1、 锦州阳光能源 单晶全产业链单晶全产业链 专注光伏二十年专注光伏二十年 国家级高新技术企业、中国制造 2025 国家级绿色工厂、工信部第一批符合光伏制造行业规范条件企业 2003 年起为日本和台湾市场批量供货 N 型单晶 日本夏普全球最大 OEM 组件厂 M3 硅片电池组件的开创者 5 年双玻（双面）组件批量出货经验 310W 领跑者项目组件供应商 技术咨询： 2019 年 3 月 主 编 王琪 副主编 郑海军 技术专家 王树林 编 委 张娟 周肃 谢志刚 张超华 曾清华 林锦山 黄巍辉 刘玉颖 敖毅伟 鲍刚 高艳涛 James Peng 尹鸣 郑静 王鹏 吴龙海 出 版
2、 摩尔光伏 技术支持 晋能清洁能源科技股份公司 钧石（中国）能源有限公司 锦州阳光能源有限公司 应用材料（中国）有限公司 常州聚和新材料股份有限公司 北京捷造光电技术有限公司 TV 北德集团 中节能太阳能科技（镇江）有限公司 MEYER BURGER TECHNOLOGY（梅耶博格） 常州比太科技有限公司 1 目目 录录 第一部分 综述 . 3 第二部分 HJT 电池效率进展 . 5 一、HJT 太阳电池研究进展与关键技术 . 5 二、HIT 太阳电池研究现状 . 5 第三部分 HJT 电池及组件产能现状 . 8 一、市场前景 . 8 二、国内外 HJT 技术产业现状 . 9 第四部分 HJT
3、 电池关键技术进展 . 11 第一章 制绒清洗 . 11 第二章 非晶硅薄膜技术进展 . 13 一、CVD 技术 . 15 二、异质结非晶硅薄膜沉积技术（PECVD&HWCVD) . 17 三、异质结-CVD 设备制造商和技术特点 . 20 四、异质结-CVD 产线应用现状和未来趋势 . 21 第三章 TCO 透明导电薄膜技术进展 . 23 一、PVD 技术 . 24 二、异质结透明导电薄膜沉积技术（PVD&RPD) . 25 三、异质结-PVD 设备制造商和技术特点 . 29 四、异质结-PVD 产线应用现状和未来趋势 . 29 第四章 HJT 电池的丝网印刷 . 31 一、丝网印刷工艺 .
4、 31 二、异质结电池丝网印的工艺特点及性能要求 . 32 三、异质结电池丝网印刷机的现状 . 34 四、异质结电池丝网印刷机的未来发展趋势 . 35 第五章 铜电极 . 36 第六章 退火 . 38 一、退火工艺在异质结电池的目的 . 38 二、退火设备在工艺的需求 . 38 三、不同退火工艺设备之比较 . 38 2 第七章 测试 . 40 一、新阳光模拟器光谱 IEC 60904-9 第三版本草案 . 40 二、电容性的高效异质结电池测试技术挑战 . 41 三、混合光源模拟器应用在高电容测量工艺 . 42 四、无主栅线的测量工艺设计 . 42 第五部分 HJT 电池关键技术突破方向 . 4
5、4 一、 HJT 对硅片的要求和表面制绒清洗技术. 45 二、 CVD 钝化技术 . 48 三、PVD 磁控溅射和透明导电膜的沉积 . 51 四、金属化电极/多主栅趋势 . 55 五、HJT 技术提升：HBC 及叠层结构 . 57 六、HJT 规模量产的成本控制 . 58 第六部分 HJT 关键材料高效化 . 60 一、高效 HJT 组件 N 型单晶硅片标准-2019 . 60 二、HJT 太阳电池低温银浆 . 66 第七部分 HJT 组件的发展趋势 . 72 一、HJT 多主栅的发展 . 72 二、智能网栅连接技术 Smartwire connection Technology(SWCT)
6、. 76 三、HJT 太阳能电池组件的精准测量 . 80 四、HJT 组件技术未来趋势 . 87 第八部分 HJT 电池产线建设 . 90 一、土建结构 . 90 二、洁净室的结构 . 91 三、冷冻站 . 92 四、PSA . 93 五、背压阀和倍压阀 . 93 第九部分 HJT 电站及市场定位 . 95 一、电站收益对比分析 . 95 二、HJT 太阳能电池与其他电池成本动态下降趋势 . 100 三、市场定位 . 103 3 第一部分第一部分 综述综述 HJT 是 Heterojunction Technology 的缩写，是一种 N 型单晶双面电池，具有工艺简单、发电量高、度电成本低的优
