登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
后PERC时代,究竟是TOPCon还是HJT?业界尚无定论。本文汇集了关于TOPCon的相关知识,供大家参阅。
本文包括以下内容:
1.TOPCon技术的历史与基础知识
2.TOPCon工艺优化
3.SE+TOPCon的技术路线
4.TOPCon+IBC技术路线
5.TOPCon设备与国产化进展
TOPCon技术的历史与基础知识
(来源:微信公众号“光伏测试网”)
在晶体硅太阳能电池中,金属-半导体接触区域存在严重的复合,成为制约晶体硅太阳能电池效率发展的重要因素。隧穿氧化层钝化金属接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成,可以显著降低金属接触区域的复合,同时兼具良好的接触性能,可以极大地提升太阳能电池的效率。为了评估目前商业化高效电池的效率潜能,如PERC、HIT、钝化接触电池等,德国知名太阳能研究所(ISFH)在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析,结论是钝化接触电池(例如TOPCon电池)具有更加高的效率极限(28.2%~28.7%),高于HIT的27.5%极限效率,同时也远远高于PERC电池(24.5%),最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率(29.43%)。
随着太阳能电池研究的不断进步与深入,多种不同结构的高效太阳能电池被开发,如 PERC、IBC、HIT、TOPCon等,同时太阳能电池转换效率越来越接近其理论极限。纵观单晶硅太阳能电池世界效率纪录的提升历史,会发现效率提升有三个比较快速的时期。前两个分别是1954-1960年晶硅太阳能电池刚研发出来的几年内以及1985-2000年前后。前者发射极没有钝化(un-passivated emitter),效率提升(从5%到15%)更多得益于光学方面的改善;后者则对发射极进行了钝化(passivated emitter),同时在背面引入金属局域接触对背面也进行了钝化,该时期的效率提升(从20%到25%)更多来自于电学(复合)方面的增益。第三个时期就是在最近几年,效率提升(>25%)得益于对金属接触进行了全区域的钝化(passivating contacts)。
1.钝化接触电池背景介绍
目前商业化的晶体硅太阳能电池中,前表面一般采用浅结高方阻设计,对于p型电池,前表面为磷掺杂的n+发射极结构,经过丝网印刷、烧结之后金属接触区域的暗饱和电流密度(J0,metal)为800~1000 fA/cm2;对于n型电池,前表面具有相同方阻的p+发射极经过丝网印刷、烧结之后,金属接触区域的暗饱和电流密度(J0,metal)为1000~2000 fA/cm2。随着市场对高效电池和高功率组件的需求急剧增加,降低金属-半导体接触区域的复合显得尤为重要。
1.1 何为钝化接触太阳能电池
隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池的概念由德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出,下图为该N型钝化接触太阳能电池的结构示意图。
图1. 钝化接触太阳能电池结构示意图[1]
前表面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别,主要区别在于背面。硅片背面采用硝酸湿法氧化出一层1.4 nm左右的极薄氧化硅层,并利用PECVD在氧化层表面沉积一层20 nm厚的磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜。钝化性能需通过后续退火过程激活,Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化,由微晶非晶混合相转变为多晶。在850 °C的退火温度下退火,iVoc > 710 mV, J0在9-13 fA/cm2,显示了钝化接触结构优异的钝化性能。所制备的电池效率超过23%,其余电性能参数如Voc, Jsc和FF在表1中列出。下图2和图3分别为Fraunhofer-ISE 的单晶钝化接触太阳能电池的效率提升及钝化性能改善曲线,从中可以看到钝化接触技术对于效率提升的潜力。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8%)由该研究所保持(其余电性能参数见表1)。
