【CITPV】N型钝化接触电池技术及产业化最新进展

N型钝化接触电池技术及产业化最新进展陈嘉 博士泰州中来光电科技有限公司中国国际光伏技术论坛2019-09-06 目录 2 中来股份及中来光电公司简介双面N型钝化接触电池产业化与研发进展中来N型双面组件性能中来N型双面组件电站的应用总结 3 苏州中来光伏新材股份有限公司泰州中来光电科技有限公司苏州中来民生太阳能电力有限公司 – A股上市公司，SZ300393– 全球最大背板制造商– 全球30% 市场份额– 全球最大2.4GW N型双面电池 – N型双面组件产能超过1GW– 注册资金 15 亿元– 申请高效电池组件相关专利 101项（获授权58项）– 致力于家庭分布式开发， 2017年实现1万户家庭光伏系统安装销售2.0 GWN型双面电池 1.0 GW150 MWN型IBC电池 N型双面组件20% market share背板中来股份简介 4 全球光伏市场发展趋势 – 来自彭博社预测，2019-2021年，全球装机量从145GW增加到157GW，每年增长量为5%左右– 来自ITRPV的预测， 2019-2021年，N型产品的市场份额从10%增加到15%，每年增长量25%左右– 基于以上两个预测，N型产品的增长量为每年27%的增长率增长，而PERC产品的增长率为4.25% 中来N型电池和组件技术 SiNx CoatingBSFAg Grid Ag Grid Al2 O3 Passivation LayerP+ EmitterSiNx Coating– 生产线平均效率22% 改善背面大幅提升Voc 背面借鉴TOPCon 正面借鉴IBC N+ FSFSiNx CoatingP+ emitterAg GridN++ BSF Al2 O3 passivation layerSiNx Coating– Isc10.15A (M2硅片）– 第三方认证效率23.16%– 现有量产电池 150MW产能 ARC CoatingSiO2 Passivationn+ FSFPoly p+ emitterMetal Finger (p) Rear Contact Grids Metal Finger (n)Poly n++ BSF Tunneling oxideSiO 2 Passivation– 研发中SiNx CoatingTunnel OxideAg Grid Ag Grid Al2 O3 Passivation LayerP+ EmitterSiNx CoatingN+ doped poly-si– 现有量产电池2 .4 GW产能– Voc690mV– 国际第三方认证效率23.04% 改善正面大幅提升Isc 6 电池效率与成本 – 双面发电已成为未来光伏技术发展的趋势，目前市场上的双面技术有P-PERC双面，N-PERT双面，N-TOPCon双面和N-HIT双面– N-TOPCon双面电池在电池效率和成本方面具有最高的性价比优势 7 钝化金属接触电池研究前沿进展TOPCon结构TEM图* TOPCon电池结构示意图** POLO-IBC电池结构示意图*** • 钝化金属接触结构为：Poly-Si/SiOx /c-Si• 2017年，Fraunhofer-ISE 公布了25.7% 效率的n型TOPCon电池 (J0,n+, poly ~4 fA/cm2 )• 2018年，ISFH 公布了26.1% 效率的POLO-IBC 电池 (J0,P+, poly ~6 fA/cm2 , J0,n+, poly ~2 fA/cm2 )*Moldovan, Anamaria, et al. 2015 IEEE PVSEC. **Richter A, et al. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2017. **Haase, Felix, et al. Solar Energy Materials and Solar Cells 186 (2018). 8 遂穿氧化层钝化接触 • p+ 或 n+ TOPCon结构均具有极好的钝化性能 (J0≤10 fA/cm2 )• TOPCon结构不阻碍多数载流子的传输，具有较小的接触电阻率 ( ρc≤10 mΩ•cm2 )• TOPCon电池的潜在转换效率28%Peibst, R., et al. Solar Energy Materials and Solar Cells 158 (2016): 60-67. Melskens, Jimmy, et al. IEEE Journal of Photovoltaics 8.2 (2018): 373-388. 9 N型钝化接触电池产业化面临的挑战 丝网印刷：• 银浆烧结会对Poly层产生局部“穿刺”• 需要使用厚的Poly层阻挡金属浆料烧结穿透• 需要研究新型浆料避免烧结过程中金属“穿刺” H. E. Ciftpinar et al., Energy Proc., 2017S. Mack et al., Phys. Status Solidi RLL, 2017R. Naber et al., EU PVSEC, 2016A. Moldovan, CSPV, 2018PL intensity [Count/s] 中来N型电池和组件技术专利布局 1 0 – 中来N型技术专利布局– 在N型电池/组件工艺上，中来具有完全的自主知识产权，截至目前，申请相关专利101项，包括已授权专利58项及PCT5项– 专利涉及PERT/TOPCon/IBC电池组件的结构与制备方法– 中来N型电池技术– 自主研发PERT/TOPCon/IBC电池技术，目前已实现TOPCon和IBC电池的量产– 中来N型组件超高效技术– 460W Niwa组件：高效TOPCon电池+拼片组件技术，中来参股和控股的公司拥有全部专利技术，包括装备，材料– 无缝互联，电池密度类似叠片；拼而不叠，比叠片电池片利用率高；正面三角焊带提高太阳光利用率 – 以SUNPOWER/COGENRA/SOLARIA为代表的美国公司在2015年前已完成叠片组件专利布局。叠片技术有较高侵权风险，而拼片技术无此风险。 