7、势，可能会成为继 PERC 电池之后的行业热点。 因 HIT ( Heterojunction with Intrinsic Thin layer) 已被日本三洋公司申请为注册商标，所以又被称为 HJT 或 HJT（Silicon Heterojunction） 。该类型太阳能电池最早由日本三洋公司于 1990 年成功开发，当时转换效率可达到 14.5%（4mm2的电池） ，后来在三洋公司的不断改进下，三洋 HJT 电池的转换效率于 2015 年已达到25.6%。 2015 年三洋的 HJT 专利保护结束， 技术壁垒消除， 是大力发展和推广 HJT技术的大好时机。 HJT 电池结构示意图如图
8、1，首先在 N 型单晶硅片（c-Si）的正面沉积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积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）形成背表面场；再在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，TCO 不仅可以减少收集电流时的串联电阻，还能起到像晶硅电池上氮化硅层那样的减反作用；最后在 TCO上制作金属电极。 图 1 HJT 电池的结构 在电池正表面，由于能带弯曲，阻挡了电子向正面的移动，空穴则由于本征层很薄而可以隧穿后通过高掺杂的 p+型非晶硅，构成空穴传输层。同样，在背表面， 由于能带弯曲阻
9、挡了空穴向背面的移动，而电子可以隧穿后通过高掺杂的 4 n+型非晶硅，构成电子传输层。通过在电池正反两面沉积选择性传输层，使得光生载流子只能在吸收材料中产生富集然后从电池的一个表面流出， 从而实现两者的分离。 HJT 电池的一大优势在于工艺步骤相对简单，如图 2，总共分为四个步骤：制绒清洗、非晶硅薄膜沉积、TCO 制备、电极制备。 图 2 HJT 电池工艺流程图 HJT 电池的制备工艺步骤简单，且工艺温度低，可避免高温工艺对硅片的损伤，并有效降低排放，但是工艺难度大，且产线与传统电池不兼容，设备资产投资较大。 HJT 电池技术由于其低制程温度、低温度系数、无光致衰减和电致衰减等优势得到行业青睐
10、。目前全球已经量产或计划量产的企业近 20 余家，规划产能已超过 10GW，实际产能已达到 2GW 左右。如果规划产能能够按照预计计划逐步实现，HJT 产业链成熟度将快速提高，从而加速 HJT 技术量产的步伐。国内量产情况，稳定运行的企业有中智、钧石、晋能、汉能、上澎等，爱康、彩虹、通威等均已陆续宣布量产计划。 5 第二部分第二部分 HJTHJT 电池电池效率进展效率进展 一、一、HJT 太阳电池研究进展太阳电池研究进展与关键技术与关键技术 1973 年三洋公司（2008 年被松下公司收购）开始研究非晶硅电池，制备出10%效率的电池。1983 年开始设计非晶硅晶体硅堆积电池结构，即为 HIT
11、电池雏形。1990 年，三洋公司在非晶硅薄膜电池基础上提出了 a-Si/c-Si 异质结电池，即在 N 型衬底上制作面积为 lcm2的太阳电池，并将其命名为 HIT 电池。1994 年，面积为 1cm2的 HIT 太阳电池的转换效率达到 20.0。1997 年，三洋公司开始量产 HIT 电池，制备出 HIT Power 21 TM 电池组件，从此，三洋致力于提高实验室太阳电池和工厂组件的效率，很多适合于大规模生产的新技术相继被开发和应用。 2003 年， 批量生产 200Wp 功率、 17%的 HIT 电池组件， 其中电池效率为 19.5%。2009 年，HIT 电池效率达到 23%。2011
12、 年，电池效率则打破世界纪录(：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，松下公司推出效率达到 19.4%的 HIT-N245 的 HIT 电池组件。目前，中国、德国、法国、美国、意大利等国家也正在大力研制 HIT 电池，但是和松下还存在较大差距。松下公司的 HIT 电池的高效表明 HIT 电池具有广阔的应用前景。 二、二、HJT 太阳电池研究现状太阳电池研究现状 除日本三洋外，世界上有很多机构在研究 HIT 太阳电池，包括德国亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心，美国资源
