微信客服
微信公眾號
前言：轉化效率高于20%的高效晶硅電池技術，是近年來我國光伏制造行業主要開展的技術革新。在該領域，我國已經走在了世界的前列。本文將簡述目前國內主流的高效晶硅電池技術的最新進展，如PERC電池、IBC電池、黑硅電池、MWT電池、雙面電池、高效硅片、高效電池用漿料等。分為兩期，本期介紹PERC電池、IBC電池和黑硅電池。
1、 PERC電池（PassivatedEmitter and Rear Cell，鈍化發射極背面接觸電池）
通過在電池的背面添加一個電介質鈍化層來提高電池的轉換效率。該技術在常規電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx鈍化膜，將p-n結間的電勢差最大化，這就可以使電流更加穩定，降低了電子的復合，從而提升電池效率。在其它工藝制程不變的情況下，單晶硅電池的產線平均轉換效率可提高至20.5%左右。國內以南京中電電氣、常州天合、晶澳公司為代表的一流光伏組件企業，已經開始PERC高效電池的量產。中電電氣基于“863”項目，目前已經形成35MW的P型單晶硅PERC電池生產線，采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開孔燒結、背面局部金屬化等先進工藝，創造了20.5%P型單晶硅 PERC電池最高轉換效率，量產的平均轉換效率也達到了20.3%，電池開路電壓達到664mV。2015年1月，天合光能宣布則在單晶和多晶電池上均實現量產化的PERC電池技術，多晶Honey Plus和單晶Honey M Plus的轉換效率分別為18.7%和20.4%。
目前PERC電池的制備以P或N型單晶硅為主，對硅片襯底的電阻率和少子壽命提出了更高的要求。一般要求少子壽命高于100us。其光致衰減（LID）與普通單晶硅電池無明顯差別，如果采用摻鎵（Ga）技術，能夠進一步降低LID效應。
2、 IBC電池(Interdigitated back contact，全電極背接觸晶體硅電池)
這種電池與常規晶硅電池的最大區別在于正面無柵線電極，所有正負柵線全部排列在背后。電池使用N型硅片作為襯底，前后表面均覆蓋一層熱氧化膜，以降低表面復合。在電池背面分別進行磷、硼局部擴散，形成手指狀交叉排列的P區、N區，以及位于其上方的P+區、n+區，絲網印刷電極后形成了我們看到的交叉排列的正負柵線。早先使用的是成本昂貴的光刻技術，現在使用的是點接觸(Point-contactcell，PCC)技術、多次絲網印刷技術、激光燒結。這種電池的優點是（1）減少正面遮光損失，相當于增加了有效半導體面積；（2）組件裝配成本降低；（3）幾乎不存在光致衰減；（4）正面外觀漂亮整潔。這種電池使用N型硅片襯底，對硅片的少子壽命要求很高，
該技術最早由美國的Sunpower公司進行產業化，在3000px2的小電池上實現了25%的轉化效率。日本的松下公司在143 cm2的小電池上實現了25.6%的轉化效率。我國的常州天合光能，在2014年率先在標準尺寸電池——4英寸電池（154.68 cm2）和6英寸電池（238.95 cm2）上分別實現了24.4%和22.9%的轉化效率，是目前商用化IBC電池的世界記錄。在這兩款電池上分別使用了光刻、2次絲網印刷、管式擴散等核心技術。目前，天合的30MW IBC電池生產線的良率超過了60%，較之常規電池，成本還是偏高，屬于市場上的高端產品。主要是對硅片的清洗要求、絲網印刷前的激光刻蝕精準度要求很高，因此短期內無進一步擴產計劃。
天合還對IBC電池做成組件的耐候性和衰減率進行了研究：最大功率在熱循環試驗400次（TC400）、濕凍試驗10次循環（HF10）、濕凍試驗20次循環（HF20）、PID96小時試驗后的衰減率分別為1.6%、2.3%、4.2%和2.4%。
3、 黑硅電池（BlackSilicon）
黑硅電池，顧名思義，就是顏色比常規的藍色晶硅電池要深很多，呈黑色。其核心是通過刻蝕技術，一方面在常規硅片表面制絨的基礎上，形成nm級的小絨面，納米錐型的小絨面長徑分別為400和450nm，長徑比為0.9，從而加大陷光的效果，降低反射率，增加對光的吸收（這就是看上去黑色的原因）；另一方面，通過二次刻蝕來降低表面復合，從而將常規電池的轉換效率絕對值提高0.5~0.6%。
黑硅電池的刻蝕技術分為兩類，干法和濕法。干法包括：RIE（Reactive Etching 反應離子刻蝕）、激光刻蝕、蒸汽刻蝕；濕法包括：或MCCE（Metal Catalyzed ChemicalEtching金屬離子輔助刻蝕）、電子化學刻蝕（Electrochemical Etching）。刻蝕使用的氣體包括 Cl2，SF6，O2等。
黑硅技術是一種通用的表面處理技術，可以用于前述的PERC電池或IBC電池。國際上使用黑硅技術的企業有日本三菱、京瓷、美國Nines公司等。中國使用黑硅技術的代表企業為阿特斯、晶澳等。其中，阿特斯產業化的黑硅電池，使用RIE技術的比常規電池轉化效率絕對值提升0.6%，使用MCCE技術的電池轉化效率絕對值提升了0.3%。下圖分別為使用在IBC電池上的黑硅技術，黑硅電池的量子效率曲線，可見黑硅電池在藍光和紅光區域的吸收效率更高。
