HJT和HJT之爭？中科院王文靜：未來兩者或趨于同化

:PERC之后是什么？在技術(shù)快速更新迭代的光伏行業(yè)，這已經(jīng)成為很多企業(yè)關(guān)注的問題。其中，N型電池技術(shù)異質(zhì)結(jié)（HJT）與鈍化接觸（TOPCon）是當(dāng)前呼聲最高的PERC下一代電池技術(shù)，關(guān)于HJT和TOPCon誰更有競爭優(yōu)勢的討論也越來越多。

（來源：微信公眾號“光伏們”作者：饒麗霞）

在10月30日摩爾光伏主辦的“第二屆異質(zhì)結(jié)（HJT）與鈍化接觸（TOPCon）量產(chǎn)技術(shù)發(fā)展論壇”上，中科院電工所研究員王文靜提出了一個(gè)觀點(diǎn)：“從近一兩年國際上的技術(shù)研發(fā)來看，由于HJT與TOPCon電池技術(shù)各自遇到一些難題，未來兩種技術(shù)將趨向同一種技術(shù)方向融合?！?/p>

為什么HJT與TOPCon技術(shù)趨向融合？

這要從HJT和TOPCon的電池結(jié)構(gòu)說起。

異質(zhì)結(jié)涉及的技術(shù)包括摻雜層、TCO、電極、主柵和組件技術(shù)，其中摻雜層目前主流的是非晶硅態(tài)，但是現(xiàn)在也已經(jīng)有關(guān)于納米晶硅、微晶硅、多晶硅、碳化硅、氧化硅等結(jié)晶態(tài)的研究。

TOPCon技術(shù)實(shí)際上分為兩種，目前國內(nèi)大多是單面TOPCon技術(shù)，但是國外已經(jīng)有雙面TOPCon技術(shù)的研究，也就是所謂的POLO結(jié)構(gòu)。TOPCon（POLO）涉及的技術(shù)主要包括鈍化層、摻雜層、TCO、電極、主柵和組件技術(shù)，值得注意的是，POLO電池中最外層不是常規(guī)的SiN、Al2O3作為鈍化膜，而是TCO層，那么異質(zhì)結(jié)的TCO技術(shù)也可應(yīng)用到POLO電池當(dāng)中。

王文靜表示，對于HJT電池，使用晶化率較高的摻雜納米晶硅和摻雜微晶硅代替摻雜非晶硅可以減小寄生吸收、增加橫向?qū)щ娦?、減小帶隙失配、減小對低溫銀漿溫度的限制；而對于TOPCon電池，通過使用TCO導(dǎo)電膜，可以減低對多晶硅電導(dǎo)特性的要求，減薄多晶硅層的厚度，并且可以使用原位摻雜，減少工藝步驟。

如下圖所示，若HJT電池向納米晶硅、微晶硅發(fā)展，而TOPCon電池向ITO/TCO發(fā)展，兩者電池結(jié)構(gòu)基本趨于一致。

為什么HJT可能向納米晶硅和微晶硅發(fā)展？

異質(zhì)結(jié)的基本原理與非晶硅的晶化率、電導(dǎo)率和吸收率相關(guān)。如果把非晶硅的晶化率提高一點(diǎn)，電導(dǎo)率會大幅提高，而自吸收則下降，前者可以減少ITO橫向電導(dǎo)的壓力，后者可以使前表面非晶硅層做厚一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更好的鈍化效果。

為什么異質(zhì)結(jié)電池要向納米晶硅和微晶硅轉(zhuǎn)變呢？一是因?yàn)閷拵兜姆蔷Ч韬驼瓗兜膯尉Ч柚g的帶隙失配較大，產(chǎn)生的勢壘導(dǎo)致少數(shù)載流子躍遷比較困難，導(dǎo)致電流過低，從各種最高效率電池也可以看出來，異質(zhì)結(jié)的電流相較同質(zhì)結(jié)電池的電流而言總是更低一些。

