量产型高效PERC硅太阳电池研究进展-鲁桂林

2018/11/13 1 量产型高效 PERC硅太阳电池 研究进展 鲁贵林 张波 赵科巍 董建明 邓铭 14th CSPV, Xi’An 潞安太阳能研发中心 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 结论及展望 高效 PERC电池研究进展 高效 PERC电池研究背景 目 录 2018/11/13 214th CSPV, Xi’An • 成立于 2009年 5月，山西潞安集团（世界五百强企业）的全资子公司，注册资本金 11 亿元人民币，是一家专业从事 太阳能研发、制造、销售、光伏发电、技术咨询、系统 集成、贸易 为一体的 高科技新能源光伏企业 。 • 是 国家高新技术企业 ， 山西省光伏产业联盟理事长单位，山西省光伏电池工程技术研 究中心 ，拥有长治市光伏电池工程技术研究中心与光伏电池博士工作站，具有博士、 硕士为主导的 研发团队 ，有较强的研发实力，在职人员中 本科以上学历 占 40%，其中 博士 5人，硕士 42人 。 • 公司 工艺设备 引自德国、法国、日本等世界领先的光伏设备制造商，采用业界最 先进 的 金刚线切割工艺、密栅组件工艺、 PERC技术、黑硅技术、 N型双面电池工艺 ，产 品性能和质量均达到国际先进水平。目前硅锭 /硅棒产能 500MW、切片产能 500MW、 电池产能 3.2GW(新增 2GW高效电池项目 )、组件产能 500MW。 • 公司累计完成 科研技改项目 500多项，申报 专利 80余项，承担 国家级、省级科技项目 10多项，从拉晶、铸锭、切片、电池、组件到光伏电站，每个环节都独立完成。 • 与 中科院、上海交大、西安交大、上海大学及德国 RCT Solutions GmbH进行科研合 作，实现 科研队伍建设 。 2018/11/13 14th CSPV, Xi’An 3 一、 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 2018/11/13 4 一、 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 14th CSPV, Xi’An • 2018年 4月 1日，开工建设 2GW高效 PERC电池项目 ， 2018年 10月 1日出首片，预计 2018年 12月 31日全面 投产运营，电池量产转换效率 22%以上 ； • 总投资 13.8亿元 ， 10条 高效电池智能化产线，预计生 产高效电池 120万片 /天 ，满负荷年产值 30亿元 ； • 投资成本最低、建设周期最短、运营成本最优。 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 结论及展望 高效 PERC电池研究进展 高效 PERC电池研究背景 目 录 2018/11/13 514th CSPV, Xi’An 2018/11/13 6 二、 高效 PERC电池研究 背景 • PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)电池 - 从实验室走向产业化 ✓ 受光面 （ 正面 ） 倒金字塔绒面结构 . ✓ 金属化接触区域重掺杂 ， 非金属化接触 区域轻掺杂 . ✓ 正面和背面均被有效钝化和接触 . 最早文献记载的 PERC电池结构示意图 (4cm2, UNSW, 1989; AM1.5, 25℃, Voc~696mV, Jsc~40.3mA/cm2, FF~81.4%, Eta~22.8%). Al-BSF ARC Emitter AlOx SiNx 工业化量产型 PERC电池结构示意图 . • 相对于传统 的 BSF电池 ， 只需增加两个 步骤 : ✓ 背面增加钝化层 . ✓ 背面钝化层通过激光或化学刻蚀打开 ， 使背面金属与硅基底形成接触 . 14th CSPV, Xi’An A.W.Blakers,A.Wang,A.M.Milne,J.Zhao,M.A.Green,22.8%Efficient Silicon Solar Cell,Appl.Phys.Lett.55(1989)1363–1365. 2018/11/13 7 • PERC电池获得了将近 21%的市场份额 2017年 (IHS:25%) ✓ PERC 单 /多晶 21.6%/20%, 2018年 23.5%/21.5%, 2023年 ✓ BSF 市场份额在逐渐萎缩 ✓ 背接触 +异质结 : 增长缓慢 ✓ 硅基叠层 : 研发和起步阶段 ITRPV 2018, “International Technology Roadmap for Photovoltaic (ITRPV) 2017 Results[R], Ninth Edition, March 2017” 二、 高效 PERC电池研究 背景 • 趋势：不同电池的市场份额 https://pv.energytrend.com/research/20180509-12291.html 