HJT 為什么比TOPCon疊加鈣鈦礦有優(yōu)勢(shì)？
HJT 為什么比TOPCon疊加鈣鈦礦有優(yōu)勢(shì)？
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原創(chuàng)領(lǐng)先；特約評(píng)論，透視在線；專家解讀，信息前沿；全球視野，技術(shù)專業(yè)。 提供屋頂光伏組件排水除泥解決方案。
一般來說,相比Topcon 電池,異質(zhì)結(jié)電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層更為理想。
一是異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)相比Topcon 電池本身更適合疊層: 因?yàn)殁}礦電池與異質(zhì)結(jié)電池進(jìn)行疊層，異質(zhì)結(jié)電池表面本身就是 TCO，異質(zhì)結(jié)電池的產(chǎn)線無需做更改,而Topcon 電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層,Topcon 正面的氮化硅和氧化鋁由于是絕緣體不能導(dǎo)電,需要先把氧化鋁和化硅去掉,或加入進(jìn)一步摻雜和鈍化工
二是Topcon電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層的話自身基于電流高的效率優(yōu)勢(shì)會(huì)被浪費(fèi): 從實(shí)際量產(chǎn)效率來看,Topcon 和異質(zhì)結(jié)相差不大，但效率的構(gòu)成參數(shù)不同,異質(zhì)結(jié)電池電壓高,電流低,Topcon 電池開壓不高,但電流比較高,主要原因?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)表面 TCO 的透光性不如 Topcon 表面的氮化硅。
如果做疊層電池，異質(zhì)結(jié)受光面 TCO 依然是 TCO,Topcon 表面也需要變成 TCO,那么 Topcon 電池本身電流高的優(yōu)勢(shì)就沒有了,理論上鈣鈦礦-Topcon 疊層電池的效率相比 HIJT-鈣鈦礦疊層電池更低。不過鈣鈦礦-Topcon 疊層電池依然值得關(guān)注，2022年6月,
澳大利亞國(guó)立大學(xué) Klaus Weber，北京大學(xué)周歡萍以及晶科能源 PeitingZheng等人使用 Topcon晶硅電池作為底部電池,以及鈣鈦礦薄膜作為頂部電池制備了單片鈣鈦礦/Topcon 層器件。該器件的效率為 27.6%。
三是鈣鈦礦/HJT 層電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu),輸出超高電壓提高轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦與異質(zhì)結(jié)具有良好的疊層電池匹配度,可形成較單結(jié) PSCs 效率更高的疊層電池,異質(zhì)結(jié)是指將P型半導(dǎo)體與N 型半導(dǎo)體制作在同一塊硅基片上,在交界面形成的空間電荷區(qū)(PN結(jié)),具有單向?qū)щ娦浴＞哂斜菊鞣蔷拥墓璁愘|(zhì)結(jié)電池片中同時(shí)存在晶體和非晶體級(jí)別的硅,非晶硅能更好地實(shí)現(xiàn)鈍化效果,提高開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。層電池根據(jù)禁帶寬度從小到大,可依次將不同材料按從底向頂順序而組成疊層電池上面是鈣鈦礦電池,底下是異質(zhì)結(jié)電池,鈣鈦礦吸收中短波長(zhǎng)的光，中長(zhǎng)波的光透過鈣鈦礦由異質(zhì)結(jié)吸收,通過光學(xué)和疊層的設(shè)計(jì)來輸出超高電壓。
在轉(zhuǎn)化率貢獻(xiàn)上,異質(zhì)結(jié)可以貢獻(xiàn) 25%-26%的轉(zhuǎn)化率,而鈣鈦礦層則是增加其 3%-5%增量效益。值得注意的是，由于鈣鈦礦電池與硅異質(zhì)結(jié)電池均為 P-N 結(jié)構(gòu)，如果將二者直接串聯(lián),接觸界面會(huì)形成反 PN 結(jié),導(dǎo)致電壓相互抵消而不導(dǎo)電,需要增加過渡層，隧穿結(jié)或過渡層也是 P-N 結(jié)構(gòu)，過渡層需要同時(shí)滿足可導(dǎo)電、透光性好、有一定厚度幾個(gè)條件，來聯(lián)接兩個(gè)子電池。
1.2 效率突破18%，鈣鈦礦完成技術(shù)爬坡階段
