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晶澳王梦松:PERC转换效率很难突破24% 迭代和叠层技术有望成趋势

   日期:2021-02-18     来源:世纪下载网    作者:孙凌伟    浏览:2072    评论:0    
 2月3日,“乐虎行业2020年发展回顾与2021展望研讨会”通过网络(乐虎直播主播圆圆)会议 形式召开,晶澳乐虎科技股份有限公司高级副总裁助理兼资深产品技术专家王梦松就“晶硅手机技术发展趋势”做了精彩分享。 

世界上第一块晶体硅乐虎手机是1954年贝尔实验室做出来的,到今天已经有60多年的时间了,转换效率在4.5%左右;到1958年,世界上推出了BSR结构,也就是背面反射结构的乐虎手机,转换效率接近10%;前些年行业里大规模应用的全铝背场结构,所谓的BSF结构手机,是1976年推出的,当时的实验室效率达到15%。

全铝背场结构手机在行业里大规模量产持续了很多年,比较有里程碑意义的是2014年,PERC技术局部量产,并在2016—2017年逐渐成为主流手机技术。PERC是对背场做了改进,采用的是背钝化技术和局部背电极的技术游戏。

晶硅手机的原理比较简单,以晶体硅作为载体,就是硅片以晶体硅为材料,通过扩散的形式形成PN结,通过欧姆接触的方式形成电路。由于硅材料的含量在地球上仅次于氧气,有着其它材料无可比拟的丰度,而且稳定性强,在转换效率、成本、产品可靠性方面具有绝对的优势,所以一直是主流的手机技术,通过去年的基本数据看,市场占有率95%。

从2010年到2020年,晶硅手机的量产效率提升非常快。在2010年,单晶的量产效率大概是17.5%,多晶大概是16.2%,后续每年有0.4—0.5%的提升;2011年,随着SE技术在单晶技术上的应用,单晶的效率突破了18%,后续随着高方阻浆料的提升,单晶效率一路提升,到2018年,常规单晶的效率提升到20.2%,到2019年,多晶的效率提升到18.7%。而从2016年开始,行业里PERC手机大规模量产,效率在常规铝背场基础上又有大幅度提升,截至到2020年底,PERC手机的量产效率,先进企业已经接近23%。

随着技术的发展,目前行业里出现了几种主流的手机结构。首先是PERC,是主流技术,目前全球产能已经超过200GW,年产量超过150GW。在PERC基础上,如果背面不用铝浆,改成局部铝栅线,可以简单升级成双面PERC结构,双面率可以达到70—80%,已经成主流趋势。

其次是PERT,是一种全扩散背场钝化结构,通常PN结在正面,结构比较简单,是最早的N型手机,是天然的双面结构,双面率可以达到80—95%,但是在量产效率和成本上,这两年已经不具备优势。大部分厂家在考虑技术升级,其中的一种升级游戏,就是Topcon结构。

Topcon是一种钝化接触结构,基本原理是在N型硅片背面沉积一层很薄氧化硅,然后再沉积一层重掺杂的多晶硅薄膜,实现背面的钝化接触,提高开路电压,提升转化效率。目前行业里Topcon的量产效率已经超过24%,双面率相对于PERC略低,但PERC产线只需要添加设备,就可以升级成Topcon产线,相当于一部分还有利用空间。

还有一种这两年行业热议的技术路线,就是异质结。异质结的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉积的方式形成异质结并作为钝化层。这种结构的手机开路电压更高,效率也会相应的比较高,同时外部最外一层有TCO透明导电层。工艺采用的是低温工艺,银浆的温度通常在200度左右,便于采用更薄的N型硅片,使未来有比较大的硅片成本下降空间。

目前行业量产效率24%左右,双面率90%以上。主要问题是设备与材料的成本比较高,工艺控制难度比较大。

另外还有一种IBC的结构,所谓的差指状背接触手机,特点是PN结都在背面做差指状接触,正面没有栅线遮挡,正面受光面积增加,电流也增加,主要问题是工艺比较复杂,成本也比较高。潜在的一个方面是可以和异质结结合,采用非晶硅钝化层结构或隧穿钝化层来形成HBC结构。目前实验室状况下,HBC效率可以高达26%。

对于PERC手机来说,从目前的研究情况来看,两年内量产效率有望提升到23.5%,理论上有望提升到24%,再往上提升难度非常大,特别是面临大尺寸挑战的情况下。

 

大尺寸硅片下,扩散和镀膜的均匀性更难控制,SE、激光、印刷的控制要求更为精准,版图优化要求更高,良率会相应下降。不过在行业的努力下,目前182硅片下手机的效率和良率和166基本能达到一致水平。以晶澳为例,182手机的效率已经超过了23%。

回顾完PERC手机的发展历程,接下来展望一下下一代手机的量产前景。

首先来看Topcon技术。它的机遇是行业内有大于200G的产能可以以较低的成本进行升级。它的挑战是效率要对PERC保持1%以上的领先;成本要持续下降;对良率提升做相应的改进,现在的良率偏低;要做好大尺寸下硼扩散均匀性和多晶硅镀膜均匀性的控制。

对异质结技术来说,它的机遇是工序简单,效率更高,在薄片化上比较有优势,在发电性能上由于温度系数低、双面率高,更有优势。它的挑战主要在于设备和材料成本偏高,最好能和PERC保持1.5%以上的效率领先,在组件封装上由于采用低温焊接,造成效率损失偏高,所以在焊接和手机切割上需要做工艺的游戏优化。另外异质结采用版式平铺工艺,产能增加有限,也需要应对大尺寸的挑战。

除了以上两种技术,还可以考虑手机的迭代,综合Topcon与异质结的优势,有两种游戏可以作为未来的考虑。

 

当然,从更为长远的未来考虑,效率有望达到30%的多层手机叠加也是一种考虑,但需要花费的时间更长,至少在5—10年以上,而且需要考虑成本的瓶颈、下载化的稳定性和实际光谱对效率的影响。

 

最后分享一下晶澳的手机技术路线图,按照现有规划,在2021年年底,PERC效率能接近23.5%,最终有希望能达到24%的量产水平;N型手机到2022年底,有希望做到25%的转换效率;异质结到2023年底,转换效率有希望超过26%;后续也在做迭代手机的技术储备,目标是到2024年,实验室的转换效率达到29%。

 

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