HIBC電池技術(shù)調(diào)研報(bào)告

1、高效晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)調(diào)研報(bào)告第一章引言晶體硅太陽(yáng)電池一直是太陽(yáng)電池應(yīng)用中的主導(dǎo)技術(shù)，并占有絕大部分光伏市場(chǎng)。由于太陽(yáng)電池應(yīng)用在本世紀(jì)中得到飛速的發(fā)展，晶體硅太陽(yáng)電池的性能也得到迅速的提高：規(guī)?；a(chǎn)的單晶硅和多晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率在本世紀(jì)初只有14%和15%，現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了19.8%和18.4%左右。同時(shí)，晶體硅電池的制造方法卻與十幾年前基本沒(méi)有變化，晶硅電池性能的提高，主要依賴電池輔料性能、生產(chǎn)工藝等的改進(jìn)。如正面銀漿、背面鋁漿的不斷更新?lián)Q代，使正、背面金屬接觸的性能得到改善，提高了晶硅電池的開(kāi)路電壓（Voc）和短路電流（Isc）；電池加工設(shè)備的性能的提高，加上印刷網(wǎng)板的改進(jìn)優(yōu)化，正面銀柵

2、線有的采用了兩次對(duì)準(zhǔn)印刷。這些優(yōu)化使印刷柵線寬度從150m下降到如今的40m左右，減少了柵線對(duì)光的遮擋，同時(shí)提高了柵線的高寬比，減小了柵線本身的電阻。因此，這一階段電池性能的提高都應(yīng)當(dāng)歸功于晶硅電池產(chǎn)業(yè)鏈上各級(jí)優(yōu)化的結(jié)果。而隨著晶體硅太陽(yáng)電池效率逐步接近20%的光電轉(zhuǎn)換效率，人們發(fā)現(xiàn)繼續(xù)靠?jī)?yōu)化這些傳統(tǒng)的晶硅電池技術(shù)和工藝來(lái)進(jìn)一步提高電池的效率越來(lái)越困難。從而，相對(duì)不同的高效率晶硅電池技術(shù)受到了越來(lái)越多的重視。高效晶體硅太陽(yáng)電池的概念是上世紀(jì)80年代提出來(lái)的，關(guān)鍵在于引進(jìn)了熱氧化表面鈍化技術(shù)和陷光效應(yīng)理論。高效電池與普通電池的一個(gè)主要區(qū)別在于電池背表面的鈍化。目前生產(chǎn)上采用的傳統(tǒng)電池都是用全面積

3、背面鋁燒結(jié)形成鋁背場(chǎng)，這種鋁背場(chǎng)雖然比金屬直接接觸的表面復(fù)合有所下降，但下降的程度不大。鋁背場(chǎng)比絕緣層形成的表面鈍化作用相差甚遠(yuǎn)，因此，傳統(tǒng)電池的Voc并不是很高，大多數(shù)在620640mV之間。而高效電池要對(duì)電池的正反表面全面積鈍化，復(fù)合損失大幅降低，它們的Voc大多在660750mV左右。另外，傳統(tǒng)鋁背場(chǎng)的內(nèi)部光反射率很低，接近于零，因而穿透硅材料的紅外線在鋁背場(chǎng)附近幾乎全部損失掉了。另外，傳統(tǒng)電池的電流密度（Jsc）在37mA/cm2左右，而高效電池的背表面鏡以及陷光機(jī)理的合理設(shè)計(jì)，可以使Jsc達(dá)到4042mA/cm2。而且有了陷光作用，電池的厚度可以進(jìn)一步減薄，這樣可在極小電流損失的條件

