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汉能高效硅异质结技术研发和产业化进展-2019

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汉能高效硅异质结技术研发和产业化进展-2019

汉能高效硅异质结技术研发和产业化进展 汉能薄膜发电集团成都研发中心 北京工业大学 四川大学 中国科学院电工研究所 2019年5月7日 2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 内容提要 1 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 汉能成都研发中心介绍 22019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3 汉能成都研发中心介绍 2011 年从福建泉州 搬迁至四川成都 非晶硅基薄膜电池 产线投产 a-Si/a-SiGe/c-Si Triple Junction 2014 年6 月异质结电池 实验室建成 2016 年11 月正式成为 汉能第5 条技术路线 2017 年4 月开始247 研发实验模式 2018 年3 月120MW 异 质结生产线投产 2018 年6 月组建钙钛矿 研发团队 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 n c-Si 2019 年1 月研发全尺寸 电 池转换效率达到24.23 (日本JET 认证) a-Si/a-SiGe/a-SiGe Triple Junction2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 内容提要 4 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 4 SHJ电池技术 SHJ组件及其应用 研发效率路线图2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 硅异质结技术(SHJ)实验设备 5 制绒 清洗 PECVD PVD 丝网 印刷 2014年6 月,SHJ研发实 验室 正式 投入 使用 ,新 增2台 设备 制 绒清 洗、 丝网 印刷2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 汉能SHJ电池 结构示意图 6 正面TCO 背面TCO a-SiHi/a-SiHn a-SiHi/a-SiHp 前电极 n-type c-Si100 背电极 c-Si ITO a-Si 72nm N 型单晶硅片 PECVD 沉积非晶硅层 钝化+掺杂层 8nm PVD 溅射ITO 层 汉能SHJ电池TEM照片 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 7 电压 电流 填充因子 SHJ电池主要 影响因素 非晶硅钝化层、p/n层性能 硅片表面清洁度 后续工艺对钝化效果的影响 硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度 金属栅线宽度、数量 硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之 间的接 触电阻 钝化层厚度和掺杂层电导率 金属栅线电阻和数量 硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 8 0.69 0.7 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 Voc [V] 3 6 9 12 15 18 i layer thickness [nm] low Vd high Vd 双层钝化层i1 提供钝化, 防止外延生长 i2 好的非晶硅质量,提升电池FF i 层厚度≤5nm 情况下,不同的工艺对钝化效果影响很大(少子寿命和V OC ) Process 1 Process 2 5nm 非晶硅层总厚度 10nm ⸺ Process 1 ⸺ Process 2 钝化层– 本征非晶硅叠层i1i22019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 钝化层–H 2 等离子体处理 9 SiH 4 Flow H 2 Flow H 2 Treatment H 2 Treatment 氢处理提供H离子,提升界面钝化,刻蚀 Si-Si 弱键 V OC 达到0.741V (2000W ), 绝对效率提 升0.24 i1 layer i2 layer2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 10  随着硅片厚度的减薄,电池V OC 呈上 升  V OC 上升的幅度与硅片质量、硅片表 面复合速率等有关  随着硅片厚度的减薄,电池I SC 持续下 降 硅片厚度2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 11  长波光反射和透过损失950-1200nm  硅片厚度每下降10m ,J SC 下降0.07 mA/cm 2  当硅片厚度减薄,需要进一步提升入 射光的 利 用优化制绒工艺、增加电池的陷光 等 硅片厚度2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 12 电压 电流 填充因子 SHJ电池主要 影响因素 非晶硅钝化层、p/n层性能 硅片表面清洁度 后续工艺对钝化效果的影响 硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度 金属栅线宽度、数量 硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之 间的接 触电阻 钝化层厚度和掺杂层电导率 金属栅线电阻和数量 硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 宽带隙钝化层–WBGHPT 13 钝化层 Eff [] Voc [mV] Isc [A] FF a-SiH i 22.12 735.6 9.17 0.795 WBGHPT 22.52 739.4 9.23 0.800 Effective Total Transmittance TT e TT TT 1 TR e − 入光面采用WBGHPT 钝化层,提升短波I SC ,绝 对电池效率提升0.42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 14 c-SiO x Hn 宽带隙窗口层 μc-SiOxHn layer ITO layer wafer 电池结构 Seed layer a-SiHi layer c-SiOxHn  c-SiOxHn代替a-SiHn,可 以有效 减少n 型窗口 层对短 波段光 的吸收 损失  c-SiOxHn折射率介 于a-SiH 和ITO 之间 ,起到 降低电 池表面 反射的 作用  优化c-SiOxHn层的 要求 良好的 导电性 、合适 的光学 带隙、 对非晶 钝化层 的 轰击小、与ITO 层的接触电阻小2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 15 “Eff []”的变异性图 Eff [] 23 23.2 23.4 23.6 23.8 24 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “Voc [V]”的变异性图 Voc [V] 0.738 0.739 0.74 0.741 0.742 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “Isc [A]”的变异性图 Isc [A] 9.28 9.32 9.36 9.4 9.44 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “FF”的变异性图 FF 0.81 0.815 0.82 0.825 0.83 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 Sample B X c 54.9 Sample A X c 4.7  样品A 无种子层  样品B 有种子层  种子层可以提升μc-SiO x Hn层的晶化率X c ,优化 种子层 掺 杂浓度,电池效率提升约0.2 c-SiO x Hn 宽带隙窗口层2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 