tedlar®)已经成为 拉伸，但在横向的拉伸都很弱或甚至没有 强度与韧性、耐候性、绝缘、水汽阻隔、耐 了行业标杆，尽管市面上不断有各种山寨品 拉伸，造成薄膜横向机械性能均较差。另 腐蚀和耐风沙磨损等各种平衡的性能。 出现，但无一能超越其优异的产品性能。 外，PVDF自身难以成膜，必须添加其他材 料—30%左右的PMMA（俗称亚克力，固 而实现这些关键性能，与背板材料密不可分。 那么问题来了，为什么是聚氟乙烯(PVF)薄 有脆性很强）作为增塑剂。 添加亚克力之 膜？ 后容易造成PVDF薄膜横向力学性能差的 自20世纪八十年代NASA晶硅组件研究项 缺陷，主要表现为断裂伸长率低，一般低 目完成以来，玻璃前板+EVA+双面Tedlar® 首先，聚氟乙烯(PVF)薄膜采用双向拉伸制 于30%。 PVF薄膜复合背板的经典光伏组件封装结 造工艺，所制备的薄膜在横向和纵向两个 构经过了各类气候条件的实践检验，并被 方向都经过强化，机械性能均衡没有弱点。 为了弥补这个缺陷，个别厂家在配方中添加 沿用至今。其中，特能® (Tedlar®) PVF薄 由于PVF薄膜加工温度和分解温度接近， 弹性体，使得这类PVDF薄膜在力学性能测 膜作为唯一具有30年以上广泛户外实绩验 要求极高的工艺控制，并且投资巨大，这也 试时产生“藕断丝连”般的效果，以达到更 证的背板材料也已被系统开发商、金融保 是目前只有杜邦公司能够生产的主要原因， 高的测试结果，但这样的改性对实际的户 险等投融资机构认可，能够为光伏组件提 从而保证了Tedlar® 薄膜产品质量的可靠 外耐老化性能毫无帮助。另外，由于PVDF 供长期可靠保护，确保投资回报。 性和一致性。 薄膜加工难度和门槛相对较低，每家的工 艺、配方和膜结构也有所差异，导致不同 图1 五种不同PVDF薄膜与两种Tedlar® PVF薄膜在紫外500和1000小时紫外老化测试后的横向断裂伸长率比较（ PVDF薄膜性能参差不齐。但很难从外观或 紫外测试条件：QUVA，1.25W/m2@340nm, 65W/m2 @ 300-400nm, 70oC BPT 一般的成分分析区别不同的PVDF薄膜，因 此监管难度大。 力学性能欠佳容易导致开裂，严重影响组 件安全性 众所周知，力学性能和耐候性是背板用氟 膜最重要的性能，PVDF薄膜具有横向断裂 伸长率低的缺陷，该问题已逐渐在测试和 应用中暴露出来。虽然添加弹性体材料有 助于PVDF薄膜在初始力学性能测试时由 于拉丝效果显示较高的断裂伸长率，但是 在轻微的老化测试后，所有PVDF薄膜横向 断裂伸长率均低于10%，基本失去了高分 子材料应有的韧性，极易开裂。而同样测试 条件下的PVF薄膜力学性能保持良好，仍然 能维持60%以上的保持率(如图1和图2 )。42
区域聚焦PVDF薄膜不仅在紫外和湿热老化测试后 图2 五种不同PVDF薄膜与两种Tedlar® PVF薄膜在湿热老化500和1000小时后的横向断裂伸长率比较（湿热测横向断裂伸长率下降严重，在其他测试如 试条件：85oC, 85%RH）PCT测试或耐温测试后也出现了同样的问题。大量研究文献及报道表明，这些问题与 图3 户外使用4年的PVDF背板外层开裂形貌PVDF薄膜在老化时易产生再结晶有关，导致其力学性能变差。PVDF薄膜的横向脆性导致其在户外存在较高的开裂风险，一旦背板开裂代表绝缘性能失效，很容易引发漏电、电弧、火灾等安全性事故，甚至导致人员与财产的损失。图3是在北美地区户外使用4年的PVDF背板形貌，平均开裂比例约57%，裂纹方向均沿纵向形成。