13、部国家可再生能源实验室，法国巴黎综合理工学院，瑞士洛桑联邦理工大学，荷兰德拜研究所等。表 1 和表 2 列出了当前国内外各大研究机构的 HIT 太阳电池研究现状，包括效率，开路电压，短路电流， 填充因子， 有效面积。 少数研究机构的 HIT 太阳电池稳定效率能够超过 20%，开路电压能够超过 700mV。值得注意的是，大部分研究机构所采用的单晶硅衬底都是厚度大于 200m。松下创纪录的 HIT 太阳电池效率采用的单晶硅衬底厚度是 98m。由于 -Si:H 较好的钝化效果和较薄的单晶硅衬底，开路电压达到750mV 的新高。文献中对于单晶硅太阳电池的理论模拟显示，对于 100m 厚度的单晶硅衬底而
14、言，最高的开路电压可以达到 769mV，模拟过程中只考虑了 6 内在的辐射和俄歇复合。同这个理论极限相比，松下的 HIT 太阳电池的开路电压记录是非常引人注意的。 表 1 基于 N 型单晶硅衬底的 HIT 太阳电池效率表 机构机构 效率效率(%) 开路电压开路电压Voc (mV) 短路电流短路电流Jsc (mA) 填充因子填充因子FF(%) 面积面积 A(cm2 ) 时间时间 汉能, 中国 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, 韩国 21.1 721 36.6 79.9 220 2011 CEA-INES, 法国 21 732 36.9 78.3 105, Fz 2011 CIC, 日本 20 685 36.9 79.2 243，Cz 2011 HZB, 德国 19.8 639 39.3 78.9 1, FZ 2006 NTUST, 中国 19.6 690 39.1 72.7 1, FZ 2011 Univ. Hag
16、en, 德国 19.3 675 37 77.3 FZ 2009 FhG-ISE, 德国 18.7 705 35.0 75 4, FZ 2010 IEC, 美国 18.3 694 35.7 74.2 0.55, Cz 2008 LG, 韩国 18.2 687 33.3 78.9 1, FZ 2010 NREL, 美国 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.,韩国 17.4 631 36.3 76.1 Cz 2011
17、 LPICM, 法国 17.2 701 30.8 79.6 4 2011 Utrecht Univ.,荷兰 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.,荷兰 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., 韩国 14 575 34.4 71 Cz 2011 ECN, the 荷兰 13.2 635 29.1 72 21, FZ 2010
18、 KIER, 韩国 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 型单晶硅衬底的 HIT 太阳电池效率表 机构机构 效率效率(%) 开路电压开路电压Voc (mV) 短路电流短路电流Jsc (mA) 填充因子填充因子FF(%) 面积面积A(cm2 ) 时间时间 EPFL, 瑞士 19.7 717 37.9 72.7 4, FZ 2011 NREL, 美国 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, 德国 18.5 633 36.8 79.1 1 2009 Univ. Stuttgart, 德国 18.1 670 35.7 75.6 1 2010 LPICM, 法国 17 662 33 77.6 25, Cz 2009 ENEA, 意大利 17 601 37.1 76.3 2.25 2004 Univ. Hagen, 德国 16.6 655 31 81.6 FZ 2009 NCHU, 中国 16.4 645 34.8 73 1 2008 IMEC, 比利时 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, 中国 15.1 585 34.6 74.7 330mm/s） ，这种情况下就极大的限制了设备的产能，不利于成本的降低。近一年来，异质结导电浆料的印刷性能有所改观，印刷速度提高到近 300mm/s，这样使设备的产能得到了更大的发挥。 2、细栅宽度较宽细栅宽度较宽 由于材料的特性，目前异质结电池的细栅宽度较晶体硅电池的细栅宽度较宽，目前细栅的宽度大概在 60-70um 左右，较晶体硅电池的细栅宽 25um 左右。如图 4-3 所示， 京都异质结用银浆 Q101 型号的在印刷速度 250mm/s 下的细栅印刷
