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10月15日，中來(lái)股份對(duì)外宣布其最新研發(fā)成果，基于新一代隧穿氧化層和無(wú)繞鍍?cè)粨诫s非晶硅沉積的鈍化接觸技術(shù)制造的J-TOPCon 2.0電池，其量產(chǎn)平均效率可以實(shí)現(xiàn)24%以上，良率達(dá)到95%以上。此次新技術(shù)發(fā)布，再次引發(fā)TopCon、HIT的未來(lái)路線之爭(zhēng)。
光伏行業(yè)是技術(shù)驅(qū)動(dòng)型產(chǎn)業(yè)，每一項(xiàng)重大技術(shù)的突破，都會(huì)帶來(lái)了成本的大幅下降。在電池領(lǐng)域，隨著主流PERC電池轉(zhuǎn)換效率提升越來(lái)越困難，關(guān)于后PERC時(shí)代的技術(shù)發(fā)展，這兩年被越來(lái)越多的討論和關(guān)注，被討論最多，也在業(yè)內(nèi)基本達(dá)成共識(shí)的，就是HIT和TOPCon技術(shù)。
兼具晶硅與薄膜優(yōu)勢(shì) HIT有前景
所謂HIT電池，又被稱為HJT、HDT、或SHJ電池，中文全稱為“晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池”，簡(jiǎn)稱為“異質(zhì)結(jié)電池”。
嚴(yán)格意義來(lái)說(shuō)，HIT不能算是新技術(shù)。早在1990年，日本三洋公司已經(jīng)注冊(cè)專利并研發(fā)，2015年，隨著三洋公司專利保護(hù)到期，HIT電池技術(shù)開(kāi)始全面推廣。
相較于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能電池而言，HIT電池創(chuàng)新性的采用了單晶硅襯底和非晶硅薄膜異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)，其在晶體硅上沉積非晶硅薄膜的做法，讓HIT電池兼具了晶體硅電池與薄膜電池的優(yōu)勢(shì)。 由于結(jié)合了薄膜太陽(yáng)能電池低溫制造的特點(diǎn)，不僅在技術(shù)上節(jié)約能源，還能更好的控制禁帶寬度和厚度，避免硅襯底在高溫中退化。
此外，HIT電池?zé)o光致衰減，電池薄，允許采用廉價(jià)襯底，是非常好的雙面電池，雙面率90%以上，最高可達(dá)96%。相比目前主流的單晶PERC高效電池技術(shù)平均23％左右的轉(zhuǎn)換效率，HIT電池有極大的轉(zhuǎn)換效率優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，異質(zhì)結(jié)電池當(dāng)前量產(chǎn)平均效率普遍在23％以上，產(chǎn)線最高效率可達(dá)到24％，而未來(lái)有望達(dá)到25％。
“異質(zhì)結(jié)電池代表著光伏行業(yè)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，有著足夠的發(fā)展空間。此前沒(méi)能大規(guī)模推廣，主要是進(jìn)口生產(chǎn)設(shè)備太貴。”江蘇愛(ài)康能源研究院技術(shù)總監(jiān)易治凱透露，目前異質(zhì)結(jié)的生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)部分國(guó)產(chǎn)化替代，隨著生產(chǎn)成本的大幅下降，特別是平價(jià)上網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，異質(zhì)結(jié)電池在效率提升方面的巨大優(yōu)勢(shì)將讓它逐漸成為市場(chǎng)主流產(chǎn)品。
“與PERC相比，我個(gè)人認(rèn)為異質(zhì)結(jié)技術(shù)更好，因?yàn)樗恍枰牡郎a(chǎn)工序。對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，工序越少，成本越低。”賽拉弗光伏系統(tǒng)有限公司總裁李綱SNEC期間接受世紀(jì)新能源記者采訪時(shí)表示，以前進(jìn)口一套200MW的異質(zhì)結(jié)生產(chǎn)線，價(jià)格至少在4、5個(gè)億，現(xiàn)在有了國(guó)產(chǎn)設(shè)備替代，1套1GW左右的生產(chǎn)線，成本大約在1個(gè)億左右。
