沈文忠《变革中的光伏产业链——硅基异质结太阳电池的机遇与挑战》

变革中的光伏产业链 硅基异质结太阳电池的机遇与挑战沈文忠 上海交通大学太阳能研究所Tel 86-2154752E-mail wzshensjtu.ed.cn ①晶硅太阳电池技术变化趋势钝化接触技术②TOPCon、异质结太阳电池产业化现状③异质结太阳电池是迈向更高电池效率的基石 ④异质结技术使晶硅太阳电池薄片化成为可能 提纲 ①晶硅太阳电池技术变化趋势钝化接触技术 晶硅太阳电池产业化技术变化趋势Tandem 30 载流子的选择性传输是太阳电池高效化的必然选择 方案1在硅端面通过重掺杂（n）形成局部电场，把空穴反向扫回晶体硅体内的同时加速电子向电极的传导，Al-BSF和PERC都属于这种类型，无法避免俄歇复合（与掺杂相关）、SRH 复合和自由载流子复合损失。方案2利用低功函数金属（如a、Mg等）、介电层/金属复合电极（典型的如LiFx/Al）， 或者介质材料内部不同极性的固定电荷来诱导形成界面局部电场，但这种电场强度较弱无法有效阻挡空穴，导致Joc较高，因此该技术较少单独使用。 方案3通过选用能带结构匹配型功能材料，在界面直接形成对空穴的较高势垒和对电子的较小甚至零势垒，可以同步保证Joc和ρ最小化，形成最佳的电子选择性传输。TOPCon、HJT WenzhogSenadZhengpiLi,Physicandevicsofilcnhetrojunctisolarcls,citficPrs,2014,Bjng,ISBN978-03-415-. 科学出版社，2014年度国家科学技术学术著作出版基金资助 Silcon Hetrojunctio Slar Cels for Eficeny over 25 物理学进展39, 1-209 ②TOPCon、异质结太阳电池产业化现状 FraunhoferISE提出隧穿氧化钝化接触TlOxidPasivtedContacs,PC 概念使用磷掺杂的硅薄膜实现电子选择性接触， 并在其与晶体硅之间引入超薄38Solar ityiev 赛昂 美国 23.-10Silevo被lar City收购，在美国纽约筹建1GWp产能，与松下合作不成功梅耶博格MB瑞士 4.234采用无主栅技术（在德国的中试线）， 提供Turnkey技术Hevl俄罗斯 23.8.30PECVD从薄膜设备改造过来，PVD 采用梅耶博格设备3 Sun意大利 4.6 2采用梅耶博格设备，法国INES与意大 利nel合作基于M2硅片Ecoslifer匈牙利 2.123.510采用梅耶博格设备，2018 年三季度量产RC新加坡 4.6采用梅耶博格设备, 2019年量产阿尔法 系列组件效率在.7左右 国内异质结太阳电池产业化情况 公司 省市 研发效率量产效率现有产能（MWp） 备注 上澎/Sunprem嘉兴 23.8230国内运行时间最长的一条SHJ产线 钧石/G ola福建 4.54.06国产设备、松下合作，Gp级筹建中晋能/Jinergy山西 23.82.510进口设备 中智/CIE泰兴 .3.06进口设备汉能/Hanergy成都 25.12.7 国产设备，50MWp 筹建停顿新奥/EN河北 3.4-30原非晶硅薄膜 设备改造中环/ZOGUA宜兴 --5接手原国电光伏的 异质结线通威三峡 微系统所/TW成都 23.72320另外通威合肥10MWp筹建中新日光/NSP台湾 5 多家公司Gp级项目筹建中 异质结电池技术大规模产业化制约因素 技术成熟度生产工序少良率高效率分布大硅片挑战 设备投资成本必须3亿（1GWp PERC 1.5-20亿，TOPCon 2.0-5亿） 重要辅材价格未形成规模效应价格偏高 市场接受程度等双面发电、弱光性能好能多卖钱 异质结电池技术发展三个重要阶段 试水探索期2019-2年。各家光伏企业关注异质结技术，部分电池企业和新进入者投入百兆瓦级的异质结中试线，进行工艺设备、原辅材料的验 证，实现小规模量产，预计实际产量市场份额占全球电池组件产量（2019年130GWp）的1-4。同时各设备厂家布局异质结电池工艺设备，获得经 验并在国产化方面迈出重要一步。 成熟与爆发期204年及以后。经过前面3-4年的培育，①在设备厂商的协同合作下，设备国产化并使得整线投入大幅下降，可与PERC产线成本相比 较（一般认可高以内）；②辅材（低温银浆、靶材等）国产化并形成规模效应，可使非硅成本较大幅度下降；③市场接受程度提高。 差异化竞争期20-23年。在前期验证的基础上，国产设备逐渐成型并使得整线设备投入降低、原辅材料逐渐形成一定规模使得价格下降、工艺 逐步掌握与成熟，这样探索期投入的企业将适当扩大规模量产，预计实际产量市场份额占5-1，以提供差异化的双面异质结产品参与市场竞争。 TOPCon技术与现有PERC兼容性较好，国产化装备性价比有竞争力。 背面电子选择性钝化接触、高温工艺、不利于薄片。 HJT技术兼容下一代更高效电池，但目前最大障碍是设备投资高。 正背面全选择钝化接触、低温工艺、发展空间大。 TOPCon vs HJT ③异质结太阳电池是迈向更高电池效率的基石（26-7、甚至突破晶硅电池极限30） HJTIBC迈向26-7量产技术后续发展方案一HBC电池 High absorptin log waveηmx29（ex.267）High absorptin short waveηmx31（ex.25）PerovskiteolarcelCrystalinesilcoslarcelSingle-juctionslarcelMonlithc andem solar cel Ful spectrum absorptin ηmax 43Perovskit pcelhgESilcon bt elwg后续发展方案二叠层电池 27.82018.7, certifd byFraunhofer ISENRL250MWp 产线20年在建。 ④异质结技术使晶硅太阳电池薄片化成为可能 薄片化电池技术 SourceMEYRBUGE硅异质结电池效率不随硅片厚度的减薄而降低。新型金属化技术有利于薄片化。薄片化有利于背面结电池在正面产生的载流子需要扩散到电池背面被分离收集，降低载流子扩散长度的要求。 Aplyingtheal-soutin-procesdnaopyrmidstoulrathinc-Si30μm,near-Lbertianitrfcahv,tlcuteJcfgetaofthplcS. ThinHJTsolarcelseinfluofsurfacercombatioincreawitheduingcelhks.HJTsolarltrucrehasdemntedtohavxlntsurfacpsinefctadhveotealtoralizhigopnciruvge.Fabiteanopyramidtxured ultrhHJTslcels.Simltaneouslyrealizxcelntopicalndelctrialproetis,thinHJT50-8μsrcwthfisfhgrth25nbacvd.37thIEPVSC,201,57-6 Ultrahin 37μm Silcon lar Cels byIndustrialy Compatible Procse Advance Eltronic Materils 5,180 219 硅是间接半导体，理论上10m可以吸收大部分太阳光；50-8m 是电池效率的最高点； 通过陷光措施，30可吸收几乎全部太阳光。 硅的光吸收 硅的柔性化 薄片化是单晶硅最大优势HJT 电池技术使薄片化成为可能 2019年中国太阳级硅及光伏发电研讨会 （5thCSPV）2019年月21-3日在上海成功举办 16thCina Solr Gade Silcon ad PV ower Conferc 让阳光改变生活 谢谢大家