作者：N. Guillevin、B.J.B. Heurtault、B.B Van Aken、I.J. Bennett、M.J. Jansen、L. Berkeveld、L.J. Geerligs、A.W. Weeber，ECN Solar Energy；Hu zhiyan、Li gaofei、Zhao wenchao、Wang jianming、Wang ziqian、Chen yingle、Shen yanlong、Chen jianhui、Yu bo、Tian shuquan、Xiong jingfeng，Yingli Solar

大部分太陽能電池的生產(chǎn)目前是基于晶硅片，采用非常成熟的雙面接觸（H形網(wǎng)格）技術(shù)。但是，為了將硅PV成功地大規(guī)模引入市場，必須提高與其它能源的競爭力。因此，高效且易于規(guī)模生產(chǎn)（最好與較少使用資源和改善環(huán)境足跡相結(jié)合）將是使硅PV成為能對可再生能源興起做出貢獻(xiàn)的低成本（成本/Wp）技術(shù)的主要推動力。

特別是近十年來，背接觸太陽能電池的概念（如交指式背接觸（IBC）、發(fā)射極環(huán)繞穿通（EWT）和金屬環(huán)繞穿通（MWT））已被考慮，并開發(fā)在工業(yè)中應(yīng)用，。與傳統(tǒng)的H形電池不同，背接觸電池設(shè)計(jì)能減少（或沒有）正面上的陰影損失，使電池的短路電流和總效率增加。而且，背接觸電池技術(shù)在組件級也有成本和效率的好處。本文第一節(jié)將對這些進(jìn)行評論。與背接觸電池技術(shù)重大進(jìn)展的同時，用n型Si襯底和低成本加工的太陽能電池工藝開發(fā)及研究近5年也非?；钴S。n型硅太陽能電池（此表述廣泛用于指具有n型基底的太陽能電池）是傳統(tǒng)的p型硅太陽能電池替代品，有可能實(shí)現(xiàn)低成本和高效率的目標(biāo)，只要對現(xiàn)在的硅片和電池生產(chǎn)工藝做不大的修改即可。

使用n型材料比使用p型材料有一些優(yōu)點(diǎn)，這也將在本文第一節(jié)中談到。目前，通過ECN、英利太陽能和Amtech Tempress的合作，高效工業(yè)化n型H形技術(shù)已可應(yīng)用，并由英利太陽能投入生產(chǎn)，商標(biāo)名稱是“Panda”電池（“熊貓”電池）。本文將n型H形在正面和背面有接觸網(wǎng)格的非纏繞電池定名為“n-PasHa”（代表n型電池、所有側(cè)面上鈍化、有H形網(wǎng)格）。為了進(jìn)一步提高電池與組件效率和降低成本，我們已經(jīng)把n型摻雜晶硅的長處與我們的背接觸MWT太陽能電池技術(shù)結(jié)合起來，與英利太陽能合作開發(fā)高效n型MWT晶硅太陽能電池（n-MWT）。

本文在簡要地說明n型晶硅材料和ECN的MWT電池及組件技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)后，將說明設(shè)計(jì)用于高效n-MWT太陽能電池的簡單工藝得到的結(jié)果，以及用相鄰的硅片直接比較單晶n-PasHa電池與單晶n-MWT技術(shù)。分析的重點(diǎn)放在與n-PasHa電池比較的n-MWT的相對增益（由于Voc，Jsc）和損耗（由于串聯(lián)電阻），了解如何使n-MWT電池的電池效率增加最大。我們也說明了n-MWT組件的結(jié)果。特別關(guān)注相對于用串焊n-PasHa電池的組件中損失的電池到組件填充因子損失的差異。與常規(guī)設(shè)計(jì)的串焊比較，F(xiàn)F損失與MWT背箔上銅電路中的電阻損失有關(guān)。我們也在文中分析了n-MWT組件的損失和效率及成本改善的路徑。

ECN適應(yīng)n型晶硅材料的MWT概念

ECN的MWT技術(shù)與n型材料結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)

