下一代太阳电池技术及其国产化道路周浪黄海宾姚飞钱峰光伏研究院（IPV）-solarbe文库

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周浪黄海宾姚飞钱峰光伏研究院（ IPV）江西省非晶硅 /晶体硅异质结太阳电池辅材与产线装备国产化重点创新中心江西昌大高新能源材料技术有限公司汉可泛半导体装备技术（共青城）有限公司2020-12-23 · 泰兴中国太阳谷国际论坛暨第三届 HAC国产化道路论坛下一代太阳电池技术及其国产化道路报告提纲光伏业与光伏电力发展概况及趋势非晶硅 /晶体硅异质结（ HAC）、微纳米晶硅/晶体硅异质结（ TopCon、背接触 HAC技术（ HBC）、叠结等光伏技术特性与发展地位探讨下一代光伏技术的国产化发展道路结语光伏业已成为一个中国主导的行业产业规模从高纯硅料、晶体生长、切片、电池、组件到发电系统配套设备制造和发电项目工程。。。团体冠军，全部单项冠军而且是大大拉开亚军的冠军；还未包括台湾应用市场规模连续五年世界最大产业技术全产业链、产线和系统装备已全面国产化，直到 PERC阶段；多晶硅、单晶硅太阳电池及组件量产产品效率水平世界记录保持者；世界光伏产业技术发展方向的决定者。 - 像美国主导 IT业、德国日本主导汽车业一样 . - 像高铁、航天、通讯一样，光伏业是一个适合中国工业水平的行业 - 当然，我国光伏业的原创能力、动力还很不足，与主导地位极不相称学术界基本没有加入。。。引自 CPIA 2020.11报告特别值得一提的是我国光伏装备业的兴起 . 引自 CPIA 2020.11报告什么技术依赖国外、什么是大国不是强国都过时了光伏业与光伏电力的发展大势回首十年发展，光伏电力大致经历了三个阶段 - 示范阶段政府出钱，公共所有，形象为主，无需关心产出。花瓶、玩角 - 补贴赢利阶段政府补贴收购发电产出，各方投入，多发多赚，对质量提升始有实质关心、推动，技术关注从转换效率转到更科学全面的年发电量。。。但仍只是配角不能独立承担任何电力需求可有可无 - 入主能源阶段刚刚开始主角第二阶段即使走到无需补贴也能赢利的所谓 “平价上网 ”时代，也是没有独立生命力的主角主流电力供应中的主角以光伏为主，其它电力，包括火电，为辅的微电网需要机动性强的火力发电配套和储电配套属于光伏的独立应用市场例如光伏直流充电站。每百万辆汽车需～ 3GWp光伏电力供电可移动电力 光伏将成为像煤炭、石油、天然气一样的能源角色，进入万亿市场首先是个能源，其次才是清洁能源下一代太阳电池技术电池效率每提升 1个百分点，光伏发电系统成本就大约降 6个百分点，大体也就是度电成本降 6个点对高效的追求是历代电池技术发展的主旋律（降成本不是）现行主流技术常规扩散结、场电池（ BSF）；背钝化扩散结电池（ PERC）报告提纲光伏业与光伏电力发展概况及趋势非晶硅 /晶体硅异质结（ HAC）、微纳米晶硅/晶体硅异质结（ TopCon、背接触 HAC技术（ HBC）、叠结等太阳电池技术特性与发展地位探讨下一代光伏技术的国产化发展道路结语非晶硅 /晶体硅异质结（ H eterojunction of Amorphou silicon / Crystalline silicon, 以下简称 H AC）太阳电池结构日本 Sanyo发明的 HIT结构，几乎成为 HAC电池的代名词氢的引入（ W. Fuhs, К. Niemann and J. Stuke, Fachbereich Physik, University of Marburg, Germany, American Physical Soc. Bulletin, 1974）与本征非晶硅层的采用（ K. Okuda, H. Okamoto, Y. Hamaka, Japanese Journal of Applied Physics， 1983）是关键进展。理论和实践进一步确定了衬底必须是n型上下对调一下也可以，实际更好 HIT结构的 HAC太阳电池特点优点 1 电池电压高，能量效率高2 电池效率不衰减3 电池耐热性好（效率随温度升高下降幅度小 50）4 电池天然双面进光发电5 电池片薄，节省硅料6 制程简单，产线短，仅 4步清洗制绒 - CVD - PVD - 丝网印刷烘烤）缺点 1 银浆用量大成本高2 设备要求高成本高3 电池电流受限其它结构的 HAC电池都被淘汰了但 HIT并非完美吸光损耗、导电性不够好材料贵、设备贵吸光损耗、设备贵导电性不够好、消耗量大 HIT 0.750 39.5 83.2 24.7过去 Sanyo最高纪录的 HIT电池，其电流密度不如普通常规扩散电池一个简单的改进 H ACD （ H AC with diffused c-Si front surface fieldØ 前表面重掺杂晶体硅前场 SiNxH 银栅线 ü 低寄生光吸收损失ü 低串联电阻ü 低 ITO消耗量单面 TCOü 低设备成本ü 保持常规电池电流大成本低优势Ø 