16 窗口层 Avg Eff VocV IscA FF a-SiH n 23.70 739.5 9.36 82.84 μc-SiOxHn 23.79 739.9 9.42 82.63  μc-SiOxHn窗口层可提升电池I SC 6070 mA c-SiO x Hn 宽带隙窗口层2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 17 电压 电流 填充因子 SHJ电池主要 影响因素 非晶硅钝化层、p/n层性能 硅片表面清洁度 后续工艺对钝化效果的影响 硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度 金属栅线宽度、数量 硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之 间的接 触电阻 钝化层厚度和掺杂层电导率 金属栅线电阻和数量 硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 多层TCO技术 18  种子层改善TCO 层结晶性,提高光 学及电 学特性  接触层降低 a-SiHn/TCO 界面接触电阻 TCO Film Eff. V OC V I SC A FF Baseline TCO 22.56 0.735 9.283 80.17 Multilayer TCO 1 22.69 0.736 9.322 80.14 Multilayer TCO 2 23.07 0.738 9.361 80.95 a-SiH n 层 接触层 种子层 TCO 多层TCO 22.0 22.2 22.4 22.6 22.8 23.0 23.2 23.4 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 0.730 0.732 0.734 0.736 0.738 0.740 0.742 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 9.15 9.20 9.25 9.30 9.35 9.40 9.45 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 FF 0.780 0.785 0.790 0.795 0.800 0.805 0.810 0.815 0.820 0.825 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 19 监控数据对比 IV results BL EXP 体电阻率 u Ωcm 6.0 5.0 线宽 um 51.8 53.5 线电阻 Ω 1.8 1.2  低电阻率银浆实 验组线宽比BL 略宽,3D 测 试线型无明显差别,线电阻低于BL  低电阻率银浆实验组串联电阻Rss 低于BL , 与 线电 阻数 据相符。由于FF提升约0.6 ,Eff提升0.15. 46.0 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 58.0 60.0 BL-L359 Q116 Ag paste 线宽 3D 低电阻率银浆2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 研发电池效率提升曲线–24.23 6 寸双面电池,5BB PVD 溅射 ITO 9010 丝网印刷电极 研发转换效率每年增长 1 23.84 24.23 202019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 与Kaneka全面积世界纪录的对比 Kaneka 24.5 Hanergy 24.2 Hanergy Kaneka Area cm 2 242.5 239.0 V OC mV 742 741 J SC mA/cm 2 39.4 40.1 FF 83.0 82.5 Eff 24.2 24.5 Finger shadowing a-Si / TCO bandgap, thickness 提高J SC 的途径 (模拟分析)  新型宽带隙、高迁移率TCO 材料  c-SiO x / c-SiC x 层等 212019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 SHJ电池 组件 太阳能 汽车、船只 无人机 棚顶、路灯 隔音墙等 渔光 互补 终端消 费品 地面/ 屋 顶电站 发电建筑 材料 中国公路、铁 路总计900万 公里,10 安 装隔音墙,市 场规模预计超 100GW 。 中国鱼塘4500万亩, 按20 可进行商业化 安装量,预计规模大 于240GW 。 22 2.2 SHJ组件及其应用2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 2.3 研发效率路线图– SHJ 和SHJ 24 24.2 24.4 24.5 24.8 25 25.2 25.3 24 24.7 25.5 26.2 26.8 27.1 27.3 25 26.5 28 29 30 30.5 31 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 2019-Q1 2019-Q2 2019-Q3 2019-Q4 2020-Q2 2020-Q4 2021-Q2 2021-Q4 转换效率 2019 年SHJ 研 发工作  硅片减薄  硅基薄膜合金材料  微晶合金材料  新型TCO 材料 RPD Cu 电镀 技术路线 世界纪录 2021Q4目标 SHJ 25.1 Kaneka 25.3 SHJIBC 26.7 Kaneka 27.3 SHJPSC 28 Oxford PV 31 232019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 29.0 42.5 47.5 0 10 20 30 40 50 1 2 3 AM1.5G 转换效率 P-N 结数量 理论转换效率 SHJ PSC 叠层电池技术 24 将钙钛矿电池插入ITO与a-SiHn层之间 已开发关键隧穿结技术 易于与现有SHJ工艺对接 钙钛矿电池 钙钛矿电池 钙钛矿/SHJ 叠层电池 SHJ 电池2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 内容提要 25 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3.1 SHJ 120MW产线布局图2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 硅片检测设备 清洗制绒设备 PECVD设备 PVD设备 丝网印刷设备 层压机 3.2 SHJ 120MW产线设备介绍2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 21.81 22.14 22.38 22.60 22.78 23.20 23.50 23.60 23.75 23.80 23.19 21.45 21.75 22.08 22.27 22.36 22.62 22.70 22.86 23.01 23.00 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 转换效率 [] 研发冠军批次 产线冠军批次 产线日均效率 3.3 SHJ 120MW产线– 电池效率2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3.3 SHJ 120MW产线– 电池效率2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 30 3.6 SHJ双面组件应用实例 超过40 个户外测试电站 行业内较齐全的户外发电对比数据 包含非晶硅锗,p-多晶,p/n-单晶(单/双 面),异质结(单/双面),铜铟镓硒(柔 性/玻璃基),碲化镉等不同技术路线2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 内容提要 31 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 总结 32 SHJ研发电池效率超过24.3,目标效率25 产线获得23.19的批次平均效率,天平均效率23.01,2019年有望 超过23.5 SHJ技术路线包含和钙钛矿形成叠层电池,目标效率30感谢关注 Thank you for your attention

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