21、结果，其网板开孔 30um，细栅实际宽度在 67um。 3、导电浆料的增重较高导电浆料的增重较高 目前由于低温导电浆料的导电性比高温导电浆料差，印刷性能也差，使得异质结电池的浆料增重较大，在四，五根主栅的情况下，大约在 300mg 左右，占据整个异质结加工电池的成本的约 3040%。相比较而言，传统电池的银浆增重只有 100mg 左右，极大的增加了电池的加工成本。对于降本增效来说，首先可以采用二次印刷技术，不仅可以提高电池效率，而且可以降低一些导电浆料的耗量。图 4-4 是单次印刷和二次印刷的效果图，可以看出细栅更加的平整，能够有效的提高电池的电学性能。同时导电浆料的耗量在单次印刷的基础上降低
22、了28mg，经过网板设计初步优化后，电池的绝对效率得到了 0.16%提升，如表 1图 4-3 Q101 型号的异质结浆料引述 3D 效果图 来源：京都在“第四届太阳电池浆料与金属化技术论坛”报告 34 所示。 其次在不降低异质结电池效率的情况下和不同组件技术结合，来降低浆料的增重也是提效降本的主要路线。 但基本上都是消除主栅以及进一步降低细栅的浆料使用，比如多主栅技术，SWCT 以及叠瓦技术等。 Voc (mV) Isc (A) FF (%) CE (%) 单次印刷 0 0 0 0 二次印刷 +1 0 +0.37 +0.16% 4、烘干时间较长烘干时间较长 传统晶硅电池的烘干时间很短，一般小于
23、 1 分钟。但是由于异质结用导电胶的特性，目前其的烘干时间较长，一般在 5-10 分钟。这就使得异质结的烘箱和传统电池烘箱差别较大。既要保证烘干时间，又要保证产能，使得它的设计和传统电池的烘箱不同。但是目前导电浆料的供应商也在研发新的材料，让它的烘干时间变短，从而简化烘箱的设计。 三、异质结电池丝网印刷机的现三、异质结电池丝网印刷机的现状状 目前异质结丝网印刷的供应商主要来自于应用材料公司和日本的 Miro-tec公司。 国产的供应商包括迈为科技和科隆威也正在开发相应的解决方案。应用材料公司从事太阳能的印刷已经超过 30 年，一直是该技术和市场的领导者，在异质结的客户分布也最广泛。而推出的细线
24、二次印刷技术（FLDP）几乎成为后来整个行业的标配，同样也应用到了异质结的印刷中，不仅提高了电池的效率，而图 4-4 a) 单次印刷效果图 b)二次印刷效果图 来源：应用材料公司内部测试结果 表 1 单次印刷和二次印刷电学性能比较 来源：应用材料公司内部测试结果 a) b) 35 且降低了导电浆料的损耗。同时最近推出的 SoftPressure 的技术，降低了网板和硅片边缘的碰撞，不仅把网板的寿命提高 20%以上，而且让印刷的质量更好。如图 4-5 所示。应用材料公司目前的烘箱采用垂直的运输的概念设计，不仅大大减少了占地的面积， 而且硅片水平传输的模式让良率更高。 烘干的时间可达 10min。
25、 Micro-tec 也是异质结电池丝网印刷的主要供应者之一，其在异质结的印刷的主要原理是通过空气平衡的方法（Air Balance Squeegee Method）来控制刮刀的压力来进行印刷。烘干采用 Wikettype 结构，在满足烘干时间的前提下，达到较高的产能。 其他供应商的产品目前正在研发相应产品或者应用较少，这里不在叙述。 四、异质结电池丝网印刷机的未来发展趋势四、异质结电池丝网印刷机的未来发展趋势 为了提高良率和降低成本，整个光伏制造业向无人化，智能化的方向发展。异质结的印刷机也不例外。目前主要从以下几个方面入手： 无人操作，目前需要解决自动擦拭网板，自动换网板等。 智能检测，包
