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TOPCon技術(shù)路線及成本優(yōu)勢分析
發(fā)布時(shí)間:2023-02-15 08:57:30| 瀏覽次數(shù):

TOPCon已有一定經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢,并且將繼續(xù)放大。


1、TOPCon 電池原理及技術(shù)路線


N 型 TOPCon(隧穿氧化層鈍化接觸,Tunnel Oxide Passivated Contact)電池大體是基于 PERC 電池的基礎(chǔ)架構(gòu), 主要變化體現(xiàn)在:


其一將襯底由 P 型換為 N 型,N 型半導(dǎo)體少子壽命高,基本無硼氧復(fù)合,且對金屬污染寬容度更高;


其二在背面結(jié)構(gòu)中,先增加 1-2nm 的隧穿氧化層 SiOx,再沉積一層摻雜多晶硅 n poly Si,形成背面鈍化接觸結(jié) 構(gòu)。隧穿氧化層提供了良好的化學(xué)鈍化性能,大幅降低了界面復(fù)合,同時(shí)允許多數(shù)載流子有效地隧穿通過到摻雜 多晶硅層。摻雜的多晶硅層與基體形成 n + /n 高低場,阻止少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)至表面,形成選擇性鈍化接觸。


TOPCon 工藝路線差異主要體現(xiàn)在多晶硅生長及氧化層的制備上,目前主流的技術(shù)方案包括 LPCVD、PECVD、PVD 等(習(xí)慣以多晶硅層制備方式簡稱)。


LPCVD 方案,即隧穿氧化層采取熱氧,多晶硅層采取 LPCVD 方案(本征+離子注入/磷擴(kuò)),技術(shù)工藝相對成 熟,鈍化效果好,但成膜速度較慢,需附加解決繞鍍問題;


PECVD 方案,即隧穿氧化層采取 PEALD 方案,氧化層均勻,PECVD 形成多晶硅層,成膜速度快,但造成 H 無法釋放,存在 H 含量高,易爆膜的困擾;


PVD 方案,由 PECVD 形成氧化層,PVD 完成多晶硅沉積,成膜速度較快且基本無繞鍍影響。



2、實(shí)現(xiàn)電池效率和發(fā)電量的大幅提升


優(yōu)勢 1:TOPCon 發(fā)電效率更高,提效路徑明確、空間大。


TOPCon 電池基于N 型襯底的,少子壽命更長,隧穿氧化層的選擇性透過能力大幅減少載流子復(fù)合造成的損失,同 時(shí)配合 SMBB 等工藝減少正面柵線阻擋,TOPCon 電池效率較 PERC 有 1pct 以上的優(yōu)勢。


同時(shí) TOPCon電池仍處在產(chǎn)業(yè)化的初期,提效幅度、速度均更快。以CPIA 口徑統(tǒng)計(jì),2018 年以來 TOPCon 電池效率提升2.5個(gè)百分點(diǎn),同期PERC提效幅度為1.3個(gè)百分點(diǎn),PERC電池在周期中后段接近理論極限,提效進(jìn)程明顯不及TOPCon。而目 TOPCon 量產(chǎn)效率與超過28%的理論極限仍有很大的優(yōu)化空間,提效路徑也更為明確。


優(yōu)勢 2:高雙面率、低衰減等提升全周期發(fā)電量


根據(jù)晶科能源產(chǎn)品白皮書披露,N 型 TOPCon 電池雙面率可以達(dá)到 85%,較PERC 70%左右的雙面率明顯提高,折 算至綜合效率端大致形成1pct左右的效率優(yōu)勢。


同時(shí)由于N 型襯底少子壽命更長,受雜質(zhì)影響小,同時(shí)基本上消除了硼氧復(fù)合造成的 LID,TOPCon 組件首年衰減優(yōu) 化至 1%,年衰減幅度較 P 型明顯減少,且弱光表現(xiàn)更好,溫度系數(shù)更優(yōu),提升全生命周期發(fā)電量。實(shí)例測算全周期 發(fā)電量優(yōu)勢達(dá)到 4-5%。



3、能更好兼容 PERC 產(chǎn)線與工藝


1)與既有 PERC 產(chǎn)線兼容度高


從硅料/硅片環(huán)節(jié)看,TOPCon 采用 N 型襯底,對硅料純度要求較 P 型更高,目前硅料企業(yè)新產(chǎn)線基本上滿足 N 型需 求。N 型硅片拉晶過程要求熱場等輔材雜質(zhì)含量更低,切片厚度與 PERC 大體一致。總體上在上游硅料、硅片重資產(chǎn) 環(huán)節(jié)不涉及設(shè)備更替;


從電池制備環(huán)節(jié)看,TOPCon 相比 PERC 增加/替換的主要設(shè)備為 B 擴(kuò)散、隧穿氧化層及 poly Si 沉積設(shè)備,其余環(huán) 節(jié)基本與 PERC 產(chǎn)線兼容;


