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我国高效晶硅太阳能光伏电池技术进展
中国城市低碳经济网   2015-03-30 作者: 来源:世纪新能源网 文字大小:[][][]
转化效率高于20%的高效晶硅电池技术,是近年来我国光伏制造行业主要开展的技术革新。在该领域,我国已经走在了世界的前列。本文将简述目前国内主流的高效晶硅电池技术的最新进展,如PERC电池、IBC电池、黑硅电池、MWT电池、双面电池、高效硅片、高效电池用浆料等。分为两期,本期介绍PERC电池、IBC电池和黑硅电池。

1、 PERC电池(PassivatedEmitter and Rear Cell,钝化发射极背面接触电池)

通过在电池的背面添加一个电介质钝化层来提高电池的转换效率。该技术在常规电池的背表面制备SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx钝化膜,将p-n结间的电势差最大化,这就可以使电流更加稳定,降低了电子的复合,从而提升电池效率。在其它工艺制程不变的情况下,单晶硅电池的产线平均转换效率可提高至20.5%左右。国内以南京中电电气、常州天合、晶澳公司为代表的一流光伏组件企业,已经开始PERC高效电池的量产。中电电气基于“863”项目,目前已经形成35MW的P型单晶硅PERC电池生产线,采用Al2O3/SiNx背面钝化、离子注入、纳秒或皮秒激光开孔烧结、背面局部金属化等先进工艺,创造了20.5%P型单晶硅 PERC电池最高转换效率,量产的平均转换效率也达到了20.3%,电池开路电压达到664mV。2015年1月,天合光能宣布则在单晶和多晶电池上均实现量产化的PERC电池技术,多晶Honey Plus和单晶Honey M Plus的转换效率分别为18.7%和20.4%。

目前PERC电池的制备以P或N型单晶硅为主,对硅片衬底的电阻率和少子寿命提出了更高的要求。一般要求少子寿命高于100us。其光致衰减(LID)与普通单晶硅电池无明显差别,如果采用掺镓(Ga)技术,能够进一步降低LID效应。




2、 IBC电池(Interdigitated back contact,全电极背接触晶体硅电池)

这种电池与常规晶硅电池的最大区别在于正面无栅线电极,所有正负栅线全部排列在背后。电池使用N型硅片作为衬底,前后表面均覆盖一层热氧化膜,以降低表面复合。在电池背面分别进行磷、硼局部扩散,形成手指状交叉排列的P区、N区,以及位于其上方的P+区、n+区,丝网印刷电极后形成了我们看到的交叉排列的正负栅线。早先使用的是成本昂贵的光刻技术,现在使用的是点接触(Point-contactcell,PCC)技术、多次丝网印刷技术、激光烧结。这种电池的优点是(1)减少正面遮光损失,相当于增加了有效半导体面积;(2)组件装配成本降低;(3)几乎不存在光致衰减;(4)正面外观漂亮整洁。这种电池使用N型硅片衬底,对硅片的少子寿命要求很高,

该技术最早由美国的SunPower公司进行产业化,在3000px2的小电池上实现了25%的转化效率。日本的松下公司在143 cm2的小电池上实现了25.6%的转化效率。我国的常州天合光能,在2014年率先在标准尺寸电池——4英寸电池(154.68 cm2)和6英寸电池(238.95 cm2)上分别实现了24.4%和22.9%的转化效率,是目前商用化IBC电池的世界记录。在这两款电池上分别使用了光刻、2次丝网印刷、管式扩散等核心技术。目前,天合的30MW IBC电池生产线的良率超过了60%,较之常规电池,成本还是偏高,属于市场上的高端产品。主要是对硅片的清洗要求、丝网印刷前的激光刻蚀精准度要求很高,因此短期内无进一步扩产计划。

天合还对IBC电池做成组件的耐候性和衰减率进行了研究:最大功率在热循环试验400次(TC400)、湿冻试验10次循环(HF10)、湿冻试验20次循环(HF20)、PID96小时试验后的衰减率分别为1.6%、2.3%、4.2%和2.4%。



3、 黑硅电池(BlackSilicon)

黑硅电池,顾名思义,就是颜色比常规的蓝色晶硅电池要深很多,呈黑色。其核心是通过刻蚀技术,一方面在常规硅片表面制绒的基础上,形成nm级的小绒面,纳米锥型的小绒面长径分别为400和450nm,长径比为0.9,从而加大陷光的效果,降低反射率,增加对光的吸收(这就是看上去黑色的原因);另一方面,通过二次刻蚀来降低表面复合,从而将常规电池的转换效率绝对值提高0.5~0.6%。

黑硅电池的刻蚀技术分为两类,干法和湿法。干法包括:RIE(Reactive Etching 反应离子刻蚀)、激光刻蚀、蒸汽刻蚀;湿法包括:或MCCE(Metal Catalyzed ChemicalEtching金属离子辅助刻蚀)、电子化学刻蚀(Electrochemical Etching)。刻蚀使用的气体包括 Cl2,SF6,O2等。




黑硅技术是一种通用的表面处理技术,可以用于前述的PERC电池或IBC电池。国际上使用黑硅技术的企业有日本三菱、京瓷、美国Nines公司等。中国使用黑硅技术的代表企业为阿特斯、晶澳等。其中,阿特斯产业化的黑硅电池,使用RIE技术的比常规电池转化效率绝对值提升0.6%,使用MCCE技术的电池转化效率绝对值提升了0.3%。下图分别为使用在IBC电池上的黑硅技术,黑硅电池的量子效率曲线,可见黑硅电池在蓝光和红光区域的吸收效率更高。

[中国城市低碳经济网编辑:雨松]

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