中来N型单晶双面TOPCon电池技术 1 1 Ag GridSiNx Coatingn-type SiAl2O3p+ emitter n+ polyTunnel oxideAg GridSiNx 背表面前表面N型单晶双面TOPCon电池N 型单晶双面 TOPCon 技术优势: • 采用N型硅材料 → 高少子寿命且无 LID• 采用隧穿氧化层钝化金属接触 → 电池Voc~695mV• 高双面率~ 85%• 温度系数低~- 0.32%/ ℃• 低功率衰减，首年-1%，其后每年-0.4% 钝化接触电池量产进展 1 2中来钝化接触电池量产的平均效率为2 2 .8 % ，电池双面率~8 5 % 2 2 .8 %Cell Voc Jsc Isc FF Eff. Area(mV) (mA/cm2 ) (A) (%) (%) (cm2 )Ave. 6 9 4 4 0 .5 0 9 .9 7 8 1 .1 2 2 .8 2 4 6 .2 1 钝化接触电池研发进展 1 3 Champion Voc Jsc Isc FF Eff. Area(mV) (mA/cm2 ) (A) (%) (%) (cm2 )Earlier batch* 7 0 2 3 9 .5 9 .7 2 5 8 3 .2 2 3 .0 4 * 2 4 6 .2 1Latest batch 7 0 7 4 0 .9 1 0 .0 7 8 1 .0 2 3 .4 4 2 4 6 .2 1*Independently confirmed by ISFH Institute in Germany 1 4 效率为2 4 %的电池提效路线 Roadmap towards 2 4 .2 % n-type bifacial passivating-contact solar cells N型双面钝化接触组件 1 5 – 72片电池组件，输出功率达400 W高功率 Module power 400 W （M2 wafer）高双面率 80%低衰减 首年衰减-1%，每年衰减 -0.4%低温度系数 -0.32%/K弱光响应 优异的弱光响应高稳定性 30年质保 3 9 0 .4 0 0 .4 1 0 . 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0Module(7 2 pcs) output power(W) 1 6 – 156半片拼片组件，输出功率达到 445 W高功率 Front module power 460W(158.75 wafer)高双面率 80%低衰减 首年衰减-1%，每年衰减 -0.4%低温度系数 -0.32%/K弱光响应 优异的弱光响应高稳定性 30年质保尺寸/质量 2164*1008/28Kg 正面：三角焊带 背面：扁平焊带– 反光三角焊带– 中来透明背板 – 间距达到最小 – 电池之间超短间距– 正面反光焊带，可以提升组件功率 超高功率4 6 0 W!超高功率Niwa组件 1 7 N型双面钝化接触组件LETID试验方式1：LETID（环境温度75℃ 通电流1A 690H）试验方式2： 预处理（25 ℃ 9A 168H ）+LETID(75℃ 1A 690H)----IEC61215 草案试验方式3：初始稳定（光衰10kw/h ）+ +LETID(75℃ 1A 690H)ID 初始 试验后 衰减% 实验方法JW242219040007000252 385.1 381.92 -0.83% 实验方式1JW242219040007000448 389.2 387.75 -0.37%JW242119040006900089 374.4 371.94 -0.66%JW242119040006900091 374.8 372.1 -0.72%JW142119070004400871 317.6 318.2 0.20%JW142119070004400872 318 318 0.01%JW142119070004400874 319.7 320.3 0.21%JW142119070004400875 318.9 318.6 -0.12%JW242219040007000886 392.2 394.8 0.66% 实验方式2JW242219040007004311 394.3 395.2 0.24%JW242219040007000754 392.5 394.3 0.46% 实验方式3JW242219040007004676 393.3 395.8 0.64% 组件发电量增益计算 1 8• N 型TOPCon 双面相对于PERC 单面发电量增加12.29% ，对应价值为0.616 元/瓦• N 型TOPCon 双面相对于PERC 双面发电量增加5.29% ，对应价值为0.265 元/瓦 p-PERC 单面组件 p-PERC 双面组件 n-PERT 双面组件 n-钝化接触双面组件输出功率 (STC) 4 0 0 4 0 0 4 0 0 4 0 0双面率 0 % 7 0 % 8 5 % 8 0 %NOCT 4 5 4 5 4 2 4 2首年衰减 2 .0 0 % 2 .0 0 % 1 % 1 %每年衰减 0 .5 0 % 0 .5 0 % 0 .4 0 % 0 .4 0 %温度系数 -0 .3 7 % -0 .3 7 % -0 .3 8 % -0 .3 2 %功率质保 2 5 Years 2 5 Years 2 5 Years 2 5 Years输出功率(+NOCT) 3 7 0 .4 3 7 0 .4 3 7 4 .2 3 7 8 .2 4功率增益 baseline 0 % 1 .0 2 % 2 .1 2 %输出功率@ NOCT 和 1 0 % 背面辐照量 3 7 0 .4 3 9 6 .3 4 0 6 4 0 8 .5功率增益 baseline 7 .0 0 % 9 .6 0 % 1 0 .2 9 %2 5 年有效输出功率@ NOCT和1 0 %背面辐照量 3 4 4 .5 3 6 8 .6 3 8 4 .4 3 8 6 .82 5 年平均功率增益 baseline 7 .0 0 % 1 1 .3 0 % 1 