异质结电池高迁移靶材技术详解

学术   2024-11-15 15:57   浙江  

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由光伏行研、无锡新能源展览组委会、常州市光伏行业协会联合主办的钙钛矿与异质结叠层电池组件技术论坛将于2024年12月19日江苏 · 无锡举办,如您在钙钛矿与异质结叠层电池组件、封装材料、工艺技术及器件设备等相关领域有所建树,欢迎您来论坛分享,相聚无锡论坛,共同畅聊钙钛矿硅异质结叠层技术的市场现状及机遇挑战。


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很多人可能都听说过靶材,但是相信大部分不从事异质结电池研发和技术的人并不清楚究竟靶材是什么?什么又是高迁移靶材?为什么要选择高迁移靶材?接下来,我们会尽可能详细地为大家逐步进行解说。



什么是靶材?



靶材,也称为溅射靶材,是在材料科学和半导体制造领域中的关键材料。靶材作为镀膜过程中使用的原材料,通过高速离子束流的轰击,使其表面的原子被溅射飞散出来,并在基板上沉积形成薄膜(如图1所示)。靶材的选择和特性对薄膜的性能有着决定性的影响。

图1. 通过靶材溅射沉积成膜

在异质结电池的生产中,异质结电池最外层的TCO薄膜就是使用靶材(如图2所示),通过工艺方法沉积在电池上的。制作TCO薄膜的靶材材料和工艺选择对异质结电池的转换效率至关重要。



为什么是TCO?



和传统的热扩散型晶体硅太阳电池(包括BSF、PERC和TOPCon)相比,异质结电池的一个显著区别在于其发射极的低电导性,也就是α-Si:H的低电导性,鉴于这一特性,如果只通过传统的电池正背面金属栅线从发射极收集电流显然是不够的,因此,对于异质结电池来说,需要考虑其他的电接触方案,而用既导电又透明的TCO薄膜来输运电荷便是一种有效解决方案。


TCO薄膜作为一种透明导电氧化物薄膜,同时具有导电性和透明性,可应用于很多场合,特别是光电子器件领域。在异质结电池中,TCO膜就应用在电池结构的最外层,起到导电和让光透过的作用,同时还起到了减反射层的作用,如图2所示。

图2. 异质结电池结构示意图



为什么要高迁移率?



鉴于TCO薄膜在HJT电池中的导电和透光作用,因此在异质结电池材料和工艺的开发中,TCO薄膜必须具有合适的电学和光学性能,而电学性能和光学性能是相互影响的,必须同时优化才能使电池的效率最大化。因此,这就要求应用在HJT上的TCO薄膜需要具备以下几点性能:1. 低电阻率;2. 高透光率;3. 低温生长。而在目前异质结技术提效的研发过程中,大部分工作都集中在如何降低TCO薄膜的电阻率上。

那降低电阻率和高迁移率有什么关系呢?

首先我们可以看这个公式,电阻率与自由载流子浓度和迁移率的关系可以用下面这个公式1来表示:


----------------------- 公式1

其中,ρ为电阻率,q为电子电量,N就是自由载流子浓度,μ为载流子迁移率。从这个公式分析,我们可以很容易就知道,要获得更低的电阻率ρ,可以通过增加自由载流子浓度N和提高载流子迁移率μ来实现。但是这里有一点需要说明的是,在异质结电池提效的过程中,科学家和工程师们更多的是通过优化TCO的载流子迁移率,使其尽量最大,而不是载流子浓度最大,这是因为如果载流子浓度过高,TCO薄膜本身对可见光的吸收就会增大,透过减少,反而会影响到电池效率的提升,所以不能单纯通过提高载流子浓度的方法来降低电阻率,而是需要尽可能地提高迁移率。


