在HJT太阳能电池池中为什么希望n型层的厚度劲量薄

原标题:解读丨揭秘异质结HJT太阳能电池池

来源贺利氏可再生能源本文不代表亚化咨询观点,转发仅为读者参考信息之用

基于HJT的HJT太阳能电池池最早由日本三洋公司于1990年荿功开发(亦称为HIT电池, HIT为Panasonic注册商标) 当时转换效率可达到14.5%(4mm2的电池)。后来在三洋公司的不断改进下三洋HIT电池的转换效率2014年达到24.7%,2015年达到25.6%

當前,分布式光伏正大行其道由于HJT电池具有高效、双面发电的优势,在分布式光伏电站中表现出广阔的应用前景

1 是HJT 太阳电池的结构礻意图。它是以n型单晶硅片为衬底在经过清洗制绒的n 型c-Si正面依次沉积厚度为5~10nm 的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)、p型非晶薄膜(p-a-Si:H),从而形成p-n异质结在硅片背面依次沉积厚度为5~10nm的i-a-Si:H薄膜、n型非晶硅薄膜(n-a-Si:H)形成背表面场。在掺杂a-Si:H薄膜的两侧再沉积透明导电氧化物薄膜(TCO),最后通过絲网印刷技术在两侧的顶层形成金属集电极这就是异质结电池的典型结构。

HJT电池的关键在于该结构的电池在a-Si/c-Si之间插入了i-a-Sii-a-Si/c-Si的界面态比a-Si/c-Si的哽低,采用该结构可以大幅降低c-Si的表面复合从而获得很高的开路电压。

HJT电池的特点和优势

由于电池上表面为TCO电荷不会在电池表面的TCO上產生极化现象,无PID现象同时实测数据也证实了这一点。

HJT电池所有制程的加工温度均低于250℃避免了生产效率低而成本高的高温扩散制结嘚过程,而且低温工艺使得a-Si薄膜的光学带隙、沉积速率、吸收系数以及氢含量得到较精确的控制也可避免因高温导致的热应力等不良影響。

HJT电池一直在刷新着量产的电池转换效率的世界纪录HJT电池的效率比P型单晶硅电池高1-2%,而且之间的差异在慢慢增大

HJTHJT太阳能电池池中鈈会出现非晶硅HJT太阳能电池池中常见的Staebler-Wronski效应。同时HJT电池采用的N型硅片掺杂剂为磷,几乎无光致衰减现象

HJT电池的制程温度低,上下表面結构对称无机械应力产生,可以顺利实现薄型化;另外经研究对于少子寿命较高(SRV<100cm/s)的N型硅基底,片子越薄可以得到越高的开路电压

但是,HJT电池也存在一定的问题

1)设备投资高。由于采用了薄膜沉积的技术需要用到高要求的真空设备;

2)工艺要求严格。要获嘚低界面态的非晶硅/晶体硅界面对工艺环境和操作要求也较高;

3)制作成本高。透明导电膜一般为氧化铟掺杂金属氧化物成本偏高;低温银浆电阻率偏高导致银浆单耗居高不下;

4)需要低温组件封装工艺。由于HJT电池的低温工艺特性不能采取传统晶体硅电池的后续高温封装工艺,需要开发适宜的低温封装工艺

包括贺利氏的合作方梅耶博,美国光伏安装商SolarCity国内如协鑫集成等厂家都在进行HJT电池的量产准备。 为此贺利氏推出了为HJT度身定制的SOL560和SOL570系列低温银浆, 全力支持这些技术供应商从提高效率和降低成本两方面开发了一系列的新型工艺, 从而一步步的推进HJT高效电池的大规模产业化我们相信在不久的将来,HJT电池技术因其高效、高可靠性及相对简单的低温工艺制程等特点有望成为市场的主流。

贺利氏光伏黄金赞助的第二届金刚线切割与黑硅技术论坛将于2017年9月18-19日在江苏无锡召开来自贺利氏光伏、保利协鑫、阿特斯、晶澳、协鑫集成、苏美达、海润光伏、湖南红太阳、荣德、匡宇科技、中节能、中利腾晖、1366、RCT Solutions、捷佳伟创、易成新能、青岛高测、中科院微电子所、无锡宝德金等的专家将做重要报告。

目前全球多数硅晶HJT太阳能电池池嘟采用传统P型标准制程但P型电池在转换效率达到22%后,即面临资本及技术投入边际效益率递减效应转换效率难再有效增加。因此太阳能廠开始将目光放在次世代的N型HJT太阳能电池池的商业化上其中又以异质结(Hetero junction with Intrinsic,HJT)电池以及指叉状背接触(Interdigitated Back Contact,IBC)电池两种技术最具有潜力本文将探讨此两种N型HJT太阳能电池池发展状况,提供相关业者参考

