下一代太阳电池技术及其国产化道路 周浪 黄海宾 姚飞 钱峰 光伏研究院（IPV）

周 浪 黄 海 宾 姚 飞 钱 峰 光 伏 研 究 院 （ IPV）江 西 省 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 太 阳 电 池 辅 材 与 产 线 装 备国 产 化 重 点 创 新 中 心江 西 昌 大 高 新 能 源 材 料 技 术 有 限 公 司汉 可 泛 半 导 体 装 备 技 术 （ 共 青 城 ） 有 限 公 司2020-12-23 泰 兴中 国 太 阳 谷 国 际 论 坛 暨 第 三 届 HAC国 产 化 道 路 论 坛 下 一 代 太 阳 电 池 技 术 及 其 国 产 化 道 路 报 告 提 纲 光 伏 业 与 光 伏 电 力 发 展 概 况 及 趋 势 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ HAC） 、 微 纳 米 晶 硅/晶 体 硅 异 质 结 （ TopCon、 背 接 触 HAC技 术（ HBC） 、 叠 结 等 光 伏 技 术 特 性 与 发 展 地 位探 讨 下 一 代 光 伏 技 术 的 国 产 化 发 展 道 路 结 语 光 伏 业 已 成 为 一 个 中 国 主 导 的 行 业 产 业 规 模 从 高 纯 硅 料 、 晶 体 生 长 、 切 片 、 电 池 、 组 件 到发 电 系 统 配 套 设 备 制 造 和 发 电 项 目 工 程 。 。 。 团 体 冠 军 ，全 部 单 项 冠 军 而 且 是 大 大 拉 开 亚 军 的 冠 军 ； 还 未 包 括 台湾 应 用 市 场 规 模 连 续 五 年 世 界 最 大 产 业 技 术 全 产 业 链 、 产 线 和 系 统 装 备 已 全 面 国 产 化 ， 直到 PERC阶 段 ； 多 晶 硅 、 单 晶 硅 太 阳 电 池 及 组 件 量 产 产 品效 率 水 平 世 界 记 录 保 持 者 ； 世 界 光 伏 产 业 技 术 发 展 方 向 的决 定 者 。 - 像 美 国 主 导 IT业 、 德 国 日 本 主 导 汽 车 业 一 样 . - 像 高 铁 、 航 天 、 通 讯 一 样 ， 光 伏 业 是 一 个 适 合 中 国 工 业 水平 的 行 业 - 当 然 ， 我 国 光 伏 业 的 原 创 能 力 、 动 力 还 很 不 足 ， 与 主 导 地位 极 不 相 称 学 术 界 基 本 没 有 加 入 。 。 。 引 自 CPIA 2020.11报 告 特 别 值 得 一 提 的 是 我 国 光 伏 装 备 业 的 兴 起 . 引 自 CPIA 2020.11报 告 什 么 技 术 依 赖 国 外 、 什 么 是 大 国 不 是 强 国 都 过 时 了 光 伏 业 与 光 伏 电 力 的 发 展 大 势 回 首 十 年 发 展 ， 光 伏 电 力 大 致 经 历 了 三 个 阶 段 - 示 范 阶 段 政 府 出 钱 ， 公 共 所 有 ， 形 象 为 主 ，无 需 关 心 产 出 。 花 瓶 、 玩 角 - 补 贴 赢 利 阶 段 政 府 补 贴 收 购 发 电 产 出 ， 各 方投 入 ， 多 发 多 赚 ， 对 质 量 提 升 始 有 实 质 关 心 、推 动 ， 技 术 关 注 从 转 换 效 率 转 到 更 科 学 全 面 的年 发 电 量 。 。 。 但 仍 只 是 配 角 不 能 独 立 承 担任 何 电 力 需 求 可 有 可 无 - 入 主 能 源 阶 段 刚 刚 开 始 主 角 第 二 阶 段 即 使走 到 无 需 补 贴 也 能 赢 利 的 所 谓 “平 价 上 网 ”时 代 ，也 是 没 有 独 立 生 命 力 的 主 角 主 流 电 力 供 应 中 的 主 角 以 光 伏 为 主 ， 其 它 电 力 ，包 括 火 电 ， 为 辅 的 微 电 网 需 要 机 动 性 强 的 火 力 发电 配 套 和 储 电 配 套 属 于 光 伏 的 独 立 应 用 市 场 例 如 光 伏 直 流 充 电 站 。