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前言：轉(zhuǎn)化效率高于20%的高效晶硅電池技術(shù)，是近年來(lái)我國(guó)光伏制造行業(yè)主要開(kāi)展的技術(shù)革新。在該領(lǐng)域，我國(guó)已經(jīng)走在了世界的前列。本文將簡(jiǎn)述目前國(guó)內(nèi)主流的高效晶硅電池技術(shù)的最新進(jìn)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(fā)射極背面接觸電池）
通過(guò)在電池的背面添加一個(gè)電介質(zhì)鈍化層來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率。該技術(shù)在常規(guī)電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx鈍化膜，將p-n結(jié)間的電勢(shì)差最大化，這就可以使電流更加穩(wěn)定，降低了電子的復(fù)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(chǎn)線平均轉(zhuǎn)換效率可提高至20.5%左右。國(guó)內(nèi)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(yè)，已經(jīng)開(kāi)始PERC高效電池的量產(chǎn)。中電電氣基于“863”項(xiàng)目，目前已經(jīng)形成35MW的P型單晶硅PERC電池生產(chǎn)線，采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開(kāi)孔燒結(jié)、背面局部金屬化等先進(jìn)工藝，創(chuàng)造了20.5%P型單晶硅 PERC電池最高轉(zhuǎn)換效率，量產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了20.3%，電池開(kāi)路電壓達(dá)到664mV。2015年1月，天合光能宣布則在單晶和多晶電池上均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化的PERC電池技術(shù)，多晶Honey Plus和單晶Honey M Plus的轉(zhuǎn)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(duì)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?zé)o明顯差別，如果采用摻鎵（Ga）技術(shù)，能夠進(jìn)一步降低LID效應(yīng)。
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(guī)晶硅電池的最大區(qū)別在于正面無(wú)柵線電極，所有正負(fù)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(fù)合。在電池背面分別進(jìn)行磷、硼局部擴(kuò)散，形成手指狀交叉排列的P區(qū)、N區(qū)，以及位于其上方的P+區(qū)、n+區(qū)，絲網(wǎng)印刷電極后形成了我們看到的交叉排列的正負(fù)柵線。早先使用的是成本昂貴的光刻技術(shù)，現(xiàn)在使用的是點(diǎn)接觸(Point-contactcell，PCC)技術(shù)、多次絲網(wǎng)印刷技術(shù)、激光燒結(jié)。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是（1）減少正面遮光損失，相當(dāng)于增加了有效半導(dǎo)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(duì)硅片的少子壽命要求很高，
該技術(shù)最早由美國(guó)的Sunpower公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，在3000px2的小電池上實(shí)現(xiàn)了25%的轉(zhuǎn)化效率。日本的松下公司在143 cm2的小電池上實(shí)現(xiàn)了25.6%的轉(zhuǎn)化效率。我國(guó)的常州天合光能，在2014年率先在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了24.4%和22.9%的轉(zhuǎn)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(wǎng)印刷、管式擴(kuò)散等核心技術(shù)。目前，天合的30MW IBC電池生產(chǎn)線的良率超過(guò)了60%，較之常規(guī)電池，成本還是偏高，屬于市場(chǎng)上的高端產(chǎn)品。主要是對(duì)硅片的清洗要求、絲網(wǎng)印刷前的激光刻蝕精準(zhǔn)度要求很高，因此短期內(nèi)無(wú)進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。
天合還對(duì)IBC電池做成組件的耐候性和衰減率進(jìn)行了研究：最大功率在熱循環(huán)試驗(yàn)400次（TC400）、濕凍試驗(yàn)10次循環(huán)（HF10）、濕凍試驗(yàn)20次循環(huán)（HF20）、PID96小時(shí)試驗(yàn)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(guī)的藍(lán)色晶硅電池要深很多，呈黑色。其核心是通過(guò)刻蝕技術(shù)，一方面在常規(guī)硅片表面制絨的基礎(chǔ)上，形成nm級(jí)的小絨面，納米錐型的小絨面長(zhǎng)徑分別為400和450nm，長(zhǎng)徑比為0.9，從而加大陷光的效果，降低反射率，增加對(duì)光的吸收（這就是看上去黑色的原因）；另一方面，通過(guò)二次刻蝕來(lái)降低表面復(fù)合，從而將常規(guī)電池的轉(zhuǎn)換效率絕對(duì)值提高0.5~0.6%。
黑硅電池的刻蝕技術(shù)分為兩類，干法和濕法。干法包括：RIE（Reactive Etching 反應(yīng)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(xué)刻蝕（Electrochemical Etching）?？涛g使用的氣體包括 Cl2，SF6，O2等。
黑硅技術(shù)是一種通用的表面處理技術(shù)，可以用于前述的PERC電池或IBC電池。國(guó)際上使用黑硅技術(shù)的企業(yè)有日本三菱、京瓷、美國(guó)Nines公司等。中國(guó)使用黑硅技術(shù)的代表企業(yè)為阿特斯、晶澳等。其中，阿特斯產(chǎn)業(yè)化的黑硅電池，使用RIE技術(shù)的比常規(guī)電池轉(zhuǎn)化效率絕對(duì)值提升0.6%，使用MCCE技術(shù)的電池轉(zhuǎn)化效率絕對(duì)值提升了0.3%。下圖分別為使用在IBC電池上的黑硅技術(shù)，黑硅電池的量子效率曲線，可見(jiàn)黑硅電池在藍(lán)光和紅光區(qū)域的吸收效率更高。
