高效异质结组件技术发展-东方日升-刘亚锋

高效异质结组件技术发展 刘亚锋 10/23 目录 • 光伏 组件产品发展 • 异质结组件产品及优势 • 异质结组件产业化挑战 • 展望 目录 • 光伏组件产品发展 • 异质结 组件产品及优势 • 异质结组件产业化挑战 • 展望  组件技术创新加速 ， 提效降本仍然主线 ， 降低度电成本是最终核心 目的  可靠性是所有降本增效的基本原则 ， 不可忽视 提升功率 降低成本 可靠性提升 降低度电成本 LCOE 光伏主旋律 光伏产品路线图 2020 2016 双玻组件 1500V组件 半片电池组件 HJT/Topcon 大尺寸 (158, 166, 210) 2018 P型双面 叠瓦组件 166大硅片组件 2017 2019 MBB组件 N型双面 158 电池组件 多元化方案 大 尺寸 (158, 163, 166) HJT/Topcon 大尺寸 (166,18X, 21X) 2021 2022 HJT/Topcon 大尺寸 (18x, 21X) TITAN 5.0开启 HJT+21X 2023 TITAN 6.0时代 目录 • 光伏组件产品发展 • 异质结组件产品及优势 • 异质结组件产业化挑战 • 展望 什么是异质结光伏电池 • 带本征薄膜层的异质结电池 • 它的 PN结由晶硅（ C-Si）和非晶硅（ α-Si ）形成，所以称为异质 结； • 它有一个对称的结构 • 本征透明导电层 TCO/P型氢化非晶硅层 /本征氢化非晶硅层 /N 型晶体硅衬底 /本征氢化非晶硅层 /N型氢化非晶硅层 /本征透明 导电层 TCO • 它是一个天然的双面电池 • 采用 N型硅片； • 采用印刷（银）或电镀（铜）工艺来形成金属通路收集电流； 为什么说异质结是最好的电池技术 ? 完美的全面 积钝化 无金属 复 合 区 单结电池转换 效率纪录  具有对称结构的天然双面电池，拥有 10%-30%的增益率，是所有电 池技术中双面率最高的一种（理论上为 95%）；  采用 N型硅片，无硼氧对，无 B-O效应引起的 LID；  采用 TCO膜，抗 PID性能最佳；  采用非晶膜全面积钝化，可获得超过 700mV的最高 Voc， 效率更 高；  稳定的温度系数 - 0.24%/℃ ， 而 PERC晶硅电池在 - 0.38%/℃ ， 可保 证组件在高温下稳定的收益率性能，预估可增益 6%-10%；  由于晶体和薄膜技术相结合，异质结电池具有较宽的光谱响应，可以 在弱光下获得较高的电池效率和更好的性能； 异质结组件产业化情况  异质结组件由于高功率，高发电量等优势成为新的热点  近年来，国内厂家如日升、钧石、晋能 、中 智、 通威、阿特斯等 已经或即将量产 HJT电池 公司 产能 电池效率 Panasonic 1GW 25.6% 日升 300MW 24.0% 钧石 500MW 24.0% 通威 300MW 23.5% 晋能 100MW 24.7% 中智 160MW 23% 日升半 片 异质结组件 • RSM144-6- 425 BHDG 尺寸 ： 2034*1000mm 功率 ： 410~425Wp 组件效率 : 20.1%~20.8% • RSM144-6- 445 HDG 尺寸 ： 2034*1000mm 功率 ： 425~445Wp 组件效率 : 20.8%~21.9% • 温度系数 -0.24%/ ℃ , 只有晶硅电池温度系数的一半左右（ -0.39 %/ ℃ ） 行业内首款半片异质结组件 产品 ,效率高达 21.9% No PID No LID 温度系数 发电量弱光 性能 双面率 度电成本 LCOE -0.24% 稳定的温度系数，保证了在极冷和极热地区也能有 稳定的 收益率 85% 最佳双面率可提供高达 30%的额外收益率 ； 弱光发电高 优越的弱光发电性能，提升实际 发电量 高可靠性 没有 B-O效应引起的 LID以及采用 TCO膜抗 PID最佳，保证长时间的耐久性和 收益率 高发电量 在所有商用电池技术中，发电量收益率 最高 最佳 度 电 成本 最具前景的降低度电成本 技术 日升异质结组件优势 日升异质结组件优势 — 温度系数 -0.24 -0.37 -0.39-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 HJT perc单晶 多晶 不同电池典型温度系数对比 异质结电池 温度系数 -0.24%/℃ 高温环境下发电量更有优势 完 全 对 称 日升异质结组件优势 — 双面率 完全对称的电池结构，使异质结电池具备优异的双面特性， 组件 双面 率 ~90%； Direct light Bifacial module Diffuse