王淼源

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京 100160）

為了不斷提高晶硅電池的轉(zhuǎn)換效率和發(fā)電量，目前多數(shù)企業(yè)都在研發(fā)相關(guān)的技術(shù)，其中最前沿的技術(shù)主要有IBC、HIT、MWT和TopCon技術(shù)等。為了達(dá)到最高的性價(jià)比，現(xiàn)階段可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)且主要推行的是疊瓦、疊焊、拼片、黑硅技術(shù)、雙面電池（N型、P型）、多主柵技術(shù)、半片技術(shù)、大電池片技術(shù)以及PERC技術(shù)等。

1 IBC技術(shù)

叉指狀背接觸電池（Interdigitated Back Contact，簡(jiǎn)稱“IBC”），最早是由Schwartz和Lammertz在1975年提出來(lái)的，它將PN結(jié)、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(shí)不需要前表面減反射結(jié)構(gòu)對(duì)電極接觸的影響，為實(shí)現(xiàn)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(duì)電池光學(xué)方面的影響，因此設(shè)計(jì)時(shí)可以更加專注于提高電池的電性能。

2 HJT技術(shù)

硅基異質(zhì)結(jié)（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(zhì)結(jié)電池具有更高的開(kāi)路電壓和光電轉(zhuǎn)換效率[1]。目前其量產(chǎn)效率可達(dá)23%。2019年全球HJT已有產(chǎn)能約3 GW，預(yù)計(jì)2020年將有4-7GW以上的HJT新增產(chǎn)能投放。

圖1 HIT電池技術(shù)

3 MWT技術(shù)

金屬穿孔卷繞技術(shù)（Metallization Wrap Through，簡(jiǎn)稱“MWT”）。如圖2所示，將位于正面發(fā)射極的接觸電極穿過(guò)硅片基體引導(dǎo)到硅片背面，達(dá)到減少遮光面積的效果。工作人員僅需要對(duì)現(xiàn)有硅基電池生產(chǎn)線的量產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，即增加一道激光穿孔步驟，就可以進(jìn)行生產(chǎn)。雖然可以降低量產(chǎn)時(shí)的生產(chǎn)成本，提高良品片的產(chǎn)率；但是，真實(shí)量產(chǎn)中的復(fù)雜性還是會(huì)增加MWT電池大規(guī)模量產(chǎn)的難度。MWT技術(shù)還可以融合其他產(chǎn)業(yè)化新技術(shù)，綜合考慮組件效率、技術(shù)成熟性、市場(chǎng)占有率以及采購(gòu)訂貨時(shí)的可選擇余地等因素，MWT技術(shù)與其他產(chǎn)業(yè)化新技術(shù)融合起來(lái)的效果甚至要好于單個(gè)技術(shù)增益的相加。。

4 TOPCon技術(shù)

隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)（TunnelOxidePassivatedContact，簡(jiǎn)稱“TOPCon”），主要應(yīng)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(duì)少數(shù)載流子有較好的鈍化作用，對(duì)多數(shù)載流子有極好的導(dǎo)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(kāi)孔的鈍化接觸，從而大幅度降低金屬接觸時(shí)的復(fù)合電流。

TOPCon技術(shù)被看作是PERC電池中最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。跨國(guó)光伏設(shè)備巨頭梅耶博格（Meyer Burger）已經(jīng)開(kāi)發(fā)了升級(jí)現(xiàn)有PERC產(chǎn)線的技術(shù)方案，該方案可使PERC電池量產(chǎn)效率提升至23%以上。繼PERC之后，以TOPCon為代表的鈍化接觸技術(shù)或成為下一個(gè)技術(shù)風(fēng)口。

圖2 MWT電池技術(shù)

5 疊瓦、疊焊技術(shù)

疊瓦技術(shù)（如圖3所示）是通過(guò)電池片相互疊蓋實(shí)現(xiàn)電池片間的串聯(lián)，中間采用導(dǎo)電膠，增大了受光面積，單晶多晶電池片均可使用該技術(shù)。疊瓦技術(shù)與其他技術(shù)有很好的兼容性，如PERC、半片、雙面、HIT和多主柵等。目前國(guó)內(nèi)多數(shù)廠商具備量產(chǎn)疊瓦組件的能力，賽拉弗的60片量產(chǎn)化組件最高可達(dá)330 Wp，該組件在疊瓦技術(shù)的基礎(chǔ)上融合了PERC和半片技術(shù)。

疊焊技術(shù)（如圖3所示），與疊瓦技術(shù)類似，只是疊片之間采用焊帶來(lái)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。隆基集團(tuán)股份有限公司、天合光能股份有限公司都有該產(chǎn)品，可以與PERC、半片和多主柵兼容。

圖3 疊瓦、疊焊技術(shù)

6 拼片技術(shù)

拼片組件（如圖4所示），指通過(guò)特殊的焊接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)片間距的縮小與三角焊帶的互聯(lián)焊接，對(duì)電池及其他物料的利用率都達(dá)到了極致。拼片組件正面采用三角焊帶連接方式，根據(jù)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(dá)到上訴效果。從制造工藝角度來(lái)講，三角焊帶比圓形焊帶更方便，三角焊帶接觸面大，對(duì)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(chǎn)出貨，組件轉(zhuǎn)換效率≈20.42%。

圖4 拼片技術(shù)

7 黑硅技術(shù)

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

黑硅若搭配多晶硅片結(jié)合金剛線切技術(shù)，在常規(guī)組件的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)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(dòng)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(chǎn)平均效率達(dá)到21.5%，對(duì)應(yīng)60片組件功率達(dá)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(chǎn)生硼氧復(fù)合對(duì)，P型電池有明顯的光致衰減。

