晋能控股HJT技术研究资料-调研纪要

技术路线众多，公司面临TOPCon、IBC、钙钛矿等技术，还可以两两组合，例如TBC、钙钛矿和异质结可以完美结合，南京大学发布钙钛矿叠层效率达到28%；n型、p型路线等。可以看到目前光伏产业技术百花齐放。 光伏发展历史回顾：过去十几年转换效率快速发展，方向选择上，2014年面临单晶还是多晶的选择，当时多晶转换效率、成本都比较低，单晶转换效率、成本都比较高，最终产业选择了单晶技术。可以看出转换效率在光伏技术发展中至关重要。 光伏发电成本包括电池、组件、系统成本，随着转换效率明显提升，发电系统成本快速下降。国际认证效率来看，目前大面积最高的转换效率是26.63%，是异质结、IBC结合；接下来是异质结达到26.5%，TOPCon达到25.21%，PERC达到24.5%，异质结效率优势明显。 大面积的最高转换效率和量产效率之间的关系图来看，既包含国际认证数据，也包含全球权威的第三方检测机构数据，大面积的最高转换效率和量产效率之间有差值，在1%左右，因为大面积的最高转换效率其中有一些技术没法应用到量产过程中。PERC大面积最高转换效率24.5%，量产效率能达到23.5%，现在转换效率23.2%，还有0.3%提升空间。TOPCon电池大面积的最高转换效率在25.7%，量产效率会做到24.7%左右。目前量产效率在24%附近，还有0.7%提升空间。异质结大面积最高转化效率在26.5%，量产效率有可能会达到25.5%左右，现在水平是24.5%，还有1%提升空间。 目前异质结理论转换效率28.5%。TOPCon电池在27.1%。异质结2010年初真正开始产业化，经历了几十年发展，专利已经过期，因此技术非常成熟，可靠性不必担心。异质结电池结构对称，结构和工艺步骤简单，过去几年异质结效率不断提升，成本下降，但简单的结构和工艺步骤一直保持。 技术产业化需要生产商、材料商、设备商共同努力。晋能科技2015年布局异质结，2017年投产，截至目前进行两期扩产，一期100MW投资1.8亿；二期100MW，投资9000万。过去一月内又爆发出很多厂家，更多厂商在进入异质结。 晋能是首先实现异质结技术量产的中国制造商，是首家实现pecvd百兆瓦级量产的中国制造商。晋能不断与科研院所、上下游设备商和材料商共同合作，共同促进异质结产业化发展。晋能实现了大量异质结产品出货。 晋能异质结电池效率走势上，可分为几个阶段： 第一阶段：2017年5月第一个100兆瓦项目开始试产，一直到2017年年末。当时出现很多量产问题，没有可以借鉴的量产经验。2018年，整年能够进行相对稳定的生产，并在稳定生产基础上做了很多优化。2018年底，公司看清并能够解决异质结存在的一些问题，同时做了很多优化，但原有设备无法实现。因此2018年底开展扩产调研和扩产计划，2019年Q3二期项目招标，2020年投产。 2019-2020年，公司进行很多新技术的开发以及储备，包括异质结和IBC电池结合技术。 探索结果认为IBC结构对于异质结太复杂，不适合量产。因为异质结对界面要求太高，且载流子传输的特殊性状对IBC结构制造会带来更多麻烦。 2020年由于疫情原因，2021年初才实现二期项目量产。二期项目很多设备是定制的，经过大半年调试、改造，最终二期实现了稳定量产。2021年公司接到大量订单，调试中也做了压力测试。经过大半年压力测试，结论是异质结完全可量产。现在公司在布局新一期项目。 技术方案： 开路电压从725-748mV：（1）硅片：降低体负荷。公司设计时把p-n结放在背面。一开始选择了电阻率较高的硅片，但探索中发现电阻率在1的时候达到较好水平，现在会选择靠近1的硅片；（2）绒面：一开始10μm左右，想降低比表面缺陷，现在绒面都做到了5μm以下。一开始使用RCA清洗方法，现在全部切换到臭氧，成本大幅下降。（3）非晶硅膜层：非晶硅钝化至关重要，异质结工艺调试比同质结复杂很多，因为每层之间相互关联，不同工序也相互关联。（4）洁净度的控制：和同质结截然不同。（5）硅片表面接触：硅片传输中，工装夹具会产生影响。自动化对异质结的重要程度比同质结高很多。 填充因子：从78.5%做到84.5%，异质结填充因子比同质结好很多，原因是 （1）开路电压更好；（2）载流子竖直传输；（3）采取导电性好的TCO膜。