值得关注的是，目前除了在实际案例中发现大量PVDF薄膜背板开裂的现象外，在实验室采用序列老化测试(AcceleratedSequential Test)也已经可以模拟出PVDF薄膜及背板的开裂现象。研究发现，经过序列老化测试后，使用PVDF薄膜背板的小组件和大组件均出现微裂纹，且为纵向开裂，这在过去单一老化的测试中不会发现，然而在实际案例中却已被证实，因此采用适当的序列老化测试能更好地模拟户外老化的反应。耐热、耐风沙、耐化学品，缺一不可作为背板用氟膜，还需要有较好的耐风沙磨损、耐热和耐化学品等性能。据了解，目前耐风沙磨损一般采用落砂试验，测试标准参照ASTM D968(亦即GB/T23988-2009)，测试时需注意沙子使用次数不得超过25次以控制测试误差。以0.25-0.65mm标准砂为例，38微米的PVF薄膜通常需要250L以上才可以落穿，而PVDF薄膜依厚度和工艺不同落砂量大约为100～250L，即便如此，仍好于涂覆型背板常见的50L左右落砂量。再看耐热方面，PVF薄膜的软化温度点为190oC，而PVDF只有150oC左右。对于经常有热斑出现的光伏组件应用来说，PVF薄膜的耐热性能显然更有优势。与此同时，PVDF薄膜在耐化学品测试方面也出现了问题，其在丙酮等溶剂浸泡试验（ASTM D543）中易出现溶胀现象，而PVF薄膜不存在该现象，对各类化学品的抵抗性都很优异。认清含氟量，以实际为准近年来含氟量成为最容易引起争议与讨论的一个环节，有厂家称PVDF含氟量59%，而PVF只有41%。然而，这句话正确理解的 www.pessolar.com 43
区域聚焦 前提是单纯比较100%的PVDF和PVF材料。 图4 使用PVDF背板的小组件（左）和全尺寸组件（右）在序列老化测试（DH1000+UV1000+TC200）后沿纵向开裂 事实上，100%的PVDF不能成膜，市面上在 图5 常见PVDF薄膜和Tedlar® PVF薄膜的水蒸气透过率 （测试条件：ASTM F1249， 红外 售的PVDF薄膜都含有30%左右的亚克力 法；38oC，100%RH） 增塑剂，成膜后的PVDF薄膜含氟量大幅降 低。而以PVF制成的Tedlar®薄膜不含有其 他树脂成分，41%为实际含氟量。FEVE涂 料也存在有易令人误解的说法，声称含氟 量超过70%，但这只是氟树脂自身的含氟 量，不包含非氟的交联树脂部分和其他添 加剂，其实际含氟量低于20%。 水汽阻隔力:PET层才是关键 从背板应用来看，氟膜的水汽阻隔性能对 背板整体的水汽阻隔能力贡献很小。背板 的水汽阻隔主要由PET提供，PET的阻水能 力对背板的WVTR起决定作用。 当然，如果一定要比较氟膜之间的水汽透 过率的话，也有很多实验数据可以参考。图 5是几种常见PVDF薄膜和PVF薄膜的WVTR 值。从图中可以看出，PVDF薄膜WVTR值在 50～110之间，而两款Tedlar® PVF薄膜只 有35～50，显著低于PVDF薄膜。 尽管以氟膜为主的背板已经被行业认可具 有较优异的性能，但是此氟非彼氟，对于 氟膜材料的认识、加工工艺的理解，以及在 背板结构中扮演的关键角色，在行业内仍 有许多误解。通过各项测试方法与户外案 例显示，PVF薄膜具有优异的耐候性、力学 性能、耐热、耐化学品、耐风沙磨损和水汽 阻隔性能，产品一致性和稳定性好。基于特 能®（Tedlar®）PVF薄膜的背板在各种气 候环境下都有超过25年的的实绩验证，而 市面上一些其它背板材料在户外短期内即 出现了明显的开裂、发黄、脱层等老化或失 效现象，甚至产生组件功率加速衰减和安 全隐患。 出现这些隐患的根源在于材料本身，通 过测试及实际案例证明，PVDF薄膜存在 本征横向力学性能差的特点，在紫外、湿 热、PCT或低温老化测试中也发现，其横向 断裂伸长率可降到5%以下，大大提高了光伏 组件在户外使用开裂的风险。 对于光伏投资者来说，清楚了解材料之间 的基本差异，并选择最能保障其项目投资 收益率的材料，才是降低风险的关键。44