4、下進(jìn)一步提高電池的Voc，特別是背面發(fā)射結(jié)電池和IBC電池。第二章晶硅太陽(yáng)電池的發(fā)展歷程晶體硅太陽(yáng)電池技術(shù)是在過(guò)去60年間發(fā)展起來(lái)的，圖1為晶體硅太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)化效率的發(fā)展過(guò)程。20世紀(jì)四五十年代，由于空間太陽(yáng)電池的應(yīng)用需求，晶體硅太陽(yáng)電池迅速發(fā)展起來(lái)，以地面太陽(yáng)光譜條件下測(cè)量的電池效率超過(guò)了10%，后來(lái)發(fā)現(xiàn)了淺結(jié)技術(shù)后效率接近15%。在70年代中期，又發(fā)明了在單晶硅上的堿制絨技術(shù)，電池效率達(dá)到了17%。自此經(jīng)歷了MINP、PESC、PERC、PERL等技術(shù)階段，晶硅電池的轉(zhuǎn)化效率快速突破了20%。由于PESC電池是用鋁背場(chǎng)燒結(jié)而同時(shí)形成背面電場(chǎng)和正面鈍化，它主要的弱點(diǎn)在于背表面的高復(fù)合以及極

5、低的背表面處光的內(nèi)反射。因而后來(lái)發(fā)展起來(lái)的PERC電池（鈍化發(fā)射極及背面鈍化電池）和PERL電池（鈍化發(fā)射極和背面電擴(kuò)散電池），在鈍化電池背表面的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了背表面反射鏡，得到了極佳的陷光效應(yīng)，PERL電池迅速提高了電池效率，在20世紀(jì)90年代末達(dá)到了24.7%。2008年全世界各大權(quán)威太陽(yáng)電池測(cè)量中心修正了AM1.5光譜數(shù)據(jù)后，1999年P(guān)ERL電池創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)晶硅電池效率的世界紀(jì)錄-25.0%。圖1.地面用晶體硅太陽(yáng)電池效率發(fā)展史隨著光伏行業(yè)向高效率、低成本方向發(fā)展，HIT太陽(yáng)能電池便應(yīng)運(yùn)而生。三洋公司最初將（a-Si）/（c-Si）異質(zhì)結(jié)應(yīng)用于太陽(yáng)能電池中，并在1997年大批量生產(chǎn)HIT太

6、陽(yáng)能電池，首次將其投入市場(chǎng)；2009年實(shí)現(xiàn)了厚度98m、面積100.3cm2的、擁有轉(zhuǎn)換效率為22.8%的HIT太陽(yáng)能電池，到2011年，三洋公司制備的HIT太陽(yáng)能電池獲得23.7%的效率。2014年四月下旬日本夏普公司宣布，其自主開(kāi)發(fā)的氫化非晶硅（a-Si:H）、N型單晶硅（c-Si）異質(zhì)結(jié)背接觸電池技術(shù)（即HBC技術(shù)），轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到25.1%；幾乎同時(shí)，日本松下公司宣布其使用的HIT電池技術(shù)生產(chǎn)的電池達(dá)到25.6%的效率，刷新了澳大利亞新南威爾士大學(xué)1999年創(chuàng)下的25.0%的紀(jì)錄，成為目前世界上太陽(yáng)電池效率的最高水平。近幾年國(guó)內(nèi)高效電池技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用也日趨迅猛，除國(guó)內(nèi)重點(diǎn)科研院所和研

7、發(fā)機(jī)構(gòu)外，很多大型新能源企業(yè)開(kāi)始陸續(xù)建設(shè)高效電池生產(chǎn)線。2015年11月10日英利自主開(kāi)發(fā)的“熊貓”二代MWT高效太陽(yáng)能電池規(guī)?；a(chǎn)效率達(dá)到20.5%，對(duì)于助跑我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)起到良好的示范作用，填補(bǔ)了N型電池技術(shù)的國(guó)內(nèi)空白；2016年2月24日，晉能清潔能源有限公司2GW異質(zhì)結(jié)高效光伏電池組件項(xiàng)目在晉中市開(kāi)工建設(shè)，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)HIT電池組件規(guī)?；a(chǎn)已經(jīng)拉開(kāi)序幕。第三章現(xiàn)有高效晶硅太陽(yáng)電池技術(shù)介紹3.1發(fā)射極表面鈍化電池（PESC）PESC電池（Passivated Emitter Solar Cell）主要是使用SiO2薄層鈍化發(fā)射極表面，最大限度地減少了發(fā)射極表面載流子復(fù)合中心，提高

