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2017年10月17日-19日,2017中国光伏大会暨展览会(PVCEC2017)在北京隆重召开。英利集团有限公司CTO宋登元在光伏热点专题研讨会上发表了题为“N型高效电池:机遇与挑战”的主旨演讲。
以下为发言实录:
宋登元:大家下午好。
我们说到N型电池,从历史上来说,从1940年,实际上没有专注于N型P型,当年的年代提高效率为目标。我们来探索太阳能电池的科学问题,因为当时效率非常低,从1940年开始也就1%左右,我们看,这时候用的P型,因为当时的半导体材料,够开始型要容易一些,后来我们开始用N型了,我们要用在空间上,当时60年代,卫星已经开始发展,所以要在卫星上提升效率,发现N型效率一下就做上去了,我们看就开始做,一直到60年代末。
后来又开始P型,又发现N型在空间应用现一些,主要高空的一些高能粒子,这时候发现N型它抗粒子能力比P型强,所以在空间,又开始研究P型,所以看,一直到目前就是说到上个世纪末的石油危机,所以大家就是说开始从空间转向陆地的时候,在这个年代从那个2000年开始之后,就开始逐渐空间到陆地上使。一直在研发当中都用的P型,拿来做就好。又开始P型开始大规模生产,大家熟悉的,为什么现在P型占到90%,实际上就是一种惯性。但是随着品质的提高,效率的提升,发现P型它是便宜,但是往高效走,比较麻烦,所以现在又开始实验室就是说有几种高效电池,比较公认的,异质结加IBC。
还有就是说单纯的HIT,刚才像杨总介绍的,也是用的N型硅。另外所谓N-PERT电池,也是N型硅,将来从事实上目前的看,基本成为发展的贵校,当然25的效率也有P型硅的,但是从总的趋势来看,要上25的效率,N型硅相对是一个方向。
说到N型硅和P型硅,它是天生带来的,材料上的优势。P型现在有衰减,主要因为用CZ,它很难用坩埚把氧去除掉,所以17到18次方的氧。氧是一种间隙原子,氧的间隙就会流动到硼这,我们看图,画红全的地方,一个就是说光照,光溶度的照,你看它的效率寿命会下降。所以不论我这个材料,只要是硼搀杂的有氧,它就会形成一个衰减。但是不是说所有的搀杂,三种元素搀杂,都会形成衰减,这些搀杂比较难所以现在尽管有加搀杂的材料,但是工业化生产上还是费劲,分离太小。
N型就没有,因为N型从根上来讲,我是零搀杂,就没有这些问题。抗外来的杂质。半导体常见的杂质就是金属杂质。
N型硅同样是1013次方的铁的搀杂,我们看P型衰减就非常厉害。P型衰减从1300左右降到0.8,N型从1100降到100,尽管都下降,但N型的抗杂质能力非常强。导电电阻率都有下降,但是P型下降的多。你在工业生产中,用N型有一些沾污,它对硅电池的效率下降了,并不是非常敏感。
N型的缺点。常规的P型常用的单化硅就不行了,表面引起了反行,导致效率下降,硼扩散相对难一些,需要高温。问越高不仅耗能,对半导体的热诱导是不太好的东西,温度高会生成一些缺陷。
磷的分凝系数小。
下面看N-PERT技术。N型它的电池有很多种类,我们刚才说第一个效率图,高效率的有异质结,还有未接触电池,对简单的一种所谓的N-PERT,这主要是使用规划生产,它比较便宜,所以应利刚才也介绍,对于N型硅从2009年开始,当时大家都在P型,还没有意识到N型的发展方向,这是我们产业化的增长趋势。任何事情特别是做科研的,一定要从基础做起才有积累。
从2009年到2010年,第一条生产是18.5%当时的P型是不到18%,选择性也在17.8左右,18.5%也比较高,现在我们多晶硅也做这种水平。这种电池就是说能兼容,它兼容P型的一个工艺,通过我们的常规的磷扩散硼扩散。由于磷备厂及所以它天生的可以做成双面电池。还有一个特点,双面电池比较多,现在N-PERT也可以做双面。N型,你背面可以做背面净光,寿命一定要高到程度,否则背面净光也没有用。背面的小序比较低,正面和背面的效率比比较低。N型现在可以做到0.9没有问题,但是N-PERT做双面的话,做到0.7就非常费劲了,不是技术问题,而是材料本身问题。
这是N-PERC一个工艺,应利开发两代工艺,一个是常规熊猫,一个是粒子注入。做双面的话,必须背面两次扩散,你正面硼形成之后,你背面就是磷,二代就后面用粒子注入,我后面就做备场,它效率就相对高。
这是一个生产效率,我也没有更新,这是去年的图,大概现在高0.5左右,但是趋势不一样。背面场做的好可以说它效率分布非常窄,它的背面比较高。
挑战是什么?所有的N型电池包括HIT,刚才说的分层系数问题。第二个原因因为用量少,大家知道N型电池,这么一个市场,很多这种硅片厂不愿意投入太的精力,他对一些个N型电池进行公关,这样的话相对市场售价高一些,但是这些不是不可以解决的。
第二个工艺和材料。我们看它需要做备场和扩散。双面电池需要用的银浆多,为了提高背面的效率,N-PERT背面也是用的烟,这样的话两头都用银,银的成本比较高。来用还有扩散气体,B,Br。
这几个问题不是不可解决,硅片工艺都可以优化,来把它增加部分,降到一个合理的水平。另外由于高的发电量,我们可以通过发电量的增益,来弥补客观成本的增加。
说到双面电池,现在非常热,今天我们在展会上,双面电池炒的非常热。N-PERT可以做双面,实际上就是说,从工艺步骤来说,两个差不多,P型,N-PERC是在普通的电池香上增加了激光滑槽,增加了它衰减的处理。N型它也是增加两步,从工艺步骤来说一样的。
所以从这个你要两种做双面电池,从目前的效率比上来说P型肯定做不过N型,天生决定的。
它的成本,如果我们用100%,N-PERT现在成本高一些,三个方面,一个是硅材料,增加5%,N-PERT背面用铝,增加的更多。另外设备小众就贵一些,设备上要差一些。
降低的方案,背发射级技术,都可以降低银耗量。
下面的技术路线,N-PERT目前21%左右有很大的提升空间,包括新型渡化技术,它的发展有很大的空间。
从投资来说,在电站上,如果我提升10%的发电量,在其他条件一样的情况下,和单面来比,现在双面的要比单面的贵20%左右,大概的价格,现在可能更低一些,15%。如果这种情况下,从收益上来说,如果我电站其他完全是一样的,由于背面的收益呢,N型单面是创面划算。应利也是做了一个领跑者,我国第一个领跑者,山西大同,去年6月份,已经一年的数据。通过数据来说,发电量有一个提高个,15%到20%左右。另外验证了它长期有可靠性,因为毕竟N型它衰减比较少,长期来说它发电量比较稳定。
目前市场比较小,国家能够支持一些配额,专项,研究,以及标准,特别是标准现在也做的特别热。我们在做国标,三类标准,都是在双面的检测标准,同时检测机构,他们也在牵头做检测,如何正确的评价N型双面,包括P型双面,这些配套之后,N型双面,N-PERC会有一个非常好的发展。谢谢。
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