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 wzshen@sjtu.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,ISBN:978-03-415-. 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, 1-2(09) 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(3+8Solar 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 23.8~230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%） HJT+IBC：迈向26-7%量产技术后续发展方案一：HBC电池 High absorptin log waveηmx~29%（ex.267）High absorptin short waveηmx~31%（ex.25）PerovskiteolarcelCrystalinesilcoslarcelSingle-juctionslarcelMonlithc andem solar cel Ful spectrum absorptin ηmax~ 43%Perovskit 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 Source:MEYRBUGE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-Si(30μm),near-Lbertianitrfcahv,tlcuteJcfgetaofthplcS. ThinHJTsolarcelseinfluofsurfacercombatioincreawitheduingcelhks.HJTsolarltrucrehasdemntedtohavxlntsurfacpsinefctadhveotealtoralizhigopnciruvge.Fabiteanopyramidtxured ultrhHJTslcels.Simltaneouslyrealizxcelntopicalndelctrialproetis,thinHJT(50-8μ)srcwthfisfhgrth25%nbacvd.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！