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技术干货:TOPCon的降本之路
  • 2020-09-30 16:07:55
  • 浏览:2277
  • 来自:光伏前沿

  相对P型晶硅电池,N型晶硅电池的少子寿命高,无光致衰减,弱光效应好,温度系数小,是晶硅太阳能电池迈向理论最高效率的希望。

  TOPCon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivated Contact)太阳能电池技术,其电池结构为N型硅衬底电池,在电池背面制备一层超薄氧化硅,然后再沉积一层掺杂硅薄层,二者共同形成了钝化接触结构,有效降低表面复合和金属接触复合,为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。

  TOPCon电池概念

  TOPCon电池的概念由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(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

  TOPCon正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别,电池核心技术是背面钝化接触,硅片背面由一层超薄氧化硅(1~2nm)与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成。钝化性能通过退火过程进行激活,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%。目前N型前结钝化接触太阳能电池世界纪录(25.8%)由Fraunhofer-ISE研究所保持。

  TOPCon工艺流程

  TOPCon电池最大程度保留和利用现有传统P型电池设备制程,只需增加硼扩和薄膜沉积设备,无须背面开孔和对准,极大的简化了电池生产工艺,量产化困难度低。

  图2. TOPCon 工艺流程图

  目前用于生长高质量重掺杂多晶硅层的方法有LPCVD(低压化学气相沉积)和PECVD两种。一种是用LPCVD原位(或离位)掺杂形成多晶硅,由于LPCVD沉积过程会带来绕镀问题,使电池性能退化,因此可选择离位掺杂,即LPCVD形成本征多晶后再进行扩散或离子注入掺杂,形成重掺杂的多晶硅;另一种是使用PECVD沉积掺杂非晶硅或微晶硅层,再经过退火得到掺杂的多晶硅。

  工业上常用的多晶硅层厚度约为160-200nm,为了节省成本和提高性能,电池制造商希望将多晶硅层厚度降低到100nm,甚至50nm。

  TOPCon电池的优点与缺点

  TOPCon电池的优点

  (1) 电池转换效率高,具有优越的界面钝化和载流子输运能力,较高的Uoc和FF

  数据来源:CPIA, 2020.4

  表1 TOPCon电池转换效率记录情况

  (1)  光致衰减低,掺磷的N型晶体硅中硼含量极低,削弱了硼氧对的影响

  (2)  工艺设备产线兼容性高,可与PERC、N-PERT双面电池的高温制备工艺产线相兼容

  (3)  N型TOPCon电池可与SE、IBC、多主栅、半片、叠片技术相结合,显著提高电池效率及组件功率

  TOPCon电池的缺点

  (1)    成本较高,相比较于标准PERC工艺,TOPCon技术资本支出(CAPEX)偏高约10%,运营成本(OPEX)偏高约25%

  (2)    效率提升潜力有限

  TOPCon的降本之路

  相比较于标准PERC工艺,TOPCon的成本相对较高,如果与PERC竞争性价比,则TOPCon效率至少要达到24.5%以上。

  TOPCon后续优化降本方向:

  (1)   降低n-poly层厚度,降低成本,减少自由载流子吸收

  (2)   避免边缘绕镀,提升电池性能

  (3)   设备成熟度及成本的降低

  (4)   浆料性能突破,降低J0, metal

  为进一步提升电池效率,光伏技术路线从P型向N型升级,启动下一轮电池技术变革。TOPCon因其优异的高效性及兼容性,越来越受市场的关注,成为N型高效电池产业化的切入点。

  贺利氏光伏一直致力于快速匹配新方向太阳能电池银浆的开发,对于N型TOPCon太阳能电池背面更薄多晶硅层方向,以及正面硼扩硅片接触,开发了新的金属化浆料配方,可以在较低的烧结温度下,提高开压的同时保持良好的接触,获得了0.2%的效率增益。

【责任编辑:sunnyz】
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关键字阅读: TOPCon
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