摩爾光伏：異質結(HJT)量產技術報告（108頁）.pdf

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1、 錦州陽光能源 單晶全產業鏈單晶全產業鏈 專注光伏二十年專注光伏二十年 國家級高新技術企業、中國制造 2025 國家級綠色工廠、工信部第一批符合光伏制造行業規范條件企業 2003 年起為日本和臺灣市場批量供貨 N 型單晶 日本夏普全球最大 OEM 組件廠 M3 硅片電池組件的開創者 5 年雙玻（雙面）組件批量出貨經驗 310W 領跑者項目組件供應商 技術咨詢：13941664134 2019 年 3 月 主 編 王琪 副主編 鄭海軍 技術專家 王樹林 編 委 張娟 周肅 謝志剛 張超華 曾清華 林錦山 黃巍輝 劉玉穎 敖毅偉 鮑剛 高艷濤 James Peng 尹鳴 鄭靜 王鵬 吳龍海 出 版

2、 摩爾光伏 技術支持 晉能清潔能源科技股份公司 鈞石（中國）能源有限公司 錦州陽光能源有限公司 應用材料（中國）有限公司 常州聚和新材料股份有限公司 北京捷造光電技術有限公司 TV 北德集團 中節能太陽能科技（鎮江）有限公司 MEYER BURGER TECHNOLOGY（梅耶博格） 常州比太科技有限公司 1 目目 錄錄 第一部分 綜述 . 3 第二部分 HJT 電池效率進展 . 5 一、HJT 太陽電池研究進展與關鍵技術 . 5 二、HIT 太陽電池研究現狀 . 5 第三部分 HJT 電池及組件產能現狀 . 8 一、市場前景 . 8 二、國內外 HJT 技術產業現狀 . 9 第四部分 HJT

3、 電池關鍵技術進展 . 11 第一章 制絨清洗 . 11 第二章 非晶硅薄膜技術進展 . 13 一、CVD 技術 . 15 二、異質結非晶硅薄膜沉積技術（PECVD&HWCVD) . 17 三、異質結-CVD 設備制造商和技術特點 . 20 四、異質結-CVD 產線應用現狀和未來趨勢 . 21 第三章 TCO 透明導電薄膜技術進展 . 23 一、PVD 技術 . 24 二、異質結透明導電薄膜沉積技術（PVD&RPD) . 25 三、異質結-PVD 設備制造商和技術特點 . 29 四、異質結-PVD 產線應用現狀和未來趨勢 . 29 第四章 HJT 電池的絲網印刷 . 31 一、絲網印刷工藝 .

4、 31 二、異質結電池絲網印的工藝特點及性能要求 . 32 三、異質結電池絲網印刷機的現狀 . 34 四、異質結電池絲網印刷機的未來發展趨勢 . 35 第五章 銅電極 . 36 第六章 退火 . 38 一、退火工藝在異質結電池的目的 . 38 二、退火設備在工藝的需求 . 38 三、不同退火工藝設備之比較 . 38 2 第七章 測試 . 40 一、新陽光模擬器光譜 IEC 60904-9 第三版本草案 . 40 二、電容性的高效異質結電池測試技術挑戰 . 41 三、混合光源模擬器應用在高電容測量工藝 . 42 四、無主柵線的測量工藝設計 . 42 第五部分 HJT 電池關鍵技術突破方向 . 4

5、4 一、 HJT 對硅片的要求和表面制絨清洗技術. 45 二、 CVD 鈍化技術 . 48 三、PVD 磁控濺射和透明導電膜的沉積 . 51 四、金屬化電極/多主柵趨勢 . 55 五、HJT 技術提升：HBC 及疊層結構 . 57 六、HJT 規模量產的成本控制 . 58 第六部分 HJT 關鍵材料高效化 . 60 一、高效 HJT 組件 N 型單晶硅片標準-2019 . 60 二、HJT 太陽電池低溫銀漿 . 66 第七部分 HJT 組件的發展趨勢 . 72 一、HJT 多主柵的發展 . 72 二、智能網柵連接技術 Smartwire connection Technology(SWCT)

6、. 76 三、HJT 太陽能電池組件的精準測量 . 80 四、HJT 組件技術未來趨勢 . 87 第八部分 HJT 電池產線建設 . 90 一、土建結構 . 90 二、潔凈室的結構 . 91 三、冷凍站 . 92 四、PSA . 93 五、背壓閥和倍壓閥 . 93 第九部分 HJT 電站及市場定位 . 95 一、電站收益對比分析 . 95 二、HJT 太陽能電池與其他電池成本動態下降趨勢 . 100 三、市場定位 . 103 3 第一部分第一部分 綜述綜述 HJT 是 Heterojunction Technology 的縮寫，是一種 N 型單晶雙面電池，具有工藝簡單、發電量高、度電成本低的優

