山西中来光能张耕:公司n型TOPCon电池量产效率可达25%以上
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发布时间:2024-07-01 05:16:50
(原标题:山西中来光能张耕:公司n型TOPCon电池量产效率可达25%以上)
1月10日,索比光伏网主办的第二届光能杯·创新分享会在苏州盛大召开。会上,众位大咖围绕新技术、新产品、新模式三大主题展开讨论,并对2024年年度创新产品作出表彰。
山西中来光能研发高级经理张耕表示,山西中来光能采用新一代TOPCon2.0n型高效太阳能电池技术和工艺,具有完全的自主知识产权、领先的技术水准和强大的研发实力,所生产的n型TOPCon电池量产效率可达25%以上。中来股份目前宣布已成功研发出一种全新的电池注入金属化技术JSIM,即中来独特注入金属化技术,通过独特的金属化工艺,优化了烧结温度,提升了开路电压、降低了接触电阻。最终有效提升了电池的光电转换效率,并完美解决TOPCon组件湿热测试后功率 衰减问题,为双面单玻找到了解决方案。
各位专家领导,大家下午好,我是山西中来光能研发高级经理张耕,为大家介绍山西中来n型电池研发与量产的进展。
中来成立于2008年,2014年成功上市。2023年,我们成为了浙能集团、浙能电力旗下子公司,现在是国资背景。我们旗下有四大板块,包括电池、组件、新材及应用。
接下来为大家介绍山西中来光能公司的情况。中来是最早做n型电池的公司,在我们布局太阳能电池开始的时候,我们就一直在做n型TOPCon太阳能电池。大家都知道,2022年年底和2023年年初,TOPCon太阳能电池一下子火了起来,但是在2021年初,中来是最早做TOPCon太阳能电池的,也最先察觉到了TOPCon太阳能电池的火热,所以2021年2月我们在山西省太原市成立了工厂,2021年PERC作为主流时代的时候,我们是第一家成立10GW以上的太阳能电池的公司。现在我们一期8GW实现了量产,二期正在规划,设备在进行调试。
TOPCon最早是上世纪80年代美国斯坦福大学利用半绝缘多晶硅对硅材料进行的钝化。2013年德国Fraunhofer研究所第一次将隧穿氧化钝化的概念应用于太阳能电池上,制备了TOPCon太阳能电池,并一路将TOPCon太阳能电池的效率提升到26%。这样一个时间段,TOPCon太阳能电池已达到了可以量产的程度。
这是几种主流硅基太阳能电池的效率对比,包括PERC电池、异质结太阳能电池和TOPCon太阳能电池。
我把刚才的表格进行了辨析制对比。能够正常的看到,单节晶体硅太阳能电池效率的极限不到30%,29%多的样子。双面钝化的TOPCon太阳能电池的效率更接近单节晶体硅太阳能电池效率的极限。所以很明显,在目前此阶段,TOPCon太阳能电池相对于其他的硅太阳能电池是有明显优势的。
这是TOPCon成本及性价比的对比。PERC电池的物理极限就摆在这儿,24.5%。现在PERC电池的量产效率已超越了23.5%,无限逼近于它的效率极限。所以PERC电池的提效以及后续规划,已经变得很难了。在成本上,TOPCon和异质结要使用昂贵的低温银浆,所以异质结相较于TOPCon的优势还不是很明显。就现阶段而言,TOPCon太阳能电池还是性价比最高的一种太阳能电池的选择。
TOPCon太阳能电池最关键的结构是隧穿氧化结构,主要有几种方式,包括LPCVD、PECVD以及PVD技术。
中来最开始选择了LPCVD技术,它是最早应用于TOPCon太阳能电池制造上的一种工艺。它的优势很明显,因为做的时间长,工艺很成熟。但LPCVD有一个问题,绕度。绕度是制约LPCVD的严重因素。上午沈老师也介绍了,PECVD现在逐步取代了LP的产能。PECVD虽然也会产生绕度,但它的绕度很容易被去除掉。中来采用的是PVD的物理沉积技术,它有自己独特的好处,原位掺杂、低温镀膜,工序更短。因我们这个工艺是没有绕度的,所以我们也不存在去绕度的风险,没有黑边和漏电的风险,而且LPCVD需要800℃以上的高温,PECVD是400℃,PVD是200℃的镀膜温度,从进料到下料不需要漫长的升温、降温过程,我们从上料到下料,每一个板大概27秒就可以下来。