因此，有人開始研究通過微晶化來減少帶隙勢壘，增大電流。在今年歐洲光伏會議上，有研究結(jié)果顯示，通過使用SiOx和微晶硅結(jié)構(gòu)，晶化率得到提升，效率也有所提升。說明已有實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果來支撐異質(zhì)結(jié)向微晶硅轉(zhuǎn)變的這一理論。

二是同樣的柵線寬度下，漿料溫度較低則電阻更大，用的銀漿也會比較多，因此提高漿料溫度可以降低電阻率。眾所周知，異質(zhì)結(jié)與其他電池在工藝上有一明顯的差別就是異質(zhì)結(jié)需采用低溫工藝，這一工藝對產(chǎn)品的品質(zhì)影響也很大。而當(dāng)使用微晶硅代替發(fā)射極非晶硅時(shí)，ITO的忍受度更大，漿料可能可以從200℃提升到300℃甚至350℃，這對電極導(dǎo)電性有著正面的影響。

三是低溫非晶硅層要求串焊溫度比較低，這也意味著串焊難度更大，易導(dǎo)致串焊損失。目前歐洲已有實(shí)驗(yàn)室在研究提升異質(zhì)結(jié)對溫度的耐受力，這對漿料、導(dǎo)電性、串焊等有正面的提升。同樣，使用微晶硅的話，串焊可能可以使用如大于300℃的中溫焊接。

為什么TOPCon電池使用TCO層強(qiáng)化導(dǎo)電性？

目前TOPCon主要是以SiNX、Al2O3作為表面鈍化層，那么為什么未來可能向ITO/TCO轉(zhuǎn)變呢？王文靜表示，主要是由于TOPCon目前主要面臨的幾個(gè)問題，一是TOPCon中制備過厚的多晶硅膜層難度比較大，且自吸收現(xiàn)象比較嚴(yán)重；二是多晶硅層較?。ㄈ?00nm甚至更薄）則容易導(dǎo)致高溫漿料燒穿，由于目前國內(nèi)都只是做單面TOPCon，如果是在背表面被燒穿問題還不算大，最多鈍化效果被破壞了一點(diǎn)，影響轉(zhuǎn)換效率，但如果未來做雙面TOPCon，正表面被燒穿的話引起PN結(jié)短路，整個(gè)電池就會失效；三是同質(zhì)結(jié)摻硼的難度較大，未來TOPCon應(yīng)該盡量避免使用硼擴(kuò)。

TOPCon面臨著這一系列的問題，有沒有可能解決呢？答案是肯定的。單面TOPCon對效率的提升有限，但是如果要在正表面也做TOPCon，工藝步驟會擴(kuò)展到14步，更加復(fù)雜的工藝相應(yīng)成本也會更高。而如果雙面TOPCon往異質(zhì)結(jié)的平面技術(shù)融合，用異質(zhì)結(jié)的工藝技術(shù)來做TOPCon，只是比異質(zhì)結(jié)多了一步高溫晶化退火，工藝可以簡化到7步。

除了簡化工藝外，POLO電池外層使用TCO也可以解決上述TOPCon面臨的問題，一方面可以減薄多晶硅層，減少自吸收，同時(shí)避免燒穿，而且避免了硼擴(kuò)散。但是由于TCO溫度較低，不得不使用低溫漿料。目前也有歐洲機(jī)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，通過在多晶硅外層的AZO（相較ITO更便宜）外層加上一層AlOX/SiNX蓋帽層，可以經(jīng)受大約900℃的高溫?zé)Y(jié)。

王文靜認(rèn)為，技術(shù)融合是未來的發(fā)展趨勢，如果HJT和TOPCon趨于融合，未來的設(shè)備發(fā)展也會趨于使用全平面型的技術(shù)制備電池，主要設(shè)備為PECVD和PVD，一臺PECVD機(jī)臺即可制備兩種技術(shù)所需的非晶硅、微晶硅、多晶硅膜等，兩者設(shè)備也趨于一致?！拔磥砜赡懿辉偈荋JT和TOPCon的競爭，而是變成傳統(tǒng)的同質(zhì)結(jié)擴(kuò)散技術(shù)和全平面長膜技術(shù)的競爭?！?/p>

原標(biāo)題:HJT和TOPCon之爭？中科院王文靜：未來兩者或趨于同化