1. 标准立项的目的和意义:
在碳中和的目标下,到2030年,火力发电将从49%下降至28%,光伏从11%上升至27%,风电从13%上升至21%。值得注意的是,2030年之后,光伏将超越火电成为所有能源发电中最重要的能源,也就意味着在“双碳”背景下,光伏行业是实现“碳中和、碳达峰”目标的主力军。持续降低的制造成本和不断提升的光伏电池转化效率是驱动光伏行业不断前进的两架马车。
目前,单晶硅片占光伏用硅片市场的85%左右(图1)。其中,182mm硅片和210mm硅片已逐步取代了166mm、158.75mm等小尺寸硅片,成为市场的主流。单晶硅片的大尺寸化推广大幅降低了晶体及硅片的制造成本。另一方面,由于硅片面积的增加带来了单片电池片的电流大幅增加,在传统的封装工艺下,电流的增大将引起内电路的功损增大,最终导致组件端的功率损失变大。因此,组件端为了降低电池内耗,在做完电池后,采用激光划片技术,将硅片一分为二,然后再进行组件封装。电池片一分为二后,半片电池的电流降低为整片的一半,则功率损耗降低为整片的四分之一。从国际光伏技术路线图(图2)来看,166mm以上的半片电池已占90%以上的晶硅电池市场,在未来的1-2年内,半片电池将实现产业100%全覆盖。
图1 单晶硅片占光伏晶硅市场的份额
(数据来自于ITRPV2021)
随着电池片的大尺寸化以及PERC(背钝化发射极电池)、TopCon(隧穿氧化层钝化接触太阳能电池)、HIT/HJT(异质结电池)等新型电池的不断推出,电池转化效率越来越高,而激光划片带来的弊端也越来越大,综合下来主要有如下几点:
1)激光划片将引起功率损失:划片过程中产生的切口处无法有效钝化,漏电增加,在PERC电池中影响电池效率0.1%,效率越高的电池,电池端激光划片的影响越大,TopCon、HIT/HJT等电池中影响效率超过0.3%。
2)激光划片引起碎片损失:目前电池片划片的碎片率约为0.2%以上,电池做完了再发生的碎片,损失的成本将大幅上升。
3)激光划片导致工序延长:由于增加了一道划片工序,需增加激光设备投入、人力投入以及相关的动力设备投入,使得电池片的制造成本上升。
基于大尺寸半片电池片的发展趋势以及激光划片过程中产生的诸多弊端,硅片端已开始规模切入半片硅片的生产。半片硅片的规模使用,充分发挥光伏半片电池的功率优势性能的同时,大大降低了电池片的制造成本。另外,随着大尺寸(182mm、210mm)硅片薄片化(170μm、160μm、150μm等)趋势的加剧,整片硅片在硅片端、电池端制造的均匀性越来越差,半片硅片的推出将更有利于如扩散、镀膜等工艺的均匀化,以此来进一步提升硅片的转化效率性能。因此,半片硅片已在逐步成为高效电池的主流基底材料,半片硅片标准的建立,将更好为高效光伏硅片的研发、生产和应用提供参考和指导,引导光伏硅片行业的健康发展。
2. 必要性:
目前光伏用硅片生产主要在中国大陆,中国在光伏用硅片标准的制定中有充分的话语权。
随着PERC电池的进一步提效,以及TopCon、HIT/HJT等更高效电池的推广,电池切半将务必前置,即产生一系列的半片硅片产品。目前,半片电池已成为行业发展的标配,166mmm以上90%的电池片为半片使用,整片电池在未来的1-2年内将彻底消失。
图2 半片电池的市场份额
(数据来自于ITRPV2021)
在现行的GB/T 26071-2018《太阳能电池用硅单晶片》不但缺少了目前行业主流的158.75mm、166mm、182mm、210mm等尺寸硅片的规范,对166mm以上含182mm、210mm等半片电池所需的硅片产品并没有任何定义和界定。