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漲瘋了!HIT憑啥被稱為“下一代商業光伏生產候選技術”?

   日期:2020-01-10     來源:光伏每日頭條    瀏覽:5816    評論:0    
受益于異軍突起的HIT光伏電池概念股,近期光伏概念指數大漲。1月7日,光伏板塊有超過10家個股漲停,其中異質結電池(HIT)概念股捷佳偉創、山煤國際、東方日升、金辰股份、邁為股份全部漲停。消息面,機構近期密集關注HIT,招商證券指出:“綜合產業端的現狀,HIT電池產業化在加速,并且可能正在醞釀著突破。”。

HIT是“異質結”電池技術的英文簡稱,簡單說就是一種全新的光伏電池生產技術。HIT技術具有幾方面優勢:光電轉換效率高,性能優異,降成本空間大,平價上網前景好。作為電池技術解決方案之一,HIT技術一度被業內稱為下一代商業光伏生產的候選技術之一。

從HIT光伏電池發展歷史看,近期才真正開始出現產業化突破。2019年,國內企業漢能研發效率達25.11%,晉能和鈞石研發效率接近25%,量產效率站上24%。靶材和銀漿國產化也取得了重大突破,HIT降低成本的路徑越來越清晰,性價比不斷提升,布局HIT的企業從早期7家拓展到了目前的約20家。未來,隨著光伏電池技術革新帶來產業繁榮,光伏市場規模有望保持高速增長,也將為相關上市公司股價提供有力支撐。

何為HIT?

1、HIT電池結構和原理

HIT是Heterojunctionwith Intrinsic Thin-layer的縮寫,意為本征薄膜異質結,因HIT已被日本三洋公司申請為注冊商標,所以又被稱為HJT或SHJ(Silicon Hetero junctionsolar cell)。該類型太陽能電池最早由日本三洋公司于1990年成功開發,當時轉換效率可達到14.5%(4mm2的電池),后來在三洋公司的不斷改進下,三洋HIT電池的轉換效率于2015年已達到25.6%。2015年三洋的HIT專利保護結束,技術壁壘消除,是我國大力發展和推廣HIT技術的大好時機。

下圖是HIT太陽能電池的基本構造,其特征是以光照射側的p-i型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)和背面側的i-n型a-Si:H膜(膜厚5-l0nm)夾住晶體硅片,在兩側的頂層形成透明的電極和集電極,構成具有對稱結構的HIT太陽能電池。

圖表1:HIT太陽能電池結構示意圖

 
資料來源:OFweek行業研究中心

2、HIT電池工藝流程

HIT電池的一大優勢在于工藝步驟相對簡單,總共分為四個步驟:制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、TCO制備、電極制備。

圖表2:HIT太陽能電池工藝流程

資料來源:OFweek行業研究中心

制備的核心工藝是非晶硅薄膜的沉積,其對工藝清潔度要求極高,量產過程中可靠性和可重復性是一大挑戰,目前通常用PECVD法制備。

HIT電池的制備工藝步驟簡單,且工藝溫度低,可避免高溫工藝對硅片的損傷,并有效降低排放,但是工藝難度大,且產線與傳統電池不兼容,設備資產投資較大。

3、優勢和特點

HIT電池具有發電量高、度電成本低的優勢,具體特點如下:

(1)低溫工藝HIT電池結合了薄膜太陽能電池低溫(<250℃)制造的優點,從而避免采用傳統的高溫(>900℃)擴散工藝來獲得p-n結。這種技術不僅節約了能源,而且低溫環境使得a_Si:H基薄膜摻雜、禁帶寬度和厚度等可以較精確控制,工藝上也易于優化器件特性;低溫沉積過程中,單品硅片彎曲變形小,因而其厚度可采用本底光吸收材料所要求的最低值(約80μm);同時低溫過程消除了硅襯底在高溫處理中的性能退化,從而允許采用“低品質”的晶體硅甚至多晶硅來作襯底。

(2)雙面電池HIT是非常好的雙面電池,正面和背面基本無顏色差異,且雙面率(指電池背面效率與正面效率之比)可達到90%以上,最高可達96%,背面發電的優勢明顯。

(3)高效率目前HIT電池的實驗室效率已達到23%,市售200W組件的電池效率達到19.5%。

(4)高穩定性HIT電池的光照穩定性好,理論研究表明非品硅薄膜/晶態硅異質結中的非晶硅薄膜沒有發現Staebler-Wronski效應,從而不會出現類似非晶硅太陽能電池轉換效率因光照而衰退的現象;HIT電池的溫度穩定性好,與單晶硅電池-0.5%/℃的溫度系數相比,HIT電池的溫度系數可達到-0.25%/℃,使得電池即使在光照升溫情況下仍有好的輸出。

(5)無光致衰減困擾晶硅太陽能電池最重要的問題之一就是光致衰減,而HIT電池天然無衰減,甚至在光照下效率有一定程度的增加,上海微系統所在做HIT光致衰減實驗時發現,光照后HIT電池轉換效率增加了2.7%,在持續光照后同樣沒有出現衰減現象。

(6)對稱結構適于薄片化HIT電池完美的對稱結構和低溫度工藝使其非常適于薄片化,上海微系統所經過大量實驗發現,硅片厚度在100-180μm范圍內,平均效率幾乎不變,100μm厚度硅片已經實現了23%以上的轉換效率,目前正在進行90μm硅片批量制備。

(7)低成本HIT電池的厚度薄,可以節省硅材料;低溫工藝可以減少能量的消耗,并且允許采用廉價襯底;高效率使得在相同輸出功率的條件下可以減少電池的面積,從而有效降低了電池的成本。

此外,影響HIT產業化的重要因素之一即成本問題。HIT電池BOM成本前四項為硅片、導電銀漿、靶材、制絨添加劑。針對這幾個高成本部分,可進行專項降本,包括降低原材料的消耗量、關鍵設備的國產化、關鍵原材料的國產化、新技術的導入等。

4、發展現狀

從需求端看,由于HIT成本較高,國內外市場需求不足。因此,HIT太陽能電池的量產存重大挑戰。

從供給端來看,主要是由于HIT生產設備成本高,導致并未實現大規模量產,性價比優勢不明顯。目前HIT需要新建產線,不能利用原有產線,初始投資很高,進口生產設備約為8億~10億元/吉瓦,國產設備約為5億~8億元/吉瓦,是PERC產線的2~3倍。

晉能科技總經理楊立友公開表示,HIT進入大規模量產需要同時滿足三個要求:轉換效率達到24.5%,成本不能高于單晶PERC的15%,設備初始投資不能超過單晶PERC的1.25倍。

依此標準來看,HIT還處于小范圍示范階段,距離大規模量產還有一段路要走。對此,第三方機構國際“光伏技術線路線”(TRPV)預測,HIT市場份額將從2018年的3%增加到2025年的10%。

全球領先的瑞士太陽能設備公司梅耶博格公司預測,HIT的市場份額2020年將達到8%,2023年將達到10%。

而國內最早做HIT的鈞石能源預測,2021年至2023年HIT裝機容量將擴產10吉瓦,到2025年HIT的市場份額將有望達到20%。

 
 
標簽: HIT 光伏生產 原理

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