汉能高效硅异质结技术研发和产业化进展-2019-solarbe文库

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汉能高效硅异质结技术研发和产业化进展汉能薄膜发电集团成都研发中心北京工业大学四川大学中国科学院电工研究所 2019年5月7日 2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都内容提要 1 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都汉能成都研发中心介绍 22019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3 汉能成都研发中心介绍 2011 年从福建泉州搬迁至四川成都非晶硅基薄膜电池产线投产 a-Si/a-SiGe/µc-Si Triple Junction 2014 年6 月异质结电池实验室建成 2016 年11 月正式成为汉能第5 条技术路线 2017 年4 月开始247 研发实验模式 2018 年3 月120MW 异质结生产线投产 2018 年6 月组建钙钛矿研发团队 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 n c-Si 2019 年1 月研发全尺寸电池转换效率达到24.23 （日本JET 认证） a-Si/a-SiGe/a-SiGe Triple Junction2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都内容提要 4 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 4 SHJ电池技术 SHJ组件及其应用研发效率路线图2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都硅异质结技术（SHJ）实验设备 5 制绒清洗 PECVD PVD 丝网印刷 2014年6 月，SHJ研发实验室正式投入使用，新增2台设备制绒清洗、丝网印刷2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都汉能SHJ电池结构示意图 6 正面TCO 背面TCO a-SiHi/a-SiHn a-SiHi/a-SiHp 前电极 n-type c-Si100 背电极 c-Si ITO a-Si 72nm N 型单晶硅片 PECVD 沉积非晶硅层钝化＋掺杂层 8nm PVD 溅射ITO 层汉能SHJ电池TEM照片 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 7 电压电流填充因子 SHJ电池主要影响因素非晶硅钝化层、p/n层性能硅片表面清洁度后续工艺对钝化效果的影响硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度金属栅线宽度、数量硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之间的接触电阻钝化层厚度和掺杂层电导率金属栅线电阻和数量硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 8 0.69 0.7 0.71 0.72 0.73 0.74 0.75 Voc [V] 3 6 9 12 15 18 i layer thickness [nm] low Vd high Vd 双层钝化层i1 提供钝化，防止外延生长 i2 好的非晶硅质量，提升电池FF i 层厚度≤5nm 情况下，不同的工艺对钝化效果影响很大（少子寿命和V OC ） Process 1 Process 2 5nm 非晶硅层总厚度 10nm ⸺ Process 1 ⸺ Process 2 钝化层– 本征非晶硅叠层i1i22019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都钝化层–H 2 等离子体处理 9 SiH 4 Flow H 2 Flow H 2 Treatment H 2 Treatment 氢处理提供H离子，提升界面钝化，刻蚀 Si-Si 弱键 V OC 达到0.741V （2000W ）, 绝对效率提升0.24 i1 layer i2 layer2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 10  随着硅片厚度的减薄，电池V OC 呈上升  V OC 上升的幅度与硅片质量、硅片表面复合速率等有关  随着硅片厚度的减薄，电池I SC 持续下降硅片厚度2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 11  长波光反射和透过损失950-1200nm  硅片厚度每下降10µm ，J SC 下降0.07 mA/cm 2  当硅片厚度减薄，需要进一步提升入射光的利用优化制绒工艺、增加电池的陷光等硅片厚度2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 12 电压电流填充因子 SHJ电池主要影响因素非晶硅钝化层、p/n层性能硅片表面清洁度后续工艺对钝化效果的影响硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度金属栅线宽度、数量硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之间的接触电阻钝化层厚度和掺杂层电导率金属栅线电阻和数量硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都宽带隙钝化层–WBGHPT 13 钝化层 Eff [] Voc [mV] Isc [A] FF a-SiH i 22.12 735.6 9.17 0.795 WBGHPT 22.52 739.4 9.23 0.800 Effective Total Transmittance TT e TT TT 1 TR e − 入光面采用WBGHPT 钝化层，提升短波I SC ，绝对电池效率提升0.42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 14 µc-SiO x Hn 宽带隙窗口层 μc-SiOxHn layer ITO layer wafer 电池结构 Seed layer a-SiHi layer µc-SiOxHn  µc-SiOxHn代替a-SiHn，可以有效减少n 型窗口层对短波段光的吸收损失  µc-SiOxHn折射率介于a-SiH 和ITO 之间，起到降低电池表面反射的作用  优化µc-SiOxHn层的要求良好的导电性、合适的光学带隙、对非晶钝化层的轰击小、与ITO 层的接触电阻小2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 15 “Eff []”的变异性图 Eff [] 23 23.2 23.4 23.6 23.8 24 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “Voc [V]”的变异性图 Voc [V] 0.738 0.739 0.74 0.741 0.742 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “Isc [A]”的变异性图 Isc [A] 9.28 9.32 9.36 9.4 9.44 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 “FF”的变异性图 FF 0.81 0.815 0.82 0.825 0.83 A B1 B2 B3 B4 B5 3013 3015 3023 3030 3031 3032 CVD condition “”中的“” CVD炉号 Sample B X c 54.9 Sample A X c 4.7  样品A 无种子层  样品B 有种子层  种子层可以提升μc-SiO x Hn层的晶化率X c ，优化种子层掺杂浓度，电池效率提升约0.2 µc-SiO x Hn 宽带隙窗口层2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 16 窗口层 Avg