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編者按：進(jìn)入后PERC時代后，目前各大電池廠商均有布局TOPCon、HJT、IBC電池 ，TOPCon 電池產(chǎn)能主要以原有 PERC/PERT 電池廠商布局為主，HJT電池早期產(chǎn)能主要以松下、漢能、晉能、鈞石、中智為主，誰將成為主力軍，我們拭目以待。

根據(jù)晶硅太陽能電池的工作原理，要實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率（η=FF*Voc*Jsc/Pin）需要高的填充 因子（FF）、開路電壓（Voc）和短路電流密度（Jsc）。目前產(chǎn)業(yè)化主要是通過增大光生電流如 IBC、HBC 電池（增加光照面積，提高 Jsc） ，以及提高少子壽命如異質(zhì)結(jié)、TOPCon（優(yōu)化鈍 化性能，提高 Voc）實現(xiàn)。


（一）主要新型高效電池介紹

異質(zhì)結(jié)電池（Heterojunction，HJT）：由兩種不同的材料組成，即在晶硅和非晶硅薄膜之 間形成 PN 結(jié)，因此它兼具晶硅電池優(yōu)異的光吸收性能和薄膜電池的鈍化性能。具體是在 N 型晶 體硅片正反兩面依次沉積厚度為 5-10nm 的本征和摻雜的非晶硅薄膜，以及透明導(dǎo)電氧化物 (Transparent Conductive Oxide，TCO) 薄膜，從上到下依次形成了 TCO-N-i-N-i-P-TCO 的對稱結(jié)構(gòu)。

隧穿氧化鈍化接觸電池（Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon）：前表面與 N-PERT 電池沒有本質(zhì)區(qū)別，主要區(qū)別在于采用超薄二氧化硅（SiO2）隧道層和摻雜非晶硅鈍化背面。其 中 SiO2 厚度 1-2nm，可使多子隧穿通過同時阻擋少子復(fù)合；摻雜的非晶硅厚度 20-200nm，經(jīng) 過退火工藝使非晶硅重新結(jié)晶為多晶硅，可同時加強(qiáng)鈍化效果，避免了在鈍化膜上激光開槽，能有效減少少子復(fù)合，提高電池的開路電壓和填充因子，進(jìn)而提高電池效率。

交叉背接觸或全背電極接觸電池(Interdigitated Back Contact，IBC)：前表面是 N+的前場 區(qū) FSF 和 SiNx 減反層，背表面為交叉排列的 P 區(qū)和 N 區(qū)，正面無金屬柵線電極遮擋，因此可 以更高的短路電流。IBC 電池工藝的難點(diǎn)是背面交叉分布的 P 區(qū)和 N 區(qū)，以及背部金屬電極的 制作。

異質(zhì)結(jié)背接觸電池（Heterojunction Back Contact，HBC）：將 HJT 非晶硅薄膜技術(shù)應(yīng)用 于 IBC 電池結(jié)構(gòu)，可同時獲得高的短路電流和開路電壓。2016 年、2017 年日本 Kaneka 公司研 發(fā)的 HBC 電池分別創(chuàng)下 26.33%和 26.63%的轉(zhuǎn)化效率世界紀(jì)錄。該電池正面無金屬電極遮擋， 背部 P、N 區(qū)呈現(xiàn)交叉排列，本征非晶硅薄膜（i:a-Si）作為雙面鈍化層，具有優(yōu)異的鈍化效果。



雙/多結(jié)疊層電池（Tandem / Multi-junction）：將帶隙不同的兩個或多個子電池按帶隙大小依次串聯(lián)在一起. 當(dāng)太陽光入射時, 高能量光子先被帶隙大的子電池吸收, 隨后低能量光子再被 帶隙較窄的子電池吸收，既增加了對低能量端光譜的吸收率，又降低了高能量光子的能量損失， 可以顯著提高電池效率。PERC、HJT 等均為單結(jié)電池，理論極限效率僅為 29.43%，而由鈣鈦 礦（Perovskite）和晶體硅構(gòu)成的雙結(jié)疊層電池理論效率最高可提高到 43%，是未來太陽能電池 效率大幅提升的重要技術(shù)路線。



根據(jù)ISFH的測算，PERC、HJT、TOPCon電池的理論極限效率分別為24.5%、27.5%、28.7%，其中TOPCon十分接近單結(jié)電池的極限效率29.43%。目前PERC、HJT、TOPCon電池的最高效率紀(jì)錄依次為24.06%（隆基）、25.11%（漢能）、25.70%（Fraunhofor）， 平均量產(chǎn)效率依次為22.5%、23.7%、23.5%左右，其中HJT和TOPCon效率均處于起步階段，未來具有非常大的提升空間。