区域聚焦www.pessolar.com 45
区域聚焦 OCTOPUS INDEOtec SA 销售及市场总监 Frank Juergens 将与我们分享 关于 OCTOPUS 系统创新正面和背面沉积概念的更多信息…… 背景 2011 年，Indeotec SA 对 PECVD 系统的 面的挑战。实际上，基板下方的空隙相当 这项新应用进行了评估，并开始将一种新 于在等效电路中增加了一个电容，它会影响 由块状晶体硅和薄膜层组成的异质结 的 RF 反应器类型和系统作为一个整体进 RF 电场的整体分布，最终导致基板上的薄 或 IBC 型高效太阳能电池有潜力在未 行开发，随后该产品以“OCTOPUS II”作为 膜变得不均匀。这会使基板中心的沉积速 来的光伏电池市场上赢得巨大份额。目 名称进入市场。关于等离子体条件的优化 率相对边缘降低，从而导致性能显著下降， 前，Panasonic 等行业领导者保持着 HIT 和新反应器类型（镜像反应器），已经开展 因此是高性能 SHJ 太阳能电池生产中不能 电池类型效率的世界纪录：研发方面为 了广泛的研究工作，这种类型的反应器可 接受的。 25.6%，量产则为 22.5%。此外，电池制造 以将 RF 等离子体直接沉积到晶圆正面和 技术有望将成本降至远低于 0.30 美元/ 背面，无需到系统外部翻转晶圆，因此也不 克服这一难题的成功方法是在承载盘一侧 Wp。一项研究调查了异质结电池类型的成 会频繁中断系统真空。这一专利概念已经 增加一个辅助 RF 电极。通过向辅助电极 本降低路线图，预测 SHJ 价格水平为 0.28 成功通过验证和测试。 提供经过适当调整的 RF 功率，可以补偿 美元/Wp，对应的电池效率水平为 24.9%。 间隙中不利的电压降，从而补偿基板上方 下面会通过一些薄膜均匀性实验数据显示 的局部等离子体功率损失。这种补偿可以 标准异质结 (SHJ) 电池类型等对称电池结 确定 SHJ 电池钝化质量的少数载流子寿 让薄膜沉积得和标准板结构一样均匀，甚 构的制造工序非常简单，采用先进技术，工 命和完整的 SHJ 电池数据，并解释反应器 至更好。借助这一功率补偿，可使基板表面 的功能原理。 的层厚均匀度低于 1%。 艺步骤也少。一项关键工艺是在有纹理的 c-Si 基板材料正面和背面沉积多层 a-Si:H 镜像反应器概念 这种 PECVD 镜像反应器的概念验证已经 薄膜，首先钝化 Si 表面，然后通过添加 n 得到成功证明。结果表明，基板中心的沉积 型和 p 型掺杂剂层来形成发射极。现今常 PECVD 镜像反应器可以在基板两面实现超 速率可以通过辅助电极上施加的功率进行 用的 a-Si:H 薄膜沉积方法是 RF 模式下的 均匀沉积，无需翻转基板，中断真空。在传 非常精细的控制（见图 2）。 PECVD。目前行业关于采用 PECVD 反应器 统 PECVD 反应器中，基板直接放置在一块 沉积非晶薄膜的知识基础非常充分，因为 电气接地的金属承载盘上。因此，只能在基 通过施加正确的功率补偿，在 6 英寸 CZ 板的一个面上进行沉积。