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從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到大規(guī)模量產(chǎn)

從理論的推算到適配多場(chǎng)景的解決方案

引領(lǐng)行業(yè)創(chuàng)新方向的愛旭N型ABC

何以成為“最接近單結(jié)晶硅電池理論極限”的技術(shù)？

何以連續(xù)18個(gè)月蟬聯(lián)組件量產(chǎn)效率榜首？

這次，我們請(qǐng)到了愛旭N型ABC技術(shù)攻關(guān)的領(lǐng)頭人

講述N型ABC如何成為單結(jié)晶硅“效率之王”的故事 

奮力奔跑之前，先要找對(duì)方向

1961年，William Shockley等人根據(jù)細(xì)致平衡原理在只考慮輻射復(fù)合作為電子－空穴對(duì)唯一的復(fù)合機(jī)制的理想情況下，通過計(jì)算得出p-n結(jié)太陽能電池的效率極限為30％；2013年，弗勞恩霍夫太陽能研究所依據(jù)Lambertian（朗伯）陷光模型將單晶硅理論效率極限修正為29.43%；2018年哈梅林太陽能研究所最終修正為29.56%，即晶硅電池在沒有任何損失的完美狀態(tài)下，轉(zhuǎn)換效率為29.56%。

而為了接近這一理論極限，一系列電池技術(shù)先后提出，不斷迭代。其中，BC技術(shù)最早于1975年由美國普渡大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提出。傳統(tǒng)太陽能電池，正面柵線會(huì)產(chǎn)生遮擋，有3%-5%甚至更多的光線被反射、被浪費(fèi)，BC技術(shù)則把太陽能電池板正面柵線置于背面，擴(kuò)大光照面積提高發(fā)電量。

這個(gè)概念聽起來容易，但實(shí)現(xiàn)起來難度相當(dāng)大。電池結(jié)構(gòu)的變化讓柵線工藝難度陡然提升：柵線要導(dǎo)電，要很密集，不能短路，還要跟PN結(jié)接觸。把柵線放到組件背面，意味著組件背面的交叉結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度呈幾何指數(shù)增長，其復(fù)雜程度堪比集成電路設(shè)計(jì)。

光伏行業(yè)之前同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)激烈，恰恰是BC這種“有門檻”的技術(shù)，才能真正讓光伏企業(yè)之間拉開差距。在此背景下，2016年，陳剛董事長決定，愛旭要開發(fā)高難度、高門檻的技術(shù)，憑借技術(shù)優(yōu)勢(shì)確立愛旭的領(lǐng)先地位。遵循著追求最接近光電極限轉(zhuǎn)換效率這條“第一性原理”，愛旭踏上了N型ABC的技術(shù)攻關(guān)之路。

一時(shí)間，“愛旭押注BC賽道”“愛旭豪賭新技術(shù)路線”的聲音四起，但對(duì)于愛旭來說，這并非一場(chǎng)賭博，而是經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)對(duì)比后的堅(jiān)定選擇。在2016年正式錨定N型ABC路線前，愛旭的技術(shù)專家們已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)不同技術(shù)路線進(jìn)行了嘗試，HJT、砷化鎵、TOPCon……在對(duì)比了各類技術(shù)的優(yōu)劣后，N型ABC成為了愛旭給出的答案。

2016年至今，愛旭完成了N型ABC技術(shù)從小規(guī)模實(shí)驗(yàn)到大規(guī)模、低成本、高質(zhì)量、高效量產(chǎn)的突破式發(fā)展。愛旭N型ABC電池量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率已達(dá)27.2%，是目前最為接近理論極限效率的技術(shù)。

唯有追求極致，方能行穩(wěn)致遠(yuǎn)

 “好的開始是成功的一半”，憑借對(duì)極致效率的追求，愛旭選擇了N型ABC這條艱難但正確的道路。但要真正突破N型ABC技術(shù)的高門檻，把實(shí)驗(yàn)室里的先進(jìn)技術(shù)拿到市場(chǎng)上變?yōu)榭沙鍪鄣纳唐?，需要設(shè)備、材料、工藝、管理等各方面的協(xié)作達(dá)到極致。

愛旭N型ABC追求極致的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，從硅片制備環(huán)節(jié)便已開始。原先，光伏行業(yè)普遍采用傳統(tǒng)直拉法（RCZ），由于石英坩堝的溶解，硅棒會(huì)不可避免地有氧混入，含氧量往往在12.5ppma以上。氧含量升高會(huì)影響硅片結(jié)晶性及少子壽命，從而直接影響電池片轉(zhuǎn)換效率。為提升硅片質(zhì)量，愛旭開發(fā)了輕摻雜超導(dǎo)磁控直拉法（LD-MCZ），通過附加穩(wěn)定磁場(chǎng)抑制硅熔體內(nèi)的對(duì)流，顯著降低了硅片含氧量，少子壽命較傳統(tǒng)技術(shù)提升近10倍。這種高阻低氧的高質(zhì)量硅片，為晶硅電池突破到27%以上的量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率打開了通道，也為電池和組件技術(shù)的進(jìn)步奠定了重要基礎(chǔ)。