從組件制備環(huán)節(jié)看,TOPCon 通常配合 SMBB 減少銀漿用量,此時(shí)要求串焊機(jī)做相應(yīng)調(diào)整(若不改變主柵線數(shù)目則 無需調(diào)整),高溫工藝的 TOPCon 在組件端同樣適配 PERC 產(chǎn)線。



總體來看,TOPCon 與 PERC 工藝大多部分還比較接近,不僅是有改造升級空間,更重要的是可以充分利用現(xiàn)有的 產(chǎn)業(yè)工人與成熟工藝。


2)投資強(qiáng)度逐漸接近 PERC,改建主要考慮預(yù)留空間


參考 CPIA 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),2021 年 PERC 產(chǎn)線投資額約 1.94 億/GW,TOPCon 產(chǎn)線為 2.2 億/GW,新建產(chǎn)線投資強(qiáng)度已 經(jīng)和 PERC 接近。調(diào)研反饋當(dāng)前實(shí)際的 PERC 產(chǎn)線投資額已經(jīng)降至 1.5 億/GW 以下,而 TOPCon 產(chǎn)線投資額也降至 2 億/GW 上下,疊加產(chǎn)線生命周期造成的折舊年限差異以及供需造成的排產(chǎn)差異,新建 TOPCon 產(chǎn)線平攤至單 W 折 舊額已經(jīng)接近 PERC。


從改建角度看,PERC 產(chǎn)線需要增加的投資額(包括硼擴(kuò)、沉積設(shè)備等)大致在 0.4-0.6 億/GW,投資額并不高,制 約 PERC 產(chǎn)線改造的因素主要在技術(shù)方案和預(yù)留場地空間上(硼擴(kuò)速度慢于磷擴(kuò),增加設(shè)備投入)。大部分 2020 年 以后擴(kuò)產(chǎn)的 PERC 產(chǎn)線預(yù)留了 TOPCon 的改造空間,但結(jié)合目前統(tǒng)計(jì)規(guī)劃情況,2022 年新增 TOPCon 產(chǎn)能主要為 新建產(chǎn)能。



4、經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)開始顯現(xiàn)


1)收益端,TOPCon 已經(jīng)形成溢價(jià):相同版型下,TOPCon 組件較 PERC 提供 5-6%的功率增量,且首年衰減、溫 度系數(shù)、弱光表現(xiàn)均更優(yōu),全生命周期發(fā)電量較 PERC 提升約 4-5%(數(shù)額受場景影響),意味著在相同 LCOE 基準(zhǔn) 下,TOPCon 組件將享受較 PERC 的溢價(jià)。


靜態(tài)來看,參考目前 TOPCon 24-24.5%的量產(chǎn)效率,測算對單面組件 TOPCon 帶來的初始投資溢價(jià)在 0.1 元/W 左右,雙面組件接近 0.15 元/W。


動(dòng)態(tài)考慮 TOPCon 和 PERC 的效率差拉大,當(dāng)效率差拉開到 2pcts 時(shí),N 型 TOPCon 在單面/雙面組件端的溢價(jià) 將進(jìn)一步的向 0.15/0.2 元/W 靠攏。


年初以來,已有國電投、中核匯能開始 N 型項(xiàng)目招標(biāo),且國電投項(xiàng)目給出了 0.14 元/W 的 N 型組件溢價(jià)。


2)成本仍然具備下降空間:從成本增量看,測算 TOPCon 非硅+硅成本合計(jì)增量大致在 0.06-0.1 元/W。


非硅成本:非硅主要來自銀漿及折舊:1)目前 182 PERC 正面用量 70-80mg(背銀約 1/3),過去 3 年 TOPCon 正背面銀漿消耗量實(shí)現(xiàn)大幅降低,但目前仍較 PERC 高約 50mg(120-130mg/片),以當(dāng)前銀漿報(bào)價(jià)粗略測算 單 W 非硅增加大致在 3 分上下。未來線寬下降、加工費(fèi)用減少,TOPCon 銀漿消耗仍有很大的下降空間,疊加 效率提升銀漿非硅成本將趨近。2)設(shè)備投資帶來的折舊增加攤至單 W 大致在 1 分,考慮企業(yè)間技術(shù)工藝、良率、 投產(chǎn)條件(主要影響能耗價(jià)格)差異,目前 TOPCon 電池環(huán)節(jié)非硅的成本增量大致在 4-8 分/W。


硅成本:N 型硅片目前較 P 型仍高出 6%-10%,以 182 硅片報(bào)價(jià)測算,大致硅成本增量在 2-3 分/W 上下(目前 N 型硅片尚未大批量供應(yīng),存在浮動(dòng)空間)。



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