26、括印刷前硅片质量的检测，印刷质量的检测。 大数据和智能分析，把实时检测的数据传输到数据分析中心进行分析。 智能调整印刷和烘干参数等。根据数据实时分析的结果，根据需要进行智能调整印刷参数，自动擦拭网板，自动更换网板，自动更换刮刀以及自动添加导电浆料等。 通过智能检测，收集数据，数据分析，自动反馈后进行智能调整，自动更换部件等一系列的闭环操作，可以实现整个印刷线的无人化和智能化。 图 4-5 应用材料公司印刷机 Soft Pressure 示意 图 4-6 应用材料公司异质结用烘箱外观图 36 第五章第五章 铜电极铜电极 异质结(HJT)电池转换效率高达 25.6%，是目前最有发展前景的太阳能电池
27、技术之一，其栅线电极制备主要是丝网印刷银浆和电镀铜。银浆栅线电极印刷仍是目前栅线电极制备的主流技术，然而丝网印刷银浆制备的栅线电极存在电导小、高宽比小等缺陷，且银浆价格昂贵，限制了太阳能电池转换效率的进一步提高和生产成本的下降。 电镀铜制备栅线电极是先在ITO表面采用PVD沉积一层种子铜，再图形化，然后再电镀铜和锡而成。这种方法制得的太阳能电池栅线电极：界面结合力强，更加稳定可靠；电导比银栅高 3 倍；高宽比大，且铜材料成本低，既提高了转换效率，又降低了电池制造成本，将是未来制备太阳能电池栅线电极最主要的技术路线。 Sunpower 是全球首家在大规模生产中使用电镀铜在 IBC 电池上制备栅线
28、电极的公司。出于降低成本和提高效率的考量，已经有越来越多的太阳能电池厂家转向开发铜电极电镀工艺在太阳能电池上的应用， 特别是在异质结和背接触电池技术上。由于市场上尚未有成熟的专为异质结电池研制的电镀设备，其设备基本都是从传统 PCB 行业改造而来，主要设备厂家有 Besi 和亚洲电镀（PAL） 。主流的铜电极电镀设备采用线列式（in-line）设计，主要有两种：以 Besi 为代表的无挂具单片式沉积设备和以 PAL 为代表的有挂具多片式沉积设备。 这类设备由于是从 PCB 行业改造而来， 而非专为太阳能电池应用而设计， 因此总体设备造价及运作成本无法满足太阳能电池对成本控制的要求。 钧石能源专
29、注于异质结电池的开发与整合， 致力于寻找具有市场竞争力的技术， 因此在栅线电极制备上使用了电镀铜工艺而非主流的银浆印刷工艺。为了进一步提高电池效率和极大降低成本， 钧石在开发电镀铜工艺的同时还致力于铜电极电镀设备的自主研发，旨在开发出应用于太阳能电池的沉积速率快、产能高、高度自动化的高速铜电镀设备。 钧石自主研发的电镀法制备铜电极电镀生产线采用模块化设计，能够在最短的时间内整合到大规模生产中，从而直接完成技术转移，实现最佳量产提升和最短投资回收期。如图 5-1 与图 5-2。 37 该生产线包含机械手自动上料、 铜电极电镀主设备和机械手自动下料等三部分组成；其中铜电极电镀主设备主要由上料模块、
30、镀铜前处理模块、铜电极电镀模块、镀铜后处理模块、镀锡前处理模块、镀锡模块、镀锡后处理模块、电池片烘干模块、下料模块、挂具退镀模块、水洗模块、挂具烘干模块等组成。各工艺模块由进排水系统、过滤循环系统、加热冷却系统、鼓风系统、打气系统、排气系统、定量添加系统、碳处理系统、电控系统等。 各机构、系统依据预设工艺参数，通过电脑编程，自动实现双推双列、电池片两面电极同时电镀，单线年产能达 125MW。 图 5-1 铜栅电极生产线示意图 图 5-2 自动上下料示意图 38 第六章第六章 退火退火 一、退火工艺在异质结电池的目的一、退火工艺在异质结电池的目的 退火工艺在异质结电池的主要目利用低于温度 250
31、 度热处理来在释放低温银浆中的溶剂后产生固化后以形成所需之金属电极， 透过此退火工艺后的金属电极必须能够有较低电阻率；并且能与透明导电膜层形成形成良好的接触，藉由较低的接触电阻以获的在异质结电池电电性中有较佳的填充因子(Fill Factor)，以获得高的电池效率。 二、退火设备在工艺的需求二、退火设备在工艺的需求 由于使用低温银浆在异质结电池工艺作为电极， 低温银浆一般固化的温度约130 度到 180 度而所需时间约 5-60 分钟。这处理条件便使得传统的短时间高温烧结炉不合适在异质结电池工艺上，需另寻适合之退火工艺设备，不但需要满足长时间温度稳定， 还需配合异质结电池量产所需的高产能及搭配
32、前后工艺自动化设备，以目前基本 100 兆瓦异质结电池产线来说，每小时产能需要达 2400 片，电池片传送机构必须能够顺畅，能处理 M0，M2 及 M4 不同尺寸大小的硅片，亦能处理未来走向薄化的硅片， 在进行热处理时不能对电池片表面有金属污染及对电池片本身产生机械应力(Stress)，极佳的温度控制及热场均匀性。 三、不同退火工艺设备之比较三、不同退火工艺设备之比较 为满足异质结电池在退火工艺的量产需求，主要退火炉设备分为匣批式(cassette)及辊道式式(in-line)两类，其工艺规格最高温度 200-250 度，每片电池片的温度均匀性在+/-5 度内，匣批式(cassette) 设备
