新型晶體硅電池關(guān)鍵技術(shù)仍待進(jìn)一步突破

當(dāng)前，研發(fā)更低成本、更高轉(zhuǎn)化效率和更強(qiáng)生產(chǎn)能力的太陽(yáng)能電池成為推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)深入發(fā)展的必然選擇。

“晶體硅太陽(yáng)能電池是目前應(yīng)用技術(shù)最成熟，市場(chǎng)占有率最高的太陽(yáng)能電池。近年來，國(guó)內(nèi)外都在大力研發(fā)可產(chǎn)業(yè)化的新型晶體硅太陽(yáng)能電池。”中國(guó)科學(xué)院電工所研究部主任、研究員王文靜表示，在近兩年市場(chǎng)上涌現(xiàn)的如背鈍化電池 (PERC)、N型雙面電池(PERT)、非晶硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)電池 (HJT)等新型晶體硅太陽(yáng)能電池中，PERC、HJT電池技術(shù)更受青睞。不過，新型晶體硅太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展仍需要進(jìn)一步在關(guān)鍵技術(shù)方面做突破。

王文靜介紹，未來單晶硅電池中N型電池的市場(chǎng)占比會(huì)上升，PERC、HJT電池等或成未來太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的主體，但異質(zhì)結(jié)構(gòu)接觸電池(HBC)電池或是未來市場(chǎng)的最終勝利者。

PERC、HJT電池受青睞

“所謂的新型晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)分為兩類，一類是創(chuàng)新技術(shù)，即完全不同于已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)的常規(guī)晶體硅電池的新型技術(shù);另一類是革新技術(shù)，即在傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)設(shè)備、工藝而形成的技術(shù)。”王文靜介紹，總體來講，目前可產(chǎn)業(yè)化的新型晶體 硅太陽(yáng)能電池主要有PERC、PERT、HJT電池等。其中，PERC、HJT電池更受市場(chǎng)青睞。

PERC電池近期在我國(guó)太能能電池市場(chǎng)的增長(zhǎng)勢(shì)頭很高。“據(jù)預(yù)測(cè)，2016年我國(guó)PERC電池產(chǎn)能或達(dá)到7吉瓦左右，并在不斷提高。”王文靜介紹，很多常規(guī)電池生產(chǎn)線企業(yè)比較看好PERC技術(shù)。因?yàn)?，與常規(guī)電池相比，PERC只多了兩步工藝過程———氧化鋁及氮化硅鈍化、激光開孔。

傳統(tǒng)電池生產(chǎn)線只需要再加兩臺(tái)設(shè)備，就可以把PERC生產(chǎn)線效率提高1個(gè)百分點(diǎn)。

王文靜表示，近兩年比較熱門的新型晶體硅太陽(yáng)能電池技術(shù)還有HJT。“HJT電池是革命性創(chuàng)新的電池技術(shù)，不再用擴(kuò)散工藝,具有高效、雙面發(fā)電的優(yōu)勢(shì)，以及能耗少等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此能夠在眾多高效硅基太陽(yáng)能電池方案中脫穎而出。”王文靜說，我國(guó)實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的HJT電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率是22.92%，由中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)研究所研發(fā)出來的。在國(guó)際上，日本松下的HJT電池已經(jīng)達(dá)到1吉瓦的產(chǎn)能，我國(guó)上彭太陽(yáng)能科技(嘉興)有限公司也實(shí)現(xiàn)了45吉瓦的產(chǎn)能。

關(guān)鍵技術(shù)仍待突破

王文靜表示，國(guó)內(nèi)外新型晶體硅太陽(yáng) 能電池的關(guān)鍵技術(shù)仍待進(jìn)一步突破。他以PERC電池、PERT電池為例介紹。PERC電池的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)是鍍膜和激光開窗口。

其中，比較成熟、大規(guī)模使用的鍍膜方法主要是PECVD方法。“目前，國(guó)內(nèi)有些公司已經(jīng)在嘗試的PECVD鍍膜方法是平板直接法、平板式離域法，但都未能達(dá)到較高的水平。國(guó)內(nèi)的管式直接法的PECVD鍍膜方法可以做氧化硅，但很難制備三氧化鋁。而使用氧化硅制備的PERC電池的效率不如三氧化二鋁高。”他說。

PERT電池的工藝難點(diǎn)之一是硼離子摻雜———這是一個(gè)世界性的難題。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)硼離子摻雜的方法主要有減壓擴(kuò)散法、離子注入法等。“運(yùn)用減壓擴(kuò)散法時(shí)，硼和氧氣形成三氧化二硼，沸點(diǎn)可以達(dá)到1600攝氏度以上。這樣，若在950攝氏度的溫度環(huán)境下擴(kuò)硼，三氧化二硼是就一個(gè)個(gè)霧滴，很難保持均勻性。”王文靜表示，運(yùn)用離子注入法摻雜硼效果同樣不理想———硼原子比硅原子輕，注入到晶體硅后不宜將注入?yún)^(qū)打成非晶態(tài)，硅片損傷比較少，需在后續(xù)過程中以非常高的溫度或很長(zhǎng)的時(shí)間才能形成很好的結(jié)晶，消除缺陷。這在大規(guī)模生產(chǎn)中比較難實(shí)現(xiàn)。另外，國(guó)外還發(fā)明了很多其他方法來解決硼摻雜的問題，如美國(guó)AM公司最新提出了硼氟注入等，但大都處在試驗(yàn)階段。

PERT、HJT或是未來市場(chǎng)主體

N型太陽(yáng)能電池衰減小的特點(diǎn)在降低發(fā)電成本方面非常重要。同時(shí)，由于N型電池可以導(dǎo)入更多的高效技術(shù)，如PERT、HJT、HBC技術(shù)等。因此，未來單晶硅電池市場(chǎng)中N型電池的占比會(huì)上升。

“總體看來，PERT、HJT、PERC電池的市場(chǎng)占比會(huì)逐漸增大，或成未來太陽(yáng)能電池市場(chǎng)的主體。”王文靜表示，PERT電池將會(huì)受到低價(jià)的PERC電池在提升效率方面的擠壓，以及高效的HJT電池在降低成本方面的擠壓。

王文靜說，未來HJT組件效率可能達(dá)到19.6%。從大規(guī)模生產(chǎn)上來看，HJT和IBC產(chǎn)業(yè)化效率比PERC電池高，這一趨勢(shì)會(huì)持續(xù)至2020年左右。從市場(chǎng)份額來看，到2024年，鋁背場(chǎng)為代表的常規(guī)電池的市場(chǎng)份額會(huì)逐漸下降，而PERC市場(chǎng)份額會(huì)逐漸上升。

此外，國(guó)際上的研究單位和太陽(yáng)能電池公司正在嘗試將IBC電池的優(yōu)點(diǎn)和HJT電池的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，制備成IBC+HJT，或者稱為HBC電池。“這是一種新的技術(shù)突破。2016年，HBC國(guó)際上最高的實(shí)驗(yàn)室效率已經(jīng)達(dá)到了26.33%。”王文靜表示，當(dāng)前業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，HBC電池可能是未來市場(chǎng)的最終勝利者。