2018PERC电池资料整理-吴帅.pdf

2018 吴帅 18835576745 2电池类型及其经典效率 HBC IBC * 数据来源美国可再生能源实验室 NREL 3PERC电池的由来 追踪 PERC电池的前生今世 PERC电池（ PassivatedEmitterandRearCell）最早起源于上世纪八十年代， 1989年由澳洲新南威尔士大学的 MartinGreen研究组在 AppliedPhysicsLetter首 次正式报道了 PERC电池结构，当时达到 22.8的实验室电池效率。 1999年验室研究的 PERL电池创造了转换效率 25的世界纪录。采用了光 刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。 2006年用于对 P型 PERC电池的背面的钝化的 AlOx介质膜的钝化作用引起 大家重视， PERC技术开始逐步走向产业化。 2013年前后，开始有厂家导入 PERC电池生产线，近几年 PERC电池越来越 引起行业重视，产能获得快速扩张。 2017年全球预计新增产能 6.5GW，从现有标准电池线升级 2.5GW，预计 至 2017年底，全球 PERC电池产能将达到 20GW。 4PERC电池的由来 硅片厚度不断降低 近来，为了降低太阳电池的成本，硅片的厚度不断降低，从最初的 350μm 到 270、 240、 220、 180μm ，将来甚至会向更薄方向发展。 带来的影响 1）背面复合 随着硅片厚度的减薄，少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的 厚度，部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合，这将对电池效 率产生重要影响。 2内表面背反射性能 当硅片厚度降低到 200μm 以下时，长波长的光吸收减少，需要电池有 良好的背反射性能。 5PERC电池的由来 PERC 电池结构是从常规铝背场电池（ BSF）结构自然衍生而来。 BSF电池具 有先天的局限性，随着业界对电池提效的关注愈来愈高，这种局限性 越发明显。应用于常规 BSF电池背表面的金属铝膜层中，复合速度无法 降 200 cm/s以下。到达铝背层的红外辐射光只 60， 70能被反射回去。 通过在电池背面附上介质钝化层，可大大减少这种光电损失，这就是 PERC电池的工作原理。这个概念仅针对电池背面进行了优化，尤其是 降低了光伏电池背面的复合损失，与电池正面无关。 6PERC电池的由来 背面复合速率对电池性能的影响 7PERC电池的优势 1、高光电转化效率，可降低系统的 BOS成本。 2、低衰减，可保证项目发电量。 3、机械性能并不差，隐裂不会明显增加。 4、高发电量，可提高项目的收益。 5、做双面电池需新增成本低。 6、效率转换前景较高，结合 PERCSE目前一线大厂效率已突破 22。 7、容易兼容后期高效电池，目前 HIT电池设备投资较高，且老产线不 能升级，几乎没有可以共用的设备，而 PERC制成升级后续的 IBC/HBC可 依靠升级设备即可。 8PERC电池结构 PERC Passivated emitter and rear cell 钝化发射极背面接触技术 9PERC电池技术路线 10PERC电池技术路线 11PERC电池经典 QE-PERC VS BSF 12PERC电池经典 QE-PERC VS SEPERC 13PERC电池工艺流程 14PERC电池生产流程 生产流程 在常规路线的基础新增氧化铝 /氮氧化硅和激光开槽设备。 15晶硅电池的钝化 背面钝化是一个很好的途径 作为背反射器，增加长波光的吸收； 介于硅基体和铝背场间，可以有效地减少电池片的翘曲； 原子态的氢饱和基体表面悬挂键 大量的固定电荷的场钝化效应 钝化层 16晶硅电池的钝化 17晶硅电池的钝化 减少表面复合中心 降低表面一种载流子浓度 化学钝化 场钝化 18晶硅电池的钝化 场钝化 19晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择 背钝化材料 说到背钝化的理想材料，人们自然把目光锁定到氮化硅上，这是一种应用十 分广泛的钝化材料，尤其适用于大规模生产。然而，在这里氮化硅却并不适用。 虽然这种材料已证明能够对电池迎光面进行化学钝化，但却不适用于电池背面。 如果氮化硅应用于 P 型表面，由于固定正电荷密度极高（高达 1013/cm3，会在 膜下面形成一个反转层。如果该反转层与基层接触，就会导致寄生分流，引发额 外短路电流密度损耗。 氧化铝的傲人之处在于固定负电荷密度非常高，每立方厘米超过 1013 个。大 多数钝化膜带的都是正电荷，如氧化硅和氮化硅，而氧化铝则不同。在沉积过程 当中，负电荷恰好处在氧化铝和硅晶表面生成的氧化硅界面的交界处，可确保产 生高效的场钝化效果。氧化铝在化学钝化中的效果也非常好，扮演着高效的氢原 子库作用，在热处理过程中为硅基片提供充足的氢原子，使悬空键达到饱和。就 其光学性质而言，氧化铝膜的带隙为 6.4eV，可以容许光伏电池所需的一部分阳 光透过。