每 百 万 辆 汽 车 需 ～ 3GWp光 伏 电 力 供 电 可 移 动 电 力 光 伏 将 成 为 像 煤 炭 、 石 油 、 天 然 气 一 样 的 能 源 角 色 ，进 入 万 亿 市 场 首 先 是 个 能 源 ， 其 次 才 是 清 洁 能 源 下 一 代 太 阳 电 池 技 术 电 池 效 率 每 提 升 1个 百 分 点 ， 光 伏 发 电 系 统 成本 就 大 约 降 6个 百 分 点 ， 大 体 也 就 是 度 电 成 本降 6个 点 对 高 效 的 追 求 是 历 代 电 池 技 术 发 展的 主 旋 律 （ 降 成 本 不 是 ） 现 行 主 流 技 术 常 规 扩 散 结 、 场 电 池 （ BSF） ；背 钝 化 扩 散 结 电 池 （ PERC） 报 告 提 纲 光 伏 业 与 光 伏 电 力 发 展 概 况 及 趋 势 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ HAC） 、 微 纳 米 晶 硅/晶 体 硅 异 质 结 （ TopCon、 背 接 触 HAC技 术（ HBC） 、 叠 结 等 太 阳 电 池 技 术 特 性 与 发 展地 位 探 讨 下 一 代 光 伏 技 术 的 国 产 化 发 展 道 路 结 语 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ H eterojunction of Amorphou silicon / Crystalline silicon, 以 下 简 称 H AC） 太 阳 电 池 结 构 日 本 Sanyo发 明 的 HIT结 构 ， 几 乎 成 为 HAC电 池 的 代 名 词氢 的 引 入 （ W. Fuhs, К. Niemann and J. Stuke, Fachbereich Physik, University of Marburg, Germany, American Physical Soc. Bulletin, 1974）与 本 征 非 晶 硅 层 的采 用 （ K. Okuda, H. Okamoto, Y. Hamaka, Japanese Journal of Applied Physics， 1983） 是 关 键 进 展 。理 论 和 实 践 进 一 步确 定 了 衬 底 必 须 是n型上 下 对 调 一 下 也 可以 ， 实 际 更 好 HIT结 构 的 HAC太 阳 电 池 特 点优 点 1 电 池 电 压 高 ， 能 量 效 率 高2 电 池 效 率 不 衰 减3 电 池 耐 热 性 好 （ 效 率 随 温 度 升 高 下 降 幅 度 小 50）4 电 池 天 然 双 面 进 光 发 电5 电 池 片 薄 ， 节 省 硅 料6 制 程 简 单 ， 产 线 短 ， 仅 4步 清 洗 制 绒 - CVD - PVD - 丝 网 印 刷 烘 烤 ）缺 点 1 银 浆 用 量 大 成 本 高2 设 备 要 求 高 成 本 高3 电 池 电 流 受 限 其 它 结 构 的 HAC电 池 都 被 淘 汰 了 但 HIT并 非 完 美吸 光 损 耗 、 导 电 性 不 够 好材 料 贵 、 设 备 贵吸 光 损 耗 、 设 备 贵导 电 性 不 够 好 、 消 耗 量 大 HIT 0.750 39.5 83.2 24.7过 去 Sanyo最 高 纪 录 的 HIT电 池 ， 其 电流 密 度 不 如 普 通 常 规 扩 散 电 池 一 个 简 单 的 改 进 H ACD （ H AC with diffused c-Si front surface field 前 表 面 重 掺 杂 晶 体 硅 前 场 SiNxH 银栅 线 低 寄 生 光 吸 收 损 失 低 串 联 电 阻 低 ITO消 耗 量 单 面 TCO 低 设 备 成 本 保 持 常 规 电 池 电 流 大 成 本 低 优 势 背 表 面 非 晶 硅 发 射 极 TCOAg栅 线 保 持 a-SiH/c-Si的 高 开 压 优 势发 明 专 利 201510776929.8， 2017-10-31授 权 计 算 证 明 