有了超越一般水準(zhǔn)的硅片，突破性的電池工藝也得以充分施展。為了完成復(fù)雜的背面結(jié)構(gòu)圖形化，愛旭獨(dú)家應(yīng)用了超快激光圖形化技術(shù)，通過飛秒、皮秒、亞皮秒超快激光一步法完成復(fù)雜的圖形化加工，對(duì)實(shí)現(xiàn)N型ABC低成本、高產(chǎn)能和高良率的規(guī)模量產(chǎn)至關(guān)重要；通過優(yōu)化組件結(jié)構(gòu)，N型ABC實(shí)現(xiàn)了陰影發(fā)電優(yōu)化與更優(yōu)溫度系數(shù)，組件在無遮擋時(shí)擁有更好的散熱，在有遮擋時(shí)避免熱斑現(xiàn)象發(fā)生，將“高效率”直觀地展現(xiàn)到終端用戶面前……

目前，愛旭N型ABC組件量產(chǎn)效率已達(dá)24.2%，并連續(xù)18個(gè)月蟬聯(lián)TaiyangNews組件量產(chǎn)效率榜首。材料領(lǐng)先、工藝領(lǐng)先、效率領(lǐng)先、客戶體驗(yàn)領(lǐng)先……正是一系列專利技術(shù)工藝的“護(hù)城河”，保障了愛旭的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也體現(xiàn)著愛旭對(duì)光伏產(chǎn)品的極致追求。

無畏的“攀登者”，不懈的科研人

光伏技術(shù)的迭代總是在原先的技術(shù)基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)提升，許多企業(yè)都曾嘗試對(duì)一些現(xiàn)有工藝進(jìn)行改良突破，但大多以失敗告終。為什么唯獨(dú)在愛旭實(shí)現(xiàn)了一系列技術(shù)工藝的突破，并最終形成了N型ABC？

浙江義烏，愛旭太陽能全球光伏聯(lián)合創(chuàng)新中心的五樓大廳門口，屹立著一座珠穆朗瑪峰的雕塑模型。愛旭N型ABC追求極限效率的創(chuàng)新之路，與攀登珠峰這場(chǎng)極限挑戰(zhàn)別無二致；N型ABC從技術(shù)突破到規(guī)模量產(chǎn)，也離不開一個(gè)個(gè)“攀登者”的不懈努力與無畏精神。

無銀金屬化涂布技術(shù)，是陳剛董事長在N型ABC技術(shù)研發(fā)之初就瞄準(zhǔn)的方向，擺脫對(duì)銀的依賴對(duì)N型ABC意義重大，只能成功不能失敗。作為核心技術(shù)專家之一的ZL，從最初的實(shí)驗(yàn)室小試、中試到最終量產(chǎn)，幾乎全年無休地守在實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)裝置前從白天忙到黑夜；實(shí)驗(yàn)好不容易告一段落，抬頭一瞧，常常又是東方既白；即便是難得的短暫休息時(shí)間，仍在用一通通電話詢問現(xiàn)場(chǎng)情況，為技術(shù)人員提供指導(dǎo)。

對(duì)科研人員來說，那段日子無疑十分煎熬，但也充滿開創(chuàng)性與挑戰(zhàn)性。正是無數(shù)個(gè)像ZL一樣的優(yōu)秀同事日日夜夜地傾注心血、攻堅(jiān)克難，才使得一項(xiàng)項(xiàng)極高難度的技術(shù)門檻得以攻克。

而愛旭之所以能用更快步伐在技術(shù)突破方面領(lǐng)先行業(yè)，最重要的一點(diǎn)便是企業(yè)追求極限的基因。來到愛旭的研發(fā)人員，本身喜歡鉆研，想突破自我、做更具挑戰(zhàn)性與開創(chuàng)性的工作，這種追求極致的精神與企業(yè)精神十分契合，在創(chuàng)新的土壤上更容易創(chuàng)造出突破性成果。

企業(yè)做自主研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，面臨巨大的成本壓力；做成功了還要面臨被抄襲的風(fēng)險(xiǎn)。陳剛董事長堅(jiān)持走創(chuàng)新道路的魄力、遠(yuǎn)見與勇氣，以及公司管理層能夠突破資源限制推動(dòng)研發(fā)投入的執(zhí)行力，都是愛旭這種以技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)為核心競(jìng)爭(zhēng)力的公司所不可或缺的。也正是由于這份對(duì)研發(fā)的高度重視，才能不斷吸引優(yōu)秀技術(shù)人員共聚愛旭這一平臺(tái)，讓N型ABC技術(shù)得以落地。

科研工作就像登山，每當(dāng)克服眼前的挑戰(zhàn)、成功登頂，巨大的成就感與喜悅之情油然而生；但這份喜悅可能馬上就會(huì)歸于平靜，因?yàn)榈歉咄h(yuǎn)之后，另一座更高的山頭映入眼簾，新的挑戰(zhàn)已經(jīng)開始?！皢谓Y(jié)晶硅理論效率”這一峰頂還等著光伏行業(yè)去征服，這場(chǎng)屬于愛旭的攀登之旅也將繼續(xù)。

（講述者：愛旭N型ABC技術(shù)負(fù)責(zé)人）