背表面非晶硅发射极 TCOAg栅线 ü 保持 a-SiH/c-Si的高开压优势发明专利 201510776929.8， 2017-10-31授权计算证明 Chin. Phys. B Vol. 27, No. 3 2018 038502. HACD 道理完美，可惜道路难通 k 正面 /背面制程高温 /低温实难兼容 TopCon在道理（结构）上稍作妥协，道路则走通了 - 正面不变，保持常规扩散结构- 背面改成掺杂纳米多晶硅发射层，或称晶体硅 /纳米硅异质结界面钝化则以隧穿氧化硅膜代替本征非晶硅 -氢膜实现正面 /背面制程高温 /高温兼容 “妥协 ”的得失 - 电流提高了- 开压逊于 HIT， 2019 IFH 过 710 mV算很好，而 HIT可轻易过 730- 效率综合稳定量产水平比 HIT低绝对 0.5～ 1，尽管据称理论上不会低，甚至更高- 量产工艺尚有两个稳定性问题，导致良率不佳低成本优势、特别是与现有PERC线大部分兼容的优势，会使得 TOPCON有跻身下一代光伏的捷径背接触的 HIT（ HBC or IBH）已经被证明为可得到最高效率的结构（ 26.6, 2017 日本）背接触结构（ IBC）可分别与各种其它电池技术叠加，与 HIT叠加是最有价值的，结构和工艺上也最相宜。节银仅对无背面进光的应用场合有竞争力（屋顶、车顶、坡面 .）然而 IBH却是业界最不愿意碰、最没人碰的结构 - 多道掩膜、光刻机、光刻胶 .- 不同的封装技术（其实是较便易的）无背面进光的应用市场份额可观，如果能找到避开这种依赖光刻胶工艺的图形化技术道路， HBC应该也出现在下一代光伏中的 IBC， 25.2， 2014 美国 HBC， 26.63， 2017 日本叉指形图形化掺杂分区，用光刻胶、印刷、激光辅助的选择扩散或离子注入，那一个都不简单，都没法便宜对掺杂薄膜而言，实现这种图形化分区其实更为容易省去了 TCO膜省去了一面银栅，有成本低于 HIT的潜力钙钛矿 -HAC叠结太阳电池厘米尺度小样效率水平已过 29 开压轻易超过 1.7V，全球多家拼争，冠军不断易手我国落后较多，值得深思多家资本和设备制造商超前布局介入成本远非两种电池的叠加，不过是 HAC结构（蓝膜片）上多几层化合物薄膜而已。放眼十年，可以期待钙钛矿叠层电池工艺低电池（ HAC）结构和工艺基本没有变数。顶电池薄膜部分有两条不同路线 - 湿法路线要求抛光面，易得小电池，但难有大面积制造前景着急报成果、发表论文，就先干这个- 真空路线可在绒面上制作，并实现大面积，但难以获得高效报告提纲光伏业与光伏电力发展概况及趋势非晶硅 /晶体硅异质结（ HAC）、微纳米晶硅/晶体硅异质结（ TopCon、背接触 HAC技术（ HBC）、叠结等太阳电池技术特性与发展地位探讨下一代太阳电池技术的国产化发展道路结语没有可行的道路，再好的理念理想也是可望而不可及中国的事情，包括中国的光伏业，颇可以总结一下自己的发展之道，理一下未来的发展道路了开放创新已不是大话空话，过去十年是，未来十年还将是，中国光伏业，特别是其核心，太阳电池业，的发展大道脱离这个主干，水平再高也成不了气候，最好的结果也不过是得到一点西方的青睐当然，利、義肯定还要讲，中国人的智慧和包容够处理好这一切，何况我们还有家国情怀我们不至于走进那种相互挖坑取巧的专利樊笼，也不会回到那种勤劳无报的虚假大同如何开放创新联合、互补、互利我们在企业、资本圈内已经做得很好成为我们相比西方的巨大优势我们做得不够好的是没有学术界的加入没有自己的技术原创，未来十年看不到，再下一个十年呢大学、科学院游离圈外，拿不到这个圈内的资金，教授们苦苦地向政府机构写申请，苦苦地追求西方学术出版物的发表认可 . 谈何技术原创具体技术层面 . 异质结电池制造业发展对成本降低（对国产化）的倒逼形势引自王文静教授， 2020 引自王文静（续）待何待成本降低。如何降低装备和辅材国产化装备和辅材国产化道路龙头企业（上市公司）牵头的布局和扶持 . 设备、靶材、浆料、铜制程、组件封装 . 哪一项开发不要烧进去千万甚至亿计的资金靠各家企业单独干，到什么时候能出头用资金换时间 TOPCON的发展道路- 好像会比较平坦，现有 PERC线基础上投资不大，也不涉及新的耗材 . 而电池效率提升多方捷报频传- 但是为什么两年多过去，并没有出现 TOPCON席卷行业的情况 10GW的年出货量也还没有出现- 看来 TopCon的现行基于 LPCVD的技术道路并不成熟，尚存障碍（绕镀和绕不过的湿法刻蚀制程） . -- 要开发无绕镀的纳米多晶硅薄膜沉积技术 . -- 硼掺杂和背接触栅线烧结也需要更可靠的技术 HBC的发展道路要有人、有资金在中试规模先干起来今天没有播种，明天还是空芜更广一点，要有推动播种的机制钙钛矿 - HAC叠层的发展道路先机已在欧洲，大概率会在欧洲先形成技术和设备，再由中国光伏业完善量产技术，而后再行产线装备国产化道路 . 我们能做的主要是跟踪得紧些，缩短这个过程