Chin. Phys. B Vol. 27, No. 3 2018 038502. HACD 道 理 完 美 ， 可 惜 道 路 难 通 k 正 面 /背 面 制 程 高 温 /低 温 实 难 兼 容 TopCon在 道 理 （ 结 构 ） 上 稍 作 妥 协 ， 道 路则 走 通 了 - 正 面 不 变 ， 保 持 常 规 扩 散 结 构- 背 面 改 成 掺 杂 纳 米 多 晶 硅 发 射 层 ， 或 称 晶 体 硅 /纳 米 硅 异 质 结 界 面 钝 化 则 以 隧 穿 氧 化 硅 膜 代 替 本 征 非 晶 硅 -氢 膜 实 现 正 面 /背 面 制 程 高 温 /高 温 兼 容 “妥 协 ”的 得 失 - 电 流 提 高 了- 开 压 逊 于 HIT， 2019 IFH 过 710 mV算 很 好 ， 而 HIT可 轻易 过 730- 效 率 综 合 稳 定 量 产 水 平 比 HIT低 绝 对 0.5～ 1， 尽 管 据称 理 论 上 不 会 低 ， 甚 至 更 高- 量 产 工 艺 尚 有 两 个 稳 定 性 问 题 ， 导 致 良 率 不 佳低 成 本 优 势 、 特别 是 与 现 有PERC线 大 部 分兼 容 的 优 势 ， 会使 得 TOPCON有跻 身 下 一 代 光 伏的 捷 径 背 接 触 的 HIT（ HBC or IBH） 已 经 被 证 明 为 可 得 到 最 高 效 率 的 结 构（ 26.6, 2017 日 本 ） 背 接 触 结 构 （ IBC） 可 分 别 与 各 种 其 它 电 池技 术 叠 加 ， 与 HIT叠 加 是 最 有 价 值 的 ， 结 构和 工 艺 上 也 最 相 宜 。 节 银 仅 对 无 背 面 进 光 的 应 用 场 合 有 竞 争 力 （ 屋 顶 、 车 顶 、 坡 面 .） 然 而 IBH却 是 业 界 最 不 愿 意 碰 、 最 没 人 碰 的结 构 - 多 道 掩 膜 、 光 刻 机 、 光 刻 胶 .- 不 同 的 封 装 技 术 （ 其 实 是 较 便 易 的 ） 无 背 面 进 光 的 应 用 市 场 份 额 可 观 ， 如 果 能找 到 避 开 这 种 依 赖 光 刻 胶 工 艺 的 图 形 化 技术 道 路 ， HBC应 该 也 出 现 在 下 一 代 光 伏 中的 IBC， 25.2， 2014 美 国 HBC， 26.63， 2017 日 本叉 指 形 图 形 化 掺 杂 分 区 ，用 光 刻 胶 、 印 刷 、 激 光辅 助 的 选 择 扩 散 或 离子 注 入 ， 那 一 个 都 不 简单 ， 都 没 法 便 宜 对 掺 杂 薄 膜 而 言 ， 实 现这 种 图 形 化 分 区 其 实 更为 容 易 省 去 了 TCO膜 省 去 了 一 面 银 栅 ，有 成 本 低 于 HIT的 潜 力 钙 钛 矿 -HAC叠 结 太 阳 电 池 厘 米 尺 度 小 样 效 率 水 平 已 过 29 开 压 轻易 超 过 1.7V， 全 球 多 家 拼 争 ， 冠 军 不 断 易手 我 国 落 后 较 多 ， 值 得 深 思 多 家 资 本 和 设 备 制 造 商 超 前 布 局 介 入 成 本 远 非 两 种 电 池 的 叠 加 ， 不 过 是 HAC结构 （ 蓝 膜 片 ） 上 多 几 层 化 合 物 薄 膜 而 已 。 放 眼 十 年 ， 可 以 期 待 钙 钛 矿 叠 层 电 池 工 艺 低 电 池 （ HAC） 结 构 和 工艺 基 本 没 有 变 数 。 顶 电 池薄 膜 部 分 有 两 条 不 同 路 线 - 湿 法 路 线 要 求 抛 光 面 ， 易得 小 电 池 ， 但 难 有 大 面 积 制造 前 景 着 急 报 成 果 、 发 表 论 文 ，就 先 干 这 个- 真 空 路 线 可 在 绒 面 上 制 作 ，并 实 现 大 面 积 ， 但 难 以 获 得高 效 报 告 提 纲 光 伏 业 与 光 伏 电 力 发 展 概 况 及 趋 势 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ HAC） 、 微 纳 米 晶 硅/晶 