雙面電池、雙面組件簡(jiǎn)介

1、雙面電池、組件簡(jiǎn)介一、電池技術(shù)1.1 PERC 技術(shù)PERC電池的工藝流程包括： 沉積背面鈍化層，然后開(kāi)槽形成背面接觸。相較常規(guī)光伏電池的工藝流程新增了兩個(gè)重要工序。此外，基于濕式化學(xué)工作臺(tái)的邊緣隔離工序需要針對(duì)背面拋光稍做調(diào)整。 拋光的程度基于所選技術(shù)的不同而異。因此，鈍化膜沉積設(shè)備和開(kāi)槽設(shè)備（可采用激光或化學(xué)蝕刻方法）是需要在傳統(tǒng)電池產(chǎn)線上額外增加的加工設(shè)備。對(duì)于較少應(yīng)用的激光邊緣隔離處理工藝生產(chǎn)線，需要增加一個(gè)化學(xué)濕式工作臺(tái)進(jìn)行背面拋光。相對(duì)于常規(guī)P型電池，P-PERC電池有兩個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)： 顯著降低背表面復(fù)合電流密度，提高電池開(kāi)路電壓； 形成良好的背表面內(nèi)反射機(jī)制，增加光吸收幾率，提高

2、電池短路電流；電池效率的提升多晶會(huì)在 0.5%0.8%，單晶會(huì)在 0.8%1.0%。PERC電池的優(yōu)點(diǎn)：相當(dāng) 容易改造的，只需要加23個(gè)步驟，就能夠?qū)崿F(xiàn)技改的升級(jí)，而且投入也比較低， 相對(duì)來(lái)說(shuō)每100兆瓦的投入大概會(huì)在 2000萬(wàn)元。/pi tr(£yDuWfflHJtee圖1 perc電池流程圖電池生產(chǎn)商廣泛用于規(guī)模化生產(chǎn)的兩種氧化鋁沉積技術(shù)是等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積ALD（PECVD ）和原子層沉積（ALD ）。PECVD所占市場(chǎng)份額最大，且在電池生產(chǎn)中不僅可 用于氮化硅的沉積，而且沉積氧化鋁并覆以氮化硅可以在不同腔體的同一工序中完成。技術(shù)沉積膜的質(zhì)量比 PECVD更佳，但該技術(shù)

3、需要在生產(chǎn)線上額外增加一套PECVD設(shè)備,用于氮化硅的沉積。雙面PERC電池背面采用鋁柵線設(shè)計(jì)， 可以有效降低局域接觸空洞。對(duì)改善局域鋁背場(chǎng)均勻性從而提升電池開(kāi)路電壓有幫助。關(guān)鍵技術(shù)如下：（1 ）鋁柵線燒結(jié)后需具有一定的高寬比，可以增加光照面積，有利于收集更多的光生電流，提升PERC電池背面轉(zhuǎn)換效率 （2）具備良好接觸處局域填充效果及厚度適合的鋁背場(chǎng)，以減小體電阻率。其對(duì)背面鋁漿和金屬化提出了一些特殊工藝要求： （1）背面印刷精度較單面 PERC電池的要求略高；（2）背面 需絲網(wǎng)印刷鋁柵線，對(duì)鋁漿提出了更高的要求。根據(jù)阿特斯的經(jīng)驗(yàn)，雙面P ERC技術(shù)制作完善的條件下，正面效率不會(huì)降低。pasb

4、kali-wi1O'»ID”；SIN, rT»Fcvpii 、 亠i:肌*ulIIIP ia'» -w”SiOi«tjan點(diǎn)SIN.JJi作反AtntiEftv.音皿曹址鼻 弓 1 XiEn 電SSASIf址相AIM圭如1£化¥性KR*165上 jfe 出 fl«(SlOihyl«apECvt)±<, A建«,屈:Hit an不畤，但a用于 iUHrriiSMititAQfSIC岡t正4P. 傾號(hào)黑上 邛*tTV+1D*» H 州圖2介質(zhì)鈍化效果比較高效PERC雙

5、面電池：與常規(guī) PERC電池相比，正面加載SE技術(shù)，電池 Voc提升7 mV左右；背面鋁柵線二次印刷，提高雙面電池的填充因子，P ERC（SE）+平均效率為22.06%;Stikircell lypeRear 卩rinilluminntionInimVicmVirA'ciu-JFfr%jFiT.%1i-PEEK單面/FroEl biide40.07KO.Q21用0.53Pt KO/Hrciii side67121.40U.64PFHC福K單面/Kniiil 沛 If672JW.hO2l.6h0.5QPER廠侶FH取面/Fnint fiiile67Q4(1.n21.720.6S阻:囲十雙