Eff VocV IscA FF a-SiH n 23.70 739.5 9.36 82.84 μc-SiOxHn 23.79 739.9 9.42 82.63  μc-SiOxHn窗口层可提升电池I SC 6070 mA µc-SiO x Hn 宽带隙窗口层2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 17 电压电流填充因子 SHJ电池主要影响因素非晶硅钝化层、p/n层性能硅片表面清洁度后续工艺对钝化效果的影响硅片厚度 i/n 层厚度、光学带隙E g TCO 厚度、光学带隙和载流子浓度金属栅线宽度、数量硅片厚度和表面金字塔尺寸 TCO 方阻及其与掺杂层、金属栅线之间的接触电阻钝化层厚度和掺杂层电导率金属栅线电阻和数量硅片电阻率 2.1 SHJ电池技术2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都多层TCO技术 18  种子层改善TCO 层结晶性，提高光学及电学特性  接触层降低 a-SiHn/TCO 界面接触电阻 TCO Film Eff. V OC V I SC A FF Baseline TCO 22.56 0.735 9.283 80.17 Multilayer TCO 1 22.69 0.736 9.322 80.14 Multilayer TCO 2 23.07 0.738 9.361 80.95 a-SiH n 层接触层种子层 TCO 多层TCO 22.0 22.2 22.4 22.6 22.8 23.0 23.2 23.4 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 0.730 0.732 0.734 0.736 0.738 0.740 0.742 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 9.15 9.20 9.25 9.30 9.35 9.40 9.45 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 FF 0.780 0.785 0.790 0.795 0.800 0.805 0.810 0.815 0.820 0.825 Baseline ITO Multilayer ITO 1 Multilayer ITO 2 2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 19 监控数据对比 IV results BL EXP 体电阻率 u Ω·cm 6.0 5.0 线宽 um 51.8 53.5 线电阻 Ω 1.8 1.2  低电阻率银浆实验组线宽比BL 略宽，3D 测试线型无明显差别，线电阻低于BL  低电阻率银浆实验组串联电阻Rss 低于BL ，与线电阻数据相符。由于FF提升约0.6 ，Eff提升0.15. 46.0 48.0 50.0 52.0 54.0 56.0 58.0 60.0 BL-L359 Q116 Ag paste 线宽 3D 低电阻率银浆2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都研发电池效率提升曲线–24.23 6 寸双面电池，5BB PVD 溅射 ITO 9010 丝网印刷电极研发转换效率每年增长 1 23.84 24.23 202019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都与Kaneka全面积世界纪录的对比 Kaneka 24.5 Hanergy 24.2 Hanergy Kaneka Area cm 2 242.5 239.0 V OC mV 742 741 J SC mA/cm 2 39.4 40.1 FF 83.0 82.5 Eff 24.2 24.5 Finger shadowing a-Si / TCO bandgap, thickness 提高J SC 的途径（模拟分析）  新型宽带隙、高迁移率TCO 材料  µc-SiO x / µc-SiC x 层等 212019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 SHJ电池组件太阳能汽车、船只无人机棚顶、路灯隔音墙等渔光互补终端消费品地面/ 屋顶电站发电建筑材料中国公路、铁路总计900万公里，10 安装隔音墙，市场规模预计超 100GW 。中国鱼塘4500万亩，按20 可进行商业化安装量，预计规模大于240GW 。 22 2.2 SHJ组件及其应用2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 2.3 研发效率路线图– SHJ 和SHJ 24 24.2 24.4 24.5 24.8 25 25.2 25.3 24 24.7 25.5 26.2 26.8 27.1 27.3 25 26.5 28 29 30 30.5 31 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 2019-Q1 2019-Q2 2019-Q3 2019-Q4 2020-Q2 2020-Q4 2021-Q2 2021-Q4 转换效率 2019 年SHJ 研发工作  硅片减薄  硅基薄膜合金材料  微晶合金材料  新型TCO 材料 RPD Cu 电镀技术路线世界纪录 2021Q4目标 SHJ 25.1 Kaneka 25.3 SHJIBC 26.7 Kaneka 27.3 SHJPSC 28 Oxford PV 31 232019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 29.0 42.5 47.5 0 10 20 30 40 50 1 2 3 AM1.5G 转换效率 P-N 结数量理论转换效率 SHJ PSC 叠层电池技术 24 将钙钛矿电池插入ITO与a-SiHn层之间已开发关键隧穿结技术易于与现有SHJ工艺对接钙钛矿电池钙钛矿电池钙钛矿/SHJ 叠层电池 SHJ 电池2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都内容提要 25 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3.1 SHJ 120MW产线布局图2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都硅片检测设备清洗制绒设备 PECVD设备 PVD设备丝网印刷设备层压机 3.2 SHJ 120MW产线设备介绍2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 21.81 22.14 22.38 22.60 22.78 23.20 23.50 23.60 23.75 23.80 23.19 21.45 21.75 22.08 22.27 22.36 22.62 22.70 22.86 23.01 23.00 21.0 21.5 22.0 22.5 23.0 23.5 24.0 转换效率 [] 研发冠军批次产线冠军批次产线日均效率 3.3 SHJ 120MW产线– 电池效率2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 3.3 SHJ 120MW产线– 电池效率2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都 30 3.6 SHJ双面组件应用实例超过40 个户外测试电站行业内较齐全的户外发电对比数据包含非晶硅锗，p-多晶，p/n-单晶（单/双面），异质结（单/双面），铜铟镓硒（柔性/玻璃基），碲化镉等不同技术路线2019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都内容提要 31 汉能成都研发中心介绍 SHJ电池/组件研发技术 120MW产线进展 1 2 3 总结 42019异质结与薄膜太阳电池论坛 ∙ 中国 ∙ 成都总结 32 SHJ研发电池效率超过24.3，目标效率25 产线获得23.19的批次平均效率，天平均效率23.01，2019年有望超过23.5 SHJ技术路线包含和钙钛矿形成叠层电池，目标效率30感谢关注 Thank you for your attention