影响填充因子的因素包括（1）硅片：电阻率、吸杂；（2）非晶硅膜：传输方面的作用，一方面是减薄，另一方面是各层之间更加匹配；（3）TCO工艺，一方面是TCO材料传输性更好，另一方面是TCO和非晶硅之间接触更小；（4）微晶工艺；（5）MBB技术，在同质结通用，低温浆料不太好的情况下，MBB优势非 常明显；（6）光热处理，加热时的载流子注入，在异质结效率提升非常重要，对填充因子提升非常有帮助。 短路电流：目前异质结的最短板，从37.2提升到39.2mA/cm2+，但比同质结依然低很多。原因是（1）非晶硅膜对短波光的吸收；（2）TCO膜对中长波的吸收。（3）浆料：异质结线宽比同质结宽很多，还有较大提升空间。 硅片是晶硅电池降本绕不开的话题。降本最有效的方法是变薄。变薄对良率有优势，因为异质结是低温工艺，工艺步骤比较小。现在异质结产业化是先切半棒半片，比整片小很多，更容易控制碎片率和良率。效率上，硅片厚度降到140um，效率不会有明显变化。硅片在110um左右达到效率最高值。硅片变薄后成本的下降，n型硅片从150um降到120um，成本下降6%，这个数字可能还偏保守，随着薄片切片技术提升，空间会更大。 异质结比较容易做薄片化，效率拐点在100um左右。 组件实际室外工作温度会在40-60度之间，随着温度提升，异质结电池最佳厚度在变小，原因是随着硅片厚度降低，温度系数下降。 推测异质结对于同质结电池，厚度优势会在30um以上。 电阻率来看，电阻率发生变化时，平均值、集中度都有较好改善。 CVD包含三方面优化内容。一是结构，为了增加电压不降低填充，或增加填充不降低开压，在异质结电池中也引入选择性概念，现在的区分都是竖直方向，不会改变异质结工艺和结构。二是工艺参数的细化。异质结参数调试的工艺池维度更多，深度更深。三是工装夹具。公司针对机台特点对载板做了一些适合设计。异质结在量产中载板很重要，包括材质、厚度、表面处理。 PVD影响主要在两个方面，一是材料优化，二是工艺参数优化。PVD对于CVD可调参数不多，主要是找到关键控制点。 对于不同结构异质结电池，在不同工艺条件下会出现效率上升以及复原或下降以及复原。对于不同结构，变化趋势不太一致。 对于异质结提效计划和方案，硅片端比如预切片减少切片损失以及吸杂工艺进一步提升效率；CVD都在集中攻关微晶工艺以及量产；TCO在采用更好的透光膜以及通过优化工艺来降低TCO和非晶硅之间的接触电阻以及金属化，例如采用MBB技术以及优化浆料导电性。公司希望2023年量产效率达到25%-25.5%。 使成本增加的项目包括：一是银浆，二是靶材，三是硅片，四是设备折旧。功率提升使得制费下降，同时功率增长带来组件端成本下降。 一是设备产能提升。随着设备产能提升，每GW设备成本大幅下降，从18亿降低到3-4亿。 二是金属浆料，2020年左右开始银包铜开发和探索，经过几年开发试了不同银含量的浆料，当前试剂条件下，如果银包铜浆料用在正面，银含量50%左右，转换效率0.1%下降，继续下降，会影响0.2%以上。如果用在背面，采用50%银含量银包铜浆料，对转换效率影响不明显，继续下降会影响0.1%。采用低银含量的银包铜浆料成本可以下降20%-50%。 常规固化温度不到30分钟，加到3h之后，30%银含量银包铜浆料体电阻变化也不明显。 浆料在刮刀作用下是否会带来体电阻提升：用45%银含量银包铜浆料空印，从0-4h，对比组是90%全银浆料和40%左右银包铜浆料，可以看到对于体电阻变化影响不明显。 银包铜可靠性测试：做了室内测试没有太大影响，户外数据是银包铜浆料/纯银浆料发电量，经过一年观察没有看到明显下降。 金属浆料降耗方案前五项已经完成，后三项需要结合新项目开展。 希望通过薄硅片和效率提升，使单瓦成本有3-7分钱下降，浆料端包括工艺优化以及MBB技术引入，控制在2-4分钱，对于靶材控制在2-4分钱增加，制费1-2分钱下降，组件1-2分钱下降，实现异质结和PERC成本打平。 公司产品包括全黑组件、166的144版型的组件、166的156版型的组件。老线尺寸是166尺寸。 公司技术发展战略是研发一代、中试一代、量产一代。PERC和异质结电池已经实现量产，中试和研发正在进行异质结和钙钛矿结合。 近期目标是量产效率达到25%。和PERC组件成本差异控制在5%之内，设备投资达到每GW3亿元。 异质结目前转换效率较高，单节理论转换效率29.4%，异质结理论转换效率极限为28.5%，现在量产水平已经到了26.5%，还有提升空间。异质结与钙钛矿叠层电池理论极限效率在45%左右，已有报道达到31.25%，突破晶硅极限。钙钛矿电池对于异质结是一个机会。