中来最早做的是LPCVD+离子注入的方式。虽然我们采用了双x的方式,将两片硅片面对面放在炉管中进行沉积,但反应物是一个气体分子,而且它的反应温度超过800℃。在高温的气体环境下,沉积物不只是要镀到想让它镀到的背面,它的侧面及另一面也会镀上去,镀上去之后就会造成绕度。有了绕度,我们就得将它去掉,因为n型poly和正面的p+发射极的掺杂是不一样的。如果连在一起,会导致漏电,所以我们要将它去除掉。常规的去除方法,利用的是碱溶液,把它放到槽的碱溶液中。但因为绕度镀的也是poly硅,镀的膜也是poly层,不可避免对需要保留的poly膜造成损伤,所以poly膜用LPCVD会镀得稍微厚一点,以抵消去绕度过程中造成的损伤。
但PVD不会有这样的损伤,我们的PVD采用的是板式设备,可通过载框边缘,由于载框边缘的限制,不存在绕度,所以不需要去绕度。由于去绕度带来的损伤,都能够尽可能的防止掉。
我们对比了LPCVD与PVD的量产良率,PVD在漏电、绕度、黑边上的良度都有明显改善。
这是我们基于PECVD技术做的电池效率,最高的26.7%,是2023年4月份在中国计量院这边做出来的。硅片尺寸,我们的产线以下兼容的,现在矩形片在一直更新,我们也在做技术突破,包括191.62、210R,我们都在做布局。刚才我们提到山西中来的16GW产能,其中的8GW在做方形片,还有8GW布局的是矩形片。
这是我们在硅片厚度方面的改进,2023年所有的电池片,不管什么型号,都做到了130μm。银浆是182mm×182mm电池片,总重是120mg左右。
去年最火的两个技术,一个是激光SE,一个是激光辅助烧结。我们利用模拟软件Ouokka3做多元化的分析,得出以下几点损失路径。既然是损失路径,也就等于找到了需要改进的地方。
这是我们对P+发射极进行的改进计划,利用激光SE技术,从右图能够正常的看到它的效率提升。红点部分是加了激光SE的,黑点是没有加激光SE的。可以明显看出来,红点的趋势是在黑点上面的,利用激光SE技术,提效大概在0.25%-0.3%之间。
要解释辅助烧结的原理,首先就要知道为啥需要利用辅助烧结对它进行改进。我们大家都知道,电池片要制备成电池,需要在上面进行丝印,将金属浆料丝印在电池片表面,利用高温烧结过程,将金属和半导体进行互连。在互联的过程中,我们大家都希望金属和半导体有一个完美的欧姆接触。在这当中,除了金属银之外,我们还需要利用到其他金属对它进行辅助。
首先是金属铅。从左上角的图,能够正常的看到银浆成分的分布。我们大家都知道,在电池片印刷之前要进行镀膜,一般镀的是氮化硅薄膜,它是一个绝缘膜,我们应该首先将绝缘膜打开,将金属浆料和半导体材料来接触。怎么打开?我们通常用的是铅材料,也就是氧化铅。利用氧化铅,在高温下粘稠的铅玻璃的粘稠状态,把它打开,使金属材料和半导体材料来接触。但铅材料是一种活性比银要强的金属,在组件封装使用的过程中,正常的情况下为了便宜,我们采用的是EVA胶膜,它在紫外线、高温及水汽作用下会分解产生醋酸,酸会将铅材料腐蚀。刚才我们提到,铅在栅线中的分布,不是固定在某一块的,是杂乱无章分布的,酸腐蚀铅之后,会顺着这些缝隙继续去腐蚀银。所以在组件、封装的过程中,不管是使用还是测试的过程中,比如DH500、DH1000、DH2000,会有发黑的情况,主要就是酸对金属材料的腐蚀。而且在金属材料中,我们不仅要使用到金属铅,还要使用一部分的金属银,也就是银铝浆。这个原因是什么?因为我们现在用的是N型电池片,正面做的是P+发射极,正面多子,就是空穴。金属材料从丝印到制备的过程,要经历熔融再结晶的过程,银离子要还原成单离子,它正面的多子是空穴,没有很好的方法给它提供银离子还原成银单子的足够电子,所以金属栅线、银、电池正面、P+发射极、硅材料,这块的接触不太好,我们应该想办法让它的接触性能变好。
我想问主持人一个问题,如果我手里现在不是翻页笔,是小的木材,我想固定在讲台上,但是用胶水粘不好,您能提供一个办法吗?