33、所需占地长度较短，需要较复杂的自动化设备将网印流水线的电池片放到匣中， 经过热处理后再将匣中电池片藉由自动化设备放到下一站的分片机的流水线。辊道式式则可利用多线(Lane)来增加产能并以简单的自动化转换与前后站的设备整合， 藉以降低芯片破片率以达到最高的开工率。如图 6-1 所示为梅耶博格 8 线式陶瓷辊道式退火炉设备。 39 图6-1梅耶博格8线式陶瓷辊道式退火炉设备 40 第七章 测试 一、新阳光模拟器光谱一、新阳光模拟器光谱 IEC 60904-9 第三版本草案第三版本草案 由于近年来高效单晶 P 型 PERC，N 型 TopCon 及异质结已渐成为太阳能电池片主流产品，加上各种提升电池
34、片效率先进的高效电池技术，使得原先定义阳光模拟器光谱的 IEC 60904-9 第二版本中之 400-1100nm 光谱范围被重新讨论， 以因应现在的主流技术对300-400nm及1100-1200两个波段的光谱响应。 因此在新IEC 60904-9: 阳光模拟器第三版本草案中，将光谱范围扩大成300-1200nm，如图 7-1 所示。 每一波段对于光的贡献比，在第二版是从 400-1100nm 每一百纳米的比值，而在第三版本草案中意识分成六个波段，但每个波段范围不同，详细列于表 7-1中。 表 7-1 光谱波段比较 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 因此阳光模拟器在量测先进的高效电池上也必须涵盖此新光谱范围， 方能确保对电池片电性(I-V)测试的准确性。 图 7-1 AM1.5 光谱 41 二、电容性的高效异质结电池测试技术挑战二、电容性的高效异质结电池测试技术挑战 由于先进的高效电池技术因为电池电容效应的问题需要更长的响
36、应时间， 例如 N 型电池电容约 100 F，其响应时间需要 10-40 ms，异质结电池电容大于 200 F，响应时间需要 200-600 ms。根据梅耶博格 Pasan 技术报告分析，利用线性电压扫描，测量电流的方法，比较正向扫描 (IscVoc) 与反向扫描(Voc Isc)的最大功率(Pmax)差异，便可发现具有电容效应电池其最大功率通常被低估了。如图7-2 所示可以清楚看出，正常量测电容效应电池所使用正向扫描 (IscVoc)所得到最大功率(Pmax)比反向扫描(Voc Isc)来的低，其差异甚至会高达 3%。 图 7-2 Influence of the capacitive ef
37、fect on I-Vcharacterization results 通过正反向扫描最大功率(Pmax)差异，可以做出如图 7-3 中所示的最短脉冲曝光时间对最大功率(Pmax)差异的关系。 因此利用此方式便能针对电容效应的高效电池找出脉冲曝光时间， 如不同产品的异质结电池所需要的脉冲曝光时间是介于 459 毫秒到 1000 毫秒。 图 7-3 Pmax versus pulse length for a highly capacitive cell obtained with direct and reverse sweeps 42 对于脉冲阳光模拟器来说，1 秒长脉冲曝光时间对电池量产来
38、说是一大挑战， 而且在量测过程中电池表面温度的增加也造成量测的不确定性，对氙气脉冲阳光模拟器也很难达到这样的长脉冲曝光时间。 因此在实际量产在线测试异质结电池的电性(I-V)来说是一极大的挑战，必须有新的量测工艺来满足异质结电池量产线的需求。 三、混合光源模拟三、混合光源模拟器应用在高电容测量工艺器应用在高电容测量工艺 对于量测具有电容效应的异质结电池， 不但需要具备长脉冲曝光时间又能满足量产线的需求，新的高精度及低运行成本的混合光源阳光模拟器被梅耶博格Pasan 提出，并且得到弗劳恩霍夫太阳能系统研究所（ISE）认证。其方式为混合高品质 3A+氙气闪光脉冲及持续时间达 600ms LED 脉
