高效异质结太阳能电池产业化观察

高效异质结太阳能电池产业化观察

1异质结电池的技术前景及产业政策

1.1技术前景

从最新的市占率预测来看，异质结（简称HIT，SHJ，SJT等）电池在10年内都将是小众市场，预计5年内市占率在5%-7%之间。按照2016年72GW（中国53GW）的全球出货量和15%的平均增长率，5年后的2022年将达到144GW（中国106GW）的年全球出货量，其中HIT 技术产品占7-10GW（中国5-7GW）。

图1.晶硅电池技术市占率预测

目前国际和国内布局HIT电池技术的厂商及其产能情况如下：

上澎21.80% 40MW 国内运营最长的1条量产线，计划扩产至120MW。

新日光22.00% 50MW 2017年底扩张到50MW，目标23%效率。

新奥21.60% 80MW 产能陆续扩张中，计划到400MW

赛昂21.50% 30MW 被Solarcity收购，在美国有1GW电池规划。

国电21.50% 80MW 被中环收购，有1GW扩产计划。

钧石22.50% 100MW 总产能规划600MW，目前一期调试中。

中智22.00% 200MW 规划1.2GW产能，目前2条线轮调中。

晋能--- 100MW 规划2GW产能，设备采购中。

汉能--- 60MW 规划600MW产能。

表1.HIT电池主要厂商及其产能情况统计

按照上表给出的产能计算，未来5年内全球HIT电池产能将达到8GW左右，其中大陆产能占绝对多数，约为7GW。另外，国电投、亿晶光电、合金盛等公司也在计划上马HIT电池技术，实际产能可能会更大。

从以上分析来看，业内业已进入的HIT厂家几乎将全球HIT产品的市场瓜分殆尽。新入者必须在着力产品研发的同时，努力挖掘HIT的应用市场。鉴于HIT技术的成本较高，高昂的产品售价必将令市场开拓存在巨大的困难，其可能的市场领域包括：美日欧等发达市场需求、中国超级领跑者项目、新能源汽车领域、其他高效产品应用领域。

1.2 技术路线图

图2.2017年最新的晶硅电池效率路线图

从最新的电池效率路线图来看，HIT电池技术处于排名第二的高效晶硅技术，仅次于IBC技术。但HIT电池的效率与P型PERC、N型PERT的效率差异没能显著拉开（高1%），鉴于P 型PERC技术的规模化应用正在急速扩张之中，而HIT电池技术的产业配套尚有很多需要完善。

图3.2017年最新的晶硅组件功率路线图

虽然HIT电池有着低温工艺（不高于250度）的特点，但当前的红外焊接温度在180-220度范围，层压工艺最高也在200度左右，因此在理论上现有的组件技术工艺可直接进行HIT电池组件的生产。当然，为了更好的体现HIT技术的先进性，尽可能挖掘HIT电池技术的优势，新的低温组件封装工艺也需要进行专门的开发工作。

HIT电池的独特优点包括以下几个方面：

（1）无PID现象

由于电池上表面为TCO，电荷不会在电池表面的TCO上产生极化现象，无PID现象。实测数据也证实了这一点。

（2）低制程温度

HIT电池所有制程的加工温度均低于250℃，避免了生产效率低而成本高的高温扩散制结的过程，而且低温工艺使得a-Si薄膜的光学带隙、沉积速率、吸收系数以及氢含量得到较精确的控制，也可避免因高温导致的热应力等不良影响。

（3）高效率

HIT电池的效率比P型单晶硅电池高1-2%，而且之间的差异在慢慢增大。

（4）高光照稳定性

在HIT太阳能电池中不会出现非晶硅太阳能电池中常见的S-W效应。同时HIT电池采用的N 型硅片，掺杂剂为磷，几乎无光致衰减现象。

（5）可向薄片化发展

HIT电池的制程温度低，上下表面结构对称，无机械应力产生，可以顺利实现薄型化；另外，对于少子寿命较高（SRV<100cm/s）的N型硅基衬底，片子越薄得到的开路电压越高。（6）较低的温度系数

HIT电池的典型温度系数为-0.29%，远低于常规晶硅电池的-0.45%，这得益于典型的电池结构和很高的开路电压。在电站应用端，低的温度系数可以得到更高的发电收益。据中科院刘正新的研究：同样大小的光伏系统，HIT电池组件在晴天和高温天的发电量明显优于现有的多晶电池组件。

2异质结电池量产工艺流程及技术重难点

2.1 量产工艺流程

异质结电池以其工艺过程简洁而著名，下图为其电池工艺流程图：

制绒清洗

CVD镀膜

PVD或溅射

丝印烧结

图4.HIT电池工艺流程

该工艺与普通的BSF电池技术相比，少了扩散和蚀刻2个步骤；与当红的PERC工艺相比，少了4个步骤。虽然工艺流程大大简化，但对工艺的要求却更为严苛，如洁净度、真空度、温度控制、镀膜质量等，比现有的电池技术要求都要高出一个量级。

2.2技术重难点

HIT电池技术的核心和难点如下图所示：

图5.HIT电池技术重点及难点解析图

即需要从非晶硅界面钝化、TCO光吸收损失、金属化电阻损耗三方面进行努力，对应的工艺流程为CVD、PVD、丝印三个步骤。这个三大难点克服，不仅仅是工艺的问题，还涉及到设备和材料的配套和改进。

表2.松下（三洋）HIT电池效率

异质结电池技术的核心特点是高开路电压，这来自于构成其PN结的材料是不同种类的，理论上就比同质结电池的电压要高。但其特殊的晶硅/非晶硅界面态钝化，对设备、工艺、环境、操作水平等要求非常高。虽然HIT电池的实验室效率很高，但商业化量产的效率并不高：

图6.HIT电池的实验室效率与量产效率对比

3市场及其技术水平

以下是对全球各研究所的HIT电池的技术研发情况的汇总：

表3.全球HIT电池技术研发及量产水平

由此可见，在商业化和最高效率方面，日本的研究机构和企业有着巨大的优势。这也是国内现有的HIT技术路线和产线设备主要都和日本有关的原因。

全球企业的HIT技术量产情况，可参看表1.

4产业配套情况

4.1生产设备

目前可以提供HIT电池关键设备的厂商列表如下：

设备厂商设备类型特点购买厂家

Meyer Burger CVD、PVD、整线出货不多瑞士Eco

NSP、SolarCity、晋能精曜科技PECVD、RPD（PVD）可协助客户建置完整产

线

理想能源CVD 实验室机型尚德、正泰