6、面l>ouNfFrflul SlideWJO4(I,W22-06OJH1.2 N型電池相較于P型電池，N型雙面電池具備的優(yōu)勢(shì)。（1）N型CZ硅片的少子壽命比 P型硅片的高出（B-O ）復(fù)合體所造成的光致衰減（LID ）效應(yīng)。（2）其次，N型硅片對(duì)金屬污染的容忍度要高于（3）溫度系數(shù)低，高溫條件下仍可獲得高功率輸出。 減小因溫度提高帶來(lái)的功率下降。12個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到毫秒級(jí)。無(wú)硼氧P型硅片。工作溫度較常規(guī)單玻組件低3-9 C,（4）N型單晶雙面電池正背面均印刷 Ag柵線且圖形相近，因此 N型單晶雙面電池結(jié) 構(gòu)均有對(duì)稱性，電池在絲網(wǎng)燒結(jié)印刷后不產(chǎn)生翹曲?；诰w結(jié)構(gòu)的特性，具有少子壽命高、光衰

7、減系數(shù)低、弱光響應(yīng)佳、溫度系數(shù)低、工 作溫度低、且雙面皆可發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)，目前最高效的晶硅太陽(yáng)電池也都是采用了N型硅片，比如IBC , HIT, N型雙面電池等。而愛(ài)康、賽維、中科院微系統(tǒng)所/通威、晉能、彩虹、中智則想在異質(zhì)結(jié) HJT雙面電池有一番作為。PERC單晶正面產(chǎn)線效率 21.3%21.8%左右，雙面率維持在 70-80%左右，而龍頭企業(yè) 的PERC單晶正面效率已經(jīng)突破 22%，雙面率也達(dá)到 80%左右。高雙面因子（雙面率，背 面轉(zhuǎn)化效率占正面轉(zhuǎn)化效率的百分比），HJT、N-PERT雙面因子（雙面率）可高于 90%,IBC的雙面因子（雙面率）約為 80%。PERT技術(shù)PERT （Passi

8、vated Emitter， Rear Totally-diffused cell ），鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池,是一種典型的雙面電池。雙面太陽(yáng)電池是指硅片的正面和反面都可以接受光照并能產(chǎn)生光生N型硅片制造。nPERTP+N結(jié)（3）背面擴(kuò)散磷3所示。電壓和電流的太陽(yáng)電池，這種電池可以用P型硅片制造，也可以用(b)雙面電池基本工藝流程為：（1）雙面制絨（2）上表面擴(kuò)散硼制成 制成N+N結(jié)（4）雙面鈍化薄膜（5）雙面金屬化，結(jié)構(gòu)示意圖如圖frOrtf COrtf*Cf 廣pn世.tfng M仰;SJi.f 帀0皿"rtWCf 廠 pntivMig 刪皿氓(P) EmitterEmitt

9、ern-type Sin-type Si伽BSFS/N.back contact阿J BSFback electrode3 nPERT電池結(jié)a雙面b 單面中來(lái)光電通過(guò)創(chuàng)新型離子注入法進(jìn)行磷擴(kuò)散，簡(jiǎn)化工藝的同時(shí)在N型電池技術(shù)領(lǐng)域，N-PERT雙面電池效率可達(dá) 21.5%。也提升了電池效率，目前已量產(chǎn)的TOPCon ITOPCon : Tunn el Oxide Passivated Con tact隧穿氧鈍化接觸：該電池采用高質(zhì)量的超薄氧化硅和摻雜多晶硅層，實(shí)現(xiàn)全背面的高效鈍化和載流子選擇性收集。其優(yōu)點(diǎn)為：插入氧化層有效降低體載流子在表面的復(fù)合；提升了體內(nèi)光生載流子濃度；有效擴(kuò)大了準(zhǔn)價(jià)帶和準(zhǔn)導(dǎo)帶

10、能級(jí)差；最終提高器件的V oc ；中來(lái)NbOPCON :轉(zhuǎn)化效率22.5%電池工藝流程T FU P+ rffllnchNtvpeTurZ HirltjSiOil時(shí) dofXEllwb ii£1加血叭Ag(rU圖4 TOP Co n電池示意圖2018年上半年，中來(lái)TOP Con （隧穿氧化鈍化） 疊加其他組件高效封裝技術(shù)可提高將平均電池轉(zhuǎn)換效率提高到22.5%以上,60片N型雙面組件正面功率達(dá) 330W以上。下半年，中來(lái)獨(dú)創(chuàng)的懸浮主柵設(shè)計(jì) N型單晶雙面IBC電池也將量產(chǎn)，到時(shí)平均轉(zhuǎn)換效率將超過(guò)24%。口高atPERC電池技術(shù)路線囹»23.0%1Z cn21.015E+PERC

