王文静-太阳电池比较技术的讨论

太阳电池比较技术的讨论 王文静 中科院电工所 中国科学院大学各种电池组件最高效率 各种组件的功率 比较让人很迷惑市场上的PERC电池效率 与组件的功率是多少 电池效率21.7%起 60型组件：320~330W5BB 9BB 12BB SMW=0BB 无栅线 全片 半片 拼片 叠瓦 PERC+SE Topcon POLO HJT 22%~22.5% 22.8% 23.0% 23.7% 24.0% 25.0% 22.5% 23.0% 305~310 310~315 330~335 325~330从电站LCOE看太阳电池技术的性价比 Pierre Verlinden, Manufacturing of the next generation ofhigh-efficiency solar cells and modules, 2ndInternational Workshop on SHJ Solar Cells, (2019) 成都Pierre Verlinden, Manufacturing of the next generation ofhigh-efficiency solar cells and modules, 2ndInternational Workshop on SHJ Solar Cells, (2019) 成都 从电站LCOE看太阳电池技术的性价比Pierre Verlinden, Manufacturing of the next generation ofhigh-efficiency solar cells and modules, 2ndInternational Workshop on SHJ Solar Cells, (2019) 成都 从电站LCOE看太阳电池技术的性价比 此处忽视了HJT 电池的低温度系 数和低衰减效应产业生 态理论 硅材料 硅片 电池 组件 电站 多晶P型BSF电池 单晶P型PERC电池 单晶N型HJT电池 低纯/菜花料 高纯/致密料/块状 高纯/致密料/颗粒 铸锭 RCZ拉单晶 CCZ拉单晶 扩散制同质结 扩散同质制结 沉积薄膜制异质结 串焊+层压 串焊+层压 低温串焊+层压 单面+单玻 单面+单玻 双面+双玻 双面+双玻 铸锭技术生态 准连续拉单晶技 术生态 连续拉单晶技术生态 扩散制结技术生态 沉积薄膜制结技术生态 单晶N型Topcon电池 高纯/致密料/颗粒 CCZ拉单晶 扩散同质制结 沉积薄膜制异质结 串焊+层压 双面+双玻 扩散制结技术生态 + 沉积薄膜制结技术生态产业生态理论要点  一种电池要占据应用主导地位必须建立相匹配的产业生态 硅材料 硅片 电池 组件 电站侧匹配  新技术如果导致产业生态发生变革，必定使得传统企业大批淘汰关于太阳电池的技术更迭的认识  光伏市场接受高效高价原则  P型单晶PERC电池取代P型多晶BSF电池  N型HJT或Topcon取代P型PERC电池  PERC电池是有效率瓶颈的（~23%）  23%的PERC + 技术实际上是将Topcon的概念导入到PERC电池来，或称P-Topcon技术  从太阳电池技术概念来看，Topcon电池是过渡技术，将会过渡到HJT电池  HJT电池是双极型晶体硅电池的最高形式  后HJT电池时代应该是全背电极技术，包括：IBC—TBC—HBC  一种电池能成为产业主流产品并不完全以其效率高低为准，主要看性价比  太阳电池工艺技术要想达到更高的效率，一定面临着更高的技术难度，更窄的工艺窗口。太阳电池技术发展方向：从钝化接触（con）到钝化重掺杂 SiN x :H 铝背场 金属电极 p 型硅衬底 n型发射极 SiN x :H 背场 金属电极 P(N) 型硅衬底 n型发射极 金属电极 钝化膜 SiN x :H 背场 金属电极 P(N) 型硅衬底 n型发射极 钝化膜PERC电池的重掺区和金属接触 区域的复合严重 P N N ++ SiNx 45μm 120μm SiNx Al 2 O 3 Ag Al 规格 电极栅 线 LDSE区域 156.75/D210 45μm 120μm 110μm 100μm 80μm 电池面 积(mm 2 ) 24432 24432 24432 24432 24432 栅线面 积(mm 2 ) 740.1 1973.5 1809.1 1644.6 1315.7 面积占 比 3.03% 8.08% 7.40% 6.73% 5.39% 45μm 倪志春，下一代PERC 技术产品开发机产业化研究，第十五届中国太阳能级硅及光伏发电研讨会（2019） （PVSC2019），上海 