光伏組件前沿技術特點分析

王淼源

（中國華電科工集團有限公司，北京 100160）

為了不斷提高晶硅電池的轉換效率和發(fā)電量，目前多數企業(yè)都在研發(fā)相關的技術，其中最前沿的技術主要有IBC、HIT、MWT和TopCon技術等。為了達到最高的性價比，現階段可以實現量產且主要推行的是疊瓦、疊焊、拼片、黑硅技術、雙面電池（N型、P型）、多主柵技術、半片技術、大電池片技術以及PERC技術等。

1 IBC技術

叉指狀背接觸電池（Interdigitated Back Contact，簡稱“IBC”），最早是由Schwartz和Lammertz在1975年提出來的，它將PN結、基底與發(fā)射區(qū)的接觸電極以叉指形狀全部做在電池背面，完全消除了前表面柵線的遮光，同時不需要前表面減反射結構對電極接觸的影響，為實現更低反射率提供了更大的優(yōu)化空間和潛力。由于全背面電極不用考慮對電池光學方面的影響，因此設計時可以更加專注于提高電池的電性能。

2 HJT技術

硅基異質結（heterojunction）電池（如圖1所示），采用寬帶隙的氫化非晶硅薄膜作為窗口層或發(fā)射極，單晶硅或多晶硅作為襯底，在窗口層和襯底之間插入1層本征層，再以氫化非晶硅薄膜作為表面鈍化層。與傳統(tǒng)晶硅電池相比，硅基異質結電池具有更高的開路電壓和光電轉換效率[1]。目前其量產效率可達23%。2019年全球HJT已有產能約3 GW，預計2020年將有4-7GW以上的HJT新增產能投放。

圖1 HIT電池技術

3 MWT技術

金屬穿孔卷繞技術（Metallization Wrap Through，簡稱“MWT”）。如圖2所示，將位于正面發(fā)射極的接觸電極穿過硅片基體引導到硅片背面，達到減少遮光面積的效果。工作人員僅需要對現有硅基電池生產線的量產平臺進行簡單改造，即增加一道激光穿孔步驟，就可以進行生產。雖然可以降低量產時的生產成本，提高良品片的產率；但是，真實量產中的復雜性還是會增加MWT電池大規(guī)模量產的難度。MWT技術還可以融合其他產業(yè)化新技術，綜合考慮組件效率、技術成熟性、市場占有率以及采購訂貨時的可選擇余地等因素，MWT技術與其他產業(yè)化新技術融合起來的效果甚至要好于單個技術增益的相加。。

4 TOPCon技術

隧穿氧化層鈍化接觸技術（TunnelOxidePassivatedContact，簡稱“TOPCon”），主要應用于電池背表面，由一層極薄的氧化層和多晶硅薄層組成。多晶硅薄層在摻雜激活后與氧化層共同作用于背表面，對少數載流子有較好的鈍化作用，對多數載流子有極好的導電性；作用；隨后在其表面使用金屬化工藝，就可以得到不需要開孔的鈍化接觸，從而大幅度降低金屬接觸時的復合電流。

TOPCon技術被看作是PERC電池中最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g?？鐕夥O備巨頭梅耶博格（Meyer Burger）已經開發(fā)了升級現有PERC產線的技術方案，該方案可使PERC電池量產效率提升至23%以上。繼PERC之后，以TOPCon為代表的鈍化接觸技術或成為下一個技術風口。

圖2 MWT電池技術

5 疊瓦、疊焊技術

疊瓦技術（如圖3所示）是通過電池片相互疊蓋實現電池片間的串聯(lián)，中間采用導電膠，增大了受光面積，單晶多晶電池片均可使用該技術。疊瓦技術與其他技術有很好的兼容性，如PERC、半片、雙面、HIT和多主柵等。目前國內多數廠商具備量產疊瓦組件的能力，賽拉弗的60片量產化組件最高可達330 Wp，該組件在疊瓦技術的基礎上融合了PERC和半片技術。

疊焊技術（如圖3所示），與疊瓦技術類似，只是疊片之間采用焊帶來實現互聯(lián)。隆基集團股份有限公司、天合光能股份有限公司都有該產品，可以與PERC、半片和多主柵兼容。

圖3 疊瓦、疊焊技術

6 拼片技術

拼片組件（如圖4所示），指通過特殊的焊接方式來實現片間距的縮小與三角焊帶的互聯(lián)焊接，對電池及其他物料的利用率都達到了極致。拼片組件正面采用三角焊帶連接方式，根據光的折射原理，三角形焊帶可利所有垂直入射光和斜射光；而扁焊帶、圓焊帶則不能達到上訴效果。從制造工藝角度來講，三角焊帶比圓形焊帶更方便，三角焊帶接觸面大，對虛焊有很大的改變，虛焊控制在3%。

2019年8月22日，合肥中南光電有限公司拼片組件首次量產出貨，組件轉換效率≈20.42%。

圖4 拼片技術

7 黑硅技術

制備黑硅所采用的技術主要有：1）激光刻蝕法。2）氣相腐蝕法。3）反應離子刻蝕法（Reactive Ion Etching，簡稱“RIE”）。4）金屬催化化學腐蝕法（Metal Catalyzed Chemical Etching，簡稱“MCCE”）。目前，具有量產可能性并已有量產的黑硅技術主要是RIE。

黑硅若搭配多晶硅片結合金剛線切技術，在常規(guī)組件的基礎上轉換效率提升約0.6%，降低成本兼提高效率雙贏的局面也將帶動P型多晶持續(xù)往更高效發(fā)展。