作為下一代光伏技術(shù),鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)今年在技術(shù)上完成了爬坡階段,在此背景下諸多企業(yè)逐漸布局鈣鈦礦。極電光能、協(xié)鑫光電、纖納光電三家作為鈣鈦礦領(lǐng)域資深“玩家"，今年都陸續(xù)取得了巨大進(jìn)步除此之外，還有一批來勢(shì)洶洶的追趕者傳統(tǒng)晶硅電池企業(yè)有隆基、晶科、通威、天合光能等,新銳企業(yè)有華、一道新能等，此外跨界“玩家”比如比亞迪、京東方等均已開始布局鈣鈦礦企業(yè)。
盡管布局鈣缺礦的企業(yè)變多,但隆基、天合光能等傳統(tǒng)晶硅企業(yè)還是依托在昆硅電池的技術(shù)積累，多數(shù)選擇以晶硅/鈣鈦礦疊層為研發(fā)方向，且大多數(shù)企業(yè)目前技術(shù)進(jìn)展迅速，但多處于研發(fā)或?qū)嶒?yàn)室階段。
協(xié)鑫光電2023年底在鈣鈦礦領(lǐng)域連續(xù)取得突破
協(xié)鑫光電11月23日推出的1000毫米x2000毫米鈣鈦礦單結(jié)組件光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到 18.04%，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行權(quán)威認(rèn)證并出具正式測(cè)試報(bào)告。這成績(jī)標(biāo)志著協(xié)鑫光電成功跨過 18%的轉(zhuǎn)換效率門檻，下一步將致力于新一代鐘鐵礦疊層組件研發(fā)。11月30日,協(xié)鑫光電發(fā)布全球第一塊真正意義上的鈣鈦礦魯層組件 (279mmx370mm),效率 26.17%。未來將持續(xù)在面積和效率上雙管齊下，力爭(zhēng)突破 26%@1000mmx2000mm,這一商業(yè)化起點(diǎn)。12 月 14 日推出層鈣鈦礦組件效率達(dá) 26.34% @2048cm2 (36.9cmx55.5cm)。同時(shí)伴隨著朱雀二號(hào)遙三火箭發(fā)射成功，進(jìn)入太空測(cè)試。
12月27日,協(xié)鑫光電在江蘇省蘇州市昆山高新區(qū)舉行全球首個(gè)吉瓦級(jí)大規(guī)格(2.4米*1.2米)鈣鈦礦生產(chǎn)基地奠基儀式,標(biāo)志著協(xié)鑫鈣鈦礦正式進(jìn)入吉瓦級(jí)商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段。
金石能源首款鈣鈦礦/混合型BC四端疊層面世,轉(zhuǎn)換效率達(dá)33.94%
金石能源鈣鈦礦/混合型BC 四端疊層技術(shù)首次將金石能源的混合型BC 電池與半透明鈣鈦礦電池相結(jié)合,充分發(fā)揮了混合型BC電池高電流、高效率優(yōu)勢(shì)以及鈣鈦礦電池的光譜響應(yīng)范圍可調(diào)、高效率等優(yōu)勢(shì)。能創(chuàng)造出如此高效率水平得益于高效率的混合型BC電池以及高質(zhì)量的寬帶隙鈣鈦礦薄膜,其中,混合型BC電池來自于金石能源中試線上產(chǎn)品。
混合型 BC 電池效率比異質(zhì)結(jié) (HJT) 電池效率高 1.5%以上，其與半透明鈣鈦礦電池的結(jié)合更進(jìn)一步提升了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率。該鈣鈦礦/混合型 BC 四端會(huì)層電池具有以下優(yōu)勢(shì):
1)轉(zhuǎn)換效率高:鈣鈦礦/混合型 BC 四端疊層電池利用鈣鈦礦電池和混合型BC 電池的優(yōu)勢(shì),并且避免了電流匹配對(duì)性能的限制,實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光利用率和轉(zhuǎn)換效率的最大化，從而獲得更高的電池轉(zhuǎn)換效率。
2)工藝簡(jiǎn)單:鈣鈦礦/混合型 BC 四端疊層電池僅通過光學(xué)耦合,不需考慮頂電池與底電池的電流匹配而產(chǎn)生的工藝兼容問題,工藝上相對(duì)簡(jiǎn)單
3)產(chǎn)線兼容: 鈣鈦礦電池產(chǎn)線與硅基 BC 產(chǎn)線結(jié)合即可用于該四端疊層的制備，而不需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)線另行改造。
金石能源在BC電池的技術(shù)研發(fā)上屢有突破,2023年9月份，金石能源先后發(fā)布了由第三方認(rèn)證的混合型BC電池27.42%以及混合型BC電池組件24.88%的轉(zhuǎn)換效率雙世界紀(jì)錄，時(shí)隔4個(gè)月，又在鈣鈦礦/混合型BC 疊層太陽電池方面創(chuàng)造新的紀(jì)錄。
