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PERC、TOPCon、HJT:三种技术性能、成本、工艺对比!

发布时间:2024/6/17 14:04:51 浏览次数:0

一、 三种电池技术潜力对比

现在为止有3种技术路线,PERC电池是占90%及以上的最主流的技术路线,TOPCon和HJT都在上升期。

最高理论效率:

PERC电池是24.5%;

TOPCon分成两种,一个是单面(只有背表面做多晶硅钝化)27.1%,双面TOPCon(前表面也做多晶硅)28.7%;

HJT双面28.5%。

最高实验室效率:

PERC是24%;

TOPCon是26%,是德国4厘米的小面积实验室记录,大面积来看晶科商业化最高效率是25.4%;

HJT是隆基M6商业化达到26.3%。

产线名义效率(为产线自己宣传报告,可能有些因素未考虑在内):

PERC是23%;TOPCon是24.5%;HJT是24.5%。

根据市场上组件功率来推测,有时候说测试效率很高,但是做成组件功率不是很高。一种可能就是CTM低,还有效率虚高。

我们如果从CTM=100%反推电池效率,拿M6电池72片来看,不同尺寸硅片不太一样,PERC是22.8%,TOPCon是23.71%,HJT是24.06%,其实真正反映真实从组件端观察的效率。

产线良率:TOPCon是98.5%,现在各个企业播报的差别比较大,从90-95%之间都有宣布;HJT大概98%。

工序数量:PERC是11道工序;TOPCon是12道工序;HJT是7道工序,常规是5道工序,如果做得好,加上前清洗和吸杂就是7道。

薄片适用性:

PERC是160-180μm,大尺寸硅片182/210还是170-180μm。小尺寸能做到160μm;

TOPCon和PERC很相似,160-180μm;

HJT大规模应用150μm,做到130μm没什么问题,往120μm也有企业宣布但是挑战性比较大,但是未来机械手改进后会适应。

硅片尺寸:都是全尺寸,只是根据市场端需求。TOPCon做到210很困难,因为高温制程太多。

兼容性:TOPCon和PERC兼容性是主要部分兼容,就是加了两三台设备。HJT基本不兼容。

设备投资:PERC是1.8亿/GW,TOPCon是2.5亿/GW,HJT是3.5亿/GW。

组件价格:市面上PERC按100%,TOPCon有5%的溢价,HJT有10%溢价。

技术拓展性:

现阶段双面PERC,TOPCon能产业化的是单面,我们按照严格CTM100,主要是23.7%-24%之间;

双面非晶HJT大规模量产的是24.3%,反推等效效率24%左右。下一阶段HJT2.0可以到25%,3.0到25.5%。

TOPCon有些企业宣称今年24.5%,明年25%,后年25.5%,从技术来讲,提高效率不是在产线上积累效率就能提高,而是必须有技术设计才有提高。

TOPCon想再提高,如果只是在背表面钝化难度是比较大的,有可能双面钝化,双面钝化前表面也做要做厚,是不可能的,因为吸光太严重了,有一种设想是前表面做的很薄,导电性很差后用ITO,金属浆料不烧进去,可以进一步做双面钝化,所谓POLO电池在海外并不成功,由荷兰还是德国的研究所做的,最高效率只有22.5%。

另外一种可能是背面做完钝化后,正表面做局部钝化,不做全表面钝化的原因是多晶硅做的很厚会有比较大的损失,光的吸收损失很大,在有光没电极的地方要去掉,有电极不受光照的地方可以做,要局部的多晶硅钝化膜,难度很大,到目前为止在任何实验室和中试线还没有这种电池被做出来。

这只是设计,模型样品没有出来,所以做出来是什么状态没法验证。现在只有HJT技术发展的提效路径最明确。

我要提醒一个点是,从隆基2021年发表结果看,双面TOPCon都用多晶钝化是28.7%,如果只有背表面钝化,另外表面是P+电极,只有27.1%。单面理论极限效率比28.7%低。

为什么隆基发表的效率比德国的高,因为隆基新发表的是基于他自己25.1%的新钝化膜机制所导致的接触电阻下降,提升理论效率。

现在关注HJT技术路线,HJT三个技术路线,这个是全非晶,24.3%,已经大规模量产。

单面微晶(前表面微晶二氧化硅)25%,都中试了。

产业化实施是100%全是HJT2.0,华晟初步结果是效率能提升到25.5%-25.6%,还有提升空间,因为还在刚开始调试。

今年产业预期很明显,年底HJT效率是25%,而且通威等企业都在原有的生产线上改造成HJT2.0。

HJT3.0就是背表面做纳米晶硅,难度更大但是完全可以在实验室实施,华晟在做这方面工作,在试验线上导入HJT,背表面微晶硅。

2021年HJT提效非常明显,迈为、华晟、隆基等企业9次打破世界纪录,所以这么大量打破世界纪录表现技术相对成熟。

TOPCon在2021年也不错,不仅是像德国4cm小片不断创造纪录,在国内的大面积商用硅片上也不断创新,中来和晶科也打破了大面积尺寸的效率世界纪录,达到25.4%。