11、SS電池A性瓏£片2 ffc«!SE»e 22,0%1T點(diǎn)接tt：I2Z.M圖5 PER高效電池路線圖異質(zhì)結(jié)電池異質(zhì)結(jié) HJT(Hereto-junction with Intrinsic Thin-layer)電池(同時(shí)也簡(jiǎn)稱 HIT , SHJ, SJT等)，HJT電池的結(jié)構(gòu)如圖所示，以 N型單晶硅(c-Si)為襯底光吸收區(qū)，經(jīng)過(guò)制絨清洗后， 其正面依次沉積厚度為5-10nm的本征非晶硅薄膜(i-a-Si:H)和摻雜的P型非晶硅(p-a-Si:H)，和硅襯底形成p-n異質(zhì)結(jié)。硅片的背面又通過(guò)沉積厚度為5-10nm的i-a-Si:H和摻雜的N型非晶硅(n-a-S

12、i:H)形成背表面場(chǎng)，雙面沉積的透明導(dǎo)電氧化物薄膜(TCO)不僅可以減少收集電流時(shí)的串聯(lián)電阻，還能起到像晶硅電池上氮化硅層那樣的減反作用。最后通過(guò)絲網(wǎng)印刷在兩側(cè)的頂層形成金屬基電極，這就是異質(zhì)結(jié)電池的典型結(jié)構(gòu)。Gridw O.OI pm/'0011 liran-typelX-圖5異質(zhì)結(jié)電池KanekaCorporation的研究人員于 2016年底將HIT電池光電轉(zhuǎn)換率提IBC技術(shù)后的HJT電池能展現(xiàn)r 0.01 ijm日本化學(xué)品制造商升到26.3%，打破了之前松下25.6%的紀(jì)錄。目前，疊加了出更驚人的轉(zhuǎn)化效率，目前已達(dá)26.63%。 2018年3月晉能科技HJT電池量產(chǎn)平均效率達(dá)2

13、3.27%，量產(chǎn)最高效率可達(dá) 24.04%。在成本下降空間方面，相對(duì)于其他超高效太陽(yáng)能電池 技術(shù)，HJT技術(shù)工藝步驟少。通過(guò)對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的突破和規(guī)?；a(chǎn)，實(shí)現(xiàn)成本的進(jìn)一步大幅下降。2017年HJT組件的量產(chǎn)成本是每瓦 0.7美元，晉能科技預(yù)期是三年內(nèi)使HJT組件的量產(chǎn)成本下降至每瓦 0.4美元。HIT電池中TCO層的作用：形成良好的歐姆接觸，增加載流子的收集效率，起到鈍化 表面的效果。高遷移率的TCO薄膜是獲得高J SC的關(guān)鍵。提高遷移率的方法：降低載流子 濃度；增大晶粒尺寸；減少晶粒邊界的勢(shì)壘（晶粒邊界的鈍化）；減少補(bǔ)償度（減少雜質(zhì)濃度）；減少高價(jià)離子數(shù)量（如氧空位）；提高 ITO薄膜的晶化

14、率。溫度是決定太陽(yáng)電池輸出特性的關(guān)鍵因素之一，和傳統(tǒng)的擴(kuò)散pn結(jié)相比，傳統(tǒng)擴(kuò)散pn結(jié)太陽(yáng)能電池的溫度系數(shù)為 -0.42%/ C,而異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的溫度系數(shù)可低于 -0.25%/C , 開(kāi)路電壓高的HIT太陽(yáng)電池表現(xiàn)出更好的溫度特性。特別是N型雙面電池，具有雙面發(fā)電的特2017年中來(lái)股份研發(fā)的 N型IBC組件電池效率高于 23%，60片型組件正面功率高達(dá) 340W.N型電池具備更高的發(fā)電效率和發(fā)展前景， 性，背面效率可達(dá)到 19%以上，HIT+IBC = HK 電池bdDbaCmi.7；"ICanvAorriati三二二*申£ /zKkM -'? L- ainr&#