來源：光伏技術(shù)共享交流、銀創(chuàng)智庫、民生證券
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一般來說,相比Topcon 電池,異質(zhì)結(jié)電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層更為理想。
一是異質(zhì)結(jié)電池結(jié)構(gòu)相比Topcon 電池本身更適合疊層: 因?yàn)殁}礦電池與異質(zhì)結(jié)電池進(jìn)行疊層，異質(zhì)結(jié)電池表面本身就是 TCO，異質(zhì)結(jié)電池的產(chǎn)線無需做更改,而Topcon 電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層,Topcon 正面的氮化硅和氧化鋁由于是絕緣體不能導(dǎo)電,需要先把氧化鋁和化硅去掉,或加入進(jìn)一步摻雜和鈍化工
二是Topcon電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層的話自身基于電流高的效率優(yōu)勢(shì)會(huì)被浪費(fèi): 從實(shí)際量產(chǎn)效率來看,Topcon 和異質(zhì)結(jié)相差不大，但效率的構(gòu)成參數(shù)不同,異質(zhì)結(jié)電池電壓高,電流低,Topcon 電池開壓不高,但電流比較高,主要原因?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)表面 TCO 的透光性不如 Topcon 表面的氮化硅。
如果做疊層電池，異質(zhì)結(jié)受光面 TCO 依然是 TCO,Topcon 表面也需要變成 TCO,那么 Topcon 電池本身電流高的優(yōu)勢(shì)就沒有了,理論上鈣鈦礦-Topcon 疊層電池的效率相比 HIJT-鈣鈦礦疊層電池更低。不過鈣鈦礦-Topcon 疊層電池依然值得關(guān)注，2022年6月,
澳大利亞國(guó)立大學(xué) Klaus Weber，北京大學(xué)周歡萍以及晶科能源 PeitingZheng等人使用 Topcon晶硅電池作為底部電池,以及鈣鈦礦薄膜作為頂部電池制備了單片鈣鈦礦/Topcon 層器件。該器件的效率為 27.6%。
三是鈣鈦礦/HJT 層電池為串聯(lián)結(jié)構(gòu),輸出超高電壓提高轉(zhuǎn)換效率。鈣鈦礦與異質(zhì)結(jié)具有良好的疊層電池匹配度,可形成較單結(jié) PSCs 效率更高的疊層電池,異質(zhì)結(jié)是指將P型半導(dǎo)體與N 型半導(dǎo)體制作在同一塊硅基片上,在交界面形成的空間電荷區(qū)(PN結(jié)),具有單向?qū)щ娦浴＞哂斜菊鞣蔷拥墓璁愘|(zhì)結(jié)電池片中同時(shí)存在晶體和非晶體級(jí)別的硅,非晶硅能更好地實(shí)現(xiàn)鈍化效果,提高開路電壓和轉(zhuǎn)換效率。層電池根據(jù)禁帶寬度從小到大,可依次將不同材料按從底向頂順序而組成疊層電池上面是鈣鈦礦電池,底下是異質(zhì)結(jié)電池,鈣鈦礦吸收中短波長(zhǎng)的光，中長(zhǎng)波的光透過鈣鈦礦由異質(zhì)結(jié)吸收,通過光學(xué)和疊層的設(shè)計(jì)來輸出超高電壓。
在轉(zhuǎn)化率貢獻(xiàn)上,異質(zhì)結(jié)可以貢獻(xiàn) 25%-26%的轉(zhuǎn)化率,而鈣鈦礦層則是增加其 3%-5%增量效益。值得注意的是，由于鈣鈦礦電池與硅異質(zhì)結(jié)電池均為 P-N 結(jié)構(gòu)，如果將二者直接串聯(lián),接觸界面會(huì)形成反 PN 結(jié),導(dǎo)致電壓相互抵消而不導(dǎo)電,需要增加過渡層，隧穿結(jié)或過渡層也是 P-N 結(jié)構(gòu)，過渡層需要同時(shí)滿足可導(dǎo)電、透光性好、有一定厚度幾個(gè)條件，來聯(lián)接兩個(gè)子電池。
1.2 效率突破18%，鈣鈦礦完成技術(shù)爬坡階段
作為下一代光伏技術(shù),鈣鈦礦產(chǎn)業(yè)今年在技術(shù)上完成了爬坡階段,在此背景下諸多企業(yè)逐漸布局鈣鈦礦。極電光能、協(xié)鑫光電、纖納光電三家作為鈣鈦礦領(lǐng)域資深“玩家"，今年都陸續(xù)取得了巨大進(jìn)步除此之外，還有一批來勢(shì)洶洶的追趕者傳統(tǒng)晶硅電池企業(yè)有隆基、晶科、通威、天合光能等,新銳企業(yè)有華、一道新能等，此外跨界“玩家”比如比亞迪、京東方等均已開始布局鈣鈦礦企業(yè)。