設(shè)備、銀漿兩道坎 HIT量產(chǎn)難
“雖然設(shè)備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化替代，但穩(wěn)定性和可靠性能否經(jīng)受得住考驗(yàn)，現(xiàn)在還有待觀察。”李綱表示，異質(zhì)結(jié)電池對(duì)結(jié)構(gòu)、成分更加敏感，如果要想在主戰(zhàn)場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)，必須要兼容超大超薄。 “異質(zhì)結(jié)電池是在晶硅的基礎(chǔ)上做薄膜工藝，鍍膜工藝，尺寸越大，均勻性越難控制。半導(dǎo)體從8寸漲到12寸，180、210尺寸的出現(xiàn)，對(duì)鍍膜工藝是一個(gè)巨大的考驗(yàn)。”
除了設(shè)備成本，制約HIT電池推廣的另一個(gè)最主要因素，是銀漿成本。HIT電池需要更多銀漿，而且是價(jià)格更貴的低溫銀漿，根據(jù)2019年光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，P型電池銀漿消耗量約114.7mg/片，這其中還有32mg為背銀；HIT電池雙面都要刷銀漿，消耗量為300mg/片，數(shù)量上相差接近三倍。
據(jù)安信、華創(chuàng)等研報(bào)統(tǒng)計(jì)，低溫銀漿主要由京都電子KEM壟斷，售價(jià)約達(dá)6500-6800元/kg，而高溫銀漿售價(jià)為4500-4800，按照2019年的平均值300mg/片來(lái)計(jì)算，每片電池片的銀漿成本高達(dá)1.95元，而PERC電池即使同樣使用KEM的銀漿，每片成本也僅在5毛左右，如果使用國(guó)產(chǎn)高溫銀漿這個(gè)價(jià)格還會(huì)更低。
國(guó)內(nèi)替代方面，雖然國(guó)內(nèi)高溫銀漿市場(chǎng)如火如荼，但低溫銀漿方面，目前實(shí)現(xiàn)規(guī)?；鲐浀膬H晶銀、帝科、聚和等少部分企業(yè)可以做到試探性量產(chǎn)，且產(chǎn)能并不充裕，銀包銅技術(shù)也不成熟。
盡管HIT電池缺點(diǎn)不少，但從去年起，尤其今年下半年以來(lái)，產(chǎn)業(yè)資本還是開(kāi)始加碼這一技術(shù)，地方政府也加入這一陣營(yíng)。據(jù)世紀(jì)新能源網(wǎng)粗略統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)布局異質(zhì)結(jié)技術(shù)的企業(yè)已有十余家，包括東方日升、通威、阿特斯、國(guó)電投、山煤國(guó)際、愛(ài)康科技、英發(fā)集團(tuán)、中智、漢能等，規(guī)劃總產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)了30GW。
“老玩家”中，晉能的異質(zhì)結(jié)量產(chǎn)平均效率已達(dá)23.85%，預(yù)計(jì)年底可達(dá)24.2%，據(jù)晉能科技總經(jīng)理?xiàng)盍⒂驯硎荆?/span>“目前晉能科技異質(zhì)結(jié)產(chǎn)品的成本是PERC的138%，我們對(duì)下降至108%的水平比較有把握，這是比較保守的目標(biāo)。”
鈞石能源則另辟蹊徑，在今年SNEC展會(huì)上極具創(chuàng)意的推出了HDT多晶異質(zhì)結(jié)雙面組件，據(jù)稱，其電池的轉(zhuǎn)換效率高達(dá)23.5%，成本卻比PERC低了10%。
“新玩家”中，東方日升是前十組件出貨商中第一個(gè)對(duì)異質(zhì)結(jié)組件進(jìn)行量產(chǎn)的，在最新的半年報(bào)中，東方日升表示其HIT電池最高量產(chǎn)效率已高達(dá)24.2%，最高組件效率高達(dá)22%以上，首批實(shí)現(xiàn)9BB異質(zhì)結(jié)半片低溫焊接封裝工藝，半片異質(zhì)結(jié)組件轉(zhuǎn)換效率突破21.90%，首年的衰減率不超過(guò)2%，30年衰減率不超過(guò)16.5%。除此之外，東方日升還提到要將異質(zhì)結(jié)與疊瓦技術(shù)相結(jié)合，目前已完成前期工作，可快速試產(chǎn)。