图2.Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池效率进展
图3.Fraunhofer-ISE的N型单晶钝化接触太阳能电池钝化性能进展
1.2 钝化接触太阳能电池的优势
为什么高效太阳能电池效率提升到25%之后的技术路线是钝化接触电池,而非其他结构的太阳能电池;为什么是N型钝化接触电池,而非P型钝化接触电池,这是个值得思考的问题。
常规Al-BSF太阳能电池由于背面金属电极直接与Si接触,载流子复合严重,导致J0偏高,Voc难以超过685 mV。PERC太阳能电池在背面金属与Si之间沉积Al2O3/SiNx叠层钝化膜,利用场钝化和化学钝化对背表面实现了优异的钝化效果,提高了电池Voc。目前PERC太阳能电池的Voc可以接近690 mV,但仍难以超过700 mV。由于Al2O3/SiNx均为介质绝缘膜,为实现电学接触,需对介质膜进行局域开孔,由此造成载流子需通过二维输运才能被金属电极收集,造成横向电阻输运损耗,FF随着金属接触间距的增加而减少。同时金属与Si局域接触仍然在该区域存在较高的复合,即J0,metal比较高。
更高效的太阳能电池要求在具有良好的界面钝化情况下,尽可能实现一维纵向输运,使Voc和FF最大化。而钝化接触便是实现该功能的途径之一。钝化接触电池的Poly-Si与Si基底界面间的氧化硅对钝化起着非常关键的作用,氧化硅通过化学钝化降低Si基底与Poly-Si之间的界面态密度。多数载流子通过隧穿原理实现输运,少数载流子则由于势垒以及Poly-Si场效应的存在难以隧穿通过该氧化层。在重掺Poly-Si中,多数载流子浓度远高于少数载流子,降低电子空穴复合几率的同时,也增加了电导率形成多数载流子的选择性接触。在选择性接触区域,多子传输导致电阻损失,同时少量少子向金属接触区域迁移导致复合损失。前者对应接触电阻ρc,而后者则对应界面复合J0。目前国际报道了J0低至2 fA/cm2,ρc低至3 mΩ/cm2的n+ Poly钝化接触,iVoc高达733 mV [2],而电池Voc也可轻松突破700 mV。
HIT也采用了类似接触钝化的技术。HIT采用非晶硅作为钝化材料,非晶硅存在较严重的寄生吸收,同时由于非晶硅的钝化性能对温度敏感,所以HIT电池要求制备温度低于200 °C,配套地要求使用低温银浆、透明导电层(TCO),而TCO存在较强的自由载流子吸收。此外仅靠单层TCO作为减反射层,减反效果较差。综合这些因素可以认为钝化接触电池是目前更具有量产前景的钝化接触技术。
图4. n+ Poly,p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]
图4显示了n+ Poly,p+ Poly和a-Si:H三者的钝化接触性能[3]。可以看出n+ Poly和a-Si:H的钝化性能接近,均优于p+ Poly钝化性能。但是,a-Si:H接触电阻率(ρc)比n+ Poly大,p+ Poly无论钝化性能还是接触电阻率都不如n+ Poly。目前PERC太阳能电池背面采用Al2O3/SiNx叠层钝化,J0低于10 fA/cm2,钝化性能甚至优于p+ Poly,使p+ Poly在p型太阳能电池中丧失优势;而n+ Poly用作P型太阳能电池前表面的发射极,则又会存在多晶硅寄生吸收的问题,导致短路电流低。因此P型钝化接触电池相对N型钝化接触电池更没有优势,这也是几乎所有企业都将目光聚焦在N型钝化接触电池的原因。
1.3 钝化接触太阳能电池的潜力
从宏观上讲,SiOx/(n+或p+) Poly与a-Si:H(i)/a-Si:H(n+或p+)均属于载流子选择性接触结构,即满足以下两方面的条件:1)抑制少数载流子的传输,避免其达到界面与多数载流子发生复合(低的J0);2)促进多数载流子的有效传输,降低电阻损失(低的ρc)。德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)所长R. Brendel、R. Peibst及J. Scht为了定量比较不同材料的电学性能,将钝化性能参数(J0)和接触性能参数(ρc)结合在一起,定义了材料载流子选择性(Selectivity)的概念,用S10表示[4]。其中,S10=log[Vth/( J0•ρc)],Vth为25 °C时的热电压。不同的载流子选择性材料与硅基底结合构成载流子选择性电池,材料的载流子选择性决定电池极限效率的上限。R. Brendel、R. Peibst及J. Scht在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性S10的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析[5],如图5所示。