如果需要在另一 c-Si 晶圆上实现了非常均匀的高质量钝化（ 这种材料过去曾用于商业规模的光伏薄膜 面上沉积，通常必须将基板从真空加工室 图 3b），而没有施加功率时得到的结果则 中取出，通过机械方式翻转。在镜像反应器 非常不均匀（图 3a）。这首先说明，在使用 电池装置制造。但与此矛盾的是，SHJ 装 中，基板悬挂在一个带有开口的承载盘（“ 双面承载盘时，要实现均匀沉积，采用合适 置需要在基板晶圆两面都沉积 a-Si:H，这 双面”承载盘）上，从而可以同时在基板的 的解决方案是绝对必要的。其次，镜像概 对设备供应商带来了操作和成本上的新挑 两个面上进行沉积。如图 1 所示，需要两个 念完美满足了这一需求。太阳能电池前体的 战。此外，这种薄膜非常薄（约 10 nm）， 不同的反应器设计：一个用于从基板上方 少数载流子寿命达到 6 ms 以上，产出的 因此沉积时间极短。这意味着必须格外小 进行沉积（称为“顶部结构”），一个用于从 SHJ 太阳能电池效率最高可达 22%（全面 基板下方进行沉积（称为“底部结构”）。 积 6 英寸电池 CZ c-Si）。这些结果与标准 心，以确保点火之后马上达到正确的等离 反应器中使用普通承载盘和类似材料时得 双面承载盘的使用也增加了薄膜均匀性方 到的结果相当。 子体条件。因此，如果只是对大型基板沉积 的先进 PECVD 反应器技术进行简单调整 以适应 HIT 电池的新参数组合，可能相对 风险较大。46
区域聚焦 顶部结构 (a) 作为表面钝化良好的质量指标，少数载流 子寿命已经过多次试运行验证，结果一致 底部结构 (b) 保持在极高水平。表 1 和图 4 中的示例显 示了在镜像反应器中对一个完整 i-n/i-p 装图 1：PECVD 镜像反应器的原理图，(a) 顶部结构（从基板上方沉积），(b) 底部结构（从基板下方沉积） 置进行的钝化。。基板悬挂在一个带有开口的承载盘上，可以同时从两侧进行沉积。请注意，在底部结构中，晶圆边缘（至少部分）被承载盘覆盖，无法在这些被覆盖的位置上进行沉积。 反应器设计以及对拥有成本结构的影响 对多种系统配置进行评估之后，我们发现 了一种最佳的集群设计，可以充分利用新 镜像反应器概念的优势，并满足高效电池 的沉积要求。面向研发和小规模生产的 OCTOPUS II 系统可以实现晶圆的 PECVD 和 PVD 加工（TCO 层），见图 1。如此就可 以在系统中完成 SHJ 的所有薄膜沉积，不 需要翻转或中断真空。 面向 SHJ 量产的 OCTOPUS III 系统针对 PECVD 沉积工艺进行了全面优化，通量较 高。系统配备有 1 个 LL 输入，1 个 LL输 出，1 个加热室和 6 个（双层）PECVD 反 应器模块 图 2 以下设计特性对系统收益和成本节约有很 大的正面影响： 系统占用空间：相对于混合内联系统，集群 配置大大节省了占用空间（可达 40%）。例 如，一台 80 MW 通量的 OCTOPUS III 系 统占地仅 48 平方米 减少操作和系统调节：在每个给定系统 中，加工时间所占比例应尽可能高，这对于 SHJ 而言较为困难，因为加工时间相对较 短。镜像反应器完全消除了翻转和真空中 断所需时间，见图 5。所有其他晶圆承载盘 的转移距离都较短。每个装载循环会装载 最多 12 个晶圆承载盘。此外，共用抽气和 加热（以及循环结束时的通气）也节约了时 间。所有这些特性都使得加工时间所占比 例超过处理时间。每个循环加工时间所占 比例可达到 75% 以上，相形之下，现有的 先进系统只有 50% 或以下。 虽然 PECVD 耗材不会超过整个 SHJ 电池 生产线 OPEX 成本结构的 6%，但加工系 统必须具备非常高的产量和非常短的停机 时间。OCTOPUS 设计通过显著减少复杂 自动操作装置或避免过度使用运转部件， 确保了出色的产量和运行时间。 www.pessolar.com 47