唯一的不足在于折射率很低，只有 1.65，这使氧化铝不太适合作为增透 20晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择 背钝化材料 膜单独出现在发射极面上。不过，氧化铝作为电介质可以很好地执行背面反射功 能。 其它备选的电介质 氧化硅 除了氧化铝这种理想材料外，还有其它几种材料也曾被认为可以用做背部钝化膜。 普遍认为，热生长的氧化硅可以为轻掺杂 P 型表面，如光伏电池背面，提供很好 的表面钝化效果。这比目前其它钝化方案能更有效地降低介面能位。不同于其它 沉积过程，氧化硅的沉积事实上会消耗硅，氧化硅膜大约 45 的厚度靠硅片表面 的硅来形成。当氧化层厚度生长到 100纳米左右时，开始具有背部内反射层性能。 不过，当覆上金属铝并加热至 500 摄氏度以上时，这种在热生长的氧化硅将变得 不稳定，这在光伏电池的生产过程中很常见。虽然覆盖一层氮化硅可以避免出现 稳定问题，但还有以下原因导致氧化硅这种材料一直以来未能进入主流市场首 先，加热条件下氧化层的生长是个缓慢过程，提高单片电池生产加热成本。其次， 21晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择 其它备选的电介质 氧化硅 氧化膜生长需要 900 摄氏度以上的高温，这会影响晶硅的使用寿命，尤其是多晶 硅材料。不过，法国 Semco Engineering 等公司正在推出新的解决方案 通过改 装的扩散炉，在微真空条件下热生长均一的氧化物。 氮氧化硅 历史最悠久的量产解决方案 氮氧化也曾用于 PERC电池的量产，其时间实际上甚至早于氧化铝 。国德 Centrotherm公司是唯一曾向市场推出基于氮氧化硅背钝化解决方案设备的厂商， SolarWorld公司曾是其在 PERC“ 早期时代”的最大客户。目前在国内一些厂商正 在继续开发氮氧化硅钝化技术。 （以润阳为代表。） 22晶硅电池的钝化 -为什么选择 AL2O3 不同电介质的特性 23晶硅电池的钝化 Al2O3背钝化效应来源于 1）与表面 Si原子形成 Si-H键，减少 表面缺陷密度 2） Al2O3材料表面较高密度负电荷形 成“场效应”，减少硅表面少子密度 降低表面复合数量，延长载流子寿命 密度提高 Voc， Jsc 成膜后需要退火才能达到良好的表面 钝化效果，退火后的少子寿命显著提 高 AlOx 背钝化原理 24晶硅电池的钝化 AlOx 背钝化原理 25晶硅电池的钝化 AlOx 膜结构 26晶硅电池的钝化 AlOx 膜的特性 27晶硅电池的钝化 AlOx 膜负电荷的来源 28晶硅电池的钝化 AlOx 膜不同衬底随注入水平的少子寿命变化 29晶硅电池的钝化 背钝化设备介绍 氧化铝膜厚（n m ） T M A 单耗 （m g / p ） 氮化硅覆 膜（n m ） 钝化膜 反应气体 （氧化铝 氮化 硅） 绕镀 沉积 沉积速率 （n m / m i n ） 工艺温度 （C ） Up-time （ ） 钝化工序良 率（ ） 产能 （w p h / 台） T M A 供应方 式 2 0 左右 （海宁晶科8 - 1 0 n m 估计新设备 升级 成都通威1 8 n m ） 10 100-120 AIOx N2OTMA氩 气 严重、E L 黑边 单面沉积 350-360 93 95-98 3500 中央供应 C E M 蒸发盒 15-25 （C T 1 0 - 1 2 厂家说8 左右新设备氧化铝方向 是做薄） 9 （C T 9 ） 100-120 AIOx/SI N 、S I O N N2OTMASIH4N H 3 氩气 N 2 C H 4 有 单面沉积 ≥8 400-500 98-99 96-97 2800-3100 6 （1 n m 需要沉积1 0 周期） 理想4 - 5 100-120 AIOx H2OTMAN2（ 需 要H 2 O 汽化器） ≤0 . 5 m m 单面沉积 2 理想 180-200 微导 150-300 95 3300 （微导≥ 4000P/h 使用源瓶供 应1 4 K G T M A L 汽化 器 5 - 6 （N C D 6 - 1 0 S o L a y T e r 4.7nm Levitech 5-6nm） 2 - 3 . 3 （N C D 2 Levitech 2mk/p SolayTec 3.3mk/p） 100-120 微导 （A l 2 O 3 /SIN） H2OTMAN2 采用双面镀规避 绕镀问题，正面 需使用特殊银浆 匹配，单面绕镀 较严重 双面沉积 2 100-250 95-97 （N C D 80 SoLayTec 9 5 ） 4000-6000 （微导≥ 4000P/h 氧化铝0 n m ，背面氮氧化硅 氮 化硅（两种膜厚度1 1 ，总体 折射率2 . 0 6 左右） 0 50-70 氮氧化硅 N2OSIH4NH3 有 单面沉积 氮氧化硅 沉积速率 高于氮化 硅，具体 看工艺参 数 400-500 / / / / - 15 100-120 三异丙基氧化铝 - - - - - 3000 - - - - - - - - - - - 95-97 30晶硅电池的钝化 背钝化设备介绍