2019年，保利協(xié)鑫能源控股有限公司多晶黑硅PERC組件的量產平均效率達到21.5%，對應60片組件功率達到300 W以上。

8 雙面電池（N型、P型）

P型雙面電池背面最少可增加5%的發(fā)電量，N型雙面電池背面最少可增加10%的發(fā)電量。硼是P型硅片的主要摻雜元素，光照條件下產生硼氧復合對，P型電池有明顯的光致衰減。

N型硅片，正面硼擴散形成P+層，背面磷擴散形成N+層，雙面沉積氮化硅減反膜，最后印刷銀電極。N型硅片的主要參加原物為磷，光照條件下產生無硼氧復合對，N型電池無光致衰減。

9 多主柵技術

多主柵技術（Multi BusBar，簡稱“MBB”）（如圖5所示），目前常用的是9主柵或11主柵。MBB主柵結構的設計能夠有效降低電池內阻，并減少封裝損失，提升組件電學性能。根據各企業(yè)發(fā)布的數據，MBB組件的輸出功率可以比常規(guī)5BB組件提升5 W～10 W。

從技術角度來看，MBB電池可以縮短電流在細柵上的傳導距離，電池電流搜集路徑縮短50%以上，從而降低橫向電阻的損失。封裝后，組件銅導線的傳輸通道相應增加50%左右，組件層面電阻降低10%～15%。

為了增加有效受光面積，普遍采用更細更窄的主柵設計，可以減少3%遮光。隨著主柵由寬線變?yōu)辄c狀PAD電極，銀漿耗量可減少約15%，從而降低組件生產成本。使用傳統(tǒng)扁平/方型焊帶時，焊帶上方的入射光基本被反射損失掉，而圓形焊帶上方的入射光經過玻璃二次反射可被電池片有效吸收利用，從而提高光生載流子的收集率?！皥A焊帶相比平焊帶區(qū)域光學利用率提升了30%～40%，同時焊帶遮光面積基本一致。”

圖5 多主柵技術

同時，由于柵線密度增大，間隔小，即使電池片出現隱裂和碎片，多主柵電池功損率也會減少，仍能繼續(xù)保持較好的發(fā)電狀態(tài)。此外，焊接后焊帶在電池片上的分布更為均勻，分散了電池片封裝應力，從而提升了電池片的機械性能，抗隱裂能力也大大增強。

10 半片技術

由于半片電池片是把標準電池片對半均割后得到的。因此，其內部的電流減少一半。隨著電流的減少，電池內部的功率損耗降低。而功率損耗通常與電流的平方成比例，因此整個組件的功率損耗減小為1/4（Ploss=RI2，其中R是電阻，I是電流）。降低半片電池片功率損耗，可使其具有更大的填充因數和更高的轉化效率，也就能獲得更大的發(fā)電量，尤其是在高輻射的環(huán)境中，這種效果更為明顯。組件具有較大的填充因數，意味著其內部串聯(lián)電阻較小，其內部的電流損耗也較小[2]。與標準組件相比，新設計改善了電池片在遮擋或早晚條件下的電學性能。標準組件以縱向方向安裝，底部被遮蔭，就會因為旁路二極管關閉整串電池片組，而導致整個組件輸出功率為0。而半片組件得益于2個部分電池片串組的布局，可確保在相同條件下，其輸出功率至少能保持原先的50%。

11 大電池片技術

自210 mm及182 mm的大尺寸硅片問世之后，很多企業(yè)陷入糾結。無論是182 mm 還是210 mm的硅片，拉晶爐、切片機、電池線體和組件線體等都要進行改造升級或更換全新設備才能工作。這對于企業(yè)來說，都需要投入一大筆資金。從現有的158.75 mm以及166 mm產線升級來看，182 mm工藝跨度更小，設備和工藝現有成熟度更高，因此新配或者升級產線的難度和成本更低，且現階段產品良率更為正常。行業(yè)專家建議，182 mm的優(yōu)勢在于產業(yè)生態(tài)更成熟，182 mm符合當前上下游發(fā)展程度的最優(yōu)尺寸硅片，也是現階段的首選。210 mm電池對制造設備要求甚高，綜合良率與效率來看，并非目前的最優(yōu)選擇。

12 PERC技術

鈍化發(fā)射極及背局域接觸結構（passivated emitter and real cell structure），最早是由新南威爾士大學研發(fā)的。由于對電池進行了雙面鈍化，背面電極采用局域接觸的形式，有效地降低了表面復合的概率，減少了電池翹曲斷裂的情況。另外，該技術對電池背面進行了拋光處理，提高了電池對長波的吸收。

PERC技術可用于多晶與單晶電池片。其中單晶的效率提升較為顯著，在常規(guī)組件的基礎上，轉換效率提升約1%，而對多晶的影響就沒有那么明顯，轉換效率提升約0.4%。PERC電池從2014年開始有實際量產，隨后各地廠商迅速擴充產能；在2016年下半年已經進入主流市場。通過集成選擇性發(fā)射極（SE）技術、先進漿料與金屬化工藝等，2019年PERC電池量產效率已經達到22.5%以上。

在當前N型、TopCon技術尚未得到實證，HIT異質結成本過高，鈣鈦礦等的情況下，未來3年，PERC或將成為組件市場的標配。

13 SE技術

選擇性發(fā)射極（SE）太陽電池，即在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進行高濃度摻雜；在電極以外的區(qū)域進行低濃度摻雜。這樣既降低了硅片和電極之間的接觸電阻，又降低了表面的復合，提高了少子壽命，從而提高轉換效率。

SE技術跟PERC技術相結合，可以使電池的量產效率輕易突破22.6%。

以上是光伏組件前沿技術的特點分析，不同的技術類型及運行方式對光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力有直接的影響，不同的地區(qū)、地形、緯度都需因地制宜，選擇最適合的光伏組件來保證項目收益率最大化。