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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。在18日上午的创新剧场【新型电池&组件技术】论坛上英利能源(中国)有限公司总裁助理、技术中心总经理史金超出席并做主题演讲“高效N型双面电池技术研究及应用”。
以下为演讲实录:
史金超:谢谢邢博士介绍,大家好我是来自英利的史金超,今天我主要介绍一下英利在高效N型双面电池方面所做的工作。
我报告的主要内容分了四个部分,一个是说N型现在的趋势,另外在N型熊猫电池方面做的两个方向或者两个结构方面做的一些工作进展,第四个做一个小的总结。说一下N型的趋势,这两个图可能是我们光伏的同志都挺熟悉的,这是在ITRPV上,对于未来在各种结构的太阳能电池上面的预测,从左边的表中大家可以看到在未来N型高效电池,主要集中在N型上面,所有大部分的效率就是N型要普遍高于P型的。第二个在N型市场的占有份额上,大家可以看出随着时间的推移,N型电池市场的份额还是逐渐在提升,到2027年预测将近能够接近到30%左右的份额。N型的趋势从目前来看,一开始王文静老师也介绍了不同N型电池结构,从目前来说N型主要发展的不同的结构,第一个是N-PERTt,另外两个就是HJT,还有HBC的结构,世界上做的最高还是HBC这个,这是从技术路线上来说,另外一个从产业界来说,大家不仅做到高效的电池,更做到产业化的生产,目前在产业化在N型上主要是三个,一个N-PERT,一个HGT,还有一个HBC。
英利在2009年着手进入N型熊猫电池的研发,其实为什么叫熊猫呢?我们一开始在起名的时候想了想,我们是和几个地方一块合作研发,发展联盟,综合起名为pand,正好和国产熊猫是一致的,当时为什么选择N型N-PERT,第一个结构比较简单,第二个利于产业化,第三个成本低,和现在产线设备大部分都可以做兼容,大家知道HIT工艺流程和设备,现有大部分厂商设备可能很大一部分都会被体。另外它有双面发电的优势,最终可以到客户端,可以更好降低度电成本,另外是光衰减,熊猫电池一直在持续的研发,在我们常规的熊猫上,我们也是对下一步的改进,在做一些分析,常规N型的N-PERT电池上,除了金属化还有光效应的损失以外,我们在负荷方面,对各种的负荷做了综合的分析,从这个图上可以看出,整体负荷,除了体内的因为硅片造成的负荷以外,主要的损失还是在背上。从现在测试的和模拟看出来,背场大概25%,还有发射接触大概占到了15%的接触,也是基于这两个方面的分析。我们也是做了两方面新的研究方面的尝试,第一个就是选择性的背场,所以在选择性背场方面进行了不同工艺的尝试,从这里边可以看左边是它的工艺流程图,我们尝试了三种方式去进行它的选择性背场的研究和制作,一种是激光的方式,一种用腐蚀的浆料把背面的高掺杂去腐蚀掉,第三用化学的方式刻蚀掉它,通过对比,在实验中增益的程度也不一样,最好的还是用化学反刻法做出SBF背场效率是最大的,大概能增益到0.4的效果,这是我们在做选择背场大概的过程,第一步做了一层膜层,另外用化学腐蚀方法,第三个把膜层去掉,所以这个工艺流程可以和现有的流程结合起来,增加的东西并不是太多,成本增加也不是太多,还是容易集成到现有的生产工艺流程上。
随着背场刻蚀以后的方组,随着方组腐蚀的增加,电池的短路电逐渐的提升,但是同时也带来填充的下降,怎么去找这个平衡点,从我们目前整个的工艺流程匹配来说,在60方组的时候,在效率上达到了最优的效果,除了反面的刻蚀以外,在选择性背场,我们还有一个对准的问题,基于现有对准的精度,对选择性背场背面眼膜的宽度做了研究,从300米微米一直到150微米,从现在最近得到的结果,大概是在200微米的时候,可以达到最好的效率值,因为这样会兼顾到效率,开路电压和短路电流的提升,还有填充,这样综合起来在200微米处会有特别好的效果。这是集成到产业以后做的选择性背场的效果,从图上的对比,在开路电压和短路电流上,电池的效率大概在0.5左右,我们也是对比了它的IQE的分析,这说明选择性背场在结构上起到了很好的作用。
这是我们对正面和背面,因为熊猫电池是双面的结构,对背面进行了测试,大概21.52大概19.54这样双面因子达到了90%以上,另外对一个熊猫电池,我们在接触动画方面,用TOPCON的技术,通过这个技术解决一些背面接触动画的影响,这是我们简单的结构图,通过在背面加上一层比较薄的隧穿氧化层,增加背面钝化的接触,通过这样的结构接触,会有一个VOC的提升,还有多晶硅的场钝化,因为所有工艺的流程和设计都是基于现有的产业,能够和产业结合的,所以工艺流程上相对要简单,同时会保持双面发电的特性,这是我们大概做的其中的结构。通过这几个实验结果,虽然效率不是太好,但是在开路电压上有一个很好的提升,最高可以达到667MV,填充有一定的下降,整体初步研究开路电压有明显好的提升,通过各种优化,包括背面的掺杂浓度进行了调整,找到一个合适的调整值,整体的电池效率有一个比较优化的值,达到21.3%。
除了多晶硅,我们还对不同的氧化隧穿层也做了不同方式的对比,上面说的是化学的方法,另外下边是用氧化的方式去做了隧穿层,通过对比来看,这两种方式工艺差异不是特别大,所以用现有的化学简单的方法也可以达到比较好的效率。
整体来说N型电池,特别是N-PERT电池,我觉得P型的PERC电池发展的比较完善,在N-PERT上面有更大的空间需要提升。第一在背场方面,可以选择性的更利于产业化,另外还有一些金属化的方式,N型电池上有几个成本高的地方,在电池环节主要体现在背面的银浆料,但是随着多主栅的技术应用,反而更适合在N型电池上的研发,或者N型对于电池成本的降低。第三个一些先进的钝化计划,主要是刚才TOP-COP的规划接触,还有一些氧化铝的地方,更适合N型双面电池。所以综合来看,我们觉得在产业化上电池的转化效率在N型上,我觉得在明年肯定会达到一个22%的效果。
最后做一个小结,不管怎么样,N型电池是未来高效电池的发展方向,虽然它在一些成本上大家可能还有更多的工作去做,但是在高效率方面,N型还是一个发展的方向。另外通过选择性背场,我们这种技术可以把太阳能电池效率提升0.4%,通过TOP-COP的技术,可以有效的降低金属负荷,也可以提升它的开路电压,最后一个就是N-PERT电池效率还有比较大的提升空间,以及通过刚才说的优化掺杂、钝化、金属化的方式,这些结合起来会使太阳能电池效率提升到22%乃至23%以上,同时双面因子还可以更提升,达到95%以上的效果,这就是我的报告,谢谢大家。
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