39、冲作为阳光模拟器光源。如图 7-4 所示为梅耶博格阳光模拟器 Spotlight 混合光源示意图。 图 7-4 所示为梅耶博格阳光模拟器 Spotlight 混合光源示意图 其量测方式为利用高品质 3A+氙气闪光脉冲 5ms 闪光以量测的电池的短路电流(Isc)，接着开启 LED 脉冲并调整 LED 光源以达到相同的短路电流(Isc)，利用此 LED 脉冲光源闪光持续最高可达 600ms，完成整个电性(I-V)量测。利用此混合光源可同时兼顾使用高品质符合均匀性、光谱匹配性及光强长期稳定性都符合IEC 规范之 A+的氙气光源作为 LED 光源的校正，并使用 LED 可使用长脉冲闪光低成本的优点，
40、藉以达到在低成本、高精度测量电池量产线的需求。 四、无主栅线的测量工艺设计四、无主栅线的测量工艺设计 对于追求电池片效率是所有太阳能电池片厂共同的目标， 从常规的单多晶到 43 现在 P 型 PERC(Passivated Emitter and emitter and Rear Cell) 或是 N 型 TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact） 及异质结电池技术， 不断有新的技术加入以提升电池片效率， 无主栅线电池技术便是其中可同时提高电池片效率及组件端功率之一。无主栅线技术可广泛应用，兼容几乎所有技术产品，电池片可应用在单多晶，技术包括常规的技术、PE
41、RC、N 型 TOPCon 及异质结，全片、半片及双面亦适用。 对于无主栅线电池技术中关键便是需要一个可靠的电性量测， 如何透过良好的探针设计去量测涵盖整面电池电流。如图 7-5 为梅耶博格 Pasan 推出的GridTOUCH， 可与 SpotLIGHT 电池测试仪配合使用。 透过上下两个垂直网栅(Finger)的电线组成，而所有电线皆串接在框架上，并透过底部支撑板的弯曲设计来达到均匀的接触压力，来预防不当接触所造成电池片破裂，提高电池片良率。达到高质量和可重复接触，确保在整个电池表面上进行电流提取和电压测量，同时限制电池网栅上的电压降，寿命大于可超过 3 百万次接触循环。 图 7-5 梅耶
42、博格 Pasan 推出的 GridTOUCH 接触线网 这设计可量测整面和类似于整面的 6 寸电池片，通过优化整框交换可实现快速更换测试线程序，以提高设备运行时 间 藉 以 降 低 总 运 行 成 本 。 此GridTOUCH接 触 系 统 设 计 用 于SpotLIGHT 电池测试仪， 并可以集成到电池分选系统（CSS）中，用于测量和分选太阳能电池，具有电气性能（IV曲线）和电致发光(EL)测量站。图 7-6 显示梅耶博格 GridTOUCH 接触自动化单元。 图 7-6 梅耶博格 Pasan Automated GridTOUCH 单元 44 第第五五部分部分 HJTHJT 电池关键技术突
43、破方向电池关键技术突破方向 以三洋为例，在降低成本方面，三洋主要从以下几个方面做改进：1、提高效率，这是目前所有太阳电池研究者所追求的目标；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、改善太阳电池的温度系数，这样就能得到更高的 Voc 从而提高效率；4、将 HIT 太阳电池做成双面组件提高太阳光的利用率多发电。 在提高异质结 HJT 太阳能电池的光电转换效率的过程中，开路电压 Voc 和 Isc、FF 非常关键6，具体可通过以下几方面实现： 1、提升提升 Voc 在传统的 p-a-Si:H/n-c-Si 异质结太阳能电池中，表面和界面存在大量局域复合路径和悬挂键，掺杂层中有大
44、量局域态，载流子易发生局域复合和隧穿7。通过对单晶硅片表面织构化进行化学钝化处理，提高 a-Si:H(i)/mono-Si 的界面质量，将晶体硅表面的缺陷钝化好，从而提高载流子通过 a-Si:H(i)/mono-Si 界面的几率，这样得到高的 Voc。具体从以下几个方面着手研究：沉积 a-Si：H 之前，采用低成本的湿法工艺清洗晶体硅的表面；采用化学气相沉积的方法沉积高质量的 a-Si：H(i)，达到很好的钝化效果；在制作 a-Si，TCO，电极的过程中低温低压减少热量和能量较高的粒子对晶体硅表面的破坏。 采用上述工艺后， 可以降低载流子的复合，提升 Voc。 2、提升、提升 Isc 基于电阻
