HJT(HeterojunctionwithIntrinsicThin-film)——本征薄膜异质结电池。具备对称双面电池结构,中间为N型晶体硅。正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜,从而形成P-N结。

背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜,以形成背表面场。鉴于非晶硅的导电性比较差,因此在电池两侧沉积透明导电薄膜(TCO)进行导电,最后采用丝网印刷技术形成双面电极。
HJT:优势
 优势一:工艺流程短。HJT电池工艺主要包括4个环节:制绒、非晶硅沉积、TCO沉积、丝网印刷;远少于PERC(10个)和TOPCON(12-13个)。其中,非晶硅沉积主要使用PECVD方法。
TCO薄膜沉积目前有两种方法:RPD(反应等离子体沉积)和PVD(物理化学气象沉积)。住友重工拥有RPD的专利,而PVD技术发展成熟,提供设备的厂家较多。
• 优势二:转换效率高。主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。目前量产效率普遍已在24%以上;25%以上的技术路线已经非常明确,即在前后表面使用掺杂纳米晶硅、掺杂微晶硅、掺杂微晶氧化硅、掺杂微晶碳化硅取代现有的掺杂;HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。
• 优势三:无LID与PID,低衰减。由于HJT电池衬底通常为N型单晶硅,而N型单晶硅为磷掺杂,不存在P型晶硅中的硼氧复合、硼铁复合等,所以HJT电池对于LID效应是免疫的。HJT电池的表面沉积有TCO薄膜,无绝缘层,因此无表面层带电的机会,从结构上避免PID发生。HJT电池首年衰减1-2%,此后每年衰减0.25%,远低于PERC电池掺镓片的衰减情况(首年衰减2%,此后每年衰减0.45%),也因此HJT电池全生命周期每W发电量高出双面PERC电池约1.9%-2.9%。
• 优势四:温度系数低,发电量高。HJT电池的功率温度系数通常为–0.25至0.2%/℃,低于常规和PERC电池的-0.45%/°C至-0.35%/°C。HJT的低温度系数意味着,在组件高温运行环境中,HJT电池具有相对较高的发电性能,从而实现发电量增益,并且降低系统的度电成本。若考虑电池工作温度超出环境温度10-40℃,而全年平均环境温度相比实验室标准工况低5-10℃,HJT电池每W发电量高出双面PERC电池约0.6%-3.9%。
• 优势五:双面率高。HJT正反面结构对称,而且TCO薄膜是透光的,天然就是双面电池,HJT的双面率能达到90%以上(最高能达到98%);双面PERC的双面率仅为75%+。据solarzoom测算,考虑10%-20%的背面辐照及电池片双面率的差异,HJT电池单瓦发电量高出双面PERC电池约2%-4%。
优势六:弱光效应。HIT电池采用N型单晶硅片,而PERC电池采用P型单晶硅片在600W/m以下的辐照强度下,N型相比P型的发电表现高出1%-2%左右;HJT电池因弱光效应而在每W发电量上高出双面PERC电池约0.5-1.0%左右。
• 综上,双面HJT电池全生命周期每W发电量显著高于双面PERC电池,相对优势在7%左右。
HJT:产业化进度——经济性
• 当前高成本是限制HJT技术大规模产业化的重要因素。
1、HJT与PERC工艺路线完全不同,无法延伸,只能新投产线,且HJT与主流的PERC生产设备不兼容,因此PECVD等制膜和真空设备的投入会给企业带来较高的转换成本。
2、HJT电池成本结构:硅片成本、非硅材料(银浆、靶材、气体及化学品等)、设备折旧、其他制造费用(包括人工、动力成本)等。
HJT电池成本较高主要体现在浆料、靶材以及设备环节。
1)由于HJT所需低温银浆的导电性能相对更弱,且焊接拉力偏低,因此耗用量较大,同时低温银浆的国产化率较低,使得其价格目前大幅高于高温银浆。
2)HJT需要额外沉积透明导电层,所用的ITO(PVD路线)或IWO(RPD路线)等靶材价格较高。
3)HJT设备投资较高。目前HJT设备投资额为4~4.5亿元/GW,为PERC(约1.5~2亿元/GW)的2倍以上。
HJT:降本路径——设备降本
• 2019年以前HJT设备主要由梅耶博格、YAC、AMAT、日本住友等外资品牌提供,设备成本约10-20亿/GW;2019年迈为、钧石、捷佳伟创等推进进口替代,设备成本降至5-10亿/GW;2020年欧洲老牌龙头梅耶博格退出竞争;20年HJT设备成本降至5亿/GW。
• 目前国内设备商迈为、捷佳、钧石已具备了HJT整线设备供应能力;随着HJT设备国产化推进,当前投资成本已经降到4.5亿元/GW左右,但是相较PERC的1.5-2亿元/GW和TOPCon的2-2.5亿元/GW仍高出较多,高设备投资成本不仅影响前期投入积极性,也意味着后期非硅成本中折旧更高,另外,目前HJT生产商规模化生产均不足,导致HJT的折旧成本高出PERC至少0.03元/W。
• HJT主要包括制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO薄膜沉积、金属化四个步骤,分别对应制绒清洗、PECVD、PVD/RPD、丝印/电镀四道设备。影响设备投资额的主要因素包括:1)设备配置,如TCO制备选择RPD还是PVD;2)选择进口还是国产;3)提升设备生产效率。
HJT:降本路径——银浆降本
