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TOPCon电池降本提效思路解析
日期:2024-02-01
由于TOPCon电池效率超预期追赶HJT电池,2022年~2023年市场选择了TOPCon,且预计未来TOPCon的生命周期会依然维持5~6年。虽然TOPCon工艺技术已经趋于成熟,但是仍有降本提效的空间。美能光伏拥有“高效TOPCon电池研发解决方案”,其中对于栅线的高宽表征,硅片绒面金字塔形貌,薄层的电阻、方阻、接触电阻、线电阻等表征,以及多晶硅层(POLY层)的厚度测量,都有对应的精密检测设备,高效准确的评估电池性能,帮助客户完成电池效率提升。今天带大家了解TOPCon电池降本提效的方式有哪些。
TOPCon降本思路
TOPCon降本方向为硅片、银浆、设备成本、良品率等。
硅片方面:
N型硅片是通过掺杂磷元素制成,由于磷原子与硅相溶性较差,因此对硅料、辅材的纯度及生产过程控制要求更高,成本更高,较P型硅片存在一定溢价。但随着N型硅片规模化生产及技术进步,薄片化和大尺寸进程加速,将推动硅片成本下降。
银浆方面:
TOPCon电池(正面+背面)采用高温银浆,耗量在150mg/片左右,未来随着通过多主栅技术和减少细栅宽度来降低银浆的消耗,有望降至110-130mg/片。且激光印刷和电镀铜等更多的新工艺技术的提升,使银浆成本有望下降;
设备成本方面:
随着国内光伏行业的迅速发展行情,生产设备国产化也越来越多,这将降低单GW设备投资额度。在工艺上,TOPCon电池工艺相较PERC电池导入了3项新的工艺,产线只需要增加3台新设备,未来随着设备效率提升及设备价格下行,折旧成本有望进一步下降。
品质方面:
当前限制TOPCon量产核心因素在于良率普遍低于95%,不断优化各工艺段,能够提高产品的良率。
TOPCon增效思路
降低电学损失
TOPCon提效的核心在于降低电学损失,包括SE、双面POLY、全域钝化以及叠层电池等方法。
各厂商即将引入SE平台,预计此举将提效0.2%-0.4%;24年引入双面POLY,量产效率有望提高至26%以上;25年引入全域钝化技术,有望提效至27%,之后提效主线在叠层电池技术发展。目前各家厂商N型电池效率提升速度较快,主流产商量产效率在25%-25.5%之间,未来有望通过引入SE平台、进行双面钝化以及叠层电池技术突破等方式,实现效率进一步提升。
选择性发射极
TOPCon中SE技术与PERC中的SE原理类似,在电极内/外进行高/低浓度掺杂,能够提高硅片少子寿命,提高电池效率。SE(选择性发射极技术)是指在金属正极与硅片接触部位及其附近进行高浓度掺杂形成P++层,而在电极以外的区域进行低浓度掺杂形成P+层。
TOPCon+SE示意图
该技术既可确保硅片和电极之间有较低的接触电阻,又可降低硅片表面复合率,以提高硅片的少子寿命,从而提升电池的转换效率。硼掺杂工艺更复杂激光器功率更高;过程中可能存在两类钝化层烧穿,需精准把控激光功率。
TOPCon中的激光掺杂分为一次硼扩、二次硼扩两种路径,目前量产主流选择一次激光直掺。一次硼扩类似于PERC生产过程标配的硼扩工艺,工序较为简单,该路径下仅进行一次激光掺杂、硼扩与清洗,工序较简单且设备投资额较低,但技术难度较高。
双面POLY
目前钝化结构主要应用在电池背表面,前表面仍采用传统电池结构,双面钝化/全域钝化能够进一步提高效率。为进一步降低电池表面载流子复合速率、减小接触电阻,可以在正面电极下进行P-poly,采用双面/全域钝化结构进一步提高正面效率。
双面钝化接触电池的硅片基体正面设有多晶硅层,基体的背面为P掺杂的poly钝化层。不同于双面钝化仅在电极下方进行P-poly,全域钝化技术对电池正面整体进行P-poly,预计能够进一步提高效率。
双面钝化电池结构
制备双面钝化电池流程图
美能3D显微镜
美能3D共聚焦显微镜是以光学技术为原理、结合精密Z向扫描模块、3D建模算法等对器件表面进行非接触式扫描并建立表面3D图像,通过系统软件对栅线的高度与宽度、绒面上的金字塔数量进行定量检测,以反馈其中的清洗制绒、丝网印刷工艺质量。
精确可靠的3D测量,实现实时共聚焦显微图像
超高共聚焦镜头,Z轴显示分辨率可达1nm
198-39966倍最大综合倍率,精确测量亚微米级形貌
全自动栅线绒面测量,快速生成数据
美能扫描四探针电阻测试仪
美能四探针电阻测试仪可以对最大230mm的样品进行快速、自动的扫描,获得样品不同位置的方阻/电阻率分布信息,可广泛应用于光伏、半导体、合金、陶瓷等诸多领域。
超高测量范围,测量1mΩ~100MΩ
高精密测量,动态重复性可达0.2%
全自动多点扫描,多种预设方案亦可自定义调节
快速材料表征,可自动执行校正因子计算
美能Poly在线膜厚测试仪
美能Poly5000在线膜厚测试仪是专为光伏工艺监控设计,可以对样品进行快速、自动的5点同步扫描,获得样品不同位置的膜厚分布信息,可根据客户样品大小定制测量尺寸。
有效光谱范围320nm~2400nm
快速、自动的5点同步扫描
重复性精度<0.5nm
超广测量范围20nm~2000nm
在线监控检测实现零碎片率
实现全程产线自动化检测、大大节约检测时间
在N型逐渐超越甚至取代P型的大背景下,TOPCon电池在渗透、效率、产业成熟度、配套协同、P型改造等方面具备优势,且目前行业规模效应显著。美能光伏所提供的“高效TOPCon电池研发解决方案”,致力于帮助用户在研发过程中解决许多技术难关,与客户一起为光伏行业发展贡献力量。