作者：惲旻博士，國家太陽能光伏產業質量監督檢驗中心研發部部長
1、 PERC電池（PassivatedEmitter and Rear Cell，鈍化發射極背面接觸電池）
通過在電池的背面添加一個電介質鈍化層來提高電池的轉換效率。該技術在常規電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx鈍化膜，將p-n結間的電勢差最大化，這就可以使電流更加穩定，降低了電子的復合，從而提升電池效率。在其它工藝制程不變的情況下，單晶硅電池的產線平均轉換效率可提高至20.5%左右。國內以南京中電電氣、常州天合、晶澳公司為代表的一流光伏組件企業，已經開始PERC高效電池的量產。中電電氣基于“863”項目，目前已經形成35MW的P型單晶硅PERC電池生產線，采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開孔燒結、背面局部金屬化等先進工藝，創造了20.5%P型單晶硅 PERC電池最高轉換效率，量產的平均轉換效率也達到了20.3%，電池開路電壓達到664mV。2015年1月，天合光能宣布則在單晶和多晶電池上均實現量產化的PERC電池技術，多晶Honey Plus和單晶Honey M Plus的轉換效率分別為18.7%和20.4%。
目前PERC電池的制備以P或N型單晶硅為主，對硅片襯底的電阻率和少子壽命提出了更高的要求。一般要求少子壽命高于100us。其光致衰減（LID）與普通單晶硅電池無明顯差別，如果采用摻鎵（Ga）技術，能夠進一步降低LID效應。
2、 IBC電池(Interdigitated back contact，全電極背接觸晶體硅電池)
這種電池與常規晶硅電池的最大區別在于正面無柵線電極，所有正負柵線全部排列在背后。電池使用N型硅片作為襯底，前后表面均覆蓋一層熱氧化膜，以降低表面復合。在電池背面分別進行磷、硼局部擴散，形成手指狀交叉排列的P區、N區，以及位于其上方的P+區、n+區，絲網印刷電極后形成了我們看到的交叉排列的正負柵線。早先使用的是成本昂貴的光刻技術，現在使用的是點接觸(Point-contactcell，PCC)技術、多次絲網印刷技術、激光燒結。這種電池的優點是（1）減少正面遮光損失，相當于增加了有效半導體面積；（2）組件裝配成本降低；（3）幾乎不存在光致衰減；（4）正面外觀漂亮整潔。這種電池使用N型硅片襯底，對硅片的少子壽命要求很高，
該技術最早由美國的Sunpower公司進行產業化，在3000px2的小電池上實現了25%的轉化效率。日本的松下公司在143 cm2的小電池上實現了25.6%的轉化效率。我國的常州天合光能，在2014年率先在標準尺寸電池——4英寸電池（154.68 cm2）和6英寸電池（238.95 cm2）上分別實現了24.4%和22.9%的轉化效率，是目前商用化IBC電池的世界記錄。在這兩款電池上分別使用了光刻、2次絲網印刷、管式擴散等核心技術。目前，天合的30MW IBC電池生產線的良率超過了60%，較之常規電池，成本還是偏高，屬于市場上的高端產品。主要是對硅片的清洗要求、絲網印刷前的激光刻蝕精準度要求很高，因此短期內無進一步擴產計劃。
天合還對IBC電池做成組件的耐候性和衰減率進行了研究：最大功率在熱循環試驗400次（TC400）、濕凍試驗10次循環（HF10）、濕凍試驗20次循環（HF20）、PID96小時試驗后的衰減率分別為1.6%、2.3%、4.2%和2.4%。
3、 黑硅電池（BlackSilicon）
黑硅電池，顧名思義，就是顏色比常規的藍色晶硅電池要深很多，呈黑色。其核心是通過刻蝕技術，一方面在常規硅片表面制絨的基礎上，形成nm級的小絨面，納米錐型的小絨面長徑分別為400和450nm，長徑比為0.9，從而加大陷光的效果，降低反射率，增加對光的吸收（這就是看上去黑色的原因）；另一方面，通過二次刻蝕來降低表面復合，從而將常規電池的轉換效率絕對值提高0.5~0.6%。
黑硅電池的刻蝕技術分為兩類，干法和濕法。干法包括：RIE（Reactive Etching 反應離子刻蝕）、激光刻蝕、蒸汽刻蝕；濕法包括：或MCCE（Metal Catalyzed ChemicalEtching金屬離子輔助刻蝕）、電子化學刻蝕（Electrochemical Etching）。刻蝕使用的氣體包括 Cl2，SF6，O2等。
黑硅技術是一種通用的表面處理技術，可以用于前述的PERC電池或IBC電池。國際上使用黑硅技術的企業有日本三菱、京瓷、美國Nines公司等。中國使用黑硅技術的代表企業為阿特斯、晶澳等。其中，阿特斯產業化的黑硅電池，使用RIE技術的比常規電池轉化效率絕對值提升0.6%，使用MCCE技術的電池轉化效率絕對值提升了0.3%。下圖分別為使用在IBC電池上的黑硅技術，黑硅電池的量子效率曲線，可見黑硅電池在藍光和紅光區域的吸收效率更高。
作者：惲旻博士，國家太陽能光伏產業質量監督檢驗中心研發部部長
0 條