多晶的本質(zhì)是一種有瑕疵的單晶

歷史上最早用于生產(chǎn)太陽能電池的硅片并不像今日使用專門的設(shè)備生產(chǎn)的單晶硅片或者多晶硅片，而是使用半導(dǎo)體晶圓的邊角余料或者殘次品，價(jià)格相當(dāng)昂貴。隨著半導(dǎo)體晶圓的合格率逐漸提高，市場(chǎng)可供應(yīng)的殘次品晶圓越來越少。當(dāng)人們希望普及硅基太陽能電池的時(shí)候，還沒有出現(xiàn)專門的太陽能單晶硅生產(chǎn)設(shè)備，半導(dǎo)體晶圓生產(chǎn)太陽能電池的成本令人望而生畏，人們轉(zhuǎn)而使用澆鑄、鑄錠、定向凝固的方法生產(chǎn)晶體硅錠，這就是所謂“多晶硅片”的來源，雖然品質(zhì)較差，但成本有了明顯下降。到上世紀(jì)80年代初期，專門用于生產(chǎn)太陽能單晶硅的技術(shù)逐漸成熟，這一時(shí)期，歐洲、美國、中國誕生了大量10KW以上、1MW以上的太陽能電站，這些電站上使用單晶硅生產(chǎn)的組件至今仍在穩(wěn)定發(fā)電，30年的累計(jì)衰減還不到20%，足見單晶功率的穩(wěn)定性。

單晶電池和多晶電池的初始原材料都是原生多晶硅，類似于微晶狀態(tài)存在。要具備發(fā)電能力，就必須將微晶狀態(tài)的硅制成晶體硅，而晶體硅的晶向需要精確控制。單晶電池和多晶電池在制程上唯一無法輕易互換的就是晶體生長環(huán)節(jié)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，原生多晶硅在單晶爐內(nèi)會(huì)生產(chǎn)成單一晶向、無晶界、位錯(cuò)缺陷和雜質(zhì)密度極低的單晶硅棒，如下圖所示：

多晶晶體的生長工藝本身決定了它無法生長出大面積單一晶向的晶體(單晶)，多晶的本質(zhì)就是大量的小單晶的集合體，如下圖所示：

多晶鑄錠的小單晶顆粒之間的晶界會(huì)降低電池的發(fā)電能力，多晶鑄錠本身簡單粗暴的工藝使得它更容易大規(guī)模擴(kuò)張，但是卻無法將位錯(cuò)缺陷和雜質(zhì)密度控制在較低水平，這些要素?zé)o一不在影響著多晶的少數(shù)載流子壽命。

組件功率衰減分為初始光衰和長期衰減兩類，單晶綜合性能優(yōu)異

在組件封裝材料可靠的前提下，影響單晶組件和多晶組件可靠性差異的關(guān)鍵因素就是功率衰減指標(biāo)。它分為初始光衰和長期衰減兩類。人類最早從1970年代前后研究組件衰減問題，經(jīng)過數(shù)十年探索發(fā)現(xiàn)，單晶和多晶在這兩類衰減上表現(xiàn)有很大差異。

目前的單晶電池以P型為主，這種電池在日照2-3周后會(huì)發(fā)生2%~3%的快速功率衰減，原因是晶體生長中使用硼作為摻雜劑，同時(shí)有較多的氧原子混雜，替位硼和間隙氧在光照下激發(fā)形成較深能級(jí)缺陷，引起載流子復(fù)合和電池性能衰退。但是，這種衰退在退火作用下是可以恢復(fù)的。太陽能電池的功率在4個(gè)月或更長時(shí)間(取決于日照強(qiáng)度和時(shí)間)內(nèi)會(huì)發(fā)生恢復(fù)，到1年后，累計(jì)衰減大約是2.5%~3%，并趨于穩(wěn)定。

多晶電池不存在上述問題，但是由于本身無法克服的高雜質(zhì)濃度和位錯(cuò)缺陷的影響，在日照下電池性能會(huì)持續(xù)衰退到3%左右，并且不會(huì)出現(xiàn)恢復(fù)現(xiàn)象。

目前市場(chǎng)上多晶組件功率保證是第1年97%~97.5%，25年80%，也就是說，第一年初始光衰穩(wěn)定后，以后每年衰減0.71%~0.73%。單晶組件由于使用完美晶體結(jié)構(gòu)的硅材料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，第1年功率保證是97%，25年保證83.8%，第2~25年平均每年衰減僅0.5%，這些指標(biāo)是組件廠商可以寫入合同的保證值，也是保險(xiǎn)公司愿意承保的指標(biāo)。如果多晶組件提出25年功率保證高于單晶，保險(xiǎn)公司也很難答應(yīng)。

單晶優(yōu)勢(shì)無法超越

在過去幾十年內(nèi)，無論單晶電池還是多晶電池，生產(chǎn)工藝都非常粗糙，沒有把晶體硅材料的性能充分發(fā)揮出來，轉(zhuǎn)換效率的差異也不太明顯。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，晶體硅材料的發(fā)電性能利用程度不斷被刷新，由于單晶材料本身的高品質(zhì)特征、多晶材料本身無法克服的高位錯(cuò)密度和高雜質(zhì)缺陷，每一種新技術(shù)的導(dǎo)入都必然引致單晶相對(duì)多晶的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)擴(kuò)大。目前P型單晶相對(duì)多晶的平均轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)是1.5個(gè)百分點(diǎn)，當(dāng)PERC技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化時(shí)，單晶效率提升了0.8-1個(gè)百分點(diǎn)，多晶效率只能提升0.5-0.6個(gè)百分點(diǎn)。今后，IBC、HIT等更多高效技術(shù)會(huì)導(dǎo)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，單晶的優(yōu)勢(shì)還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

個(gè)體優(yōu)勢(shì)與整體優(yōu)勢(shì)

單晶相對(duì)多晶的優(yōu)勢(shì)是整體優(yōu)勢(shì)。不排除個(gè)別企業(yè)在單晶領(lǐng)域技術(shù)落后，以3-5年之前的單晶技術(shù)和現(xiàn)在的多晶技術(shù)比較，在這種個(gè)體情況下，單晶的功率穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率可能會(huì)體現(xiàn)出一定的劣勢(shì)。如果放在同一基準(zhǔn)線上，在組件功率相差15瓦的情況下，單晶和多晶價(jià)格差異將被EPC成本差異所覆蓋，單晶電站投資成本低于多晶。不排除市面上能夠看到極少量的270W、275W或更高功率的多晶組件(60片電池封裝規(guī)格，下同)，但是它的組件成本必然會(huì)高于275W單晶組件，并且1-2年內(nèi)必然無法批量供應(yīng)。簡而言之，光伏發(fā)電是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；?yīng)的、具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)的技術(shù)路線才是市場(chǎng)競(jìng)爭中的王者，單純追求價(jià)格優(yōu)勢(shì)或者某一方面概念優(yōu)勢(shì)的技術(shù)只能作為一個(gè)特定時(shí)期的過渡。