作者：惲?xí)F博士，國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心研發(fā)部部長(zhǎng)
1、 PERC電池（PassivatedEmitter and Rear Cell，鈍化發(fā)射極背面接觸電池）
通過(guò)在電池的背面添加一個(gè)電介質(zhì)鈍化層來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率。該技術(shù)在常規(guī)電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx鈍化膜，將p-n結(jié)間的電勢(shì)差最大化，這就可以使電流更加穩(wěn)定，降低了電子的復(fù)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(chǎn)線平均轉(zhuǎn)換效率可提高至20.5%左右。國(guó)內(nèi)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(yè)，已經(jīng)開(kāi)始PERC高效電池的量產(chǎn)。中電電氣基于“863”項(xiàng)目，目前已經(jīng)形成35MW的P型單晶硅PERC電池生產(chǎn)線，采用Al2O3/SiNx背面鈍化、離子注入、納秒或皮秒激光開(kāi)孔燒結(jié)、背面局部金屬化等先進(jìn)工藝，創(chuàng)造了20.5%P型單晶硅 PERC電池最高轉(zhuǎn)換效率，量產(chǎn)的平均轉(zhuǎn)換效率也達(dá)到了20.3%，電池開(kāi)路電壓達(dá)到664mV。2015年1月，天合光能宣布則在單晶和多晶電池上均實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化的PERC電池技術(shù)，多晶Honey Plus和單晶Honey M Plus的轉(zhuǎn)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(duì)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?zé)o明顯差別，如果采用摻鎵（Ga）技術(shù)，能夠進(jìn)一步降低LID效應(yīng)。
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(guī)晶硅電池的最大區(qū)別在于正面無(wú)柵線電極，所有正負(fù)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(fù)合。在電池背面分別進(jìn)行磷、硼局部擴(kuò)散，形成手指狀交叉排列的P區(qū)、N區(qū)，以及位于其上方的P+區(qū)、n+區(qū)，絲網(wǎng)印刷電極后形成了我們看到的交叉排列的正負(fù)柵線。早先使用的是成本昂貴的光刻技術(shù)，現(xiàn)在使用的是點(diǎn)接觸(Point-contactcell，PCC)技術(shù)、多次絲網(wǎng)印刷技術(shù)、激光燒結(jié)。這種電池的優(yōu)點(diǎn)是（1）減少正面遮光損失，相當(dāng)于增加了有效半導(dǎo)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(duì)硅片的少子壽命要求很高，
該技術(shù)最早由美國(guó)的Sunpower公司進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化，在3000px2的小電池上實(shí)現(xiàn)了25%的轉(zhuǎn)化效率。日本的松下公司在143 cm2的小電池上實(shí)現(xiàn)了25.6%的轉(zhuǎn)化效率。我國(guó)的常州天合光能，在2014年率先在標(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)了24.4%和22.9%的轉(zhuǎn)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(wǎng)印刷、管式擴(kuò)散等核心技術(shù)。目前，天合的30MW IBC電池生產(chǎn)線的良率超過(guò)了60%，較之常規(guī)電池，成本還是偏高，屬于市場(chǎng)上的高端產(chǎn)品。主要是對(duì)硅片的清洗要求、絲網(wǎng)印刷前的激光刻蝕精準(zhǔn)度要求很高，因此短期內(nèi)無(wú)進(jìn)一步擴(kuò)產(chǎn)計(jì)劃。
天合還對(duì)IBC電池做成組件的耐候性和衰減率進(jìn)行了研究：最大功率在熱循環(huán)試驗(yàn)400次（TC400）、濕凍試驗(yàn)10次循環(huán)（HF10）、濕凍試驗(yàn)20次循環(huán)（HF20）、PID96小時(shí)試驗(yàn)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(guī)的藍(lán)色晶硅電池要深很多，呈黑色。其核心是通過(guò)刻蝕技術(shù)，一方面在常規(guī)硅片表面制絨的基礎(chǔ)上，形成nm級(jí)的小絨面，納米錐型的小絨面長(zhǎng)徑分別為400和450nm，長(zhǎng)徑比為0.9，從而加大陷光的效果，降低反射率，增加對(duì)光的吸收（這就是看上去黑色的原因）；另一方面，通過(guò)二次刻蝕來(lái)降低表面復(fù)合，從而將常規(guī)電池的轉(zhuǎn)換效率絕對(duì)值提高0.5~0.6%。
黑硅電池的刻蝕技術(shù)分為兩類，干法和濕法。干法包括：RIE（Reactive Etching 反應(yīng)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(xué)刻蝕（Electrochemical Etching）?？涛g使用的氣體包括 Cl2，SF6，O2等。
黑硅技術(shù)是一種通用的表面處理技術(shù)，可以用于前述的PERC電池或IBC電池。國(guó)際上使用黑硅技術(shù)的企業(yè)有日本三菱、京瓷、美國(guó)Nines公司等。中國(guó)使用黑硅技術(shù)的代表企業(yè)為阿特斯、晶澳等。其中，阿特斯產(chǎn)業(yè)化的黑硅電池，使用RIE技術(shù)的比常規(guī)電池轉(zhuǎn)化效率絕對(duì)值提升0.6%，使用MCCE技術(shù)的電池轉(zhuǎn)化效率絕對(duì)值提升了0.3%。下圖分別為使用在IBC電池上的黑硅技術(shù)，黑硅電池的量子效率曲線，可見(jiàn)黑硅電池在藍(lán)光和紅光區(qū)域的吸收效率更高。
作者：惲?xí)F博士，國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心研發(fā)部部長(zhǎng)
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