N型太陽能電池的優(yōu)勢和商業(yè)化面臨的挑戰(zhàn)

2017-09-05 15:16:21 中時電子報　點擊量：評論 (0)

目前全球多數(shù)硅晶太陽能電池都采用傳統(tǒng)P型標準制程，但P型電池在轉換效率達到22%后，即面臨資本及技術投入邊際效益率遞減效應，轉換效率難再有效增加。因此太陽能廠開始將目光放在次世代的N型太陽能電池的商業(yè)化

目前全球多數(shù)硅晶太陽能電池都采用傳統(tǒng)P型標準制程，但P型電池在轉換效率達到22%后，即面臨資本及技術投入邊際效益率遞減效應，轉換效率難再有效增加。因此太陽能廠開始將目光放在次世代的N型太陽能電池的商業(yè)化上，其中又以異質結(Hetero junction with Intrinsic，HJT)電池，以及指叉狀背接觸(Interdigitated Back Contact，IBC)電池兩種技術最具有潛力，本文將探討此兩種N型太陽能電池發(fā)展狀況，提供相關業(yè)者參考。

目前能量產N型太陽能電池的廠商，僅有SunPower與Panasonic兩家。圖為SunPower的太陽能板。圖/路透

太陽能發(fā)電成本的下降，來自兩大主要因素。一為制造成本的下降，二為太陽能電池與模組本身轉換效率的提升。在商業(yè)競爭下，太陽能電池轉換效率逐年往高效率發(fā)展，從早期平均約15%左右，以每年0.5%左右的速度逐年增加。目前全球絕大多數(shù)的硅晶電池皆采用P型，但在效率達到22%后，效率提升的空間已有限，面臨資本及技術投入邊際效益率遞減問題。

效率有優(yōu)勢的N型電池

雖然P型電池發(fā)展遭遇瓶頸，全球太陽能廠仍面臨需求端仍不斷追求效率提升的壓力，產業(yè)界將目光放在次世代的N型太陽能量產化上。

主要N型硅晶太陽能電池主要包括，HJT、IBC和N-PERT/N-PERL電池三大類。這三種均帶有N型晶硅電池的特點，例如：少子壽命高、無光衰、弱光效應好，但其中又以HJT及IBC因為提升效率的潛力最大，受到關注度最高。各國廠商無不紛紛加緊研發(fā)速度，主要太陽能國家政策也加以政策扶持。但至目前為止，能成功量產并商業(yè)化銷售的，只有日本Panasonic以及美國SunPower兩家公司。

其中HJT電池是距離實現(xiàn)大規(guī)模量產最近的次世代太陽能電池技術，其優(yōu)勢不僅在于能量轉換效率高，還在于制程簡單、高溫下發(fā)電效率衰減小、可使用薄型化硅晶圓、和低模組封裝損失、可雙面發(fā)電等多種優(yōu)點，成為次世代最被看好的電池技術。而IBC電池，P-N結和電極全部置于電池背面，消除了電池正面柵線的遮光，增加轉換效率，可達到23%以上。但其制程復雜，機臺設備投資大，使成本幾乎為傳統(tǒng)電池的兩倍以上，因此如何降低IBC制造成本，是目前各國開發(fā)重點。也有實驗室開發(fā)出同時結合HJT+IBC兩種結構之電池，并實現(xiàn)了25.6%的全球最高效率，是晶硅太陽電池有機會實現(xiàn)的最高效率。而第三種電池N-PERT/N-PERL結構簡單，最大程度保留和利用現(xiàn)有傳統(tǒng)P型電池設備制程，量產化困難度最低，但轉換效率沒有前面兩種電池高。

而根據(jù)國際太陽能技術路線圖ITRPV2016所做的預測，指出隨著IBC、HJT等電池新結構，N型單晶電池的效率優(yōu)勢會越來越明顯，市場占有率會逐步增加。并隨著雷射、離子注入等技術的量產化，HJT太陽能電池將可望在2026年超過10%市場占有率，IBC背部接觸式達12%。而傳統(tǒng)的P型電池市占率將逐年降低。

商業(yè)化的挑戰(zhàn)

雖然HJT太陽能電池具有許多優(yōu)勢，但在商業(yè)化量產上，仍面臨挑戰(zhàn)需要克服：

新增設備機臺與制程要求嚴格：與傳統(tǒng)P型電池制程不同，需增加薄膜沉積機臺。要制作非晶硅與晶體硅沉積，對制程環(huán)境要求嚴格。除此之外，磷擴散制程需要達到適合潔凈度要求、并有效的鈍化。

低溫模組封裝技術：由于HJT電池的低溫制程特性，不能采取傳統(tǒng)硅晶電池的高溫封裝法，需要開發(fā)適宜的低溫封裝技術。

高品質的硅晶圓材料：高品質的硅晶圓材料需求，將使購料成本上升。

至于IBC太陽能電池最主要的挑戰(zhàn)，來自于量產化成本的下降：

背面指狀交叉狀制程與離子注入技術的量產化：IBC電池的核心技術是如何在電池背面制造出良好的指狀交叉狀的P區(qū)和N區(qū)。傳統(tǒng)作法是利用液態(tài)硼擴散和微影制程，但需要高溫制程且均勻性較差，需要多道復雜制程。半導體產業(yè)中常用的離子注入技術，雖均勻性較佳、結深精確可控但成本高昂，如何達到量產化，是目前最具挑戰(zhàn)的關鍵議題。

雷射加工困難度：利用雷射的高能使局部升華在電池背面開孔，但制程帶來的硅片損傷影響接觸電極。因需精準定位增加加工時間，降低生產效率，量產化仍是瓶頸。

最初市場僅有SunPower與Panasonic兩家廠商投入次世代N型太陽能電池量產上，但隨著HJT電池專利到期，與各國投入研發(fā)降低IBC電池生產成本下，近年來國際大廠如Tesla(SolarCity)、韓國LG，中國大陸英利等公司，也紛紛投入N型電池開發(fā)。

臺灣廠商方面，也有公司開始投入。其中以新日光開發(fā)HJT電池最為積極，目前已有試量產成果，預計在2017年下半年將有50MW可進入產階段。其他公司如元晶也宣布俄羅斯機臺廠IZOVAC，共同研發(fā)HJT太陽能電池技術，但仍在研發(fā)階段。

N型電池效率與發(fā)展前景值得期待，但量產化及成本下降是目前最需要解決之議題。如果導入成本過于昂貴，最終發(fā)電成本仍無法與傳統(tǒng)型太陽能電池抗衡，而無法快速滲透市場。在目前P型太陽能電池一片紅海競爭之下，臺灣廠商在制程調整、良率開發(fā)、參數(shù)優(yōu)化、量產化經驗，皆具有相當?shù)母偁巸?yōu)勢，如果能在次世代N型太陽能電池上站穩(wěn)腳步，將可有效建立技術進入門檻。(本文作者為資策會MIC產業(yè)分析師)