8、光生載流子的傳輸距離，從而提高電池的轉(zhuǎn)換效率。目前使用SiO2做PESC電池結(jié)構(gòu)的廠商不多，目前只有一些臺(tái)灣廠家還有這種工藝。這是因?yàn)?，目前普遍使用的SiNx減反膜本身就有比較好的鈍化效果，再使用SiO2做鈍化層，雖然具有一定的效果，但作用有限。此外，在工藝控制上，額外的鈍化層對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的潔凈度要求更高。如果工藝控制不佳，SiO2成膜后其表面會(huì)出現(xiàn)黑點(diǎn)，SiNx鍍膜后變成白點(diǎn)，造成電池外觀不良，從而大幅降低良品率。效率方面：在UNSW獲得21%的轉(zhuǎn)換效率，是第一個(gè)突破20%效率大關(guān)的電池結(jié)構(gòu)。核心工藝：正面的二氧化硅薄膜氧化層，實(shí)現(xiàn)正面發(fā)射極鈍化。圖2.PESC電池結(jié)構(gòu)示意圖3.2鈍化發(fā)射級(jí)及

9、背面電池（PERC）PERC電池（Passivated Emitter and Rear Cell）是在對(duì)發(fā)射極進(jìn)行鈍化的基礎(chǔ)上，通過(guò)背面鈍化來(lái)進(jìn)一步提升轉(zhuǎn)化效率的技術(shù)。在晶硅電池研究中，影響電池效率的工藝因素太多，一般從開(kāi)路電壓來(lái)判斷一種電池結(jié)構(gòu)是否具有潛力。電池背面全部用SiO2鈍化，可以實(shí)現(xiàn)700mV的Voc。但是背面全部鈍化，鋁背場(chǎng)和Si襯底的接觸問(wèn)題就難以處理。要實(shí)現(xiàn)良好的接觸，金屬必須與Si襯底實(shí)現(xiàn)有效的金半接觸，必然會(huì)破壞鈍化層，從而失去鈍化效果。所以PERC電池的背面結(jié)構(gòu)必須設(shè)計(jì)成局部接觸的形式。所以整個(gè)PERC結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)核心，就在于背面的圖形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。效率方面：PERC電池

10、只是UNSW在研發(fā)過(guò)程中的一個(gè)過(guò)渡結(jié)構(gòu)，在1989年得到了22.3%的轉(zhuǎn)換效率，后來(lái)被PERL電池取代。原始的PERC電池結(jié)構(gòu)以后基本上就無(wú)人問(wèn)津了。圖3.PERC電池結(jié)構(gòu)示意圖后來(lái)德國(guó)Fraunhofer研究中心采用激光背面打點(diǎn)的方法制成PERC電池，并改名為L(zhǎng)FC（背面激光點(diǎn)接觸電池），達(dá)到了22%以上的轉(zhuǎn)換效率。LFC的背面金屬是蒸發(fā)的純鋁，這使得LFC的成本偏高，批量加工的難度也較大，加上其他一些人為的原因，這種LFC電池并沒(méi)有大規(guī)模投入生產(chǎn)。而近年來(lái)，為了突破20%轉(zhuǎn)換效率大關(guān)，研究者發(fā)現(xiàn)PERC電池實(shí)際上是各種高效電池結(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、潛在成本最低，對(duì)現(xiàn)有電池生產(chǎn)線最易升級(jí)改造的結(jié)構(gòu)，

