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TopCon、HIT之争,谁能笑到最后 ?
  • 2020-10-19 20:21:51
  • 浏览:1416
  • 来自:世纪新能源网

  10月15日,中来股份对外宣布其最新研发成果,基于新一代隧穿氧化层和无绕镀原位掺杂非晶硅沉积的钝化接触技术制造的J-TOPCon 2.0电池,其量产平均效率可以实现24%以上,良率达到95%以上。此次新技术发布,再次引发TopCon、HIT的未来路线之争。

  光伏行业是技术驱动型产业,每一项重大技术的突破,都会带来了成本的大幅下降。在电池领域,随着主流PERC电池转换效率提升越来越困难,关于后PERC时代的技术发展,这两年被越来越多的讨论和关注,被讨论最多,也在业内基本达成共识的,就是HIT和TOPCon技术。

  兼具晶硅与薄膜优势 HIT有前景

  所谓HIT电池,又被称为HJT、HDT、或SHJ电池,中文全称为“晶体硅异质结太阳能电池”,简称为“异质结电池”。

  严格意义来说,HIT不能算是新技术。早在1990年,日本三洋公司已经注册专利并研发,2015年,随着三洋公司专利保护到期,HIT电池技术开始全面推广。

  相较于传统的太阳能电池而言,HIT电池创新性的采用了单晶硅衬底和非晶硅薄膜异质结的结构,其在晶体硅上沉积非晶硅薄膜的做法,让HIT电池兼具了晶体硅电池与薄膜电池的优势。 由于结合了薄膜太阳能电池低温制造的特点,不仅在技术上节约能源,还能更好的控制禁带宽度和厚度,避免硅衬底在高温中退化。

  此外,HIT电池无光致衰减,电池薄,允许采用廉价衬底,是非常好的双面电池,双面率90%以上,最高可达96%。相比目前主流的单晶PERC高效电池技术平均23%左右的转换效率,HIT电池有极大的转换效率优势。据了解,异质结电池当前量产平均效率普遍在23%以上,产线最高效率可达到24%,而未来有望达到25%。

  “异质结电池代表着光伏行业的未来发展趋势,有着足够的发展空间。此前没能大规模推广,主要是进口生产设备太贵。”江苏爱康能源研究院技术总监易治凯透露,目前异质结的生产设备已经可以实现部分国产化替代,随着生产成本的大幅下降,特别是平价上网时代的来临,异质结电池在效率提升方面的巨大优势将让它逐渐成为市场主流产品。

  “与PERC相比,我个人认为异质结技术更好,因为它只需要四道生产工序。对于生产企业来说,工序越少,成本越低。”赛拉弗光伏系统有限公司总裁李纲SNEC期间接受世纪新能源记者采访时表示,以前进口一套200MW的异质结生产线,价格至少在4、5个亿,现在有了国产设备替代,1套1GW左右的生产线,成本大约在1个亿左右。

  设备、银浆两道坎 HIT量产难

  “虽然设备实现了国产化替代,但稳定性和可靠性能否经受得住考验,现在还有待观察。”李纲表示,异质结电池对结构、成分更加敏感,如果要想在主战场上竞争,必须要兼容超大超薄。 “异质结电池是在晶硅的基础上做薄膜工艺,镀膜工艺,尺寸越大,均匀性越难控制。半导体从8寸涨到12寸,180、210尺寸的出现,对镀膜工艺是一个巨大的考验。”

  除了设备成本,制约HIT电池推广的另一个最主要因素,是银浆成本。HIT电池需要更多银浆,而且是价格更贵的低温银浆,根据2019年光伏产业发展路线图的统计数据,P型电池银浆消耗量约114.7mg/片,这其中还有32mg为背银;HIT电池双面都要刷银浆,消耗量为300mg/片,数量上相差接近三倍。

  据安信、华创等研报统计,低温银浆主要由京都电子KEM垄断,售价约达6500-6800元/kg,而高温银浆售价为4500-4800,按照2019年的平均值300mg/片来计算,每片电池片的银浆成本高达1.95元,而PERC电池即使同样使用KEM的银浆,每片成本也仅在5毛左右,如果使用国产高温银浆这个价格还会更低。

  国内替代方面,虽然国内高温银浆市场如火如荼,但低温银浆方面,目前实现规模化出货的仅晶银、帝科、聚和等少部分企业可以做到试探性量产,且产能并不充裕,银包铜技术也不成熟。

  尽管HIT电池缺点不少,但从去年起,尤其今年下半年以来,产业资本还是开始加码这一技术,地方政府也加入这一阵营。据世纪新能源网粗略统计,目前国内布局异质结技术的企业已有十余家,包括东方日升、通威、阿特斯、国电投、山煤国际、爱康科技、英发集团、中智、汉能等,规划总产能已经超过了30GW。

  “老玩家”中,晋能的异质结量产平均效率已达23.85%,预计年底可达24.2%,据晋能科技总经理杨立友表示:“目前晋能科技异质结产品的成本是PERC的138%,我们对下降至108%的水平比较有把握,这是比较保守的目标。”

  钧石能源则另辟蹊径,在今年SNEC展会上极具创意的推出了HDT多晶异质结双面组件,据称,其电池的转换效率高达23.5%,成本却比PERC低了10%。

  “新玩家”中,东方日升是前十组件出货商中第一个对异质结组件进行量产的,在最新的半年报中,东方日升表示其HIT电池最高量产效率已高达24.2%,最高组件效率高达22%以上,首批实现9BB异质结半片低温焊接封装工艺,半片异质结组件转换效率突破21.90%,首年的衰减率不超过2%,30年衰减率不超过16.5%。除此之外,东方日升还提到要将异质结与叠瓦技术相结合,目前已完成前期工作,可快速试产。