7、勢，可能會成為繼 PERC 電池之后的行業熱點。 因 HIT ( Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 已被日本三洋公司申請為注冊商標，所以又被稱為 HJT 或 HJT（Silicon Heterojunction） 。該類型太陽能電池最早由日本三洋公司于 1990 年成功開發，當時轉換效率可達到 14.5%（4mm2的電池） ，后來在三洋公司的不斷改進下，三洋 HJT 電池的轉換效率于 2015 年已達到25.6%。 2015 年三洋的 HJT 專利保護結束， 技術壁壘消除， 是大力發展和推廣 HJT技術的大好時機。 HJT 電池結構示意圖如圖

8、1，首先在 N 型單晶硅片（c-Si）的正面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和 p 型非晶硅薄膜（p-a-Si:H） ，然后在硅片的背面沉積很薄的本征非晶硅薄膜（i-a-Si:H）和 n 型非晶硅薄膜（n-a-Si:H）形成背表面場；再在電池的兩面沉積透明氧化物導電薄膜(TCO)，TCO 不僅可以減少收集電流時的串聯電阻，還能起到像晶硅電池上氮化硅層那樣的減反作用；最后在 TCO上制作金屬電極。 圖 1 HJT 電池的結構 在電池正表面，由于能帶彎曲，阻擋了電子向正面的移動，空穴則由于本征層很薄而可以隧穿后通過高摻雜的 p+型非晶硅，構成空穴傳輸層。同樣，在背表面， 由于能帶彎曲阻

9、擋了空穴向背面的移動，而電子可以隧穿后通過高摻雜的 4 n+型非晶硅，構成電子傳輸層。通過在電池正反兩面沉積選擇性傳輸層，使得光生載流子只能在吸收材料中產生富集然后從電池的一個表面流出， 從而實現兩者的分離。 HJT 電池的一大優勢在于工藝步驟相對簡單，如圖 2，總共分為四個步驟：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO 制備、電極制備。 圖 2 HJT 電池工藝流程圖 HJT 電池的制備工藝步驟簡單，且工藝溫度低，可避免高溫工藝對硅片的損傷，并有效降低排放，但是工藝難度大，且產線與傳統電池不兼容，設備資產投資較大。 HJT 電池技術由于其低制程溫度、低溫度系數、無光致衰減和電致衰減等優勢得到行業青睞

10、。目前全球已經量產或計劃量產的企業近 20 余家，規劃產能已超過 10GW，實際產能已達到 2GW 左右。如果規劃產能能夠按照預計計劃逐步實現，HJT 產業鏈成熟度將快速提高，從而加速 HJT 技術量產的步伐。國內量產情況，穩定運行的企業有中智、鈞石、晉能、漢能、上澎等，愛康、彩虹、通威等均已陸續宣布量產計劃。 5 第二部分第二部分 HJTHJT 電池電池效率進展效率進展 一、一、HJT 太陽電池研究進展太陽電池研究進展與關鍵技術與關鍵技術 1973 年三洋公司（2008 年被松下公司收購）開始研究非晶硅電池，制備出10%效率的電池。1983 年開始設計非晶硅晶體硅堆積電池結構，即為 HIT

11、電池雛形。1990 年，三洋公司在非晶硅薄膜電池基礎上提出了 a-Si/c-Si 異質結電池，即在 N 型襯底上制作面積為 lcm2的太陽電池，并將其命名為 HIT 電池。1994 年，面積為 1cm2的 HIT 太陽電池的轉換效率達到 20.0。1997 年，三洋公司開始量產 HIT 電池，制備出 HIT Power 21 TM 電池組件，從此，三洋致力于提高實驗室太陽電池和工廠組件的效率，很多適合于大規模生產的新技術相繼被開發和應用。 2003 年， 批量生產 200Wp 功率、 17%的 HIT 電池組件， 其中電池效率為 19.5%。2009 年，HIT 電池效率達到 23%。2011

12、 年，電池效率則打破世界紀錄(：23.7%, Voc： 0.745V， Isc： 39.38mA/cm2， FF： 80.9%， 100.7cm2)。 2013 年效率提升到 25.6%。2014 年，松下公司推出效率達到 19.4%的 HIT-N245 的 HIT 電池組件。目前，中國、德國、法國、美國、意大利等國家也正在大力研制 HIT 電池，但是和松下還存在較大差距。松下公司的 HIT 電池的高效表明 HIT 電池具有廣闊的應用前景。 二、二、HJT 太陽電池研究現狀太陽電池研究現狀 除日本三洋外，世界上有很多機構在研究 HIT 太陽電池，包括德國亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心，美國資源