45、损失和光学损失对 Isc 的影响，改善电极的电阻率及对光的反射率显得尤为重要。改善电极就需要电极比较细的同时还具有较低的电阻率。HJT 通过改变银浆的黏度和丝网印刷的参数达到合适的高宽比。 三洋已经能做出宽度是高度一半的电极， 而一般技术的电极高度是宽度的四分之一。优化 HIT 太阳电池的 BSF，BSF 能明显改善太阳电池对长波段的载流子的吸收。发展高质量的、载流子移动能力比较高的 TCO 薄膜。采用 a-SiC 以及尽量将非晶硅层做薄来减少光损失。采用合适的绒面结构增加进入太阳电池的太阳光。 3、提升、提升 FF 有了高的 Voc 和 Isc，还要有高的 FF 才能得到高的效率。提高 FF
46、 主要就是减小漏电流和降低串联电阻，三洋在提高 FF 方面做了如下的优化：采用高质量低电阻电极材料减少电池的串联电阻；采用特殊高宽比的电极；发展高导电性能的 P 层非晶硅；发展低方块电阻的TCO 导电膜。 45 早期的工业化制造 HJT 组件已经有了超过二十年的户外发电可靠性检验， 几乎无明显的实际发电能力衰减(预计 25 年内衰减小于 8%)，和同时期的成熟 P 性单晶产品相比，可靠性得到了极优越的体现。同时 HJT 独有的优良温度系数和双面发电能力，使得该项技术成为光伏发电的最优选择，可能在今后几年全面取代当前的 P 型单晶增强技术 PERC，成为未来的主流。 但是相比于 P 型电池技术的
47、渐进型改良路线，HJT 制造设备需要单独规划，从现有的半导体设备/薄膜平板显示设备制造产业中孵育出适于有足够竞争力的生产路线。最早期的 HJT 技术路线由日本 Sanyo 公司推出，其特点是在 n 型硅片上用 CVD 薄膜实现较优良的表面钝化，之后的载流子导出需要同样用真空薄膜沉积的 ITO 层，由于钝化层的低温沉积特性，后续的金属化电极需要特有的低温银浆。相比于 PERC 技术，HJT 现有的欧美整线方案投资较贵。就 100MW 的电性生产线而言，10M US$是 PERC 的标准方案，而 HJT 欧美方案接近 30M US$。这其中，PECVD 钝化设备在设备投资总额中占据近半。国内少数企
48、业早早介入设备的研发领域，并已具有国际竞争优势。例如钧石能源（GS-SOLAR）,已有十几年的工艺和设备研发积累，准确把握关键技术，可定制最适合异质结规模量产的工艺路线，在现阶段已达到小于 14M US$（每 100MW 产能）的整线设备方案。 未来几年，在保证电性优于 24%的技术基础上，国内将可实现与 PERC 相类似的设备投资成本，助力 HJT 技术的全面产业化。 一、一、 HJT 对硅片的要求和表面制绒清洗技术对硅片的要求和表面制绒清洗技术 HJT电池片需要N型掺杂高少子寿命的单晶硅片， Sunpower IBC技术和Sanyo HJT 技术是最早应用 N 型单晶硅片的电池技术。 早期
49、高纯度晶棒制造和拉晶技术还未普及推广， 制造成本较高。 超过 1 毫秒的体少子寿命就会急剧增加制造成本。Sanyo HJT 量产方案为了保证电池片的高纯度，在产线前端有氧化和高温segregation（金属杂质迁移到硅氧界面）步骤。拉晶技术中 FZ 技术自然地采用较高的电阻率，而 CZ 法为了保证较高的少子寿命，本征掺杂较低，典型的电池片电阻率为 620ohm.cm。随着钝化技术的提高，高效电池技术在高开压路线取得了长足的进步，对硅片的要求集中为兼顾高少子寿命和电阻率（26ohm.cm）范围段。 这个电阻率范围段内的重复性相对可控， 既可以保证异质结电池的效率， 46 同时可以提升单晶产出的良
50、率并降低生产成本。 在硅单晶电池片中，电子少子的迁移率是较高的，所以在 P 电极引出侧，针对电子少子的推斥势垒需要增强， 而 n 型硅片叠加高掺杂正反应了这个要求。 以2ohm.cm 电阻率为例，针对电子少子的势垒高度为 0.70.8eV，而针对空穴少子的势垒高度约为 0.3eV。这种配置较平衡地体现了总体低复合率的要求，有较高的少子寿命和钝化水平。同时早期的 HJT 采用 P 面向光的技术，非晶硅 P 型掺杂activation 较低，P 型非晶硅半导体和 TCO 的功函数匹配甚至会影响 P 侧钝化面的费米能级和 Band Edge 的相对位置，使得电池片的电性随工艺变化有较大的波动， 而高
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