图5. 不同电子/空穴选择性接触材料组成电池的极限效率[5]
图5为不同电子/空穴选择性材料结合组成的太阳能电池的极限效率计算,电子选择性材料SiOx/n+ Poly-Si与空穴选择性材料SiOx/p+ Poly-Si结合的电池的选择性可以达到13.8~14.2,高于电子选择性材料a-Si:H(i)/a-Si:H(n+)与空穴选择性材料a-Si:H(i)/a-Si:H(p+)结合的电池,即HIT,因而具有更加高的效率极限(28.2%~28.7%),高于HIT的27.5%极限效率,同时也远远高于PERC电池(24.5%),最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率(29.43%)[6]。
2.钝化接触太阳能电池研究进展
目前国内学术界研究钝化接触太阳能电池开展得不多。中国科学院宁波材料技术与工程研究所(NIM TE, CAS, China)制备的小面积(4 cm2)的钝化接触电池效率为22.15%,156×156 mm2尺寸的电池效率为21.37%。此外该研究所在理论模拟方面也做了相关工作,采用AFORS-HET软件模拟了氧化硅厚度、界面态密度以及poly-Si性质对钝化接触电池性能的影响。上海交通大学沈文忠教授团队制备的大面积(156.75×156.75 mm2)的钝化接触太阳能电池平均转换效率在20.7%以上,最高效率接近22%。
国外研究钝化接触太阳能电池的研究所或高校主要有Fraunhofer-ISE(德国),ISFH(德国), ANU(澳大利亚),SERIS(新加坡)和TU-Delft(荷兰),ECN(荷兰)。其中ISFH和TU-Delft主要研究POLO-IBC太阳能电池,即将钝化接触技术应用在IBC太阳能电池中。
Fraunhofer-ISE目前保持N型单晶和多晶钝化接触电池世界纪录效率,命名为TOPCon电池,Feldmann等在2013年首次报道的电池就是双面TOPCon结构,电池具有703 mV的Voc和23.7%的效率;2014年,Feldmann等通过改善金属接触面积和降低接触损失,将电池的Voc提升至715.1 mV,取得24.4%的转换效率;2015年,Fraunhofer-ISE将电池背面TOPCon结构的J0降到7 fA/cm2,同时将电池效率提升至25.1%;2017年,Richter和Feldmann等探究不同硅片厚度及电阻率对TOPCon电池效率的影响,在4cm2大小,电阻率为1 Ω•cm,厚度为200 μm的FZ硅片上取得了25.8%的前结世界效率记录,具体电性能参数见表1。
Fraunhofer-ISE也进行P型钝化接触电池的研究, P型钝化接触电池有前表面场 (FSF) 和没有FSF的效率分别为24.3%与23.9%。双面采用钝化接触结构的P型Si太阳能电池效率为19.2%。Fraunhofer-ISE的研究表明,钝化接触太阳能电池对硅片的电阻率和厚度相比其他技术的太阳能电池有更宽的容忍率[1]。该研究所制备的大面积(100 cm2)的钝化接触太阳能电池效率高达24.5%,Voc为713 mV。
ISFH研究的钝化接触太阳能电池命名为POLO (Poly Si on Oxide)太阳能电池。该研究所对POLO太阳能电池的钝化机理,载流子输运机理以及表征做了非常深入的研究。该研究所的研究表明采用氧化硅作为钝化层+多晶硅作为载流子选择性接触材料,是能取得潜在最高效率的组合。2016年,ISFH制备的N型POLO-IBC太阳能电池效率达到24.25%,Voc为727.1 mV;2018年其制备的P型POLO IBC太阳能电池效率则高达26.1%,是目前P型太阳能电池的世界纪录效率[2]。但该电池不仅需采用光刻技术掩膜来分别实现硼原子和磷原子的注入,也需要精确控制激光开膜的能量来减少对poly钝化性能的损伤,制备流程复杂,不适合产业化。
ANU也有研究n-Si基底和p-Si基底的钝化接触太阳能电池。该研究所目前N型钝化接触太阳能电池效率为24.7%,其余性能参数见表1。ANU首次采用磁控溅射制备p+ Poly,其p型钝化接触太阳能电池效率为23%,Voc超过700mV,表明磁控溅射也可以制备出性能优异的Poly-Si[7]。