13、部國家可再生能源實驗室，法國巴黎綜合理工學院，瑞士洛桑聯邦理工大學，荷蘭德拜研究所等。表 1 和表 2 列出了當前國內外各大研究機構的 HIT 太陽電池研究現狀，包括效率，開路電壓，短路電流， 填充因子， 有效面積。 少數研究機構的 HIT 太陽電池穩定效率能夠超過 20%，開路電壓能夠超過 700mV。值得注意的是，大部分研究機構所采用的單晶硅襯底都是厚度大于 200m。松下創紀錄的 HIT 太陽電池效率采用的單晶硅襯底厚度是 98m。由于 -Si:H 較好的鈍化效果和較薄的單晶硅襯底，開路電壓達到750mV 的新高。文獻中對于單晶硅太陽電池的理論模擬顯示，對于 100m 厚度的單晶硅襯底而

14、言，最高的開路電壓可以達到 769mV，模擬過程中只考慮了 6 內在的輻射和俄歇復合。同這個理論極限相比，松下的 HIT 太陽電池的開路電壓記錄是非常引人注意的。 表 1 基于 N 型單晶硅襯底的 HIT 太陽電池效率表 機構機構 效率效率(%) 開路電壓開路電壓Voc (mV) 短路電流短路電流Jsc (mA) 填充因子填充因子FF(%) 面積面積 A(cm2 ) 時間時間 漢能, 中國 23.7% 739.2 39.07 82.17 242.5 2018 Panasonic, 日本 24.7 750 39.5 83.2 101.8，Cz 2013 Kaneka, 日本 22.1 729 3

15、8.5 79.1 200,Cz 2011 RRS, 瑞士 21.9 735 38.5 77.5 4,Cz 2011 EPFL, 瑞士 21.8 726 37.8 79.7 4, FZ 2011 HHI, 韓國 21.1 721 36.6 79.9 220 2011 CEA-INES, 法國 21 732 36.9 78.3 105, Fz 2011 CIC, 日本 20 685 36.9 79.2 243，Cz 2011 HZB, 德國 19.8 639 39.3 78.9 1, FZ 2006 NTUST, 中國 19.6 690 39.1 72.7 1, FZ 2011 Univ. Hag

16、en, 德國 19.3 675 37 77.3 FZ 2009 FhG-ISE, 德國 18.7 705 35.0 75 4, FZ 2010 IEC, 美國 18.3 694 35.7 74.2 0.55, Cz 2008 LG, 韓國 18.2 687 33.3 78.9 1, FZ 2010 NREL, 美國 18.2 694 0.9 2009 Titech, 日本 17.9 671 35.2 76 1, Cz 2008 AIST , 日本 17.5 656 35.6 75 0.2 2009 Sungkyunkwan Univ.,韓國 17.4 631 36.3 76.1 Cz 2011

17、 LPICM, 法國 17.2 701 30.8 79.6 4 2011 Utrecht Univ.,荷蘭 16.7 681 33.5 73.1 1, FZ 2011 CNR-IMM, 意大利 16.2 573 36.6 77 1, Cz 2005 Delft Univ.,荷蘭 15.8 646 32.9 74.3 FZ 2011 Univ.Toronto, 加拿大 15.5 679 31.7 72.4 4.2, FZ 2011 Kyung Hee Univ., 韓國 14 575 34.4 71 Cz 2011 ECN, the 荷蘭 13.2 635 29.1 72 21, FZ 2010

18、 KIER, 韓國 12.8 600 Cz 2009 ENEA, 意大利 12.4 526 31.9 74 mc 2010 UPC, 西班牙 10.9 525 28.6 72.8 FZ 2006 7 表 2 基于 P 型單晶硅襯底的 HIT 太陽電池效率表 機構機構 效率效率(%) 開路電壓開路電壓Voc (mV) 短路電流短路電流Jsc (mA) 填充因子填充因子FF(%) 面積面積A(cm2 ) 時間時間 EPFL, 瑞士 19.7 717 37.9 72.7 4, FZ 2011 NREL, 美國 19.3 678 36.2 78.6 0.9, FZ 2010 Titech, 日本 18

19、.1 680 36.6 76.9 0.8, FZ 2011 HZB, 德國 18.5 633 36.8 79.1 1 2009 Univ. Stuttgart, 德國 18.1 670 35.7 75.6 1 2010 LPICM, 法國 17 662 33 77.6 25, Cz 2009 ENEA, 意大利 17 601 37.1 76.3 2.25 2004 Univ. Hagen, 德國 16.6 655 31 81.6 FZ 2009 NCHU, 中國 16.4 645 34.8 73 1 2008 IMEC, 比利時 16.4 644 1, FZ 2005 Univ. of Val

20、encia, 西班牙 15.2 591 33.8 77.6 1, Cz 2010 CAS, 中國 15.1 585 34.6 74.7 330mm/s） ，這種情況下就極大的限制了設備的產能，不利于成本的降低。近一年來，異質結導電漿料的印刷性能有所改觀，印刷速度提高到近 300mm/s，這樣使設備的產能得到了更大的發揮。 2、細柵寬度較寬細柵寬度較寬 由于材料的特性，目前異質結電池的細柵寬度較晶體硅電池的細柵寬度較寬，目前細柵的寬度大概在 60-70um 左右，較晶體硅電池的細柵寬 25um 左右。如圖 4-3 所示， 京都異質結用銀漿 Q101 型號的在印刷速度 250mm/s 下的細柵印刷