  另据了解,阿特斯的异质结产能规划也已经开工,预计2021年一季度出货;天合光能在半年报中透露其有关异质结的科研进展称近期即将完成HJT产品的TUV认证,但并未进行产能规划。

  除了组件企业,专业太阳能电池制造商之一的通威HIT电池研发产线也已经于2018年底便已经启动,2019年6月正式运行,截止至2019年报,HIT电池最高转换效率已经突破24.6%,但在半年报中未披露有关HIT技术的具体进展。

  业内人士表示,异质结电池目前已具备量产的条件,但这需要企业在产能、价格、性能之间做出抉择。“是先去抢市场,还是努力降成本、提高转换率,这是不同的发展路径,也是跟踪行业发展的关键逻辑。”

  TOPCon兼容PERC产线 转换效率高

  HIT实现量产难度不小,TopCon要突出重围同样面临很多挑战。 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,由德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所(Fraunhofer-ISE)于2013年提出。

  在晶体硅太阳能电池中,金属-半导体接触区域存在严重的复合,成为制约晶体硅太阳能电池效率发展的重要因素。隧穿氧化层钝化金属接触结构由一层超薄的隧穿氧化层和掺杂多晶硅层组成,可以显著降低金属接触区域的复合,同时兼具良好的接触性能,可以极大地提升太阳能电池的效率。

  为了评估目前商业化高效电池的效率潜能,如PERC、HIT、钝化接触电池等,德国知名太阳能研究所(ISFH)在2019年Silicon PV的报告会上基于载流子选择性的概念从理论上对不同结构太阳能电池的理论效率极限做了细致的分析,结论是钝化接触电池(例如TOPCon电池)具有更加高的效率极限(28.2%~28.7%),高于HIT的27.5%极限效率,同时也远远高于PERC电池(24.5%),最接近晶体硅太阳能电池理论极限效率(29.43%)。

  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。

  中科院电工所研究员王文静表示,TOPCon电池的转换效率要高于P型PERC单晶电池,但是低于HJT电池效率,属于中间产物;同时,TOPCon工艺设备与常规PERC电池的兼容性较好,双面衰减率低,这也是很多企业看好TOPCon的重要原因,当前PERC电池产能巨大,短期内全部转成异质结显然不现实,而TOPCon只需加一些设备就可以兼容。

  工艺复杂、技术高  TOPCon量产困难大

  “当然,TOPCon电池也有一定的缺点,首先是工艺复杂,工艺步骤明显增加,从清洗制绒到测试需12—13步;其次是成本较高,工艺成本和双面银浆带来的成本上升是不可避免的;最后TOPCon效率的提升也有限。”王文静担心,TOPCon是否会受到PERC和异质结两方面的挤压,“PERC的效率在一点一点提高,异质结的成本在一点一点下降,TOPCon处于中间的位置或许会面临比较尴尬的局面。”

  此外,王文静表示,TOPCon技术在BBr3扩散、硼离子注入、制备双面掺杂层、 p-TOPCon电池的掺硼多晶硅等方面仍面临着较大的挑战。

  可能正因为面临着较大挑战,在产业化方面,目前布局TOPCon的不多,但都是头部企业,其中尤以另一家电池巨头中来股份最为积极。

  据了解,中来股份目前已经拥有2GW TOPCon产能,10月15日全新发布的J-TOPCon 2.0新技术是与江苏杰太光电技术有限公司合作,利用其独创的线性等离子源技术,共同开发了一套全新的POPAID技术 (Plasma Oxidation & Plasma Assisted Insitu-doping Deposition),等离子氧化及等离子辅助原位掺杂技术。采用这种技术,J-TOPCon 2.0电池效率超过常规离子注入0.2%以上,开路电压(Voc),填充因子(FF)均有提升。良率也可提高2%。

  除了中来股份,林洋也试制了400MW产能,天合、晶科、英利也布局了一定的中试线。 根据中国光伏委员会发布最新发布,晶科创造了的TOPCon双面电池24.87%(全面积)和24.90%(孔径面积)的中国最高效率,甚至曾在官微文章《关于Tiger Pro,你想问的都在这里》中明确表示:“比较TOPCon以及异质结,我们综合比较几个维度,目前我们是选择了TOPCon。”据了解,目前晶科的Tiger-N型组件已经量产。

  天合在半年报中披露,TOPCon电池的实验效率达到24.58%,目前量产最高批次平均效率达到23.8%,研发扩散工艺并成功导入TOPCon生产线。

  但据某媒体报道,尽管这几家企业都有实际产能,但产能都不大,多是实验性的产线,电池片价格大约1.45元/W。

  “目前来说,HJT电池的结构是革命性的,原有产线无法兼容,而TOPCon的结构是渐进式的,稍微替换一下设备,产线就可以升级。”天合光能高效电池研发副总监陈奕峰认为,尽管TOPCon现在还有很多的问题,工艺、成本、良率、技术成熟度等等,但这些问题如果解答的恰当也是一种机遇,就像2014年的PERC也面临着大量的问题。相信在全行业的努力下,TOPCon有望成为高效电池在中国继续推进的浪潮。

  业内人士分析认为,不管是HIT还是TOPCon,目前来看还无法取代PERC的主流地位,究竟谁能率先杀出重围,目前也不好判断,但不管谁能率先杀出,都将成为新一代的电池技术引领者,甚至有望再一次改变行业格局。

【责任编辑:sunnyz】
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