目前PERC电池技术水平：  细栅占比：3%  主栅占比：3%  SE区域线宽120μm，面积 占比8.08%参数 效率损失 体 J 0 _硅片(fA/cm 2 ) 80 0.87% 正表 面 J 0 _非金属区域(fA/cm 2 ) 65 0.67% J 0 _金属区域(fA/cm 2 ) 1200 0.68% 金属区占比(%) 5.23 小计(fA/cm 2 ) 124.36 背面 J 0 _非金属区域(fA/cm 2 ) 20 0.21% J 0 _金属区域(fA/cm 2 ) 600 0.20% 铝浆区占比(%) 3 小计(fA/cm 2 ) 37.4 电池总体J 0 (fA/cm 2 ) 241.76 PERC电池的含金属饱和电流 100% BSF 0% Topcon 0% HJT 65 BSF 65 Topcon 20 HJT 724.36 BSF 144.36 Topcon 40 HJT 5.23% BSF 5.23% Topcon 0% HJT 各种区域的钝化特性 (J 0 )及其占比  J 0_硅片 =80 fA/cm 2  J 0_发射极钝化 =65fA/cm 2  J 0_Ag =1200fA/cm 2  J 0_Al-BSF =600fA/cm 2  J 0_背钝化区 =20fA/cm 2  J 0_HJT =20fA/cm 2  J 0_Topcon =20fA/cm 2 只要有金属-Si接触就 不可避免产生复合 PERC电池必然效率天 花板PERC → Topcon → HJT → HBC SiN x :H 背场 金属电极 P(N)型硅衬底 n 型发射极 金属电极 钝化膜 SiN x :H Poly-Si 金属电极 P(N)型硅衬底 n 型发射极 金属电极 钝化膜  细栅细化  主栅悬空  SE区域变窄 SiO 2 (1) (2)  背面钝化接触 SiN x :H Poly-Si 金属电极 P(N)型硅衬底 n 型发射极 金属电极 钝化膜 SiO 2 Topcon PERC+ Topcon+ PERC2.0  背面钝化接触  局部正表面金属 接触钝化 POLOTopcon钝化层面临着两种类型的烧穿 I类烧穿： 掺杂元素烧穿 II类烧穿： 金属浆料烧穿  背表面：钝化失效  正表面：短路双面：POLO电池（Poly-Si+TCO） HJT电池（a-Si） 背面：TopCon电池（Poly-Si+SiNx） 背面：TopCon电池（Poly-Si+TCO）PERC电池的效率纪录 21.40% 21.70% 22.13% 22.61% 22.71% 22.78% 23.26% 23.45% 23.60% 23.95% 24.03% 20.00% 20.50% 21.00% 21.50% 22.00% 22.50% 23.00% 23.50% 24.00% 24.50% 近年来单晶PERC电池效率记录 隆基 隆基 晶科 隆基 晶科 隆基 天合 天合 晶科 天合 Solar World最新的Topcon电池效率纪录 公司 工艺特点 效率(%) Voc (mV) Jsc (mA/cm 2 ) FF(%) 双面率(%) 面积 (cm 2 ) 天合 24.58 717 40.6 84.5 — 244.31 2019 【9 】 晶科/AUO 背面n + -Topcon 正面扩硼+AlOx/SiNx 24.19 721.4 40.69 82.35 85 244.31 2018 【10 】 Meryer Burger PECVD制备多晶硅 23.46 697.1 41.37 81.34 — 244.3 2019 【11 】 中来 背面n + -Topcon 正面扩硼+AlOx/SiNx 23.19 701 39.9 83 86 246.21 2019 【12 】 Fraunhofer CT板式PECVD制备多晶硅 22.5 691 40.4 83.2 — 244.5 2019 【13 】 Frauhofer[14] FZ ，光刻栅线,SE 25.8 724 42.9 83.1 单面 4 2017 Frauhofer[15] Mult n-Si 22.3 674 41.1 80.5 单面 4 2017 Frauhofer[16] 光刻 24.5 713 41.4 83.1 单面 100 2017 Frauhofer[15] 镀铜 23.4 697 41.1 81.2 单面 200 2018国际HJT电池的最高效率 单位 效率(%) Voc(mV) Jsc (mA/cm2) FF(%) 双面率(%) 尺寸(cm2) 