从另外一方面来讲,太阳电池通过吸收太阳光来进行光电转换,吸收的光线越多,转换的能量就越多。在太阳光的发光全波段范围(300~2500nm),其在可见光范围(400~760nm)的能量占43%,紫外区域(300~400nm)的能量占5%,而在近红外区域(760~2500nm)的能量却占总能量的52%。传统的TCO薄膜的红外反射率高,限制了以它作为透明电极的太阳电池对长波段太阳光能量的有效利用。如果能够改善TCO薄膜对红外这部分的透过,就可以提高电池的转换效率。从这一方面来讲,根据上面的公式1,我们就要考虑如何去降低载流子浓度,从而提高光的高透过率,但是这样,又有可能会造成TCO薄膜电阻率的上升。所以在TCO薄膜的材料和工艺开发的时候,就需要做到在降低载流子浓度的同时,尽可能提高载流子迁移率,这样一方面可以使TCO薄膜仍保持良好的导电性能,另一方面由于载流子浓度降低,吸收减少,可以实现从可见光到近红外范围的高透过率,从而提高异质结电池的转换效率。



东方日升异质结伏曦电池

高迁移靶材的研发与应用



1

显著降低TCO方阻有效提升载流子迁移率

东方日升在高迁移靶材的开发过程中,通过精准调控材料成分与工艺参数,成功将靶材的载流子迁移率提升至29.11%(如图3所示)。这一突破也使得高效异质结电池的光电转换效率相较于基线电池效率提升了0.05%。在保证电学性能一致的情况下,载流子浓度将显著减少膜层对光的吸收,使更多光能被有效转化为电能,提升电池的光电转换效率,如图4所示。

图3. 方阻和载流子浓度变化

图4. 电池效率提升

2

提升近红外波段的透过率,优化EQE性能

应用高迁移靶材的异质结电池在外部量子效率(EQE)方面表现优异。电池EQE在可见光到近红外波段相比基线较高,紫外波段较低。这种可见光和近红外波段EQE的提升,可有效提高电池的转换效率。

图5. 电池EQE变化



异质结电池TCO薄膜技术的未来展望



关于TCO薄膜的优化,其实行业的科学家们已经给出很明确的路径,关键在于如何能够在商业化量产中能够实现低成本的规模化应用。在目前商业化异质结生产阶段中,一些技术方案已经实现,还有一些仍在进一步的开发中。


比如在开始的时候,异质结电池正背面的TCO薄膜是采用相同成分和相同结构的材料。但是随着技术的发展,尤其是现在主流的背结异质结电池,正背面的TCO薄膜可以采用不同的材料成分来分别满足性能的需求;再比如传统的TCO薄膜基本就是单层的结构,但是单层结构几乎很难同时具备优良的光学、电学以及界面接触特性,所以双层,甚至多层的TCO结构也已经成为进一步提升异质结电池效率的重要手段(如图6所示),目前这一技术在行业商业化量产中,已经开始有应用。

图6. 多层TCO薄膜的异质结电池结构示意图

来源:《钙钛矿/晶硅异质结叠层太阳能电池(沈文忠)》

东方日升在异质结电池领域的深耕与技术创新,尤其是在高迁移靶材的开发和应用上,推动了公司自身业务的持续发展,为全球光伏产业的进步做出了重要贡献。未来,东方日升将继续秉承创新精神,引领行业技术发展,助力可再生能源的广泛应用,共同构建可持续发展的绿色未来。


会 议 活 动 预 告:

钙钛矿与异质结叠层电池组件技术论坛将于2024年12月19日江苏 · 无锡举办,同期举办第十六届中国(无锡)国际新能源大会暨展览会暨钙钛矿分论坛展览展会。届时将针对钙钛矿与异质结叠层电池组件产业链关注的热点话题、关键技术、供应链、未来趋势等展开深入探讨,如您在钙钛矿与异质结叠层电池组件、封装材料、工艺技术及器件设备等相关领域有所建树,欢迎您来论坛分享,相聚无锡展会,共同畅聊钙钛矿硅异质结叠层技术的市场现状及机遇挑战。东方日升全球光伏研究院院长 杨伯川将作《异质结降本路线及钙钛矿叠层技术探索》主题分享,诚邀业界同仁一起探讨交流。