盡管布局鈣缺礦的企業(yè)變多,但隆基、天合光能等傳統(tǒng)晶硅企業(yè)還是依托在昆硅電池的技術(shù)積累，多數(shù)選擇以晶硅/鈣鈦礦疊層為研發(fā)方向，且大多數(shù)企業(yè)目前技術(shù)進(jìn)展迅速，但多處于研發(fā)或?qū)嶒?yàn)室階段。
協(xié)鑫光電2023年底在鈣鈦礦領(lǐng)域連續(xù)取得突破
協(xié)鑫光電11月23日推出的1000毫米x2000毫米鈣鈦礦單結(jié)組件光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到 18.04%，由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院進(jìn)行權(quán)威認(rèn)證并出具正式測(cè)試報(bào)告。這成績(jī)標(biāo)志著協(xié)鑫光電成功跨過 18%的轉(zhuǎn)換效率門檻，下一步將致力于新一代鐘鐵礦疊層組件研發(fā)。11月30日,協(xié)鑫光電發(fā)布全球第一塊真正意義上的鈣鈦礦魯層組件 (279mmx370mm),效率 26.17%。未來將持續(xù)在面積和效率上雙管齊下，力爭(zhēng)突破 26%@1000mmx2000mm,這一商業(yè)化起點(diǎn)。12 月 14 日推出層鈣鈦礦組件效率達(dá) 26.34% @2048cm2 (36.9cmx55.5cm)。同時(shí)伴隨著朱雀二號(hào)遙三火箭發(fā)射成功，進(jìn)入太空測(cè)試。
12月27日,協(xié)鑫光電在江蘇省蘇州市昆山高新區(qū)舉行全球首個(gè)吉瓦級(jí)大規(guī)格(2.4米*1.2米)鈣鈦礦生產(chǎn)基地奠基儀式,標(biāo)志著協(xié)鑫鈣鈦礦正式進(jìn)入吉瓦級(jí)商業(yè)運(yùn)營(yíng)階段。
金石能源首款鈣鈦礦/混合型BC四端疊層面世,轉(zhuǎn)換效率達(dá)33.94%
金石能源鈣鈦礦/混合型BC 四端疊層技術(shù)首次將金石能源的混合型BC 電池與半透明鈣鈦礦電池相結(jié)合,充分發(fā)揮了混合型BC電池高電流、高效率優(yōu)勢(shì)以及鈣鈦礦電池的光譜響應(yīng)范圍可調(diào)、高效率等優(yōu)勢(shì)。能創(chuàng)造出如此高效率水平得益于高效率的混合型BC電池以及高質(zhì)量的寬帶隙鈣鈦礦薄膜,其中,混合型BC電池來自于金石能源中試線上產(chǎn)品。
混合型 BC 電池效率比異質(zhì)結(jié) (HJT) 電池效率高 1.5%以上，其與半透明鈣鈦礦電池的結(jié)合更進(jìn)一步提升了疊層電池的轉(zhuǎn)換效率。該鈣鈦礦/混合型 BC 四端會(huì)層電池具有以下優(yōu)勢(shì):
1)轉(zhuǎn)換效率高:鈣鈦礦/混合型 BC 四端疊層電池利用鈣鈦礦電池和混合型BC 電池的優(yōu)勢(shì),并且避免了電流匹配對(duì)性能的限制,實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽光利用率和轉(zhuǎn)換效率的最大化，從而獲得更高的電池轉(zhuǎn)換效率。
2)工藝簡(jiǎn)單:鈣鈦礦/混合型 BC 四端疊層電池僅通過光學(xué)耦合,不需考慮頂電池與底電池的電流匹配而產(chǎn)生的工藝兼容問題,工藝上相對(duì)簡(jiǎn)單
3)產(chǎn)線兼容: 鈣鈦礦電池產(chǎn)線與硅基 BC 產(chǎn)線結(jié)合即可用于該四端疊層的制備，而不需要對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)線另行改造。
金石能源在BC電池的技術(shù)研發(fā)上屢有突破,2023年9月份，金石能源先后發(fā)布了由第三方認(rèn)證的混合型BC電池27.42%以及混合型BC電池組件24.88%的轉(zhuǎn)換效率雙世界紀(jì)錄，時(shí)隔4個(gè)月，又在鈣鈦礦/混合型BC 疊層太陽電池方面創(chuàng)造新的紀(jì)錄。
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一般來說,相比Topcon 電池,異質(zhì)結(jié)電池與鈣鈦礦電池進(jìn)行疊層更為理想。
金石能源在BC電池的技術(shù)研發(fā)上屢有突破,2023年9月份，金石能源先后發(fā)布了由第三方認(rèn)證的混合型BC電池27.42%以及混合型BC電池組件24.88%的轉(zhuǎn)換效率雙世界紀(jì)錄，時(shí)隔4個(gè)月，又在鈣鈦礦/混合型BC 疊層太陽電池方面創(chuàng)造新的紀(jì)錄。
來源：光伏技術(shù)共享交流、銀創(chuàng)智庫、民生證券
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