测试认证 汉能 (2019) 25.11 747.0 39.56 (9.67A, M2) 84.98 — 244.45/Cz 2019【1】 中微 23.61 738 28.10 83.98 — 244.5/Cz 2019【2】 晋能 24.04 749.0 39.41 （9.628A,M2） 80.79 89.61 244.3/Cz 2018【3】 上彭 22.28 737.1 37.45 (9.15A, M2) 80.73 95 244.3/Cz 2018 泰兴中智 23.50 744.0 38.58 (9.425A, M2) 81.89 92 244.3/Cz 2019【4】 福建均石 24.68 742.7 39.48 （9.6451A,M2） 84.24 90 244.3/Cz 2019【5】 Panasonic, 24.7 750 39.5 83.2 — 101.8/Cz 2013【6】 Kaneka 25.1 738 40.8 83.5 — ？ 2018【7】 Kaneka （HBC） 26.6 738.0 42.65 84.9 — 79 2016【8】Topcon电池的工艺流程 清洗制绒 BBr扩散 去除BSG和背结 前、背表面SiNx 丝印前后电极与烧结 测试 前表面AlOx 单面多晶硅刻蚀 LPCVD氧化及沉积i-Poly-Si POCl3扩散 PECVD氧化及沉积p-Poly-Si 退火 P离子注入 退火 工艺难点：  硼扩散  多晶硅沉积  多晶硅掺杂SEMCO（LAPLAS）公司的LPCVD设备  制备隧道SiO 2 层  制备本征多晶硅  原位掺杂  退火晶化  硅片采取水平放置 。 不会造成硅片粘连现象，适用于更薄的硅片， 并防止了背对背放置硅片带来的剐蹭现象  适应于M2~M6的各种尺寸的硅 片  金属腔。防爆裂  单管单舟1400片，5管炉一炉7000片。HJT电池工艺流程 清洗制绒 丝印前后电极与烧结 测试 PVD制备双面TCO PECVD制备双面非晶硅掺杂层 Cat-CVD制备双面非晶硅掺杂层 RPD制备双面TCO 光注入退火增效各种多晶硅沉积设备的比较 公司 CT 捷佳伟 创 SEMCO Tempress 型号 SPECTRUM LPCVD LD-350A HORTUS SPECTRUM LPCVD 用途 隧 道 氧化层+多 晶硅 隧 道 氧化层+多 晶硅 隧 道 氧化层+多 晶硅 隧 道 氧化层+多 晶硅 适用性 新/ 升级（PERC/PERT ） 新/ 升级（PERC/PERT ） 新/ 升级（PERC/PERT ） 新/ 升级（PERC/PERT ） 硅片摆 放 竖直 竖直 水平 竖直 管数 5 管 5 管 5 管 5 管 绕镀 有 有 最小化 有 原位掺 杂 可选 有 有 有 每管片 数 —— 1400 1400 1200 生长速 率 —— —— —— 4~5nm/min 氧 化 层厚度 1.3~2.4nm 1.4~1.6nm 1.4~1.6nm 1.2~1.6nm 多 晶 硅膜厚 100~200nm 100~200nm 100~160nm 150nm 节拍( 片/ 小时) 4000** 3000* 4000* 3000* ，4000** 薄 膜 均匀性 批间3% 片间5% 片内5% 批间3% 片间4% 片内3% 片间3.7% 批间3% 片间5% 片内5% 占地尺 寸 9.35x5.6x3.63m —— —— —— Uptime 95% 95% 95% 95% 商业状 态 准备好 准备好 准备好 准备好 已 为 大型生 产线提 供 测试完 毕 测试完 毕 是的 是的 * 在 线掺杂；** 离线掺 杂HJT电池的提效&降本技术路线已经确定  多层掺杂层技术 纳米晶硅 微晶硅层 纳米氧化硅层 微米氧化硅层  多层TCO层技术（HJT2.0） 多层TCO TCO/SiNx叠层 AZO层  RPD技术  新型电极技术 光注入退火技术HJT电池成本降低相关因素 HJT成本 设备 Ag浆料 工艺成 本 高效率 N型单 晶硅 ITO 国产化15000万→9000万→5000万/100MW 接近P型单晶硅 价格高8% 22.5% →23% →23.5% →24.0% →24.5% 350mg/pcs 200mg/pcs 100mg/pcs 双面ITO→单面ITO →SiNx/ITO复合膜HJT 技术 组件 Ag浆料 设备 烧结 光处理 非晶硅 ITO HJT电池成本降低相关因素 nc-SiOx μc-SiOx 银浆特性 改进 电镀铜 铜包银浆 料 PECVD Cat- CVD PVD RPD 焊接