N型元年的展望——HJT電池

摘? 要：為響應(yīng)國家“十四五”能源規(guī)劃布局和“碳中和碳達峰”宏偉目標(biāo)，光伏產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。在風(fēng)電、光伏發(fā)電平價上網(wǎng)的浪潮下，“降本增效”勢在必行，HJT電池技術(shù)必將成為這場能源技術(shù)革命的弄潮兒。

關(guān)鍵詞：HJT電池、光伏

實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)是一場廣泛而深刻的變革，“十四五”是推動能源技術(shù)革命的關(guān)鍵期。科技決定能源未來，科技創(chuàng)造未來能源，要更好的發(fā)揮科技創(chuàng)新在支撐引領(lǐng)能源高質(zhì)量發(fā)展中的重要作用。2021年，我國能源消費結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化，全國非化石能源發(fā)電裝機首次超過煤電。光伏作為最主要的非化石能源發(fā)電形式之一，未來必定發(fā)揮更加重要的作用。

早在2019年，國家發(fā)改委、能源局綜合考量新能源產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、開發(fā)建設(shè)成本等相關(guān)因素后，為積極推動風(fēng)電、光伏發(fā)電的高質(zhì)量發(fā)展，促進行業(yè)擺脫補貼、依賴政策，提升項目的經(jīng)濟性，頒布了推進風(fēng)電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)的相關(guān)要求和支持政策措施。為國家補貼退坡、緩解補貼資金壓力創(chuàng)造了有利的條件，也標(biāo)志著光伏發(fā)電進入了成王敗寇的商品經(jīng)濟時代。

光伏產(chǎn)業(yè)鏈的核心就是“降本增效”、降低度電成本，技術(shù)的不斷發(fā)展是永恒的追求。例如金剛線切割技術(shù)、雙面雙玻技術(shù)、MBB多主柵技術(shù)、切半技術(shù)、大尺寸硅片技術(shù)等都是為此服務(wù)的，但是新一代變革性技術(shù)主要將來自電池片技術(shù)。

2017年以前，光伏電池片主要使用的是鋁背場電池。BSF電池受制于硅片背光面的全金屬鋁膜層結(jié)構(gòu)，致使到達鋁背場的紅外光線有較多的損失，光電轉(zhuǎn)換效率有著不可彌補的先天缺陷，在實際生產(chǎn)過程中，達到20%左右以后很難從技術(shù)層面取得突破，業(yè)界不得不轉(zhuǎn)向新型電池片研發(fā)。于是PERC電池應(yīng)運而生——它的全稱為“發(fā)射極鈍化和背面接觸電池”，是從BSF電池的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上衍生而來的，利用特殊材料在電池片背面形成鈍化層作為背反射器，增加長波光的吸收，同時增大P-N級間的電勢差，可以極大的降低電子的復(fù)合效率，使得PERC電池的轉(zhuǎn)化效率相較BSF電池有了明顯提高，因此PERC電池在極短時間內(nèi)就取代BSF電池的市場地位，完成了市場幾乎壟斷性的占有，也是近年來業(yè)界公認的電池片技術(shù)路線。

可惜的是，與BSF電池面臨同樣的問題，PERC電池在實驗室理想狀態(tài)下的轉(zhuǎn)換效率極限為24.5%。而2021年P(guān)ERC電池的最高實際生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)在接近24%，加之不能徹底解決其存在的PID、LID、LeTID等衰減現(xiàn)象，未來提升的空間已存余不多，業(yè)內(nèi)普遍認為其即將完成歷史使命，逐漸降低投資份額，產(chǎn)線擴張逐漸步入尾聲階段。自去年底，各大廠商已經(jīng)逐漸將產(chǎn)能意愿轉(zhuǎn)向新技術(shù)路徑電池。2021年末的中國光伏行業(yè)協(xié)會上，就有頭部組件企業(yè)喊出了“2022年或是N型組件大規(guī)模推廣的元年”，紛紛認為未來隨著在生產(chǎn)成本的降低及良率的提升，N型電池將會是電池技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。

目前各大廠商主推的N型電池大概有這幾種：HJT電池、TOPCon電池、IBC電池（ABC電池）、HBC電池等等。但是從《中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021年版）》的報告中，我們可以發(fā)現(xiàn)業(yè)內(nèi)對HJT電池表現(xiàn)出的期待是有目共睹的，被認為是繼BSF電池和PERC電池后的第三代電池。

HJT電池又稱HIJ電池、SHJ電池或者HDJ電池，該類型電池最早是由日本三洋公司成功開發(fā)，并將其注冊為商標(biāo)，后續(xù)進入該領(lǐng)域的企業(yè)為了避免專利糾紛采用了不同的稱謂，HJT就是我國的常用稱謂，其實都是指的同一種電池。HJT電池，全稱為具有本征非晶層的異質(zhì)結(jié)電池，在電池片里同時存在晶體和非晶體級別的硅，非晶硅的出現(xiàn)能更好地實現(xiàn)鈍化效果。自2015年三洋公司的HIT專利保護到期，業(yè)內(nèi)技術(shù)壁壘解除，業(yè)界普遍開始對該項技術(shù)進行研究。