21、結果，其網板開孔 30um，細柵實際寬度在 67um。 3、導電漿料的增重較高導電漿料的增重較高 目前由于低溫導電漿料的導電性比高溫導電漿料差，印刷性能也差，使得異質結電池的漿料增重較大，在四，五根主柵的情況下，大約在 300mg 左右，占據整個異質結加工電池的成本的約 3040%。相比較而言，傳統電池的銀漿增重只有 100mg 左右，極大的增加了電池的加工成本。對于降本增效來說，首先可以采用二次印刷技術，不僅可以提高電池效率，而且可以降低一些導電漿料的耗量。圖 4-4 是單次印刷和二次印刷的效果圖，可以看出細柵更加的平整，能夠有效的提高電池的電學性能。同時導電漿料的耗量在單次印刷的基礎上降低

22、了28mg，經過網板設計初步優化后，電池的絕對效率得到了 0.16%提升，如表 1圖 4-3 Q101 型號的異質結漿料引述 3D 效果圖 來源：京都在“第四屆太陽電池漿料與金屬化技術論壇”報告 34 所示。 其次在不降低異質結電池效率的情況下和不同組件技術結合，來降低漿料的增重也是提效降本的主要路線。 但基本上都是消除主柵以及進一步降低細柵的漿料使用，比如多主柵技術，SWCT 以及疊瓦技術等。 Voc (mV) Isc (A) FF (%) CE (%) 單次印刷 0 0 0 0 二次印刷 +1 0 +0.37 +0.16% 4、烘干時間較長烘干時間較長 傳統晶硅電池的烘干時間很短，一般小于

23、 1 分鐘。但是由于異質結用導電膠的特性，目前其的烘干時間較長，一般在 5-10 分鐘。這就使得異質結的烘箱和傳統電池烘箱差別較大。既要保證烘干時間，又要保證產能，使得它的設計和傳統電池的烘箱不同。但是目前導電漿料的供應商也在研發新的材料，讓它的烘干時間變短，從而簡化烘箱的設計。 三、異質結電池絲網印刷機的現三、異質結電池絲網印刷機的現狀狀 目前異質結絲網印刷的供應商主要來自于應用材料公司和日本的 Miro-tec公司。 國產的供應商包括邁為科技和科隆威也正在開發相應的解決方案。應用材料公司從事太陽能的印刷已經超過 30 年，一直是該技術和市場的領導者，在異質結的客戶分布也最廣泛。而推出的細線

24、二次印刷技術（FLDP）幾乎成為后來整個行業的標配，同樣也應用到了異質結的印刷中，不僅提高了電池的效率，而圖 4-4 a) 單次印刷效果圖 b)二次印刷效果圖 來源：應用材料公司內部測試結果 表 1 單次印刷和二次印刷電學性能比較 來源：應用材料公司內部測試結果 a) b) 35 且降低了導電漿料的損耗。同時最近推出的 SoftPressure 的技術，降低了網板和硅片邊緣的碰撞，不僅把網板的壽命提高 20%以上，而且讓印刷的質量更好。如圖 4-5 所示。應用材料公司目前的烘箱采用垂直的運輸的概念設計，不僅大大減少了占地的面積， 而且硅片水平傳輸的模式讓良率更高。 烘干的時間可達 10min。

25、 Micro-tec 也是異質結電池絲網印刷的主要供應者之一，其在異質結的印刷的主要原理是通過空氣平衡的方法（Air Balance Squeegee Method）來控制刮刀的壓力來進行印刷。烘干采用 Wikettype 結構，在滿足烘干時間的前提下，達到較高的產能。 其他供應商的產品目前正在研發相應產品或者應用較少，這里不在敘述。 四、異質結電池絲網印刷機的未來發展趨勢四、異質結電池絲網印刷機的未來發展趨勢 為了提高良率和降低成本，整個光伏制造業向無人化，智能化的方向發展。異質結的印刷機也不例外。目前主要從以下幾個方面入手： 無人操作，目前需要解決自動擦拭網板，自動換網板等。 智能檢測，包

26、括印刷前硅片質量的檢測，印刷質量的檢測。 大數據和智能分析，把實時檢測的數據傳輸到數據分析中心進行分析。 智能調整印刷和烘干參數等。根據數據實時分析的結果，根據需要進行智能調整印刷參數，自動擦拭網板，自動更換網板，自動更換刮刀以及自動添加導電漿料等。 通過智能檢測，收集數據，數據分析，自動反饋后進行智能調整，自動更換部件等一系列的閉環操作，可以實現整個印刷線的無人化和智能化。 圖 4-5 應用材料公司印刷機 Soft Pressure 示意 圖 4-6 應用材料公司異質結用烘箱外觀圖 36 第五章第五章 銅電極銅電極 異質結(HJT)電池轉換效率高達 25.6%，是目前最有發展前景的太陽能電池