11、而且PERC電池技術(shù)沒(méi)有專利保護(hù)。因此PERC電池成為近幾年來(lái)高效晶硅電池開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，有些臺(tái)灣和中國(guó)公司已經(jīng)開(kāi)始小批量生產(chǎn)PERC電池。當(dāng)然，為降低成本，人們趨向于采用最廉價(jià)的絲網(wǎng)印刷方法來(lái)制造PERC電池。大多數(shù)PERC電池的正面與常規(guī)電池基本相同，僅僅背面改成點(diǎn)狀或條狀接觸。背面鈍化多采用Al2O3/SiNx或SiO2/SiNx雙層結(jié)構(gòu)，其中ALD 和PECVD 方法制造的Al2O3鈍化膜也被廣泛用于PERC電池的研發(fā)和生產(chǎn)，臺(tái)灣E-TonSloar公司甚至采用了涂覆Al2O3鈍化膜。大多數(shù)PERC電池的研發(fā)者都遇到了在金屬接觸區(qū)域，硅溶解進(jìn)鋁層而形成空洞的問(wèn)題，這些空洞會(huì)造成接觸電阻的提

12、高和填充因子的下降。近幾年來(lái)PERC電池背面鋁漿的開(kāi)發(fā)基本上解決了這個(gè)問(wèn)題，另外人們還發(fā)現(xiàn)激光的條件、背面孔（條）的幾何尺寸、燒結(jié)的溫度等因素都會(huì)影響這些空洞的形成。其實(shí)，除了在背面接觸區(qū)形成良好的歐姆接觸外，在燒結(jié)后保持背面鈍化層的鈍化效果和絕緣性能也是同樣重要的。表1為近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的PERC電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表1.近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的PERC電池效率另外，德國(guó)ISFH對(duì)國(guó)外PERC的研究進(jìn)行了總結(jié)，如圖4所示。圖4.德國(guó)ISFH對(duì)國(guó)外PERC的研究總結(jié)圖3：鈍化發(fā)射極、背面局部擴(kuò)散電池（PERL）在PERC電池基礎(chǔ)上，為了能夠進(jìn)一步降低PERC電池背面金半接觸電阻，從而提高

13、電池效率，研究者開(kāi)始考慮對(duì)背面接觸區(qū)域進(jìn)行局部擴(kuò)散，從而產(chǎn)生了PERL電池（Passivated Emitter ，Rear Locally-diffused Cell）結(jié)構(gòu)。圖5.PERL電池結(jié)構(gòu)示意圖PERL電池采用了1·cm的低電阻率FZ單晶硅片，以保證原始硅材料內(nèi)部高的載流子壽命。電池正背面均有熱生長(zhǎng)氧化層鈍化。在正、背面的金屬接觸區(qū)域，也被濃擴(kuò)散區(qū)域鈍化，以減少金屬接觸處的復(fù)合損失。這樣全部硅表面的復(fù)合損失最小，從而電池內(nèi)部的光生載流子接近100%的被發(fā)射結(jié)分離形成輸出電流。而且極低的總復(fù)合率，也造成了極高的Voc，一般在700710mV。因此，PERL電池開(kāi)壓優(yōu)勢(shì)明顯，很

14、快超越了PERC電池，通過(guò)不斷優(yōu)化，其轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了24.7%，后來(lái)世界權(quán)威的測(cè)試機(jī)構(gòu)Sandia又將這個(gè)數(shù)據(jù)值修正為25%，從而長(zhǎng)期占據(jù)了晶體硅電池的世界轉(zhuǎn)換效率記錄。目前歐洲的高效電池的研究大多數(shù)采用PERL或PERT結(jié)構(gòu)，如德國(guó)的Fraunhofer ISE、ISFH，ISC Konstanz、比利時(shí)的IMEC、荷蘭的ECN等著名研究中心，各家電池和設(shè)備公司在這方法也作了大量研究工作。盡管UNSW原始的PERL電池是制作在P型區(qū)熔單晶硅片上的，但為了實(shí)現(xiàn)高效率，近年來(lái)的大多數(shù)PERL電池都是制作在N型硅片上，而且絕大多數(shù)都采用了Al2O3的P型表面的鈍化，采用這種方法在N型硅片上得到了2

