TOPCon电池效率进阶
目前已经商业化的钝化接触结构主要分为两种:1)基于非晶硅的a-Si:H(i)/a-Si:H (p+/n+),2)基于多晶硅的SiOx/poly-Si(p+/n+),运用前者的钝化接触电池称之为HJT或者HIT电池,运用后者的钝化接触电池称之为TOPCon电池,也就是中来光电目前正在使用的电池技术。
TOPCon电池的诞生
2013年,德国夫琅禾费太阳能系统研究所(Fraunhofer ISE)的Feldmann等受SIPOS启发,报道了一种在SiOx界面层上生长掺杂的a-Si和μ-Si混合发射极结构的电池,称之为隧穿氧化层钝化接触(Tunnel Oxide Passivating Contacts)电池,简称TOPCon电池。
TOPCon太阳电池结构示意图
TOPCon电池前表面与常规N-PERT太阳电池一样,为硼扩散的发射极,使用Al2O3/SiNx双层钝化膜,主要区别在于背面氧化出一层极薄氧化硅层,并利用PECVD在氧化层表面沉积一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜,在850°C的退火温度下退火,显示了钝化接触结构优异的钝化性能,制备的电池效率超过23%。
学术界的TOPCon电池效率进阶
2019年,Fraunhofer ISE将N型TOPCon电池的效率提升至25.8%,创造了N型TOPCon电池新的效率记录[1];
2020年,Fraunhofer ISE在25.8%效率电池上进一步优化了发射极的复合损失和横向传输电阻损失,将n+ TOPCon置于P型硅衬底的背面作为发射极,创造了转换效率26%的TOPCon电池世界效率[2]。
在此期间,德国德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)还在2014年尝试将具有良好钝化性能的TOPCon结构与IBC电池结合,首次提出了具有722 mV开路电压和23.9%转换效率的POLO-IBC(TOPCon结构的IBC)电池[3],并在2018年将POLO-IBC电池的效率提升至26.1%,创造了TOPCon结构的IBC电池的世界效率记录[4]。
POLO-IBC电池结构示意图&世界效率记录POLO-IBC
电池结构示意图
产业界的TOPCon电池效率进阶电池结构示意图
2021年6月,隆基宣布在面积242.97 cm?的N型TOPCon上实现25.21%的转换效率,德国ISFH认证。
2021年8月,东方日升在PV CellTech大会上报道其158.75尺寸(251.99 cm?)的N型TOPCon电池具有24.78%的转换效率。
2021年9月,中来光电在PVTD光伏技术风向标大会报道了其182尺寸(330.15 cm?)的N型TOPCon电池具有25.4%的转换效率,且经过中国计量科学研究院(NIM)认证。
同月,天合光能在“第七届TOPCon技术与PERC+论坛”报道了其210尺寸(440.92 cm?)的TOPCon电池具有24.54%的转换效率。
2021年10月,晶科报道了其163.75尺寸的N型TOPCon电池转换效率达到25.4%,经过日本JET检测实验室标定。
根据理论计算,TOPCon太阳电池的潜在效率(28.7%)最接近晶体硅太阳电池理论极限效率(29.43%)[5]。当前产业化N型双面TOPCon电池的最高效率与潜在效率仍然存在一定的距离,可以通过以下途径来提升TOPCon电池的效率:
1)降低发射极钝化区域的复合损失和载流子传输损失;
2)降低背面的非理想光学损失;
3)降低光学遮挡及反射损失。
TOPCon的市场占比及未来规模预测
行业全面去补贴后,光伏发电需要依靠自身竞争力与传统能源展开直接竞争,真正实现不依赖补贴的市场化自我持续发展,同时行业竞争格局也将发生重大变化,大量无法满足“平价上网”要求的低效落后产能将加速淘汰,而“更高品质、更高效率、更低成本”的先进光伏产品将占据市场主导。
ITRPV 2021预测,N型电池技术是符合市场发展的技术趋势,N型硅片的市场份额将逐渐增加,有望在2031年达到50%,成为主流硅片类型[6]。根据PV Infolink 2021最新预测结果,在诸多种类的N型电池中,TOPCon电池的产能及出货量占比在今年将超过50%,呈现出逐渐增加的趋势,未来在N型组件中处于主导性的地位[7]。
ITRPV预测不同硅片的市场份额
2020-2025 N型组件产能及出货量
中来光电作为全球TOPCon技术产业化领导者,凭借不断创新的技术、高质量的产品和服务保障体系获得业界的广泛认可。未来,公司将持续加快技术产业化进程,助推全球可再生能源绿色发展。
原标题:TOPCon电池技术发展及市场规模预测