张耕:好的,谢谢马威姐姐。在金属不好的情况下,把金属栅线怎样固定在半导体上?敲个钉子。
现在,解决的思路已经有了,我需要找到钉子以及锤子。我们把钉子叫做铝,把锤子叫做固体固溶度。因为在化学周期表中,硅是第14号元素,铝是第13号元素,它们在化学周期表中离得非常近,它们材料的性质非常相似,意味着它们彼此的固溶度非常高,而且铝的熔点比银低很多,所以烧结过程中铝会先熔化渗到银当中,银可以沿着铝的路径继续和硅材料接触,所以这时候不再是简单的银和硅的合金,而是复杂的银铝硅合金。当然我们大家都知道,铝的金属活性比铅更高,所以使用的过程中,酸对铝的腐蚀更强,所以铝的含量要进行更精准的控制,一般铝的含量在2%-3%之间。
现在我们采用了激光辅助烧结技术,利用激光产生大量的载流子,然后利用反向偏置电压,逼迫电子去它本不应出现的P+发射极,这样一个时间段就有了大量的电子,能够使银离子还原成银单质,铝的这部分作用就可以被去除掉。而且产生了这么多的载流子和电子到了正面,这时候我们已进行了丝网印刷,在电池表面,电阻最低的是金属栅线的位置,所以这些电子不会往另外的地方跑,会跑到金属栅线的位置,这么多的电阻,就会产生热,对栅线进行二次烧结,这样的话铅打开钝化膜部分的作用也会被去除掉,它是纯的银浆,不需要太多的金属铅,也不需要太多的金属铝,在组件封装过程中就能够尽可能的防止酸的腐蚀,银的稳定性非常好,并不像铅和铝,那么容易被酸腐蚀掉。
这是我利用PCT做的快速老化实验,下面是传统的电池,上面是新的电池。在快速老化实验的过程中,能够正常的看到新的电池效果会比较好一点。
中来有很多业务板块,包括材料、辅材,我们也是有涉及的。中来提出了新的双面封装方案,支持双面单玻。背面,个人会使用的是中来特殊的透明网格背面。这边我们做了PRD、DH,我们都有做对比。搭配中来的电池以及透明网格背面,我们大家可以控制在4%以内。
在一年的时间对比情况下,相对于双面双玻组件,双面单玻组件发电能增加1.49%左右。
这是我们2023年做的提效路线图,包括超密细栅、SBB、GSM技术叠加等,现在电池量产效率能够达到26%以上。
这是我们对于银浆降本方面的改进,现在正面细栅应用到了纯的银浆,所以只能用其他的栅线来替代。
我们现在的量产效率在25%-26%之间,之后是结合BC电池制备TBC太阳能电池。我们大家都知道,硅材料作为间接的半导体材料,宽度只有1.12电子伏特,29.14%已经是极限了,所以之后我们会结合钙钛矿电池制备叠层电池。
证券之星估值分析提示太阳能盈利能力平平,未来营收成长性一般。综合基本面各维度看,股价合理。更多
证券之星估值分析提示中来股份盈利能力平平,未来营收成长性一般。综合基本面各维度看,股价合理。更多
证券之星估值分析提示浙能电力盈利能力比较差,未来营收成长性良好。综合基本面各维度看,股价合理。更多
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