另?yè)?jù)了解，阿特斯的異質(zhì)結(jié)產(chǎn)能規(guī)劃也已經(jīng)開(kāi)工，預(yù)計(jì)2021年一季度出貨；天合光能在半年報(bào)中透露其有關(guān)異質(zhì)結(jié)的科研進(jìn)展稱近期即將完成HJT產(chǎn)品的TUV認(rèn)證，但并未進(jìn)行產(chǎn)能規(guī)劃。
除了組件企業(yè)，專業(yè)太陽(yáng)能電池制造商之一的通威HIT電池研發(fā)產(chǎn)線也已經(jīng)于2018年底便已經(jīng)啟動(dòng)，2019年6月正式運(yùn)行，截止至2019年報(bào)，HIT電池最高轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)突破24.6%，但在半年報(bào)中未披露有關(guān)HIT技術(shù)的具體進(jìn)展。
業(yè)內(nèi)人士表示，異質(zhì)結(jié)電池目前已具備量產(chǎn)的條件，但這需要企業(yè)在產(chǎn)能、價(jià)格、性能之間做出抉擇。“是先去搶市場(chǎng)，還是努力降成本、提高轉(zhuǎn)換率，這是不同的發(fā)展路徑，也是跟蹤行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵邏輯。”
TOPCon兼容PERC產(chǎn)線 轉(zhuǎn)換效率高
HIT實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)難度不小，TopCon要突出重圍同樣面臨很多挑戰(zhàn)。 TOPCon是一種基于選擇性載流子原理的隧穿氧化層鈍化接觸（Tunnel Oxide Passivated Contact）太陽(yáng)能電池技術(shù)，由德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer-ISE）于2013年提出。
在晶體硅太陽(yáng)能電池中，金屬-半導(dǎo)體接觸區(qū)域存在嚴(yán)重的復(fù)合，成為制約晶體硅太陽(yáng)能電池效率發(fā)展的重要因素。隧穿氧化層鈍化金屬接觸結(jié)構(gòu)由一層超薄的隧穿氧化層和摻雜多晶硅層組成，可以顯著降低金屬接觸區(qū)域的復(fù)合，同時(shí)兼具良好的接觸性能，可以極大地提升太陽(yáng)能電池的效率。
為了評(píng)估目前商業(yè)化高效電池的效率潛能，如PERC、HIT、鈍化接觸電池等，德國(guó)知名太陽(yáng)能研究所（ISFH）在2019年Silicon PV的報(bào)告會(huì)上基于載流子選擇性的概念從理論上對(duì)不同結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能電池的理論效率極限做了細(xì)致的分析，結(jié)論是鈍化接觸電池（例如TOPCon電池）具有更加高的效率極限（28.2%~28.7%），高于HIT的27.5%極限效率，同時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PERC電池（24.5%），最接近晶體硅太陽(yáng)能電池理論極限效率（29.43%）。
TOPCon電池最大程度保留和利用現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設(shè)備制程，只需增加硼擴(kuò)和薄膜沉積設(shè)備，無(wú)須背面開(kāi)孔和對(duì)準(zhǔn)，極大的簡(jiǎn)化了電池生產(chǎn)工藝，量產(chǎn)化困難度低。
中科院電工所研究員王文靜表示，TOPCon電池的轉(zhuǎn)換效率要高于P型PERC單晶電池，但是低于HJT電池效率，屬于中間產(chǎn)物；同時(shí)，TOPCon工藝設(shè)備與常規(guī)PERC電池的兼容性較好，雙面衰減率低，這也是很多企業(yè)看好TOPCon的重要原因，當(dāng)前PERC電池產(chǎn)能巨大，短期內(nèi)全部轉(zhuǎn)成異質(zhì)結(jié)顯然不現(xiàn)實(shí)，而TOPCon只需加一些設(shè)備就可以兼容。