27、技術之一，其柵線電極制備主要是絲網印刷銀漿和電鍍銅。銀漿柵線電極印刷仍是目前柵線電極制備的主流技術，然而絲網印刷銀漿制備的柵線電極存在電導小、高寬比小等缺陷，且銀漿價格昂貴，限制了太陽能電池轉換效率的進一步提高和生產成本的下降。 電鍍銅制備柵線電極是先在ITO表面采用PVD沉積一層種子銅，再圖形化，然后再電鍍銅和錫而成。這種方法制得的太陽能電池柵線電極：界面結合力強，更加穩定可靠；電導比銀柵高 3 倍；高寬比大，且銅材料成本低，既提高了轉換效率，又降低了電池制造成本，將是未來制備太陽能電池柵線電極最主要的技術路線。 Sunpower 是全球首家在大規模生產中使用電鍍銅在 IBC 電池上制備柵線

28、電極的公司。出于降低成本和提高效率的考量，已經有越來越多的太陽能電池廠家轉向開發銅電極電鍍工藝在太陽能電池上的應用， 特別是在異質結和背接觸電池技術上。由于市場上尚未有成熟的專為異質結電池研制的電鍍設備，其設備基本都是從傳統 PCB 行業改造而來，主要設備廠家有 Besi 和亞洲電鍍（PAL） 。主流的銅電極電鍍設備采用線列式（in-line）設計，主要有兩種：以 Besi 為代表的無掛具單片式沉積設備和以 PAL 為代表的有掛具多片式沉積設備。 這類設備由于是從 PCB 行業改造而來， 而非專為太陽能電池應用而設計， 因此總體設備造價及運作成本無法滿足太陽能電池對成本控制的要求。 鈞石能源專

29、注于異質結電池的開發與整合， 致力于尋找具有市場競爭力的技術， 因此在柵線電極制備上使用了電鍍銅工藝而非主流的銀漿印刷工藝。為了進一步提高電池效率和極大降低成本， 鈞石在開發電鍍銅工藝的同時還致力于銅電極電鍍設備的自主研發，旨在開發出應用于太陽能電池的沉積速率快、產能高、高度自動化的高速銅電鍍設備。 鈞石自主研發的電鍍法制備銅電極電鍍生產線采用模塊化設計，能夠在最短的時間內整合到大規模生產中，從而直接完成技術轉移，實現最佳量產提升和最短投資回收期。如圖 5-1 與圖 5-2。 37 該生產線包含機械手自動上料、 銅電極電鍍主設備和機械手自動下料等三部分組成；其中銅電極電鍍主設備主要由上料模塊、

30、鍍銅前處理模塊、銅電極電鍍模塊、鍍銅后處理模塊、鍍錫前處理模塊、鍍錫模塊、鍍錫后處理模塊、電池片烘干模塊、下料模塊、掛具退鍍模塊、水洗模塊、掛具烘干模塊等組成。各工藝模塊由進排水系統、過濾循環系統、加熱冷卻系統、鼓風系統、打氣系統、排氣系統、定量添加系統、碳處理系統、電控系統等。 各機構、系統依據預設工藝參數，通過電腦編程，自動實現雙推雙列、電池片兩面電極同時電鍍，單線年產能達 125MW。 圖 5-1 銅柵電極生產線示意圖 圖 5-2 自動上下料示意圖 38 第六章第六章 退火退火 一、退火工藝在異質結電池的目的一、退火工藝在異質結電池的目的 退火工藝在異質結電池的主要目利用低于溫度 250

31、 度熱處理來在釋放低溫銀漿中的溶劑后產生固化后以形成所需之金屬電極， 透過此退火工藝后的金屬電極必須能夠有較低電阻率；并且能與透明導電膜層形成形成良好的接觸，藉由較低的接觸電阻以獲的在異質結電池電電性中有較佳的填充因子(Fill Factor)，以獲得高的電池效率。 二、退火設備在工藝的需求二、退火設備在工藝的需求 由于使用低溫銀漿在異質結電池工藝作為電極， 低溫銀漿一般固化的溫度約130 度到 180 度而所需時間約 5-60 分鐘。這處理條件便使得傳統的短時間高溫燒結爐不合適在異質結電池工藝上，需另尋適合之退火工藝設備，不但需要滿足長時間溫度穩定， 還需配合異質結電池量產所需的高產能及搭配