light • 针对异质结产品特性进行 DFMEA设计严苛的老化测试，保证 组件产品卓越优良的可靠性 性能 • 在加强 的老化测试后，组件功率衰减小于 2% -1.20% -1.80% -0.64% 1.70% -0.39% -2.04% -1.91% -0.16% -2.50% -2.00% -1.50% -1.00% -0.50% 0.00% 0.50% 1.00% 1.50% 2.00% TC600 DH3000 PID500 LID LeTID UV DM+TC+HF Hot spot HJT 组件 可靠性 日升异质结组件可靠性 为了验证异质结产品的实际应用 情况，东方日升建立了异质结组 件的实证电站来进行监控 HJT双面组件相对 perc双面组 件 每瓦收益率提高 7.5% HJT双面组件相对 perc单 面组 件 每瓦收益率 提高 14.4% • 容量： 3kw×3 • 支架：固定支架 • 地址：宁波宁海 • 并网日期： 2019年 5月 日升异质结组件实证数据 0.080 0.088 0.095 0.126 0.101 0.096 0.085 0.081 0.074 0.081 0.088 0.115 0.092 0.089 0.081 0.077 0.068 0.073 0.081 0.107 0.084 0.082 0.076 0.073 7.8% 8.4% 6.95% 8.6% 9.3% 7.9% 5.8% 4.4% 15.3% 16.8% 14.9% 15.2% 16.3% 14.5% 11.5% 9.7% 0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0% 14.0% 16.0% 18.0% 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月 各月份单瓦发电量（ Kwh/W） HJT双面双玻 perc双面双玻 perc单面 HJT-perc双面收益率 HJT-perc单面收益率 异质结组件 — LCOE 组件 PERC Bifacial 400W(Baseline) HJT Bifacaial420W HJT Bifacaial 425W DC capacity 180kW 180kW 180kW DC/AC 1.02 1.02 1.02 Installation Fixed Fixed Fixed System voltage 1500V 1500V 1500V Pcs 26 24 24 Life time 30years 30years 30years First year degradation 2.50% 1.0% 1.0% Annual degradation 0.50% 0.45% 0.45% Yield （ KWh/KW） 1865 2005 2005 Yield Gain 7.5%  和 PERC组件相比 , 异质结组件发电量 提高了 7.5%； 异质结组件的 LCOE和 PERC组件的 LCOE基本接近，随着异质结产品的成本降低，在未来将更有竞争力 1800 2000 2200 Perc双面 405W HJT双面 415W Power generation (kWh/kW) PERC HJT LCOE 计算（ $/W） Cost PERC 400W (Baseline) HJT 420W HJT 425W GAP (HJT 420W) GAP (HJT 425W) Module 0.212 0.264 0.264 0.053 0.053 BOS 0.301 0.297 0.295 -0.003 -0.005 System cost 0.512 0.562 0.560 0.049 0.048 LCOE($/kWh) 0.0398 0.0397 0.0396 -0.20% -0.50% 目录 • 光伏组件产品发展 • 异质结组件产品及优势 • 异质结组件产业化挑战 • 展望 半片异质结 组件 挑战 02 功率测试 采用长脉冲 +分段扫描等方式消除 电容 效应 04 成本 设备及材料成本较高 01 材料 及工艺搭配 HJT 电池 特性 要求低温工艺 及组件封装材料 03 高温切割会导致异质结电池表面 膜层 损伤 切片损失  片技术就是把整片电池（ 通过激光切割 ）平分为两个半片电池，然后通过串并联的方式进行电性能连接，最后封装而 成组件的技术 ;  由于内部功耗降低到了整片时内部功耗的 1/4，对于组件来说有大概 5-10W的功率增益 ， 带来 2%~3%的发电量增益。  切片技术成为光伏组件产品的标配 Isc ½Isc ½Isc 1. 