区域聚焦 0W 10W 20W图 2：功率补偿对沉积速率的影响（厚度测量位置为 Ø10 cm 圆形玻璃基板中心处）。 图 3：镜像反应器生产的 SHJ 太阳能电池前右图为一些对应样品的图片。 体光致发光成像，(a) 无功率补偿，(b) 有适当 功率补偿。晶圆沉积模式 5E14 cm-3 时的 5E15 cm-3 时的 隐开路电压 [mV]镜像 in/ip Tau [ms] Tau [ms] 744 另一个重要因素是集群系统中的反应器冗镜像 in/ip 6.8 3.5 746 余。在某个反应器可能出现故障的情况下， 只需关闭受影响的反应器，其他反应器仍 9.9 4.6 可正常运行。图 3：镜像反应器生产的 SHJ 太阳能电池前体光致发光成像，(a) 无功率补偿，(b) 有适当功 OCTOPUS 系统中的主要工序率补偿。 对于一项由 a-Si:H i-n 和 i-p 层沉积构成 的典型 SHJ 工艺，其工序如图 6 所示。 1 - 将 晶圆承载盘装载到装载锁中。抽至系 统基准真空水平。 2 - 将承载盘加热至 200°C。 3 - 将第一组承载盘连续转移至加工室。 4 - 沉 积 i-n 下层（之后在加工室卸载后快 速进行清洁）。 5 - 转 移至后面的顶部沉积室。重新装载底 部沉积室。 6 - 沉积 i-n 上层（之后进行清洁步骤）。 7 - 转 移至装载锁出口。从底部沉积室转移 至顶部沉积室。 8 - 所 有承载盘均转移至装载锁出口之后， 通气并卸载。 这个循环可以连续并行多个工艺步骤，从 而进一步提高通量。 图 4：镜像反应器生产 SHJ 太阳能电池前体的少数载流子寿命曲线图48
区域聚焦图 5：现有先进系统与 OCTOPUS 系统的沉积循环对比。星号代表处理步骤，不在 OCTOPUS 循环内。图 1：OCTOPUS II 系统，配备 1 个 PVD 模块、1 个装载锁、1 个静电吸盘、3 个 PECVD 模块 图 2：高通量 OCTOPUS 系统的主要构成（图图 6：系统装载循环的主要工艺流程 中未显示加热模块） [1] Panasonic Corporation, Eco Solutions Unit. www.panasonic.net [2] Louwen A.; van Sark W.;Schropp R.,Faaij A.:A cost roadmap for silicon heterojunction solar cells.Solar Energy Materials & Solar Cells 147 (2016) 总结 OCTOPUS 系统创新的正面和背面 沉积概念所提供的解决方案填补了 PECVD 现有工具的空白，专为异质结 电池加工设计。钝化质量水平、通量和 镜像反应器以及整体工具设计概念的 前景非常广阔，为行业中异质结电池制 造价值链的关键工艺提供了一种可行 的解决方案。 www.indeotec.com www.pessolar.com 49