32、前后工藝自動化設備，以目前基本 100 兆瓦異質結電池產線來說，每小時產能需要達 2400 片，電池片傳送機構必須能夠順暢，能處理 M0，M2 及 M4 不同尺寸大小的硅片，亦能處理未來走向薄化的硅片， 在進行熱處理時不能對電池片表面有金屬污染及對電池片本身產生機械應力(Stress)，極佳的溫度控制及熱場均勻性。 三、不同退火工藝設備之比較三、不同退火工藝設備之比較 為滿足異質結電池在退火工藝的量產需求，主要退火爐設備分為匣批式(cassette)及輥道式式(in-line)兩類，其工藝規格最高溫度 200-250 度，每片電池片的溫度均勻性在+/-5 度內，匣批式(cassette) 設備

33、所需占地長度較短，需要較復雜的自動化設備將網印流水線的電池片放到匣中， 經過熱處理后再將匣中電池片藉由自動化設備放到下一站的分片機的流水線。輥道式式則可利用多線(Lane)來增加產能并以簡單的自動化轉換與前后站的設備整合， 藉以降低芯片破片率以達到最高的開工率。如圖 6-1 所示為梅耶博格 8 線式陶瓷輥道式退火爐設備。 39 圖6-1梅耶博格8線式陶瓷輥道式退火爐設備 40 第七章 測試 一、新陽光模擬器光譜一、新陽光模擬器光譜 IEC 60904-9 第三版本草案第三版本草案 由于近年來高效單晶 P 型 PERC，N 型 TopCon 及異質結已漸成為太陽能電池片主流產品，加上各種提升電池

34、片效率先進的高效電池技術，使得原先定義陽光模擬器光譜的 IEC 60904-9 第二版本中之 400-1100nm 光譜范圍被重新討論， 以因應現在的主流技術對300-400nm及1100-1200兩個波段的光譜響應。 因此在新IEC 60904-9: 陽光模擬器第三版本草案中，將光譜范圍擴大成300-1200nm，如圖 7-1 所示。 每一波段對于光的貢獻比，在第二版是從 400-1100nm 每一百納米的比值，而在第三版本草案中意識分成六個波段，但每個波段范圍不同，詳細列于表 7-1中。 表 7-1 光譜波段比較 Interval IEC 60904-9 2 Range (nm) IEC

35、60904-9 Ed3 Draft Range (nm) 1 400 - 500 300 - 470 2 500 600 470 - 561 3 600 - 700 561 - 657 4 700 - 800 657 - 772 5 800 - 900 772 - 919 6 900 - 1100 919 - 1200 因此陽光模擬器在量測先進的高效電池上也必須涵蓋此新光譜范圍， 方能確保對電池片電性(I-V)測試的準確性。 圖 7-1 AM1.5 光譜 41 二、電容性的高效異質結電池測試技術挑戰二、電容性的高效異質結電池測試技術挑戰 由于先進的高效電池技術因為電池電容效應的問題需要更長的響

36、應時間， 例如 N 型電池電容約 100 F，其響應時間需要 10-40 ms，異質結電池電容大于 200 F，響應時間需要 200-600 ms。根據梅耶博格 Pasan 技術報告分析，利用線性電壓掃描，測量電流的方法，比較正向掃描 (IscVoc) 與反向掃描(Voc Isc)的最大功率(Pmax)差異，便可發現具有電容效應電池其最大功率通常被低估了。如圖7-2 所示可以清楚看出，正常量測電容效應電池所使用正向掃描 (IscVoc)所得到最大功率(Pmax)比反向掃描(Voc Isc)來的低，其差異甚至會高達 3%。 圖 7-2 Influence of the capacitive ef

37、fect on I-Vcharacterization results 通過正反向掃描最大功率(Pmax)差異，可以做出如圖 7-3 中所示的最短脈沖曝光時間對最大功率(Pmax)差異的關系。 因此利用此方式便能針對電容效應的高效電池找出脈沖曝光時間， 如不同產品的異質結電池所需要的脈沖曝光時間是介于 459 毫秒到 1000 毫秒。 圖 7-3 Pmax versus pulse length for a highly capacitive cell obtained with direct and reverse sweeps 42 對于脈沖陽光模擬器來說，1 秒長脈沖曝光時間對電池量產來

38、說是一大挑戰， 而且在量測過程中電池表面溫度的增加也造成量測的不確定性，對氙氣脈沖陽光模擬器也很難達到這樣的長脈沖曝光時間。 因此在實際量產在線測試異質結電池的電性(I-V)來說是一極大的挑戰，必須有新的量測工藝來滿足異質結電池量產線的需求。 三、混合光源模擬三、混合光源模擬器應用在高電容測量工藝器應用在高電容測量工藝 對于量測具有電容效應的異質結電池， 不但需要具備長脈沖曝光時間又能滿足量產線的需求，新的高精度及低運行成本的混合光源陽光模擬器被梅耶博格Pasan 提出，并且得到弗勞恩霍夫太陽能系統研究所（ISE）認證。其方式為混合高品質 3A+氙氣閃光脈沖及持續時間達 600ms LED 脈