15、187;,tj 晝二"ShJCtI*SmS-fillBPS&tE.且 wpi幫 sutlersfis；£3t?yaeUWtFh S&F:Pi w也*耶審瑙&世 令1 V:-M-WTT:足聘涼R:MH屯旳至工意衣EJI ff 4t W 辭J性 1段33 9弧£.1 rhrEc-Gv 中H琬'蟲(chóng)窮IF.TaHWt河S； P-PEPC 也i于” TWs事a升i -1專Ki * 皈 ft *z raft7=AMl：耳h7j： 圖6電池技術(shù)疊加 HIT+IBC=HBC、雙面組件光伏市場(chǎng)上3種主要的雙面光伏組件為：?jiǎn)尉型雙面光伏組件、單晶 P

16、 ERC雙面光伏組件、異質(zhì)結(jié)（HIT或HJT）雙面光伏組件。雙面電池根據(jù)基底的不同，可以分為P型雙面和N型雙面，包括 N型PERT電池、HJT電池、IBC電池，以及P型PERC雙面電池等。 2018年僅隆基一家就將新增 3.5GW的雙面雙玻組件產(chǎn)能。但在選擇技術(shù)方向上，目前主流 廠家存在較大的分歧。晶科，英利，阿特斯等一線企業(yè)均已推出自己的雙玻雙面產(chǎn)品，其中我們看到以隆基，晶澳和天合為主的企業(yè)主要推進(jìn)P型PERC的雙面雙玻產(chǎn)品，而以英利，晶科和林洋為主的企業(yè)主要推動(dòng)N型PERC的雙面雙玻產(chǎn)品，另外如中環(huán)股份，第一太陽(yáng)能等企業(yè)則側(cè)重在 HIT（異質(zhì)結(jié)層電池）上。從3個(gè)的優(yōu)劣來(lái)看，目前 P型PER

17、C雙面雖然雙 面率最低，轉(zhuǎn)化效率也最低，但是是目前最快達(dá)到量產(chǎn)化的產(chǎn)品。N型PERC雙面轉(zhuǎn)化效率介于兩者之間，但是量產(chǎn)化之后成本下降有待驗(yàn)證。（林洋N型電池已經(jīng)成功量產(chǎn)，公司預(yù)計(jì)其生產(chǎn)成本將與傳統(tǒng) P型PERC接近）而HIT技術(shù)雖然整體的效率最高，但是由于其晶硅 電池表面需要再添加非晶硅薄膜，因此量產(chǎn)化之后成本一直較高，因此需要進(jìn)一步的生產(chǎn)技術(shù)突破或優(yōu)化。取面累統(tǒng)發(fā)電影響因素應(yīng)用報(bào)拋占技術(shù)分布孝二 I性BE廠：f i _H |n2_ :JiJeF廠2.1普通PERC組件發(fā)電量P ERC組件多發(fā)電的原理在于其優(yōu)秀的低輻照性能，問(wèn)題的解決。P ERC電池紅外波段的量子效率顯著提高，尤其在 電不計(jì)入

18、到標(biāo)稱功率當(dāng)中。據(jù)大同中電發(fā)電公司段濤介紹，單晶更好的功率溫度系數(shù)以及首年光衰11001200nm波段增加的發(fā)P ERC在大同中電光伏發(fā)電項(xiàng)目中表現(xiàn)也十分優(yōu)秀， 可以多發(fā)2.61%電量。中國(guó)電力科學(xué)研究院黃晶生的研究數(shù)據(jù)表明， 單晶PERC發(fā)電時(shí)長(zhǎng)高出常規(guī)組件 2.8%左右。按雙面PERC相對(duì)常規(guī)組件多發(fā) 3%勺電來(lái)計(jì)算， 在系統(tǒng)投資相同，裝機(jī)容量相同的情況下，PERC單晶收益率提高約 1.5%,雙面PERC攵益率提高4-5% PERC單晶度電成本降低約 2分，雙面PERC度電成本降低約 7分。晶澳孫杰分析 認(rèn)為，從成本角度講，相比于 PERC單面產(chǎn)品，PERC雙面產(chǎn)品僅在電池的絲網(wǎng)印刷工序做

19、 了調(diào)整和優(yōu)化，因此成本基本與PERC單面產(chǎn)品相差無(wú)幾。相比于常規(guī)單單晶，P型PERC雙面組件可有效降低光伏電站的可降低0.05元/kWh以上。/多晶以及PERCLCOE ,以10%發(fā)電增益的雙面組件為例，LCOE不同丘憫景咖轟牌1仲11M*；r知P Fl.?B -I tfawni l/iOW=*UMrtW"丹LJLt mi Imot F?-l5t仲-i,:iC 皿-&JW-w4digi L0hiIWdiv 4l申Nbi E)圖8地貌光譜及安裝角iMlf箱J2016.06HIT360SUN2000-saKTLdIC.1.儷翎UVP帑J35Q11FJSUN3000-1貳117.