2021年确实在TOPCon电池技术上有很大进步。主要电流现在提升的很明显,但是我们说TOPCon有个问题,如果只做单面,是德国人在报道上做的设计,但N型硅片的其实就这两个,国内都是TOPCon开始产业化了,但是POLO二次方背结技术,就是N型双面TOPCon,理论效率比较高但是做起来的工艺难度很大,只是设想,并没有实验室结果。

如果产线上这个做出来效率会进一步提升,难度很大,还会进一步增加成本。

PERC到2019年1月份从隆基在当时打破新世界纪录24.06%,后面4年没有创造新世界纪录,说明这种电池处于瓶颈,理论效率只有24.5%,实际上效率24点几%已经在实验室做很多功夫了,现在产线也就23%左右,说明PERC电池已经没有太多上升空间了。

二、 三种电池的技术难点

技术难点:

PERC工序10/11步,比如两次激光,一次扩磷,双面镀膜;

TOPCon加镀二氧化硅和多晶硅工艺,前面还要扩硼,但是没有激光开口,还有湿法;

HJT其实原来只是从清洗,双面镀微晶硅或者非晶硅,然后做ITO,再丝印烧结。以前很简单,只有4步,但是现在硅片还需要吸杂,以前都是低温过程,如果硅片不好,杂质多会影响效率,要清洗和吸杂(跟扩磷差不多),所以就变成8步。

TOPCon其实有很多企业也不太说,第一大难点是扩硼,第二大是LPCVD,单面镀背面绕镀比较严重,良率不高。

双面扩了之后这个问题基本解决,但是LPCVD还有很多问题,管壁上镀很快,150nm的东西做10炉1.5um,很快镀在管壁上,管壁要经常清洗,但是低压过程的LPCVD要层压,需要厚的石英管,同时也要清洗,这个问题比较大。

现在用双套管,外面层压,里面承接镀的那层膜,经常拿出去清洗,虽然这样比较好,但是又费了一些手续,所谓开机率会受影响,因为需要维护。

实际扩硼本身很难的一件事情。工艺步骤比较长,导致良率损失比较大,还有一些可能的潜在的造成良率和产线波动问题,扩散烧穿和银浆烧穿多晶硅膜造成钝化破坏,还有高温过程导致硅片损伤;

HJT难点一个是PECVD保持净化,要求接近半导体工艺,比TOPCon扩散之前纯度要求严格,还有HJT2.0和3.0之后,因为氢稀释率加大以后需要加快沉积速率,要导入高频,会导致均匀性下降。

另外还有成本问题,如何让银浆用量下降,电池稳定性又进一步提升。

成本难点:

TOPCon也有痛点,一个是良率比较低,另外就是CTM。良率低增加成本,CTM比较低/和实际组件功率有明显差。

效率提升难度也比较大,未来上升空间没有太多,因为设备维护频率比较高;

HJT在成本难点是浆料耗量比较大,一个是量如何降低,还有价格如何降低,此外CTM也比较低。微晶制备要求也是,影响成本和技术。

工艺过程:

很多人让我列成本分拆,其实我认为分拆成本意义不是很大,你看降本要看逻辑,也就是降本靠什么逻辑。

比较这三个工艺过程,比如比较这三个有多少高温。

PERC有3个高温过程,一个扩磷850℃,两个镀膜400-450℃,烧结800℃。

TOPCon高温过程有扩硼1100-1300℃,扩磷850℃,LPCVD700-800℃,两个镀膜450℃,烧结800℃,高温过程很多,热负荷很高,能耗和成本也很高。

光从材料和设备投资方面看不出来,但是其实从电费来看,最起码比PERC高。HJT如果不吸杂,其实就是200℃,PE200℃,烧结200℃,PVD170℃。所以它是非常低温的,低温时间也不长,因为镀膜时间非常短,经常镀2nm、3nm、10nm这样的薄度。

但是浸出时间比较长,浸出一个载板从头到尾8min。一个载板的量比一个管式PECVD少,管式PECVD扩散是2400℃或者1200℃,而一个载板12*12=144走得快但是量也少。

这是有一定可比性的,总之温度是比较低。但是如果做快速磷吸杂,工艺可以达到1000℃,但是持续时间短,只有1min,整个热负荷远低于TOPCon。

我们再看湿法过程:PERC是3次,TOPCon5次,HJT原来没有吸杂就只有一次制绒,只有一台设备,很简单。

如果有吸杂,在吸杂之前要洗/去损伤,后面有个制绒,湿法过程非常短。

真空过程PERC有扩磷和两次PECVD,也都是真空的,但真空度要求比较低,杆泵就够。

TOPCon真空度就比较高,扩磷、扩硼、LPCVD和PECVD各2次,真空度要求不高,5次真空杆泵就够。

HJT有两次,一次是PECVD,一次是PVD,PVD要求真空度比较高,用的是分子泵,所以这个在真空的要求上会比较费能量。

整个工艺过程就看现在的成本和未来降本过程来看,会由于工艺简单所导致的各种能耗和损耗低很多。