那么HJT電池為何能得到如此多的青睞呢？愿意在于它HJT電池結(jié)合了晶體硅電池和薄膜電池的優(yōu)勢。

第一，轉(zhuǎn)換效率高，且潛力大。得益于N型硅底襯以及非基硅對基底表面缺陷的雙重鈍化作用，目前各大廠家的HJT電池的平均轉(zhuǎn)換效率均已突破了24.2%，微晶層、納米晶層技術(shù)已經(jīng)成為了突破25%的指路明燈，在采用疊層和鈣鈦礦技術(shù)以后，理想情況下，其最高轉(zhuǎn)換效率甚至可以提升至30%以上。如能實現(xiàn)疊加IBC和鈣鈦礦的大規(guī)模應(yīng)用，極有可能在三到五年內(nèi)開始就實際體現(xiàn)其價值。

第二，工藝流程大幅精簡。HJT電池的工藝流程僅為四步：制絨清洗、非晶硅薄膜沉積、

TCO導(dǎo)電膜沉積、絲網(wǎng)印刷。相較于PERC電池的工藝至少八步，不僅在設(shè)備的成本上有更大的降低空間，在良率上也有望得到提升。

第三，光致衰減極低。首先，HJT電池為N型電池，底襯通常采用N型單晶硅，為磷摻雜，不存在硼氧復(fù)合導(dǎo)致的LID衰減;其次，其表面沉積的TCO導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)避免了電荷極化現(xiàn)象，避免了PID衰減。根據(jù)隆基的數(shù)據(jù)顯示，HJT組件正面曝曬一年后正面功率衰減僅為0.25%，僅為單晶PERC的一半。10年和25年的衰減率分別小于3%和8%，衰減速度遠低于PERC組件，有利于延長發(fā)電生命周期。

第四，雙面對稱結(jié)構(gòu)，符合行業(yè)雙面發(fā)電的趨勢。HJT電池正反面三層膜和TCO都具有透光性，而且結(jié)構(gòu)高度對稱，是天然的雙面電池。其雙面率最高可達98%，遠高于PERC的80%，平均發(fā)電量相較單面電池可提升10%以上。

第五，支持硅片薄片化，且不影響硅片的電性能。目前PERC硅片的厚度大約在180μm，HJT硅片可以減到130μm，甚至更薄。硅材料成本在電池總成本中占據(jù)著非常高的比重，這樣能極大的降低電池的生產(chǎn)成本。再遇到去年那樣的硅材料的巨幅上漲，處于行業(yè)中游的電池片廠商將獲得更高的話語權(quán)。

第六，功率溫度系數(shù)低、穩(wěn)定性高。首先，HJT電池的單片電壓可達750mV，，當(dāng)溫度下降時，電池開路的影響程度相對較小;其次，HJT電池不同薄膜間的串聯(lián)電阻成分在高溫下阻值會降低。其功率溫度系數(shù)通常為-0.25/℃到0.2%/℃，目前各大廠商公布的PERC電池的功率溫度系數(shù)根據(jù)品牌不一大約在-0.45%/℃至-0.35%/℃之間，在高溫環(huán)境中依舊能保持較高的發(fā)電性能。

隨著HJT核心設(shè)備技術(shù)不斷被國內(nèi)廠商攻破，生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)可以實現(xiàn)全國產(chǎn)化，加上銀漿和靶材成本的降低，使被病詬的投資過大的缺點在不斷抹平，雖然目前還是遠遠高于其他電池，但是隨著產(chǎn)量規(guī)?；?，其中的降本空間也足以讓人保持期待。老牌廠商紛紛調(diào)整布局，投資整線設(shè)備;行業(yè)新貴也紛紛重注，企圖通過新戰(zhàn)線完成彎道超車。

時代的發(fā)令槍已經(jīng)高舉，HJT電池能否緊跟時代洪流，把握國家能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要時期？我認為是可以的！

參考文獻：

[1]國家能源局.《關(guān)于積極推進風(fēng)電、光伏發(fā)電無補貼平價上網(wǎng)有關(guān)工作的通知》解讀[EB].國家能源局，2019-01-10

[2]王世江、江華、王青、孫頔、孫海霞、李嘉彤等. 中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線圖（2021年版）[R].中國光伏行業(yè)協(xié)會，2021.

[3]拾安財經(jīng). 一文看懂HJT電池！[DB].拾安財經(jīng)，2021-12-05

[4]飛鯨投研. N型電池量產(chǎn)元年，三條技術(shù)路線誰能接棒未來？[DB].東方財富網(wǎng)，2022-03-12

作者簡介：

馬建，男，1990年11月生，漢族，湖南常德人，本科學(xué)歷，職稱：助理工程師，研究方向：新能源技術(shù)。