2 .2 9 % 组件发电量增益计算 1 9备注：BOS成本1.4元/瓦；并网成本0.65元/瓦（不同项目不同）；组件成本1.9元/瓦（PERC单面）； 参数 单位 常规多晶组件 PERC单面 PERC双面 N-TOPCon双面年有效辐照时数 h/年 1200 1200 1200 1200组件功率 Wp 340 400 400 400组件价格 元/瓦 1.43 1.9 2.26 2.52组件数量 块 1 1 1 1双面率 % 0.00% 0% 70% 80%安装环境背面增益 % 10% 10% 10% 10%温度系数 %/℃ -0.41% -0.37% -0.37% -0.32%年度衰减 % 0.55% 0.50% 0.50% 0.40%单瓦初始投资 元/瓦 3.99 4.202 4.561 4.834计算结果LCOE/度电成本 元/kwh 0.273 0.273 0.273 0.273组件特性价值总结 温度系数 双面率 衰减相对于PERC单面 提升发电量 2.10% 8.17% 2.02%价值（元/瓦） 0.105 0.41 0.101相对于PERC双面 提升发电量 2.10% 1.17% 2.02%价值（元/瓦） 0.105 0.059 0.101 双面组件发电量获第三方认证 2 0中来双面组件发电量排名第一 案例1 ：山西大同熊猫电站 2 1 – Structure layout: 3X7– Fixed tilt racking with mounting angle 38°– Lowest height from the ground: 1.5 m– Ground is sand with some grass – 地理位置: 39.96N, 113.48E– 中来提供29.2 MW N型双面组件，组件型号: JW-D60N-310 (Front power is 285W)– 相比于PERC单面电池，中来N型双面组件发电量增益达到11.03% 案例2 ：新泰领跑者基地 2 2 – Structure layout: 2 * 9– Tuned fixed tilt racking – Racking height: 3.5 m– The combination of Eco-agriculture and PV – 地理位置: 35.98N, 117.60E– 中来提供30 MW N型双面组件，组件型号: JW-D72N-375 (正面功率：345 W)– 相比于PERC单面电池，中来N型双面组件发电量增益达到9.6% 案例3 ：山西阳泉 2 3– 相比于PERC单面电池，中来N型双面组件发电量增益达到9.01% – 地理位置: 38.03N, 113.40E– 中来提供30 MW N型双面组件，组件型号JW-D60N-290 案例4 ：常熟 2 4 案例 P-type conventional modulesN-type bifacial modules + Cement floorN-type bifacial modules + White paint ground – 中来提供15 kW N型双面组件 25 案例5：CNNC泰州项目 – Compared with p-type multi module, average bifacial gain of n-type bifacial module is 14.2%– P-type multi modules have been in operation for 2 years – Location: 32.01N, 119.38E– 20.25 kW of Jolywood n-type bifacial module– Module type: JW-D72N-375 (Front power is 345W)14.1% 15.14% 11.88% 8.16% 10.30% 12.46% 13.47% 19.93% 15.10% 15.90% 19.34% 0.0%5.0%10.0%15.0%20.0%25.0% 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9Bifacial gainBifacial gain Month 案例6 ：TUV NORD和TUV SUD实验室 2 6Resources：TUV NORD Outdoor Tests Field in NingXia0 % 5 .0 % 1 4 .3 % 1 5 .5 % 1 5 .4 % 1 9 .6 % 2 7 .3 %0 %5 %1 0 %1 5 %2 0 %2 5 %3 0 % Soil Soil Soil Sand Grass Concrete White PaintP-type Facial N-type Facial N-Bifacial N-Bifacial N-Bifacial N-Bifacial N-Bifacial – 地理位置: 宁夏、海南– 实验目的：研究不同户外实际背面反射，对组件发电量的影响 总结– 目前，中来光电具有2.4 GW的N型双面钝化接触电池产能，1GW组件产能– 钝化接触电池量产平均效率达到22.8%，双面率达到80%-85%；研发的电池平均效率达到23.20%，最高转换效率可以达到23.44%，VOC 达到707mV– 72片M2电池组件，输出功率达到了400 W，156半片M3拼片组件，输出功率达到 445 W– N型双面钝化接触电池和组件具有高稳定性– 在实际电站中，与PERC单面组件相比，N型双面钝化接触组件发电量平均增益达到10% Jolywood (Taizhou) Solar Technology Co., Ltd.ADD: No 6 , Rd Jiangyan Economic Development Zone, Taizhou, Jiangsu, ChinaTEL: +8 6 -5 2 3 -8 0 6 1 2 1 9 5 Email: mkt@jolywood.cnAll rights reserved © 2 0 1 7 JolywoodTHANK YOU