15、3.4%的效率。然而，目前可量產(chǎn)的P型PERL電池的研發(fā)還不普遍，目前只有韓國(guó)現(xiàn)代重工將PERL電池制作在P型單晶硅片上，背面采用局部開(kāi)孔、對(duì)準(zhǔn)印刷鋁漿圖形、燒結(jié)鋁擴(kuò)散、然后第二次印刷鋁漿并低溫?zé)Y(jié)的較低成本的方法。實(shí)際上天合公司也采用了這種方法，得到了比一次印刷燒結(jié)全背鋁高幾mV的Voc。因此，天合公司的結(jié)果也可以歸類為PERL電池結(jié)構(gòu)。實(shí)際上目前已經(jīng)有很多新技術(shù)可以用來(lái)制作PERL的背面結(jié)構(gòu)，比如激光開(kāi)孔然后擴(kuò)散，或者更為簡(jiǎn)單的同步激光開(kāi)孔/擴(kuò)散、印刷擴(kuò)散源以及硅墨技術(shù)等。因此，全結(jié)構(gòu)的PERL電池在不遠(yuǎn)的將來(lái)會(huì)有更大的發(fā)展空間。表2列出近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的PERL電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表

16、2.近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的PERL電池效率3.4：鈍化發(fā)射極、背面全擴(kuò)散電池（PERT）PERT電池（Passivated Emitter ，Rear Totally-diffused Cell）結(jié)構(gòu)與PERL結(jié)構(gòu)只有一點(diǎn)區(qū)別：PERL是背面局部擴(kuò)散，而PERT是背面全擴(kuò)散。這種電池是將B擴(kuò)散的P型發(fā)射區(qū)設(shè)置在電池的背面。由于電池的發(fā)射區(qū)不受光照，基區(qū)中的光生載流子-空穴被收集到發(fā)射區(qū)中變成多子，因而不存在復(fù)合損失的問(wèn)題。從而P型發(fā)射區(qū)可以采用更低的方塊電阻，也容易做的均勻。PERT結(jié)構(gòu)在P型電池上與PERC、PERL相比沒(méi)有太多優(yōu)勢(shì)，PERT的優(yōu)勢(shì)在于做N型電池。2005年UNSW研發(fā)的

17、PERT電池轉(zhuǎn)換效率為22.7%，追平了當(dāng)時(shí)N型晶硅電池效率的世界紀(jì)錄。圖6.PERT電池結(jié)構(gòu)示意圖 PERT電池的研發(fā)主要是荷蘭的ECN研究中心和天威英利公司。英利的“熊貓電池”就是一種PERT雙面電池結(jié)構(gòu)，熊貓電池已經(jīng)投入生產(chǎn)好幾年，它已達(dá)到20%以上的生產(chǎn)效率。其他公司和研究機(jī)構(gòu)也得到相近的結(jié)果，例如：Bosch公司的雙面電池在2013年達(dá)到20.7%的效率，法國(guó)ECA的雙面電池達(dá)到20.2%。3.5背面接觸電池（IBC）IBC電池（Interdigitated back contact）是正面沒(méi)有電極，電極和PN結(jié)都設(shè)計(jì)在背面。正面結(jié)構(gòu)與常規(guī)電池類似，有絨面、鈍化層、減反層；其背面N型

18、層與P型層相互交替，在N/P界面上形成PN結(jié)。電極從N型與P型上分別導(dǎo)出，整個(gè)電池正面沒(méi)有任何電極和Busbar，焊接在背面進(jìn)行。電池技術(shù)也很復(fù)雜，背面焊接技術(shù)與傳統(tǒng)的也不一樣，目前了解的有阿特斯與天合在做，主要有掩膜法與離子注入法，工藝要求都比較高，成本也相對(duì)較高。IBC電池的成本比PERC電池還要高不少，但是由于光線的利用率高很多，轉(zhuǎn)換效率上也很有優(yōu)勢(shì)。斯坦福大學(xué)研究的IBC電池技術(shù)，率先在N型硅片上得到了28.2%的聚光條件下的光電轉(zhuǎn)換效率。后來(lái)斯坦福大學(xué)的研究人員成立了SunPower公司，并改用了低成本的印刷工藝，將這種IBC電池的生產(chǎn)成本降低，實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)。SunPower公司