SERIS制备的大面积(244.3 cm2)双面N型钝化接触太阳能电池,称之为MonoPolyTM。2018年报道的电池效率为22.8%,J0, Poly < 3 fA/cm2,背面J0,metal(Poly) < 25 fA/cm2,双面率>85%;2019年Silicon PV上,SERIS报道了将大面积电池的效率提升至23.2%[8]。TU-Delft制备POLO-IBC电池效率超过22%,J0, p+ Poly=4.5 fA/cm2, J0,n+ Poly=11.5 fA/cm2。该电池基区与发射区之间的gap采用a-Si:H进行钝化,金属电极与BSF,Emitter之间也有一层a-Si:H[[9]。ECN称其N型钝化接触太阳能电池为PERPoly (Passivated Emitter and Rear Polysilicon),面积达239 cm2, 2016年对外公布的效率为21.5%。
表1. 不同研究所的钝化接触太阳能电池性能参数
下表2归纳整理了这些研究所目前最佳性能的钝化接触太阳能电池的相关性能参数以及制备工艺。与大多数研究所不同,ISFH所制备的氧化硅层厚度超过2 nm,并且在后续工艺中采用1050℃的退火使氧化硅层破裂,形成孔洞(pinhole),从而实现界面钝化和载流子的输运。
表2. 不同研究所的钝化接触太阳能电池钝化接触性能
TOPCon工艺优化
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星太阳能光伏网获悉,4月9日晚,聆达股份发布2023年度业绩预告修正公告,修正公告显示,聆达股份2023年度归属于上市公司股东的净利润预计亏损2.49亿元–2.98亿元,同比下降1370%-1660%,预计实现营业收入8亿元-10亿元。聆达股份修正后的业绩预告关于业绩修正的主要原因,聆达股份解释称,受技术迭
从润世华新能源微平台获悉,4月8日,润世华发展集团与武汉理工大学童金辉教授团队,合作开发钙钛矿太阳能电池及组件项目的签约仪式,在龙岗创投大厦隆重举行。润世华发展集团董事长张锦辉、润世华新能源控股集团副总经理马建勇、侯青春、张晓燕、裴国英、润世华智慧能源斯能总经理周宏宇,润世华软件和
4月2日,横店东磁投资者关系活动记录表发布。横店东磁表示,公司与投资者就公司的经营、发展、财务等方面进行了沟通,现将交流时的问答环节主要内容整理如下:1、2024年Q1光伏产品出货量预期?公司Q1订单交付价格?答:2024年Q1公司光伏产品出货预计可实现环比增长20%以上,单组件产品出货增速会更高一
暮春四月追光,异国初露锋芒!当地时间4月4日-6日,棒杰追光之旅第一站来到欧亚文明融合之地,开启当代光伏科技展览旅程。土耳其国际太阳能暨光伏技术博览会(SOLAREXISTANBUL),棒杰高效N型TOPCon电池片及组件产品亮相HALL5-C01C展位,吸引海内外客户驻足交流,共话土耳其光伏市场发展。土耳其日照资源
企查查APP显示,3月8日,滁州爱旭太阳能科技有限公司成立,法定代表人为谢俊伟,注册资本5亿元,企业地址位于安徽省滁州市全椒县襄河镇儒林路政务中心六号楼6楼614室,所属行业为科学研究和技术服务业。经营范围包含新兴能源技术研发;光伏设备及元器件制造;光伏设备及元器件销售等。企查查股权穿透显
3月15日,聆达股份发布公告,受技术迭代、近期光伏产业链价格整体呈波动下行态势等多种因素影响,公司子公司金寨嘉悦新能源科技有限公司为减少损失及整体经营风险的角度考虑,于近日对其高效光伏太阳能电池片生产线实施临时停产,停产时间至2024年4月15日,后续复产情况将及时披露。聆达股份表示,近期
太阳能技术必然发展方向是什么?相比其他企业爱旭为什么拥有绝对领先优势?……当地时间3月5日爱旭悉尼发布会“太阳能之父”马丁·格林评爱旭ABC及爱旭的未来发展马丁·格林点赞ABC技术:期待爱旭给世界带来更多突破
2024年3月5日,爱康科技发布关于变更董事、监事及聘任高级管理人员的公告。公告显示,爱康科技监事会于2024年3月1日收到公司监事田野先生的书面辞职报告。田野先生因工作变动申请辞去公司监事职务。田野先生辞去上述职务并生效后,公司将聘任其为公司董事、高级副总裁。同时,同意提名苏雅亭先生为公司
在光伏领域中,N型技术的快速崛起成为当前瞩目的焦点,随着N型光伏技术的不断优化,我们正迎来一个低碳排、高效能的时代。由于传统的P型光伏技术因在效率和制程上的限制而逐渐被淘汰,推动了业界转向更先进的技术,拥有更高效率的N型产品渗透率正急速提升中。其中,TOPCon技术的优势在于其能够更有效地