半片技术优势 0.1% 0.3% 0.4% 特殊切割 微损切割 常规切片 切片损失 切片深度 热影响区域 分片 方式 降低切片 损失  异质结电池的低温特性与激光的高温切割矛盾，常规激光切片带来大幅功率损失；  日升 独创的半片 HJT电池切割技术 ， 解决了异质结电池的切割损失问题，切片损失与 PERC一致； 1. 半片异质结技术挑战 — 切片 随着时代的变迁，电池片主栅数量也从最早的 2主栅到现在 主流的 5主栅，均使用扁平焊带来进行焊接和内部互联 目前行业内使用最多的多主栅 是 9主栅和 12主栅，均采用焊 丝来进行焊接和内部互联 2. MBB技术 优势  异质结电池成本较高， 其中低温银浆的价格及用量是一个重要因素；  为了降低异质结电池组件成本， MBB多主栅或无主栅成为必然选择 ；  多种异质结电池互联技术：低温焊带 、 Smart wire、 导电胶 ;  异质结电池低温焊接技术要求电池互联焊接温度＜ 200℃ ；低温 焊接的拉力 ， 稳定性等对制 造生产工艺水平要求较高 低温焊带 导电胶SWCT 2. MBB异质结技术挑战 — 焊接 参数 玻璃 透明背板 透光率 高（ 88~91%） 中（ 85~90%） 耐划伤 高 低 耐风沙 高 低 耐 UV 高 低 耐高温高湿 高 低 水汽透过率 0 0.5~2.0 g/m2.day 组件防火等级 高 低 3. 异质结组件挑战 — 可靠性  异质结电池对 水汽的可靠性非常敏感；  双玻 ， 或者超低水 透 背板单玻组件是异质结组件的主要封装方式；  东方日升异质结产品采用了双面双玻确保最佳可靠性； 1.30% 6.50% 0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 问题组件 优化设计 异质结组件 DH1000可靠性对比 4. 异质结组件挑战 — 测试精度  由于异质结产品的高电容效应 ， 不同测试设备及模拟方案差异较大 ;  同一块异质结组件在不同机构的功率测试差异达到 16.6W；  需要建立精准的异质结测试方案； 337.7 336.6 334.1 329.6 321.1 实验室 A 实验室 B 实验室 C 实验室 D 实验室 E 不同机构异质结组件测试功率对比 材料 设备 版型 9BB半片异质 结量产切片 培训 独特的异质结切割技术， 低损，高良率 焊接： 联合 厂家共同 开发并尝试 10多种材料搭配，寻找 最佳焊接 效果。 可靠性 ： 研究 各种电池浆料，封装材料及封装工艺，解决可靠性问题。 原有 的 焊机升级 改造 ，全面 实现低温 焊接封装异质结组件。 异质结电池组件与 常规保持 一致，无须考虑原有支 架结构的兼容性，无需改变支架结构设计。 日升异质结 组件 -量产 全阶层员工全面培训异质结量产事项 日升异质结 组件 -IP 电池制造专利： 11篇 组件封装专利： 4篇电池网版专利 : 3篇 电池切片专利： 3篇 日升大批量科研人员致力于异质结电池组件的研发，形成 专业的异质结科研体系，目前共申请 20多篇专利 。 日升异质结 组件 -认证  全球首发的异质结 9BB半片高效电池组件产品  由 TÜV南德颁发新版 IEC 61215及 IEC 61730标准证书， 相关检测项目包括加严环境、抗 PID、耐氨气、耐盐 雾、抗沙尘、抗大冰雹、抗 LeTID、衰减 LID等  日升凭借 HJT组件产品的高转换效率等多方面优势 在“ 2020第六届质胜中国光伏 盛典”荣获“ HJT组 光伏组件发电量仿真 优胜奖” 目录 • 光伏组件产品发展 • 异质结组件产品及优势 • 异质结组件产业化挑战 • 展望 异质结最有可能成为光伏行业未来的主导技术 • 具有 高 发电性能，低度电成本的异质结产品 将是光伏组件的下一个发展趋势； 02 01 03 • 异质结作为日升的标杆产品平台，在未来将不断整合大硅片，叠瓦等先进技术 持续提升产品优势； • 巨大的提高效率和降低 成本的潜力空间，将使 异质结成为一个最具成 本效益的产品；  组件功率提升从以前的 5W/年到现在的 50W/年的幅度快速增长，但是随着组件尺寸上限的来临，规格慢慢统 一，组件功率提升幅度也将再次减缓；  TITAN组件将光伏从 4.0时代带到了 5.0时代，在 2021年将再次将光伏带入 6.0时代，在未来， TITAN与 HJT结 合，光伏将正式进入 7.0时代；  高功率组件不是目标，低度电成本才是！ 组件功率路线图 380 400 440 510 660 700 720 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 组件功率 (W) 低电压，大 电流产品时 代开启