（二）新型高效電池量產(chǎn)工藝比較

目前實現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)（>1GW）的新型高效電池主要包括TOPCon、HJT和IBC三種，HBC、疊層電池暫時還處于實驗室研發(fā)階段。從生產(chǎn)工藝來看，IBC電池工藝最難最復(fù)雜，TOPCon次之，HJT電池工藝最簡單、步驟最少（核心工藝僅4步）。從生產(chǎn)設(shè)備來看，TOPCon電池兼容 性最高，可從PERC/PERT產(chǎn)線升級，IBC次之，HJT電池完全不兼容現(xiàn)有設(shè)備，需要新建產(chǎn)線。

1）TOPCon電池采用N型硅片，需要在PERC產(chǎn)線上增加硼擴(kuò)設(shè)備，背面的SiO2隧穿層 和摻雜多晶硅層，分別采用原位熱氧和原位摻雜的方式在 LPCVD（低壓化學(xué)氣相沉積） 中沉積，因此還需要在 PERC 產(chǎn)線上增加 LPCVD 和濕法刻蝕設(shè)備。

2）HJT電池由于采用晶硅/非晶硅異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（PN結(jié)由不同材料構(gòu)成），最高工藝溫度不 能超過非晶硅薄膜形成溫度（<200℃），因此在后續(xù)采用低溫固化工藝替代高溫?zé)Y(jié)。低溫工藝對設(shè)備、工藝、材料和潔凈度提出更高的要求（高溫工藝可吸除雜質(zhì)），因此 需要重新新建產(chǎn)線，且相關(guān)設(shè)備投資成本較高，是PERC的2~4倍。但是HJT電池天 然的對稱結(jié)構(gòu)有利于自動化生產(chǎn)，減少生產(chǎn)步驟，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。

3）IBC電池需要在背面制成交叉分布的P區(qū)和N區(qū)，增加了制作掩膜和激光開槽兩道工序，同時由于摻雜區(qū)面積較小，采用 PERC 工藝中的熱擴(kuò)散爐不易控制精度，需要使用半導(dǎo) 體生產(chǎn)中的離子注入工藝，提高了生產(chǎn)的技術(shù)門檻和成本。


（三）新型高效電池經(jīng)濟(jì)性分析

在目前可量產(chǎn)的新型高效電池中，HJT電池的設(shè)備投資成本最高，約為5~10億元/GW，而PERC僅需2.5~3億元/GW，HJT電池設(shè)備成本為PERC投資成本的2~4倍。

TOPCon電池與PERC產(chǎn)線兼容度高，可從PERC產(chǎn)線改造升級，改造成本為0.5~1 億元/GW左右，新建產(chǎn)線設(shè)備投資成本約3~3.2億元/GW，較PERC 高 20%~30%左右，是目前初 始投資成本最低的 N 型高效電池之一。 （四）新型高效電池量產(chǎn)情況

目前各大電池廠商均有布局TOPCon、HJT、IBC電池，不過產(chǎn)線規(guī)模大部分都為MW級別，以中試線居多，形成量產(chǎn)穩(wěn)定供貨的企業(yè)比較少。

1）TOPCon 電池產(chǎn)能主要以原有 PERC/PERT 電池廠商布局為主，2019年新擴(kuò)產(chǎn)PERC產(chǎn)線大都預(yù)留了升級空間。國內(nèi)目前中來股份已具有2.4GW的量產(chǎn)產(chǎn)能，2019年天合光能發(fā)布TOPCon組件新產(chǎn)品，未來產(chǎn)能有望進(jìn)一步提升；海外方面，LG和REC在TOPCon技術(shù)均有量產(chǎn)產(chǎn)能（>1GW） 。

2）HJT電池早期產(chǎn)能主要以松下、漢能、晉能、鈞石、中智為主，但產(chǎn)能規(guī)模都在100MW左右，近兩年隨著異質(zhì)結(jié)投資受到關(guān)注，通威、愛康、彩虹、山煤國際等新入企業(yè)紛紛宣布了GW級別的產(chǎn)能規(guī)劃。截止到2019年底，HJT已規(guī)劃產(chǎn)能已超過30GW，但實 際落地產(chǎn)能僅合計2GW左右。

3）IBC電池目前僅有Sunpower（>1GW）和黃河水電（>200MW）實現(xiàn)量產(chǎn)供貨，其他 廠商目前仍處于研發(fā)階段。

原標(biāo)題：后PERC時代，TOPCon還是HJT？