39、沖作為陽光模擬器光源。如圖 7-4 所示為梅耶博格陽光模擬器 Spotlight 混合光源示意圖。 圖 7-4 所示為梅耶博格陽光模擬器 Spotlight 混合光源示意圖 其量測方式為利用高品質 3A+氙氣閃光脈沖 5ms 閃光以量測的電池的短路電流(Isc)，接著開啟 LED 脈沖并調整 LED 光源以達到相同的短路電流(Isc)，利用此 LED 脈沖光源閃光持續最高可達 600ms，完成整個電性(I-V)量測。利用此混合光源可同時兼顧使用高品質符合均勻性、光譜匹配性及光強長期穩定性都符合IEC 規范之 A+的氙氣光源作為 LED 光源的校正，并使用 LED 可使用長脈沖閃光低成本的優點，

40、藉以達到在低成本、高精度測量電池量產線的需求。 四、無主柵線的測量工藝設計四、無主柵線的測量工藝設計 對于追求電池片效率是所有太陽能電池片廠共同的目標， 從常規的單多晶到 43 現在 P 型 PERC(Passivated Emitter and emitter and Rear Cell) 或是 N 型 TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact） 及異質結電池技術， 不斷有新的技術加入以提升電池片效率， 無主柵線電池技術便是其中可同時提高電池片效率及組件端功率之一。無主柵線技術可廣泛應用，兼容幾乎所有技術產品，電池片可應用在單多晶，技術包括常規的技術、PE

41、RC、N 型 TOPCon 及異質結，全片、半片及雙面亦適用。 對于無主柵線電池技術中關鍵便是需要一個可靠的電性量測， 如何透過良好的探針設計去量測涵蓋整面電池電流。如圖 7-5 為梅耶博格 Pasan 推出的GridTOUCH， 可與 SpotLIGHT 電池測試儀配合使用。 透過上下兩個垂直網柵(Finger)的電線組成，而所有電線皆串接在框架上，并透過底部支撐板的彎曲設計來達到均勻的接觸壓力，來預防不當接觸所造成電池片破裂，提高電池片良率。達到高質量和可重復接觸，確保在整個電池表面上進行電流提取和電壓測量，同時限制電池網柵上的電壓降，壽命大于可超過 3 百萬次接觸循環。 圖 7-5 梅耶

42、博格 Pasan 推出的 GridTOUCH 接觸線網 這設計可量測整面和類似于整面的 6 寸電池片，通過優化整框交換可實現快速更換測試線程序，以提高設備運行時 間 藉 以 降 低 總 運 行 成 本 。 此GridTOUCH接 觸 系 統 設 計 用 于SpotLIGHT 電池測試儀， 并可以集成到電池分選系統（CSS）中，用于測量和分選太陽能電池，具有電氣性能（IV曲線）和電致發光(EL)測量站。圖 7-6 顯示梅耶博格 GridTOUCH 接觸自動化單元。 圖 7-6 梅耶博格 Pasan Automated GridTOUCH 單元 44 第第五五部分部分 HJTHJT 電池關鍵技術突

43、破方向電池關鍵技術突破方向 以三洋為例，在降低成本方面，三洋主要從以下幾個方面做改進：1、提高效率，這是目前所有太陽電池研究者所追求的目標；2、采用薄硅片替代厚硅片直接降低原材料的消耗量而降低成本；3、改善太陽電池的溫度系數，這樣就能得到更高的 Voc 從而提高效率；4、將 HIT 太陽電池做成雙面組件提高太陽光的利用率多發電。 在提高異質結 HJT 太陽能電池的光電轉換效率的過程中，開路電壓 Voc 和 Isc、FF 非常關鍵6，具體可通過以下幾方面實現： 1、提升提升 Voc 在傳統的 p-a-Si:H/n-c-Si 異質結太陽能電池中，表面和界面存在大量局域復合路徑和懸掛鍵，摻雜層中有大

44、量局域態，載流子易發生局域復合和隧穿7。通過對單晶硅片表面織構化進行化學鈍化處理，提高 a-Si:H(i)/mono-Si 的界面質量，將晶體硅表面的缺陷鈍化好，從而提高載流子通過 a-Si:H(i)/mono-Si 界面的幾率，這樣得到高的 Voc。具體從以下幾個方面著手研究：沉積 a-Si：H 之前，采用低成本的濕法工藝清洗晶體硅的表面；采用化學氣相沉積的方法沉積高質量的 a-Si：H(i)，達到很好的鈍化效果；在制作 a-Si，TCO，電極的過程中低溫低壓減少熱量和能量較高的粒子對晶體硅表面的破壞。 采用上述工藝后， 可以降低載流子的復合，提升 Voc。 2、提升、提升 Isc 基于電阻