19、將這種IBC電池的生產(chǎn)工藝不斷優(yōu)化，目前已經(jīng)達(dá)到了25.0%的轉(zhuǎn)換效率。SunPower的IBC電池的性能提高主要來(lái)自于對(duì)金屬接觸區(qū)域的鈍化，據(jù)稱這種鈍化是采用優(yōu)化接觸區(qū)域的表面參雜濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖8是SunPower第3代IBC電池結(jié)構(gòu)示意圖。這種接觸區(qū)域的鈍化使SunPower的IBC電池的開(kāi)路電壓從最高690mV提高到730mV。HZB的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使對(duì)較低開(kāi)路電壓的IBC電池，采用a-Si 鈍化金屬接觸區(qū)，仍可以將開(kāi)路電壓提高38mV。目前最高的HIBC（HIT+IBC）電池的開(kāi)路電壓為740mV，而SunPower的同質(zhì)結(jié)IBC電池已經(jīng)達(dá)到了730mV的開(kāi)路電壓。據(jù)推測(cè)，SunP

20、owe很可能r已經(jīng)采用了非晶硅鈍化金屬接觸區(qū)域，或者采用了某種未發(fā)表的同非晶硅一樣強(qiáng)大的表面鈍化技術(shù)。圖7.IBC電池結(jié)構(gòu)示意圖圖8.第3代IBC電池結(jié)構(gòu)示意圖除了SunPower公司生產(chǎn)IBC電池外，目前還很少有其他公司生產(chǎn)這種電池，其中一個(gè)原因是這家公司對(duì)這種IBC電池采用了很好的專利保護(hù)。只是幾年前這些專利都過(guò)期而失去了保護(hù)作用，因此近幾年來(lái)，各家公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)IBC電池進(jìn)行了大量的研究工作而產(chǎn)生了很多很好的結(jié)果，表3是近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)研究結(jié)果的一部分?？磥?lái)其它公司開(kāi)始批量生產(chǎn)IBC電池就在不遠(yuǎn)的將來(lái)了。表3.近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的IBC電池效率3.6 異質(zhì)結(jié)電池（HIT）

21、日本三洋公司在N型硅片襯底上先做一層本征非晶Si，再在本征層上做P型或者N型非晶硅，得到了效率極高的HIT電池（Heterojunction with Intrinsic Thinlayer Cell）。HIT電池是一種利用薄膜工藝技術(shù)制作的N型電池，其表面鈍化效果甚至超過(guò)熱氧化硅鈍化，Voc可以達(dá)到725mV，并在2013年達(dá)到24.7%的轉(zhuǎn)換效率。圖9.HIT電池結(jié)構(gòu)示意圖目前有很多中國(guó)公司也在研究三洋的HIT技術(shù)，但效率一致不太好，后來(lái)發(fā)現(xiàn)在襯底上做一層超薄的SiO2過(guò)渡層，電池效率可以明顯地提高。由于三洋的HIT技術(shù)專利已經(jīng)到期，三洋公司也被收購(gòu)，國(guó)內(nèi)就把這種改進(jìn)的HIT電池結(jié)構(gòu)稱作H