• 光伏银浆分高温银浆和低温银浆两种,P型电池和N型TOPCON使用高温银浆;而HJT栅线电极不允许高温烧结固化,必须限制在150℃以下进行,只能使用低温银浆,为保证低电阻接触及高电导传输,要求低温银浆银浓度高,栅线厚度高,耗量大。
•价格高:低温银浆生产工艺难度高,同时需要冷链运输,价格通常较常规银浆高10-20%;目前HJT还处于市场早期阶段,低温银浆目前只有日本KE(市占率90%)和国内一两家企业可以实现批量化生产,所用银粉类似定制,所以加工费较高,并有一定利润加成。
• 用量多:低温银浆电性及印刷性能较差;且因其较高的电阻率和HJT双面均需使用,导致银浆单耗相较PERC高出较多,如HJTM6使用银浆约200mg,高出PERCM6使用银浆量约130mg,按照当前的HJT银浆使用量以及HJT浆料售价,金属化环节HJT成本高出PERC约0.12元/W。
• 价格:国产替代。低温银浆由于对原料要求高,90%的低温银浆由日本KE供应,未来随着国产HJT投资规模的扩大,低温银浆也有望实现进口替代。苏州晶银HJT浆料已有批量供货。2021年1-9月份,苏州晶银HJT浆料销售量共计3.73吨
• 用量:1)多主栅。多主栅技术是在增加主栅数目的同时减小主栅和细栅宽度,可以实现尽量在不牺牲电池转换效率、增加组件可靠性的同时,降低银浆用量。采用5BB技术的HIT电池银浆单耗约为300mg/片、银浆成本约1.9~2.1元/片,采用MBB技术的银浆成本约1.1~1.2元/片。
2)银包铜。银包铜是在铜的表面包裹银粉,低温加工工艺使得铜作为导电材料,从而降低银的使用量。一般低温银浆中银含量约92%,8%为有机物玻璃粉等,而银包铜中银、铜、有机物的含量分别为41%/51%/8%。
3)印刷技术:帝尔的非接触激光印刷技术(PTP)改善高效太阳能电池细栅印刷工艺,在电池硅片上印刷更大高宽比的超细栅线,提升太阳能电池效率同时,大幅度节省浆料耗量20%以上;
迈为的全开口太阳能电池钢板印刷技术,在应用端可以兼容210mm硅片尺寸,栅线数量可比丝网印刷增加一倍,推动HJT电池效率进一步提高;由于栅线印刷区域为全开口结构,印刷高度均匀,在制造相同效率电池的情况下,节省20%左右的银浆。
HJT:降本路径——靶材
• 靶材的选择决定了薄膜的光电特性,进而影响电池转换效率;TCO薄膜制备主要采用ITO、SCOT、IWO、ICO四种靶材。目前TCO镀膜主要采用PVD或RPD技术,
• 靶材材料创新有望进一步提升电池转换效率。PVD主要采用ITO和SCOT靶材,目前ITO靶材已较为成熟,ITO的锡含量越低,电池转换效率越高,97/3和99/1低锡含量溅射靶材所制备的异质结电池的转换效率要优于普通成分比为90/10的ITO靶材。
RPD主要采用IWO和ICO靶材,新型ICO靶材载子迁移率可达50-150cm2/Vs,高于IWO的40-80cm2/Vs,有望优化薄膜性能。
• 高端靶材市场被日韩企业垄断,ITO、IWO靶材已初步实现国产化。靶材制造工艺技术要求高,我国企业与国际先进水平尚有较大差距,大尺寸高纯溅射靶材的主要供应商为日本三井、东曹、日立等。
目前国内先导、映日等企业ITO靶材已较为成熟,先导通过收购优美科国际公司,其靶材生产的纯度、密度大幅提升,目前正在研发SCOT靶材;壹纳光电已实现IWO国产;隆华科技HJT电池ITO靶材目前已经通过隆基认证,并与通威股份联合测试当中。
HJT:产业化进度——硅片降本
• HJT电池结构天然适合硅片薄片化。HJT电池片的对称结构能够降低电池制作中的机械应力,因此硅片的碎片率更低;HJT采用200°C以下低温工艺,使得硅片在低温下也不易翘曲,良品率更高;在硅片变薄的情况下,HJT开路电压上升,短路电流下降,电池效率能基本不变。
• 目前PERC电池和TOPCON电池硅片厚度是170-180μm,HJT可以做到150μm,理论上可以到100μm,厚度下降空间大;一般硅片每减薄20μm,可使组件成本降低约5-6分/W。
HJT:产业化进度——产能规划
• 主要企业:华晟新能源、钧石能源、晋能、通威等。HJT技术对二、三线以下企业或新技术行业比较友好,没有产能历史包袱。
• 转换效率:隆基公布,经德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测试,其异质结电池转换效率高达26.3%,是目前实验室最高转换效率。量产转化效率目前最高达到了25.31%。

• 产能规划:参考集邦新能源统计,2021年HJT规划产能约148.2GW,其中已建成产能为6.35GW,在建/待建产能141.9GW;量产尺寸以M2、G1、M4为主,少数企业具备M6尺寸生产能力,M10、G12尺寸尚处于研发阶段。

文案来源:光伏产业链


END



TOPCon和异质结电池具备转换效率高、低衰减、长波响应好,高双面率等的优势,是效率优于PERC电池的下一代电池技术,市场占有率快速增长。然而,在其电池制备的核心设备及工艺上国产企业仍有差距,比如需要用到的清洗制绒、LPCVD设备、离子注入机、PVD设备、PECVD设备、氧化扩散设备、丝网印刷等设备,为了促进TOPCon及异质结光伏电池行业进步,欢迎大家加入艾邦TOPCon电池、异质结电池产业链上下游交流群。

光伏电池技术解析之HJT


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原文始发于微信公众号(艾邦光伏网):光伏电池技术解析之HJT

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作者 808, ab