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文章来源: 世纪新能源网,光伏前沿       发布时间:2019-02-12

HJT是Heterojunction的缩写,意为异质结。基于异质结的太阳能电池最早由日本三洋公司于1990年成功开发(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,三洋异质结电池的转换效率2014年达到24.7%,2015年达到25.6%。


当前,分布式光伏正大行其道。由于异质结电池具有高效、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。


异质结电池的结构

N型异质结电池 光伏行业下一个风口

光伏产业链近年来快速发展的本质是技术驱动降本提效。目前单晶趋势已经确立,P型电池提效进度放缓,N型电池效率提升潜力大。展望未来,我们认为光伏行业最值得期待的变革在于电池环节将由P型电池转向N型电池,其中异质结电池以其效率高、降本潜力大最有潜力成为光伏行业下一个大风口。


核心优势:效率高!根本原因在于异质结结构禁带宽度大


异质结电池一直在刷新着量产的电池转换效率的无需申请自动送彩金58纪录。异质结电池的效率比P型单晶硅电池高1-2%,而且之间的差异在慢慢增大。太阳电池转换效率可以表示为开路电压、短路电流和填充因子三 个参数的乘积。其中开路电压取决于内建电场强度,继而最终取 决于电池材料本身的禁带宽度。异质结电池禁带宽度为 1.7-1.9 eV,远高于晶硅同质节电池的 1.12 eV,因而异质结电池具有较高的开路电压,从而具有较高的电池效率。

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可向薄型化发展


HJT电池的制程温度低,上下表面结构对称,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。

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工艺:核心工艺与PERC完全不同


异质结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的过程,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响。


异质结电池四步核心工艺为清洗制绒、非晶硅薄膜沉积、导电膜 沉积、印刷电极与烧结。与PERC工艺的区别在于:1)非晶硅薄膜沉积环节,使用PECVD或RPD沉积本征氢化非晶硅层和P型/N型氢化非晶硅层;2)镀膜环节使用 PVD沉积TCO导电膜; 3)印刷电极方面需使用低温银浆;4)烧结过程需控制低温烧结。


成本:设备与耗材未来降本空间大


目前异质结电池成本主要来自硅(47%)、浆料(24%)、折旧(6%)、 靶材(5%)。具体来看:1)硅成本降低空间主要来自硅片减薄,未来减薄空间 45%;2)浆料成本降低空间主要来自减量和降价,未来减量空间 40%、降价空间 30%;3)折旧方面,目前单位产能的设备投资是PERC的2倍,未来可降至与PERC持平。


平准化度电成本已与PERC基本相同


在组件投资方面HJT高于PERC,但由于HJT效率较高,所需组件个数较少,支架和逆变器等非组件投资低于PERC,最终总的初始投资比PERC高10%。同时由于高效低衰,HJT全生命周期发电量高于PERC,使得最终二者的平准化度电成本已基本相同。


大规模量产计划2-3年内落地,产业化进度超预期。目前已经量产或计划量产HJT电池的企业有近20家,大多尚处于中试阶段。目前全球规划产能超10GW,实际产能约2GW。预计规划产能在未来2-3年内逐步落地,HJT产业链成熟度会快速提高,从而推动设备及材料价格下降,使HJT经济性占优。


N型晶硅电池具有少子寿命高,无光致衰减,弱光效应好,温度系数小等优点,是晶硅太阳电池迈向理论最高效率的希望。ITRPV 2018预测N型硅片的市场占有率将持续增加,2020年近10%,2028年将达28%。


不同类型硅片市场份额

N型异质结电池 光伏行业下一个风口

异质结技术成关注热点。N型晶硅电池主要包括N-PERT/N-PERL电池、叉指状背接触电池(IBC)和异质结电池三大类。2017年8月,应用异质结和背接触技术,日本Kaneka公司HBC电池效率达到创纪录的26.63%。


N-PERT和N-PERL电池结构简单,效率提升潜力大,可双面发电。英利、中来、林洋、LG等已经实现了N型单晶双面高效电池的量产。近期,Imec宣布,其最新一代大面积单面丝网印刷背面发射极N-PERT电池的转换效率达到了23.03%,年底有望提升至23.5%


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。要获得低界面态的非晶硅/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。


结语


包括贺利氏的合作方梅耶博格,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。


异质结电池具有能量转换效率高、简单的低温制造工艺、薄硅片应用、温度系数和CTM低、可双面发电等一系列优势。异质结电池实现低成本量产的关键在于设备国产化、提高良率和产能以及降低硅片、低温银浆、TCO靶材和清洗制绒化学品等成本。日本松下、上澎、晋能、福建金石和中智电力等已实现异质结电池量产。2018年,通威、爱康、彩虹等企业纷纷开建异质结电池产能,且均规划了GW级产能布局,热度可见一斑。


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