22、JT電池。三洋公司的HIT結(jié)構(gòu)并未說(shuō)明是否在襯底上做過(guò)SiO2，或許該工藝本身就存在氧化硅。但是襯底上做這種超薄SiO2，由于非晶硅材料對(duì)光子的吸收率極高，這種非晶硅層都非常薄，5nm到10nm左右。這樣要采用TCO(透明導(dǎo)電玻璃)層來(lái)幫助電極對(duì)PN結(jié)電流的收集，實(shí)現(xiàn)起來(lái)不難，但做到均勻、可靠就比較困難了，這最終會(huì)導(dǎo)致成品率高低的問(wèn)題。HIT電池制造工藝，對(duì)設(shè)備和過(guò)程控制要求很嚴(yán)格，而且制造過(guò)程中大量使用半導(dǎo)體清洗液，其運(yùn)營(yíng)成本也相當(dāng)高。2014年，松下收購(gòu)三洋后，將這種HIT電池與IBC電池技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)正面電極也挪到該電池的背面，制成HIBC電池，并達(dá)到了25.6% 的效率，打破了25

23、%的世界紀(jì)錄。此外，除了松下公司自己生產(chǎn)HIT電池之外，由于目前HIT電池專利已過(guò)期，一些廠家和研究機(jī)構(gòu)對(duì)HIT電池進(jìn)行了大量的研究，結(jié)果如表4所示。表3.近幾年一些公司和研究機(jī)構(gòu)的HIT電池效率3.7異質(zhì)結(jié)和背接觸技術(shù)耦合電池（HIBC）HBC電池（HIT+IBC）結(jié)構(gòu)是在N型硅片襯底的背面做了一層非晶的本征層，然后在本征層上交叉地做非晶P型層和N型層，在N/P層的界面上形成PN結(jié)，分別從N型層和P型層引出電極。而電池的正面使用絨面和減反膜減反，并用鈍化層鈍化，正面沒(méi)有任何電極和Busbar。通過(guò)這種電池結(jié)構(gòu)，2014松下創(chuàng)造了25.57%的世界記錄。夏普公司圖10.HIBC電池結(jié)構(gòu)示意圖第

24、三章現(xiàn)有高效太陽(yáng)電池生產(chǎn)工藝介紹關(guān)于PERC工藝路線可以分為兩種：一種是常在實(shí)驗(yàn)室使用的所謂強(qiáng)化版路線，相比普通電池技術(shù)，多了背面拋光、表面熱氧化、背面的介質(zhì)層生長(zhǎng)、背面的接觸區(qū)域?qū)訄D形化。大規(guī)模生產(chǎn)中，采用簡(jiǎn)化版工藝路線居多，主要是減掉了熱氧化層的步驟。熱氧化法是SiO2表面鈍化最佳方法，其余的SiO2生長(zhǎng)方案效果都不理想。但由于熱氧化工藝成本較高，且外觀問(wèn)題不易解決，所以應(yīng)用不多。PERC電池規(guī)模化生產(chǎn)中，設(shè)備供應(yīng)商都有配合提供工藝設(shè)計(jì)方案。設(shè)備選型，一方面是選擇設(shè)備成熟度，另外一方面就是工藝成熟度。PERC電池的核心，就是背面的鈍化層（介質(zhì)層）。鈍化層主要是SiO2、AlOx。SiO2的

25、缺點(diǎn)在于其抗腐蝕性很差，只能用熱氧化法生長(zhǎng)，成本難以下降。目前，AlOx的應(yīng)用更為廣泛。AlOx的生長(zhǎng)方案主要有 PECVD、PVD 、LPECVD、ALD等等。我們?cè)鴮⑹袌?chǎng)上的所有的AlOx生長(zhǎng)技術(shù)方案進(jìn)行了對(duì)比分析，用不同的成膜工藝制作了壽命樣片，通過(guò)對(duì)比壽命樣片的少子壽命來(lái)分析各種成膜技術(shù)的潛力。最終發(fā)現(xiàn)， ALD技術(shù)的少子壽命指標(biāo)明顯由于比其他技術(shù)方案，排名第二位的是PECVD技術(shù)。ALD是一種原子層沉積技術(shù)，最大的優(yōu)勢(shì)是成膜效果均勻穩(wěn)定。針對(duì)硅表面高低起伏臺(tái)階，ALD技術(shù)可以在各個(gè)位置都保持均勻的成膜厚度和質(zhì)量。梅耶博格的設(shè)備采用的是PECVD氧化鋁成膜技術(shù)，優(yōu)勢(shì)在于集成度很好，無(wú)論