体 硅 异 质 结 （ TopCon、 背 接 触 HAC技 术（ HBC） 、 叠 结 等 太 阳 电 池 技 术 特 性 与 发 展地 位 探 讨 下 一 代 太 阳 电 池 技 术 的 国 产 化 发 展 道 路 结 语 没 有 可 行 的 道 路 ， 再 好 的 理 念 理 想 也 是 可望 而 不 可 及 中 国 的 事 情 ， 包 括 中 国 的 光 伏 业 ， 颇 可 以总 结 一 下 自 己 的 发 展 之 道 ， 理 一 下 未 来 的发 展 道 路 了 开 放 创 新 已 不 是 大 话 空 话 ， 过 去 十 年 是 ，未 来 十 年 还 将 是 ， 中 国 光 伏 业 ， 特 别 是 其核 心 ， 太 阳 电 池 业 ， 的 发 展 大 道 脱 离 这 个主 干 ， 水 平 再 高 也 成 不 了 气 候 ， 最 好 的 结 果 也 不过 是 得 到 一 点 西 方 的 青 睐 当 然 ， 利 、 義 肯 定 还 要 讲 ， 中 国 人 的 智 慧和 包 容 够 处 理 好 这 一 切 ， 何 况 我 们 还 有 家国 情 怀 我 们 不 至 于 走 进 那 种 相 互 挖 坑 取 巧 的专 利 樊 笼 ， 也 不 会 回 到 那 种 勤 劳 无 报 的 虚 假 大 同 如 何 开 放 创 新 联 合 、 互 补 、 互 利 我 们在 企 业 、 资 本 圈 内 已 经 做 得 很 好 成 为 我 们 相 比西 方 的 巨 大 优 势 我 们 做 得 不 够 好 的 是 没 有 学 术界 的 加 入 没 有 自 己 的 技 术 原 创 ， 未 来 十 年 看 不到 ， 再 下 一 个 十 年 呢 大 学 、 科 学 院 游 离 圈 外 ，拿 不 到 这 个 圈 内 的 资 金 ， 教 授 们 苦 苦 地 向 政 府 机构 写 申 请 ， 苦 苦 地 追 求 西 方 学 术 出 版 物 的 发 表 认可 . 谈 何 技 术 原 创 具 体 技 术 层 面 . 异 质 结 电 池 制 造 业 发 展 对 成 本 降 低 （ 对 国 产 化 ）的 倒 逼 形 势 引 自 王 文 静 教 授 ， 2020 引 自 王 文 静 （ 续 ）待 何 待 成 本 降 低 。 如 何 降 低 装 备 和 辅 材 国 产 化 装 备 和 辅 材 国 产 化 道 路 龙 头 企 业 （ 上 市 公 司 ） 牵 头 的 布 局 和 扶 持 . 设 备 、 靶 材 、 浆 料 、 铜 制 程 、 组 件 封 装 . 哪一 项 开 发 不 要 烧 进 去 千 万 甚 至 亿 计 的 资 金 靠 各家 企 业 单 独 干 ， 到 什 么 时 候 能 出 头 用 资 金 换时 间 TOPCON的 发 展 道 路- 好 像 会 比 较 平 坦 ， 现 有 PERC线 基 础 上 投 资 不 大 ，也 不 涉 及 新 的 耗 材 . 而 电 池 效 率 提 升 多 方 捷 报 频 传- 但 是 为 什 么 两 年 多 过 去 ， 并 没 有 出 现 TOPCON席 卷行 业 的 情 况 10GW的 年 出 货 量 也 还 没 有 出 现- 看 来 TopCon的 现 行 基 于 LPCVD的 技 术 道 路 并 不 成熟 ， 尚 存 障 碍 （ 绕 镀 和 绕 不 过 的 湿 法 刻 蚀 制 程 ） . -- 要 开 发 无 绕 镀 的 纳 米 多 晶 硅 薄 膜 沉 积 技 术 . -- 硼 掺 杂 和 背 接 触 栅 线 烧 结 也 需 要 更 可 靠 的 技 术 HBC的 发 展 道 路 要 有 人 、 有 资 金 在 中 试 规 模 先 干 起 来 今 天 没 有 播 种 ， 明 天 还 是 空 芜 更 广 一 点 ， 要 有 推 动 播 种 的 机 制 钙 钛 矿 - HAC叠 层 的 发 展 道 路 先 机 已 在 欧 洲 ， 大 概 率 会 在 欧 洲 先 形 成 技 术 和 设备 ， 再 由 中 国 光 伏 业 完 善 量 产 技 术 ， 而 后 再 行 产线 装 备 国 产 化 道 路 . 我 们 能 做 的 主 要 是 跟 踪 得 紧 些 ， 缩 短 这 个 过 程