争论点 在ALD的SCU炉中的 高效多晶硅铸锭 关键词：硅结晶，硅锭加工，Mono2™ 技术，类单晶，铸造单晶，铸造坩埚，高效多晶硅片 摘要：太阳能应用中，无论铸造多晶还是单晶锭，对于决定大 规模硅锭产出率，炉子温度的均匀性和坩埚特性是两个主要 的影响因素。此外，坩埚在决定结晶质量过程和太阳能电池转 化效率中扮演着重要的角色。我们对于全新的坩埚设计进行 了审查并借以阐述了当前的限制条件。本文讲述了新坩埚的详 细成本分析，量产可行性和实验室测试，讨论了初步硅锭和硅 砖的数据，优化工艺的推荐和此项技术的局限性。 1前言 图1：SCU炉设计的剖面图 通过显著降低标准二氧化硅坩埚底部区域 2: 结果和讨论 的热流阻力，大幅改进了在熔融结晶过程 在2011至2016年期间，太阳能光伏市场特 2.1 用于生产HPM硅锭的低成本坩埚 中对于温度分布和热通量的控制。该坩埚 别是多晶硅锭/硅片生产领域经历了产能 2014年，ALD设计了一个全新的多功能坩 与炉设计相结合也提高了硅锭到硅锭的再 过剩的调整，而终端用户市场则持续增长， 埚概念。该坩埚设计利用了SCU炉独有的 现性。 其CAGR（年复合增长率）达20%左右。在 恒温分布特性。早期实验已证明了这一概 2.2 高效多晶铸锭的应用 平衡作用和由此导致的兼并过程中，所有 念的可行性，以及它与HPM硅锭生产中引 在其它大多数多晶硅锭炉设计中，因为 对于资本设备的投资都停止了，大部分研发 晶技术的兼容性。ALD已于2014年申请了 坩埚底部存在温度变化，所以15mm 经费主要集中于利用现有的铸造炉对硅片 该新型坩埚的专利。其设计概念参见图2中 厚的HPM晶种层往往太薄了。相比之 质量和电池性能进行改进。与此同时，工艺 关于第6代坩埚的示意图。代替了传统的、 下，SCU炉设计采用了独立的顶部和底 和材料成本作为总体铸锭拥有成本（CoO） 二氧化硅坩埚底部，新设计采用可重复使 部加热控制器，这就实现了均匀且自定 的重要部分有所降低。到目前为止，在降低 用的底板，其导热系数可根据HPM工艺的 义的固液界面。结合使用PLC控制的界 坩埚成本和提高性能方面的投资很少，这 要求进行优化。 面测量和边界跟踪系统[2]，工艺工程师 使得坩埚仍然是主要的成本要素以及限制 就可以定制温度分布和其它运行条件， 铸造系统性能的部件。 图2：全新、低成本坩埚设计及可重复使用 进而可以利用如图3所示的细粒基底电 底板的示意图 荷层和小芯片原料（“晶种”）以启动熔 今天，从硅锭上切割下来的高效多晶 融硅结晶过程。 （HPM）硅片仍是主要的产品。HPM硅片 的现货市场价格紧随着多晶硅价格的下降 图3：准备用于SCU650/950/950的第6 趋势[1]，而且因为现在大多数硅片生产商都 代HPM引晶层 将HPM硅片作为其主流产品，其供应量增 15mm厚的晶种层足以防止熔穿，从而帮助 加，从而导致了价格下降。HPM硅片的现货 硅锭生产商节省增加晶种层厚度所需要的 市场价格利润率与每个硅锭的低缺陷硅片 成本，同时因得益于更为均匀的结晶而增加 产出率和生产成本直接相关。因为初始晶 种层厚度对于大规模硅锭的产出率具有直 接影响，所以要实现高的产出率就需要实 现对于整个坩埚底部的卓越晶种保持率以 及尽可能降低初始晶种层厚度。 ALD实施了炉修改并开发了一个全新的用 于提高大规模硅锭产出率的坩埚概念，也 说明了硅结晶单元（SCU）不仅适用于通过 获得专利的[2]边界跟踪系统以利用高效多晶 （HPM）的优化方法，还能够利用Mono2™ 工艺和无成本晶种材料生产类单晶材料。 图1的SCU炉设计示意图显示了顶部和底部 的加热器配置和主动冷却。50
Search