20、 UD5型1嚴(yán)50KTL-CI1 jMir丈5(的m3017.06imHi31'(?SUN20CM-前30 40M*SiO50KTL-C1lOCMn :30'17. 12n型3101厶tkSUNZOOO-50KTI.-C1扎*3017. 12£90n豐SUH2000- 紂硏L Cl1典雙面發(fā)電組件安裝位置的背景反射率決定了背面發(fā)電量的多少，只有背面盡量多的接收反射和散射光，背面增效才會(huì)增加。由于不同地區(qū)冬季降雪量不同，通常設(shè)計(jì)的系統(tǒng)最低點(diǎn)離地高度也不同，隨著最低點(diǎn)離地高度的變化，組件背面接收的輻照度也隨之變化，系統(tǒng)最低點(diǎn)離地越高，組件與地面之間的空間越大，組件背面可接

21、收的周圍反射面越大，背面的發(fā)電量也越多。因此組件背面的發(fā)電量主要是安裝朝向、安裝角度、地面反射率和離地高度共同作用的結(jié)果。協(xié)鑫集成執(zhí)行總裁董曙光表示，與普通電站相比，由于水面反射增加光利用率，以及溫度低、清潔度較高的特性，水面電站的發(fā)電增益要較一般電站高出5-6%以上，在應(yīng)用金剛雙面雙玻組件時(shí)，可使發(fā)電量進(jìn)一步提升10%上。董曙光認(rèn)為水面光伏電站的投資優(yōu)勢(shì)較普通地面電站更為顯著，值得投資者們關(guān)注。雙面發(fā)電組件應(yīng)用1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計(jì)，與1000V系統(tǒng)相比，系統(tǒng)平衡成本降低約 3% 100兆瓦電站的總投資可減少約 2000萬(wàn)元； 與1000V集中式系統(tǒng)相比，1500V集中式系統(tǒng) 損耗降低約0.

22、47%。2.2半片半片電池組件具有以下特點(diǎn)：（1）電池片一分為二，可減少熱阻損失，半片電池組件 的輸出功率比同版型整片電池組件高約5-10W;（ 2）半片電池組件的熱斑溫度比同版型整片電池組件的溫度低約 25C，可有效降低組件的熱斑效應(yīng)；（3）半片電池組件滿足 1500V系統(tǒng)電壓設(shè)計(jì)要求，可降低系統(tǒng)端成本約10%由于半片電池組件在大幅提升輸出功率的同時(shí)，所增加的額外成本并不多，因此目前高功率半片電池組件正在實(shí)現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展。目前，半切技術(shù)已被多家光伏組件制造商采用，規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)亞化咨詢統(tǒng)計(jì)，截至2018年5月，全球半片電池組件產(chǎn)能已超過(guò)15GW其中晶科、天合、晶澳、阿特斯、東方日升、韓華Q

23、Cells、REC Solar等均實(shí)現(xiàn)GW級(jí)半片組件產(chǎn)能。2.3跟蹤系統(tǒng)5%-跟蹤系統(tǒng)專家認(rèn)為，通過(guò)跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在光照條件好的地區(qū)降低電價(jià)在10%。具體體現(xiàn)在電價(jià)方面可以是0.05-0.1元/度電，甚至0.15元/度電。晶澳PERC雙面+跟蹤系統(tǒng)帶來(lái)更多的發(fā)電增益促使度電成本進(jìn)一步降低。雙面發(fā)電與單軸支架系統(tǒng)聯(lián)用，更能體現(xiàn)1+1>2的疊加優(yōu)勢(shì)。有數(shù)據(jù)表明，在不同的經(jīng)緯度下，平單軸系統(tǒng)發(fā)電量高出10%-18%斜單軸高出20%-30%如果與PERC雙面發(fā)電組件整合，則在平單 軸系統(tǒng)中，有望獲得18%-34%勺發(fā)電增益，在斜單軸系統(tǒng)中，有望獲得28%-46%勺發(fā)電增益。這對(duì)于大幅降低光伏度電成本，無(wú)疑具有里程碑的重要意義。10大領(lǐng)池者基地各項(xiàng)技術(shù)規(guī)模<MW)3卜'IL：RERC二匝匸”TVI . I I I U I _ I I L ,N型 :PERG呎面J. :-=-= I n su* aww-w iPERC dtA»" 亠 J r7 I I I rr MWT宜加3656.6732333593.33SQQjQOuToo445 001100 .DOi2073.33