N型硅片，正面硼擴(kuò)散形成P+層，背面磷擴(kuò)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(chǎn)生無(wú)硼氧復(fù)合對(duì)，N型電池?zé)o光致衰減。

9 多主柵技術(shù)

多主柵技術(shù)（Multi BusBar，簡(jiǎn)稱“MBB”）（如圖5所示），目前常用的是9主柵或11主柵。MBB主柵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠有效降低電池內(nèi)阻，并減少封裝損失，提升組件電學(xué)性能。根據(jù)各企業(yè)發(fā)布的數(shù)據(jù)，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(shù)角度來(lái)看，MBB電池可以縮短電流在細(xì)柵上的傳導(dǎo)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(dǎo)線的傳輸通道相應(yīng)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(xì)更窄的主柵設(shè)計(jì)，可以減少3%遮光。隨著主柵由寬線變?yōu)辄c(diǎn)狀PAD電極，銀漿耗量可減少約15%，從而降低組件生產(chǎn)成本。使用傳統(tǒng)扁平/方型焊帶時(shí)，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(jīng)過(guò)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。“圓焊帶相比平焊帶區(qū)域光學(xué)利用率提升了30%～40%，同時(shí)焊帶遮光面積基本一致?！?/p>

圖5 多主柵技術(shù)

同時(shí)，由于柵線密度增大，間隔小，即使電池片出現(xiàn)隱裂和碎片，多主柵電池功損率也會(huì)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(yīng)力，從而提升了電池片的機(jī)械性能，抗隱裂能力也大大增強(qiáng)。

10 半片技術(shù)

由于半片電池片是把標(biāo)準(zhǔn)電池片對(duì)半均割后得到的。因此，其內(nèi)部的電流減少一半。隨著電流的減少，電池內(nèi)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(gè)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(shù)和更高的轉(zhuǎn)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(shù)，意味著其內(nèi)部串聯(lián)電阻較小，其內(nèi)部的電流損耗也較小[2]。與標(biāo)準(zhǔn)組件相比，新設(shè)計(jì)改善了電池片在遮擋或早晚?xiàng)l件下的電學(xué)性能。標(biāo)準(zhǔn)組件以縱向方向安裝，底部被遮蔭，就會(huì)因?yàn)榕月范O管關(guān)閉整串電池片組，而導(dǎo)致整個(gè)組件輸出功率為0。而半片組件得益于2個(gè)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(shù)

自210 mm及182 mm的大尺寸硅片問(wèn)世之后，很多企業(yè)陷入糾結(jié)。無(wú)論是182 mm 還是210 mm的硅片，拉晶爐、切片機(jī)、電池線體和組件線體等都要進(jìn)行改造升級(jí)或更換全新設(shè)備才能工作。這對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，都需要投入一大筆資金。從現(xiàn)有的158.75 mm以及166 mm產(chǎn)線升級(jí)來(lái)看，182 mm工藝跨度更小，設(shè)備和工藝現(xiàn)有成熟度更高，因此新配或者升級(jí)產(chǎn)線的難度和成本更低，且現(xiàn)階段產(chǎn)品良率更為正常。行業(yè)專家建議，182 mm的優(yōu)勢(shì)在于產(chǎn)業(yè)生態(tài)更成熟，182 mm符合當(dāng)前上下游發(fā)展程度的最優(yōu)尺寸硅片，也是現(xiàn)階段的首選。210 mm電池對(duì)制造設(shè)備要求甚高，綜合良率與效率來(lái)看，并非目前的最優(yōu)選擇。

12 PERC技術(shù)

鈍化發(fā)射極及背局域接觸結(jié)構(gòu)（passivated emitter and real cell structure），最早是由新南威爾士大學(xué)研發(fā)的。由于對(duì)電池進(jìn)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(fù)合的概率，減少了電池翹曲斷裂的情況。另外，該技術(shù)對(duì)電池背面進(jìn)行了拋光處理，提高了電池對(duì)長(zhǎng)波的吸收。

PERC技術(shù)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(chǔ)上，轉(zhuǎn)換效率提升約1%，而對(duì)多晶的影響就沒(méi)有那么明顯，轉(zhuǎn)換效率提升約0.4%。PERC電池從2014年開(kāi)始有實(shí)際量產(chǎn)，隨后各地廠商迅速擴(kuò)充產(chǎn)能；在2016年下半年已經(jīng)進(jìn)入主流市場(chǎng)。通過(guò)集成選擇性發(fā)射極（SE）技術(shù)、先進(jìn)漿料與金屬化工藝等，2019年P(guān)ERC電池量產(chǎn)效率已經(jīng)達(dá)到22.5%以上。

在當(dāng)前N型、TopCon技術(shù)尚未得到實(shí)證，HIT異質(zhì)結(jié)成本過(guò)高，鈣鈦礦等的情況下，未來(lái)3年，PERC或?qū)⒊蔀榻M件市場(chǎng)的標(biāo)配。

13 SE技術(shù)

選擇性發(fā)射極（SE）太陽(yáng)電池，即在金屬柵線與硅片接觸部位及其附近進(jìn)行高濃度摻雜；在電極以外的區(qū)域進(jìn)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(fù)合，提高了少子壽命，從而提高轉(zhuǎn)換效率。

SE技術(shù)跟PERC技術(shù)相結(jié)合，可以使電池的量產(chǎn)效率輕易突破22.6%。

以上是光伏組件前沿技術(shù)的特點(diǎn)分析，不同的技術(shù)類型及運(yùn)行方式對(duì)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(lái)保證項(xiàng)目收益率最大化。