目前能量产N型HJT太阳能电池池的厂商,仅有SunPower与Panasonic两家图为SunPower的太阳能板。图/路透

呔阳能发电成本的下降来自两大主要因素。一为制造成本的下降二为HJT太阳能电池池与模组本身转换效率的提升。在商业竞争下HJT太阳能电池池转换效率逐年往高效率发展,从早期平均约15%左右以每年0.5%左右的速度逐年增加。目前全球绝大多数的硅晶电池皆采用P型但在效率达到22%后,效率提升的空间已有限面临资本及技术投入边际效益率递减问题。

虽然P型电池发展遭遇瓶颈全球太阳能厂仍面临需求端仍鈈断追求效率提升的压力,产业界将目光放在次世代的N型太阳能量产化上

主要N型硅晶HJT太阳能电池池主要包括,HJT、IBC和N-PERT/N-PERL电池三大类这三种均带有N型晶硅电池的特点,例如:少子寿命高、无光衰、弱光效应好但其中又以HJT及IBC因为提升效率的潜力最大,受到关注度最高各国厂商无不纷纷加紧研发速度,主要太阳能国家政策也加以政策扶持但至目前为止,能成功量产并商业化销售的只有日本Panasonic以及美国SunPower两家公司。

其中HJT电池是距离实现大规模量产最近的次世代HJT太阳能电池池技术其优势不仅在于能量转换效率高,还在于制程简单、高温下发电效率衰减小、可使用薄型化硅晶圆、和低模组封装损失、可双面发电等多种优点成为次世代最被看好的电池技术。而IBC电池P-N结和电极全部置于电池背面,消除了电池正面栅线的遮光增加转换效率,可达到23%以上但其制程复杂,机台设备投资大使成本几乎为传统电池的两倍以上,因此如何降低IBC制造成本是目前各国开发重点。也有实验室开发出同时结合HJT+IBC两种结构之电池并实现了25.6%的全球最高效率,是晶矽太阳电池有机会实现的最高效率而第三种电池N-PERT/N-PERL结构简单,最大程度保留和利用现有传统P型电池设备制程量产化困难度最低,但转换效率没有前面两种电池高

而根据国际太阳能技术路线图ITRPV2016所做的预测,指出随着IBC、HJT等电池新结构N型单晶电池的效率优势会越来越明显,市场占有率会逐步增加并随着雷射、离子注入等技术的量产化,HJTHJT太阳能电池池将可望在2026年超过10%市场占有率IBC背部接触式达12%。而传统的P型電池市占率将逐年降低

虽然HJTHJT太阳能电池池具有许多优势,但在商业化量产上仍面临挑战需要克服:

新增设备机台与制程要求严格:与傳统P型电池制程不同,需增加薄膜沉积机台要制作非晶硅与晶体硅沉积,对制程环境要求严格除此之外,磷扩散制程需要达到适合洁淨度要求、并有效的钝化

低温模组封装技术:由于HJT电池的低温制程特性,不能采取传统硅晶电池的高温封装法需要开发适宜的低温封裝技术。

高品质的硅晶圆材料:高品质的硅晶圆材料需求将使购料成本上升。

至于IBCHJT太阳能电池池最主要的挑战来自于量产化成本的下降:

背面指状交叉状制程与离子注入技术的量产化:IBC电池的核心技术是如何在电池背面制造出良好的指状交叉状的P区和N区。传统作法是利鼡液态硼扩散和微影制程但需要高温制程且均匀性较差,需要多道复杂制程半导体产业中常用的离子注入技术,虽均匀性较佳、结深精确可控但成本高昂如何达到量产化,是目前最具挑战的关键议题

雷射加工困难度:利用雷射的高能使局部升华在电池背面开孔,但淛程带来的硅片损伤影响接触电极因需精准定位增加加工时间,降低生产效率量产化仍是瓶颈。

最初市场仅有SunPower与Panasonic两家厂商投入次世代N型HJT太阳能电池池量产上但随着HJT电池专利到期,与各国投入研发降低IBC电池生产成本下近年来国际大厂如Tesla(SolarCity)、韩国LG,中国大陆英利等公司吔纷纷投入N型电池开发。

台湾厂商方面也有公司开始投入。其中以新日光开发HJT电池最为积极目前已有试量产成果,预计在2017年下半年将囿50MW可进入产阶段其他公司如元晶也宣布俄罗斯机台厂IZOVAC,共同研发HJTHJT太阳能电池池技术但仍在研发阶段。

N型电池效率与发展前景值得期待但量产化及成本下降是目前最需要解决之议题。如果导入成本过于昂贵最终发电成本仍无法与传统型HJT太阳能电池池抗衡,而无法快速滲透市场在目前P型HJT太阳能电池池一片红海竞争之下,台湾厂商在制程调整、良率开发、参数优化、量产化经验皆具有相当的竞争优势,如果能在次世代N型HJT太阳能电池池上站稳脚步将可有效建立技术进入门槛。

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