26、是新的設(shè)備還是改造舊設(shè)備，都可以把氧化鋁與背面的氮化硅層合二為一，一次工藝路線全部成型。梅耶博格設(shè)備的缺點(diǎn)，首先PECVD技術(shù)做氧化鋁，工藝性能與ALD有差距，只不過(guò)電池上的差距不會(huì)特別明顯，兩種方案基本是0.3%左右效率差距（因?yàn)槭切∨恐谱鳎圆荒芘懦町愂欠袷怯善渌A段工藝導(dǎo)致）。采用梅耶博格設(shè)備目前效率可達(dá)20.6%。此外，PECVD技術(shù)生長(zhǎng)AlOx，其化學(xué)品TMA的耗量相當(dāng)高，只不過(guò)目前TMA已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，成本還在可接受的范圍之內(nèi)。另外，就是PECVD的粉塵：機(jī)器腔體較大，會(huì)有AlOx粉末充斥在腔體里，很難清潔。IDEAL ENERGY應(yīng)該是目前最成熟的國(guó)產(chǎn)ALD設(shè)備解決方案供應(yīng)商

27、。該款設(shè)備首先是板式的承載方式，生產(chǎn)兼容性和上下料自動(dòng)化程度高；其次使用了ALD技術(shù)，能夠在板式大腔體工藝路線上實(shí)現(xiàn)原子層沉積，這些優(yōu)勢(shì)導(dǎo)致其前景樂(lè)觀。該款設(shè)備問(wèn)題在于：集成度還需要提高，目前只有一個(gè)ALD成膜方案，沒(méi)有與背面氮化硅方案集成在一起。后續(xù)期待該公司的新產(chǎn)品。中電的設(shè)備：中電做PERC電池較早，目前設(shè)備是當(dāng)初的實(shí)驗(yàn)性機(jī)臺(tái)，但在設(shè)計(jì)之初就預(yù)留了量產(chǎn)化改造的窗口。目前，中電研發(fā)團(tuán)隊(duì)正完全依靠自身力量進(jìn)行設(shè)備改造和升級(jí)。該設(shè)備采用原子層沉積技術(shù)，配備多種氣體源管路，適用不同鈍化膜的工藝研究。目前，可以做到20.8%的轉(zhuǎn)換效率，后續(xù)改造完成后，還有進(jìn)一步提高的空間。第四章高效晶硅太陽(yáng)電池的

28、發(fā)展趨勢(shì)除已有的兩家IBC和HIT電池制造商外，其它許多廠家已初步開(kāi)發(fā)掌握了高效率晶體硅電池的制造方法，并開(kāi)始投入批量生產(chǎn)。無(wú)論是現(xiàn)有技術(shù)還是經(jīng)典的PERC和PERT電池、以及選擇IBC結(jié)構(gòu)還是HIT電池結(jié)構(gòu)，這些電池的制造工藝和電池性能都在被迅速優(yōu)化提高。高效晶硅電池應(yīng)以單晶硅為主，因?yàn)楦咝щ姵匦枰唧w內(nèi)載流子壽命，而多晶硅目前無(wú)法得到較高的載流子壽命。至于選擇N型還是P型襯底、是IBC，HIT還是PERL類電池，只能由研發(fā)、設(shè)備和生產(chǎn)的發(fā)展來(lái)決定。目前很多專家看好N型電池，這是因?yàn)镹型硅片的載流子壽命遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)CZ(B)硅片。但硅片的高成本與工藝的復(fù)雜性，成為推廣N型高效電池技術(shù)的一個(gè)重要壁壘。目前，P型電池和硅片基材的研發(fā)稍滯后于N型電池和硅片，但由