工藝復(fù)雜、技術(shù)高 TOPCon量產(chǎn)困難大
“當(dāng)然，TOPCon電池也有一定的缺點(diǎn)，首先是工藝復(fù)雜，工藝步驟明顯增加，從清洗制絨到測(cè)試需12—13步；其次是成本較高，工藝成本和雙面銀漿帶來(lái)的成本上升是不可避免的；最后TOPCon效率的提升也有限。”王文靜擔(dān)心，TOPCon是否會(huì)受到PERC和異質(zhì)結(jié)兩方面的擠壓，“PERC的效率在一點(diǎn)一點(diǎn)提高，異質(zhì)結(jié)的成本在一點(diǎn)一點(diǎn)下降，TOPCon處于中間的位置或許會(huì)面臨比較尷尬的局面。”
此外，王文靜表示，TOPCon技術(shù)在BBr3擴(kuò)散、硼離子注入、制備雙面摻雜層、 p-TOPCon電池的摻硼多晶硅等方面仍面臨著較大的挑戰(zhàn)。
可能正因?yàn)槊媾R著較大挑戰(zhàn)，在產(chǎn)業(yè)化方面，目前布局TOPCon的不多，但都是頭部企業(yè)，其中尤以另一家電池巨頭中來(lái)股份最為積極。
據(jù)了解，中來(lái)股份目前已經(jīng)擁有2GW TOPCon產(chǎn)能，10月15日全新發(fā)布的J-TOPCon 2.0新技術(shù)是與江蘇杰太光電技術(shù)有限公司合作，利用其獨(dú)創(chuàng)的線性等離子源技術(shù)，共同開(kāi)發(fā)了一套全新的POPAID技術(shù) (Plasma Oxidation & Plasma Assisted Insitu-doping Deposition)，等離子氧化及等離子輔助原位摻雜技術(shù)。采用這種技術(shù)，J-TOPCon 2.0電池效率超過(guò)常規(guī)離子注入0.2%以上，開(kāi)路電壓（Voc），填充因子（FF）均有提升。良率也可提高2%。
除了中來(lái)股份，林洋也試制了400MW產(chǎn)能，天合、晶科、英利也布局了一定的中試線。 根據(jù)中國(guó)光伏委員會(huì)發(fā)布最新發(fā)布，晶科創(chuàng)造了的TOPCon雙面電池24.87%（全面積）和24.90%（孔徑面積）的中國(guó)最高效率，甚至曾在官微文章《關(guān)于Tiger Pro，你想問(wèn)的都在這里》中明確表示：“比較TOPCon以及異質(zhì)結(jié)，我們綜合比較幾個(gè)維度，目前我們是選擇了TOPCon。”據(jù)了解，目前晶科的Tiger-N型組件已經(jīng)量產(chǎn)。
天合在半年報(bào)中披露，TOPCon電池的實(shí)驗(yàn)效率達(dá)到24.58%，目前量產(chǎn)最高批次平均效率達(dá)到23.8%，研發(fā)擴(kuò)散工藝并成功導(dǎo)入TOPCon生產(chǎn)線。
但據(jù)某媒體報(bào)道，盡管這幾家企業(yè)都有實(shí)際產(chǎn)能，但產(chǎn)能都不大，多是實(shí)驗(yàn)性的產(chǎn)線，電池片價(jià)格大約1.45元/W。
“目前來(lái)說(shuō)，HJT電池的結(jié)構(gòu)是革命性的，原有產(chǎn)線無(wú)法兼容，而TOPCon的結(jié)構(gòu)是漸進(jìn)式的，稍微替換一下設(shè)備，產(chǎn)線就可以升級(jí)。”天合光能高效電池研發(fā)副總監(jiān)陳奕峰認(rèn)為，盡管TOPCon現(xiàn)在還有很多的問(wèn)題，工藝、成本、良率、技術(shù)成熟度等等，但這些問(wèn)題如果解答的恰當(dāng)也是一種機(jī)遇，就像2014年的PERC也面臨著大量的問(wèn)題。相信在全行業(yè)的努力下，TOPCon有望成為高效電池在中國(guó)繼續(xù)推進(jìn)的浪潮。
業(yè)內(nèi)人士分析認(rèn)為，不管是HIT還是TOPCon，目前來(lái)看還無(wú)法取代PERC的主流地位，究竟誰(shuí)能率先殺出重圍，目前也不好判斷，但不管誰(shuí)能率先殺出，都將成為新一代的電池技術(shù)引領(lǐng)者，甚至有望再一次改變行業(yè)格局。
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