14th CSPV, Xi’An 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 结论及展望 高效 PERC电池研究进展 高效 PERC电池研究背景 目 录 2018/11/13 814th CSPV, Xi’An 2018/11/13 9 三 、 高效 PERC电池研究进展 单面 PERC太阳电池结构示意图 双面 PERC太阳电池结构示意图 制绒和清洗 POCl3 扩散 PSG 刻蚀和背抛光 热氧化 背面钝化 -Al2O3/SiNx:H 正面钝化减反射 -SiNx:H 背面激光开膜 (LCO) 背面 Ag电极印刷 背面 Al栅线印刷 正面 Ag电极印刷 共烧结 Anti-LID 制绒和清洗 POCl3 扩散 PSG 刻蚀和背抛光 热氧化 背面钝化 -Al2O3/SiNx:H 正面钝化减反射 -SiNx:H 背面激光开膜 (LCO) 背面 Ag电极印刷 背面 Al电场印刷 正面 Ag电极印刷 共烧结 Anti-LID 单面与双面 PERC太阳电池制备工艺流程图 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 10 三 、 高效 PERC电池研究进展 使用添加剂后正面的绒面，反射率 ~9.0% 背面抛光后，反射率在 40%~45% • 优化正、背面微结构 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 11 三 、 高效 PERC电池研究进展 Implied Voc Minority carrier lifetime τeff • 优化 Precursor正背面钝化层 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 12 三 、 高效 PERC电池研究进展 行标签 Eta(%) FF(%) Voc(V) Isc(A) Eta-Max(%) 备注 A 21.74 81.06 0.6762 9.6900 21.89 Solution-1 B 21.72 81.05 0.6765 9.6794 21.90 Solution-2 C 21.72 81.01 0.6766 9.6800 21.85 Solution-3 D 21.59 80.82 0.6747 9.6732 21.87 Baseline • 酸抛光条件下，方阻 ~105Ω/sq 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 13 三 、 高效 PERC电池研究进展 行标签 Eta(%) FF(%) Voc(V) Isc(A) Eta_Max(%) 备注 A 21.77 80.91 0.6740 9.7558 21.85 Solution-1 B 21.81 80.93 0.6740 9.7693 21.90 Solution-2 C 21.82 80.93 0.6748 9.7645 21.96 Solution-3 D 21.67 80.77 0.6730 9.7394 21.86 Baseline • 碱抛光条件下 ,方阻 ~105Ω/sq 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 14 三 、 高效 PERC电池研究进展 14th CSPV, Xi’An • 酸抛光条件下 ,方阻 ~130Ω/sq，添加 LDSE工艺 行标签 Eta(%) FF(%) Voc(V) Isc(A) Eta_Max(%) 备注 S1 21.82 80.47 0.6797 9.7484 21.93 Solution-1 S2 21.90 80.55 0.6804 9.7619 22.01 Solution-2 S3 21.88 80.45 0.6799 9.7732 21.98 Solution-3 S4 21.84 80.36 0.6794 9.7722 21.99 Solution-4 BL 21.72 80.97 0.6725 9.7444 21.86 Baseline 单位简况 -山西潞安太阳能科技有限责任公司 结论及展望 高效 PERC电池研究进展 高效 PERC电池研究背景 目 录 2018/11/13 1514th CSPV, Xi’An 2018/11/13 16 四 、 结论与展望 14th CSPV, Xi’An • 对于高效 PERC需对应优化正面与背面的绒面结构； • 对于 LDSE结构的 PERC电池需优化正面掺杂（表面浓度与结深等），降低金 属接触与非接触区域的复合； • 对于 LDSE结构的 PERC电池需优化正背面表面钝化与金属化接触。 2018/11/13 17 四 、 结论与展望 14th CSPV, Xi’An 2018/11/13 18 感谢领导专家批评指正！ 14th CSPV, Xi’An