MWT技術(shù)較之標(biāo)準(zhǔn)的H形電池技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)。首先，由于減少了正面金屬覆蓋而有上面已經(jīng)提到的電流增益。此外，更重要的是，因?yàn)殡姵厥峭耆辰佑|，組件內(nèi)的集成更容易。基于導(dǎo)電粘合劑連接（用于我們的MWT技術(shù)）的電池上引起的機(jī)械應(yīng)力小得多，因而減少了破裂。結(jié)果，較薄和較大的電池能夠互連而沒有良率損失。此外，能大大增加封裝密度，這有助于得到較高的組件效率。增大到較大電池時，正面金屬網(wǎng)格受益于為減少填充因子損失設(shè)計(jì)的小單元電池圖形(見圖1)。而且，能易于優(yōu)化電池互連，使串聯(lián)電阻損耗低，顯著減少從電池到組件的效率損失，這是因?yàn)?，與常規(guī)正面到背面的串焊互連有關(guān)的約束（即串焊線寬度的陰影損失和電池上的應(yīng)力）沒有了。對于p型單晶硅，與用串焊機(jī)制造的常規(guī)H形組件比較，能獲得2%的FF相對增益及1%的Jsc相對增益。

除了因MWT布局提高效率外，用電性能改進(jìn)的硅基材料也能提高效率。太陽能電池硅片最重要的特性之一是少數(shù)載流子擴(kuò)散長度，它直接取決于少數(shù)載流子復(fù)合壽命，對電池效率有很大影響。所以，少數(shù)載流子擴(kuò)散長度和壽命最好是盡可能高。這方面， n型硅片是很好的候選材料，因?yàn)槿夂外g化后它們一般比p型硅片的壽命高（或高得多）。與摻硼p型材料不同，n型材料中沒有硼-氧復(fù)合物。因此，它不會受由于照射或一般來說由于少數(shù)載流子注入形成的與硼-氧有關(guān)的亞穩(wěn)態(tài)缺陷引起壽命下降的困擾。還有，業(yè)已證實(shí)n型硅對常見過渡金屬雜質(zhì)（如從石英和碳生產(chǎn)的硅中存在的那些金屬雜質(zhì)）有較高的容忍度。由于這一特點(diǎn)，n型材料才能對低質(zhì)量原料有較高容忍度。實(shí)際上，n型Cz材料中很容易獲得幾毫秒的壽命，這使其成為選作用于高效電池（如背接觸電池、或要求更長少數(shù)載流子擴(kuò)散長度的背結(jié)背接觸電池）的基礎(chǔ)材料。ECN、英利太陽能和Amtech（以及子公司Tempress）一年前引入ECN開發(fā)用于n-型硅片的高效產(chǎn)業(yè)化電池工藝，采用常規(guī)非背接觸H形電池結(jié)構(gòu)生產(chǎn)（n-PasHa電池）。除了從高基極擴(kuò)散長度受益外，這種電池設(shè)計(jì)還有其他一些優(yōu)點(diǎn)，特別是與標(biāo)準(zhǔn)p型電池比較，背面光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)均有顯著提高。到目前為止，在試生產(chǎn)中最佳電池效率為19.49%（由Fraunhofer ISE獨(dú)立驗(yàn)證），已報(bào)道生產(chǎn)中的電池效率為19.89%。

多年來，Sanyo與Sunpower公司已用n型材料生產(chǎn)高效太陽能電池及組件。二家公司應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，使用高質(zhì)量單晶基底材料。SunPower正在制造全背接觸電池（叉指背接觸，IBC），Sanyo則正在制造所謂的HIT（具有薄本征層的異質(zhì)結(jié)）電池。MWT技術(shù)提供了一些優(yōu)于這些高效電池結(jié)構(gòu)的地方。例如，上述二種電池結(jié)構(gòu)除了電池加工復(fù)雜外，還要求質(zhì)量非常高的硅材料和表面鈍化，而且IBC電池要求背面上金屬觸點(diǎn)的高對準(zhǔn)精度。相比之下，MWT電池工藝技術(shù)仍然接近于常規(guī)電池加工，MWT電池背面接觸圖形簡單就允許絲網(wǎng)印刷對準(zhǔn)誤差大。而且，電池結(jié)構(gòu)包含正面發(fā)射極，因此對材料質(zhì)量變化不太敏感。

如上所述，我們的MWT電池和組件綜合技術(shù)（初始設(shè)計(jì)用于p型硅材料）已得到證明，顯示比常規(guī)非背接觸H形電池和組件有明顯效率增益。把這二種成功技術(shù)融合，可以得到比n-PasHa或p型MWT更高的電池效率和組件功率輸出。所以，我們設(shè)計(jì)了新穎的低成本產(chǎn)業(yè)化工藝制造極高效率的n型背接觸組件。