现阶段,异质结+钙钛矿叠层电池技术不断引领效率革命:放眼国内,隆基绿能宣布其34.6%效率的钙钛矿叠层再次创造世界纪录,华晟新能源曾表示异质结-钙钛矿叠层电池是光伏产品转化效率提升至30%以上的最佳选择,泉为研发的钙钛矿/异质结叠层电池效率高达到32.18%、国家电投集团成功开发出效率超过28%的钙钛矿/硅异质结叠层电池技术,南京大学谭海仁教授课题组在全钙钛矿叠层太阳电池领域不断取得新突破……着眼全球,Oxford PV公司赞扬异质结与钙钛矿的叠层搭配是天作之合,Fraunhofer ISE宣布其新型钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的光电转换效率达到 31.6%,KAUST团队努力致力于>33%的PCE钙钛矿叠层电池研究……可以预见的是,钙钛矿+异质结叠层电池凭借其卓越的性能和潜力,不仅推动了光伏技术的革新,也为全球能源结构的转型和升级提供了有力支持,或将成为未来光伏市场的重要发展方向之一。


基于此背景,由光伏行研、无锡新能源展览组委会、常州市光伏行业协会联合主办的钙钛矿与异质结叠层电池组件技术论坛将于2024年12月19日江苏 · 无锡举办,同期举办第十六届中国(无锡)国际新能源大会暨展览会暨钙钛矿分论坛展览展会。届时将针对钙钛矿与异质结叠层电池组件产业链关注的热点话题、关键技术、供应链、未来趋势等展开深入探讨,如您在钙钛矿与异质结叠层电池组件、封装材料、工艺技术及器件设备等相关领域有所建树,欢迎您来论坛分享,相聚无锡展会,共同畅聊钙钛矿硅异质结叠层技术的市场现状及机遇挑战。


会议信息

2024 Perovskite+HJT Forum

会议主题:钙钛矿与异质结叠层电池组件技术论坛

会议时间:2024年12月19日

会议地点:江苏 · 无锡太湖国际博览中心A1馆

论坛规模:1000人左右


组织机构

2024 Perovskite+HJT Forum

主办单位:光伏行研

联合主办:无锡新能源展览组委会、常州市光伏行业协会

媒体支持:无锡地方电视台、光伏行业主流媒体等


邀请报告(12月19日)

2024 Perovskite+HJT Forum

钙钛矿HJT叠层的挑战与解决方案

钙钛矿狭缝涂布技术的突破与创新

2024年钙钛矿异质结叠层电池技术

>30%效率的钙钛矿异质结叠层技术

大面积钙钛矿电池制造工艺核心设备

钙钛矿异质结叠层电池特性模拟与分析

GW级钙钛矿组件中试线建设经验分享

全钙钛矿叠层太阳电池仿真与实验探讨

钙钛矿整线设备技术方案及产业化展望

高效稳定的反式钙钛矿太阳能电池技术

钙钛矿异质结叠层组件专用封装材料技术

TCO 靶材及镀膜工艺对异质结电池的影响

异质结太阳电池紫外诱导的衰减机理研究

钙钛矿HJT叠层电池技术研究及产业化路线

高效率双结钙钛矿叠层太阳能电池研究进展

钙钛矿与叠层电池关键设备应用及量产探讨

全硅片尺寸叠层电池中湿法存在的问题探讨

钙钛矿真空蒸镀法工艺及镀膜工艺发展趋势

新型电极材料在钙钛矿异质结叠层领域的探索

不同背反射结构在钙钛矿及异质结电池的应用研究

钙钛矿异质结电池如何优化薄膜质量与精准厚度测量

低温金属化与互连技术在异质结及钙钛矿叠层电池中的应用

(研讨议题范围仅供参考,按最终议程通知为准)


论坛亮点

2024 Perovskite+HJT Forum

1、聚焦钙钛矿异质结叠层产业链+学术+产业深度捆绑与融合,实现资源互通有无;

2、钙钛矿/异质结叠层上中下游产业链汇聚,共同突破钙钛矿产业化未来发展瓶颈;

3、高端会议+论坛路演+展览展会成果展示+媒体曝光,深度对接技术及市场资源;

4、高层领导交流对话环节,与CTO面对面畅谈、提问碰撞不一样的思维技术火花。

5、为期3天展览展会,获得持续曝光率,期间可参加其他平行论坛,性价比超高。


参会嘉宾(含邀请中)

2024 Perovskite+HJT Forum

钙钛矿叠层电池组件企业:协鑫光电、纤纳光电、极电光能、华碧光能、烁威光电、光因科技、曜能科技、仁烁光能、万度光能、无限光能、光晶能源、脉络能源、大正微纳、天合光能、宝馨科技、东方日升、正泰新能、隆基绿能、阿特斯、一道新能、晶科能源、中来、华晟、国电投、通威、泰州锦能、捷泰、比亚迪、密阿苏乐等研发负责人......