2月29日,国家统计局发布《中华人民共和国2023年国民经济和社会发展统计公报》披露了多项电力数据,包括电力装机、能源消费等。数据显示,2023年,太阳能电池(光伏电池)产量5.4亿千瓦,增长54.0%;2023年,水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源发电量31906亿千瓦时,比上年增长7.8%。2023年末全国
2月28日,石柱土家族自治县人民政府关于印发《石柱县工业园区产业发展规划(2023—2027年)》的通知,通知指出,抓绿色低碳发展机遇,围绕页岩气、氢能源、风力光伏发电等,发展新能源配套装备。重点发展叶片、机舱罩、齿轮箱、塔筒等风力发电装备;光伏支架、光伏电池、光伏板等光伏发电装备。原文如
人间四月芳菲尽,山寺桃花始盛开。在诗人的笔下,人间四月天,代表万物峥嵘,红了樱桃、绿了芭蕉,最是人间好时节。但是,随着全球气候变暖问题的加剧,夏天似乎来得一年比一年更早。就在刚刚过去的3月,“倒春寒”已经消失不见,就连在北京这样的中国北方城市生活的人们,也遭遇了“脱下羽绒服直接换
从润世华新能源微平台获悉,4月8日,润世华发展集团与武汉理工大学童金辉教授团队,合作开发钙钛矿太阳能电池及组件项目的签约仪式,在龙岗创投大厦隆重举行。润世华发展集团董事长张锦辉、润世华新能源控股集团副总经理马建勇、侯青春、张晓燕、裴国英、润世华智慧能源斯能总经理周宏宇,润世华软件和
对于光伏行业链条上的每一家企业来说,降本增效是产品创新与升级的主基调之一。大家都在思考,如何在自己所处的环节,在降本增效的问题上取得突破。不久前,中国光伏行业协会在北京组织召开了“2024光伏发电项目技术经济性论坛”,百佳年代受邀出席,并展示了最新的应用于光伏0BB无主栅技术的高可靠性
在盐城百佳年代薄膜科技有限公司,自动化生产线全速运转,工人们在各自的岗位上井然有序地开展工作。今年一季度,公司圆满实现“开门红”,目前,公司订单饱满,车间实行“机器不停连续生产”,确保按时完成客户订单任务。百佳年代是一家专业从事功能薄膜材料研发、生产、销售和服务的高新技术企业。经
当地时间3月12-13日,PVCellTechEurope2024于德国盛大举办,正泰新能受邀出席,欧洲产品技术经理邓轶博士发表演讲,分享正泰新能在n型电池研究方面的最新进展,深度剖析ASTRON系列新品的核心优势。作为光伏技术制造领域的年度盛会,PVCellTech大会始终对太阳能电池大规模生产、行业领先的技术路线、光
日前,全球电池技术高端论坛PVCellTechEurope2024在德国法兰克福隆重召开。东方日升全球光伏研究院院长杨伯川博士受邀出席会议,与来自全产业链各环节嘉宾共襄盛会,聚焦n型领先技术和规模化量产展开深入探讨。杨伯川博士发表了《HJT-Towardsthe100GWIndustrialization(全面奔向100GW量产的异质结)》
在光伏领域中,N型技术的快速崛起成为当前瞩目的焦点,随着N型光伏技术的不断优化,我们正迎来一个低碳排、高效能的时代。由于传统的P型光伏技术因在效率和制程上的限制而逐渐被淘汰,推动了业界转向更先进的技术,拥有更高效率的N型产品渗透率正急速提升中。其中,TOPCon技术的优势在于其能够更有效地
近日,塔塔化学公司宣布与莫纳什大学-印度理工学院孟买分校(IITB)的联合研究学院达成合作,开展钙钛矿/清洁能源领域的开创性研究,旨在推进可持续能源转型解决方案并促进清洁能源技术创新。根据该协议,塔塔化学公司将支持由该联合研究学院领导的下一代技术研究,重点关注钙钛矿材料在清洁能源领域的变
2月20日,广东省发展和改革委员会广东省科学技术厅广东省工业和信息化厅发布关于印发《广东省培育发展未来绿色低碳产业集群行动计划》的通知。文件提出,抢抓技术迭代换挡新机遇,加快新一代高效光伏技术创新和装备制造创新,促进光伏产业升级。重点推进背接触电池(XBC)、隧穿氧化层钝化接触电池(TO
一直以来,组件业务被“系统集成”身份压得喘不过气,材料成本占比高/毛利率较低、流动资金大、设备支出低/技术观感不强,是组件业务抬不起头的三座大山。但是,没有千篇一律、一成不变的产业分析框架,光伏行业有其特殊性,组件环节尤为如此。实际上,光伏行业真正的“系统集成”应该是光伏电站开发的
北极星太阳能光伏网获悉,2月18日,广东省科技厅印发《广东省培育未来材料产业集群行动计划》。《计划》提出,面向清洁能源发电、新能源汽车、大规模储能、智能电网等领域重大需求,重点发展风电、光伏、核电、新型动力和储能电池、氢能等新能源领域未来材料前瞻技术和应用关键技术。采用先进数字孪生
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!