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HJT和HJT之争?中科院王文静:未来两者或趋于同化

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工商时报 2019-12-09 14:16

PERC之后是什么?在技术快速更新迭代的光伏行业,这已经成为很多企业关注的问题。其中,N型电池技术异质结(HJT)与钝化接触(TOPCon)是当前呼声最高的PERC下一代电池技术,关于HJT和TOPCon谁更有竞争优势的讨论也越来越多。

原标题:HJT和HJT之争?中科院王文静:未来两者或趋于同化

PERC之后是什么?在技术快速更新迭代的光伏行业,这已经成为很多企业关注的问题。其中,N型电池技术异质结(HJT)与钝化接触(TOPCon)是当前呼声最高的PERC下一代电池技术,关于HJT和TOPCon谁更有竞争优势的讨论也越来越多。

在10月30日摩尔光伏主办的“第二届异质结(HJT)与钝化接触(TOPCon)量产技术发展论坛”上,中科院电工所研究员王文静提出了一个观点:“从近一两年国际上的技术研发来看,由于HJT与TOPCon电池技术各自遇到一些难题,未来两种技术将趋向同一种技术方向融合。”

为什么HJT与TOPCon技术趋向融合?

这要从HJT和TOPCon的电池结构说起。

异质结涉及的技术包括掺杂层、TCO、电极、主栅和组件技术,其中掺杂层目前主流的是非晶硅态,但是现在也已经有关于纳米晶硅、微晶硅、多晶硅、碳化硅、氧化硅等结晶态的研究。

TOPCon技术实际上分为两种,目前国内大多是单面TOPCon技术,但是国外已经有双面TOPCon技术的研究,也就是所谓的POLO结构。TOPCon(POLO)涉及的技术主要包括钝化层、掺杂层、TCO、电极、主栅和组件技术,值得注意的是,POLO电池中最外层不是常规的SiN、Al2O3作为钝化膜,而是TCO层,那么异质结的TCO技术也可应用到POLO电池当中。

王文静表示,对于HJT电池,使用晶化率较高的掺杂纳米晶硅和掺杂微晶硅代替掺杂非晶硅可以减小寄生吸收、增加横向导电性、减小带隙失配、减小对低温银浆温度的限制;而对于TOPCon电池,通过使用TCO导电膜,可以减低对多晶硅电导特性的要求,减薄多晶硅层的厚度,并且可以使用原位掺杂,减少工艺步骤。

如下图所示,若HJT电池向纳米晶硅、微晶硅发展,而TOPCon电池向ITO/TCO发展,两者电池结构基本趋于一致。

为什么HJT可能向纳米晶硅和微晶硅发展?

异质结的基本原理与非晶硅的晶化率、电导率和吸收率相关。如果把非晶硅的晶化率提高一点,电导率会大幅提高,而自吸收则下降,前者可以减少ITO横向电导的压力,后者可以使前表面非晶硅层做厚一点,实现更好的钝化效果。

为什么异质结电池要向纳米晶硅和微晶硅转变呢?一是因为宽带隙的非晶硅和窄带隙的单晶硅之间的带隙失配较大,产生的势垒导致少数载流子跃迁比较困难,导致电流过低,从各种最高效率电池也可以看出来,异质结的电流相较同质结电池的电流而言总是更低一些。

因此,有人开始研究通过微晶化来减少带隙势垒,增大电流。在今年欧洲光伏会议上,有研究结果显示,通过使用SiOx和微晶硅结构,晶化率得到提升,效率也有所提升。说明已有实验室的结果来支撑异质结向微晶硅转变的这一理论。

二是同样的栅线宽度下,浆料温度较低则电阻更大,用的银浆也会比较多,因此提高浆料温度可以降低电阻率。众所周知,异质结与其他电池在工艺上有一明显的差别就是异质结需采用低温工艺,这一工艺对产品的品质影响也很大。而当使用微晶硅代替发射极非晶硅时,ITO的忍受度更大,浆料可能可以从200℃提升到300℃甚至350℃,这对电极导电性有着正面的影响。

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三是低温非晶硅层要求串焊温度比较低,这也意味着串焊难度更大,易导致串焊损失。目前欧洲已有实验室在研究提升异质结对温度的耐受力,这对浆料、导电性、串焊等有正面的提升。同样,使用微晶硅的话,串焊可能可以使用如大于300℃的中温焊接。

为什么TOPCon电池使用TCO层强化导电性?

目前TOPCon主要是以SiNX、Al2O3作为表面钝化层,那么为什么未来可能向ITO/TCO转变呢?王文静表示,主要是由于TOPCon目前主要面临的几个问题,一是TOPCon中制备过厚的多晶硅膜层难度比较大,且自吸收现象比较严重;二是多晶硅层较薄(如200nm甚至更薄)则容易导致高温浆料烧穿,由于目前国内都只是做单面TOPCon,如果是在背表面被烧穿问题还不算大,最多钝化效果被破坏了一点,影响转换效率,但如果未来做双面TOPCon,正表面被烧穿的话引起PN结短路,整个电池就会失效;三是同质结掺硼的难度较大,未来TOPCon应该尽量避免使用硼扩。

TOPCon面临着这一系列的问题,有没有可能解决呢?答案是肯定的。单面TOPCon对效率的提升有限,但是如果要在正表面也做TOPCon,工艺步骤会扩展到14步,更加复杂的工艺相应成本也会更高。而如果双面TOPCon往异质结的平面技术融合,用异质结的工艺技术来做TOPCon,只是比异质结多了一步高温晶化退火,工艺可以简化到7步。

除了简化工艺外,POLO电池外层使用TCO也可以解决上述TOPCon面临的问题,一方面可以减薄多晶硅层,减少自吸收,同时避免烧穿,而且避免了硼扩散。但是由于TCO温度较低,不得不使用低温浆料。目前也有欧洲机构研究发现,通过在多晶硅外层的AZO(相较ITO更便宜)外层加上一层AlOX/SiNX盖帽层,可以经受大约900℃的高温烧结。

王文静认为,技术融合是未来的发展趋势,如果HJT和TOPCon趋于融合,未来的设备发展也会趋于使用全平面型的技术制备电池,主要设备为PECVD和PVD,一台PECVD机台即可制备两种技术所需的非晶硅、微晶硅、多晶硅膜等,两者设备也趋于一致。“未来可能不再是HJT和TOPCon的竞争,而是变成传统的同质结扩散技术和全平面长膜技术的竞争。”

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