钙钛矿设备供应商企业:帝尔激光、浙江晟霖益嘉、无锡光导、奥特维、严质检测、无锡松煜科技、常州乐萌、九曜光电、众源科技、元禄光电、泰科诺、东莞沃成、美能光伏、苏州上器、杭州鼎能光电、创锐光谱、大阳智能装备、克洛诺斯、鸿玛自动化、迪塔镁克、洛阳长缨、无锡联晟、蜀丰科技、宏瑞达、方昇光电、杰普特、迈为、英诺激光、北方华创、凌臣科技、捷佳伟创、微导纳米、红太阳、德沪涂膜、众能光电、大正微纳、曼恩斯特、美国nTact、日本东丽、京山轻机、苏州晟成、奥来德、泰科诺、宏大真空、合肥欣奕华、科晶智达、四盛科技、乐成智能、杭纳半导体、其芒光电、南京博创、利元亨、科恒股份、原速科技、理想晶延、浩博智能、鸿正智能、鹑火光电、普迪真空、布劳恩、众能光电等研发负责人......

钙钛矿封装辅材企业德斯泰、嘉兴福盈复材、金晶科技、海优威、北京绿人、耀皮玻璃、天洋新材料、卢米蓝新材料、亚玛顿、阿石创、隆华科技、福斯特、赛伍技术、百佳年代、海优新材、回天、铱太科技等研发负责人......

其他:Fraunhofer ISE、Oxford PV、UNIST、HZB、CSEM、EPFL、KAUST、国内外相关高校及研究所、第三方分析/检测机构、地方政府/行业协会、媒体、金融机构等……


嘉宾阵容:1000人左右,技术经理 / 总监 / CTO / CEO / 董事长级别嘉宾占比45%以上。


参会报名

2024 Perovskite+HJT Forum

优惠票:11月30日前,3000元/位(限量前50名,转发会议邀请函即可享受该优惠价,先到先得、售完为止)

现场票:12月1日起 ~ 会议当天报名3500元/位


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嘉宾阵容:1000人左右,技术经理 / 总监 / CTO / CEO / 董事长级别嘉宾占比45%以上。


如您需报名钙钛矿与异质结叠层电池组件技术论坛,或希望参与论坛 / 展会活动宣传推广、演讲赞助等,请添加会务组微信:Nancy325800,咨询电话:19370809519、19121391493(微信同号)


注:以上费用含酒店午餐、晚餐、会议场地费、茶歇费、会议资料费等。往返交通住宿费用自理。如遇不可抗力,主办方将顺延、另行通知。如因公司参会人员自身原因无法抵达现场,可选择线上腾讯会议听会或保留参会名额至下次同类型会议活动,如需退款取消须提前30天以上书面盖章通知,会议开始前20天内取消报名将收取公司50%报名费/人,前15天内取消报名将收取公司100%报名费/人。


赞助征集

2024 Perovskite+HJT Forum

合作征集:欢迎各企业联系报名参会、企业演讲报告/广告宣传/展览展位/茶歇赞助/伴手礼等赞助宣传,会场外特设若干个展位(亮点:展会期间可连续展览3天、获得持续曝光率),供优质钙钛矿及异质结相关企业展示,先定先得,联系微信:Nancy325800,或电话咨询19370809519、19121391493(微信同号)


展会期间酒店住宿推荐

2024 Perovskite+HJT Forum

酒店地址:江苏无锡 · 太湖新城假日酒店(无锡滨湖区清舒道77号)

酒店距离:

距离太湖国际博览中心约300米,步行约5分钟

房间类型:

  • 大床房:450元 / 晚,含1-2份早餐;

  • 标准间:510元 / 晚,含1-2份早餐;

该价格为钙钛矿论坛嘉宾协议价,展会期间房源较为紧张,先定先得,详情咨询会务组预订,也可自行预订其他酒店。


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