45、損失和光學損失對 Isc 的影響，改善電極的電阻率及對光的反射率顯得尤為重要。改善電極就需要電極比較細的同時還具有較低的電阻率。HJT 通過改變銀漿的黏度和絲網印刷的參數達到合適的高寬比。 三洋已經能做出寬度是高度一半的電極， 而一般技術的電極高度是寬度的四分之一。優化 HIT 太陽電池的 BSF，BSF 能明顯改善太陽電池對長波段的載流子的吸收。發展高質量的、載流子移動能力比較高的 TCO 薄膜。采用 a-SiC 以及盡量將非晶硅層做薄來減少光損失。采用合適的絨面結構增加進入太陽電池的太陽光。 3、提升、提升 FF 有了高的 Voc 和 Isc，還要有高的 FF 才能得到高的效率。提高 FF

46、 主要就是減小漏電流和降低串聯電阻，三洋在提高 FF 方面做了如下的優化：采用高質量低電阻電極材料減少電池的串聯電阻；采用特殊高寬比的電極；發展高導電性能的 P 層非晶硅；發展低方塊電阻的TCO 導電膜。 45 早期的工業化制造 HJT 組件已經有了超過二十年的戶外發電可靠性檢驗， 幾乎無明顯的實際發電能力衰減(預計 25 年內衰減小于 8%)，和同時期的成熟 P 性單晶產品相比，可靠性得到了極優越的體現。同時 HJT 獨有的優良溫度系數和雙面發電能力，使得該項技術成為光伏發電的最優選擇，可能在今后幾年全面取代當前的 P 型單晶增強技術 PERC，成為未來的主流。 但是相比于 P 型電池技術的

47、漸進型改良路線，HJT 制造設備需要單獨規劃，從現有的半導體設備/薄膜平板顯示設備制造產業中孵育出適于有足夠競爭力的生產路線。最早期的 HJT 技術路線由日本 Sanyo 公司推出，其特點是在 n 型硅片上用 CVD 薄膜實現較優良的表面鈍化，之后的載流子導出需要同樣用真空薄膜沉積的 ITO 層，由于鈍化層的低溫沉積特性，后續的金屬化電極需要特有的低溫銀漿。相比于 PERC 技術，HJT 現有的歐美整線方案投資較貴。就 100MW 的電性生產線而言，10M US$是 PERC 的標準方案，而 HJT 歐美方案接近 30M US$。這其中，PECVD 鈍化設備在設備投資總額中占據近半。國內少數企

48、業早早介入設備的研發領域，并已具有國際競爭優勢。例如鈞石能源（GS-SOLAR）,已有十幾年的工藝和設備研發積累，準確把握關鍵技術，可定制最適合異質結規模量產的工藝路線，在現階段已達到小于 14M US$（每 100MW 產能）的整線設備方案。 未來幾年，在保證電性優于 24%的技術基礎上，國內將可實現與 PERC 相類似的設備投資成本，助力 HJT 技術的全面產業化。 一、一、 HJT 對硅片的要求和表面制絨清洗技術對硅片的要求和表面制絨清洗技術 HJT電池片需要N型摻雜高少子壽命的單晶硅片， Sunpower IBC技術和Sanyo HJT 技術是最早應用 N 型單晶硅片的電池技術。 早期

49、高純度晶棒制造和拉晶技術還未普及推廣， 制造成本較高。 超過 1 毫秒的體少子壽命就會急劇增加制造成本。Sanyo HJT 量產方案為了保證電池片的高純度，在產線前端有氧化和高溫segregation（金屬雜質遷移到硅氧界面）步驟。拉晶技術中 FZ 技術自然地采用較高的電阻率，而 CZ 法為了保證較高的少子壽命，本征摻雜較低，典型的電池片電阻率為 620ohm.cm。隨著鈍化技術的提高，高效電池技術在高開壓路線取得了長足的進步，對硅片的要求集中為兼顧高少子壽命和電阻率（26ohm.cm）范圍段。 這個電阻率范圍段內的重復性相對可控， 既可以保證異質結電池的效率， 46 同時可以提升單晶產出的良

50、率并降低生產成本。 在硅單晶電池片中，電子少子的遷移率是較高的，所以在 P 電極引出側，針對電子少子的推斥勢壘需要增強， 而 n 型硅片疊加高摻雜正反應了這個要求。 以2ohm.cm 電阻率為例，針對電子少子的勢壘高度為 0.70.8eV，而針對空穴少子的勢壘高度約為 0.3eV。這種配置較平衡地體現了總體低復合率的要求，有較高的少子壽命和鈍化水平。同時早期的 HJT 采用 P 面向光的技術，非晶硅 P 型摻雜activation 較低，P 型非晶硅半導體和 TCO 的功函數匹配甚至會影響 P 側鈍化面的費米能級和 Band Edge 的相對位置，使得電池片的電性隨工藝變化有較大的波動， 而高