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高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍.pdf

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高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍.pdf

高效晶硅太阳能电池生产的前沿技术介绍系列之 SE电池技术序言太阳能电池产品能够普及的关键是低成本发电。 当光伏发电成本与传统能源持平甚至低于传统能源的时候, 太阳能电池产品将不依赖于政府的补贴,得以在民众中普及推广。低成本的实现途径包括光电转化效率提高、生产成本下降及组件寿命提升三方面。提高太阳能电池光电转换效率一直是光伏行业工艺研发人员的工作重点, 近年来发展起来的高效晶硅太阳能电池前沿技术包括 SE 选择性发射电极技术、 MWT 技术、 EWT技术、 HIT 技术、表面钝化技术、 IBC 技术、 LBSF 技术、黑硅技术、双面电池技术、二次印刷技术等。虽然,到目前为止,上述太阳能电池前沿技术的生产成本还很难与常规电池工艺匹敌,无法实现大批量生产。但是,低成本光伏产品的爆炸式发展将依赖于太阳能电池新工艺技术的革新。因此, 我计划对目前世界范围内研发的高效晶硅太阳能电池前沿技术进行一个系列介绍, 以便于我司技术人员了解晶硅太阳能电池行业的技术动态,拓展思维方式。本期将首先介绍 SE 选择性发射电极技术。一、 SE 电池技术介绍SE电池技术即选择性发射极( SE-selectiveemiter)技术,即在金属栅线(电极)与硅片接触部位进行重掺杂, 在电极之间位置进行轻掺杂。 这样的结构可降低扩散层复合,由此可提高光线的短波响应,同时减少前金属电极与硅的接触电阻,使得短路电流、开路电压和填充因子都得到较好的改善, 从而提高转换效率。 其电池结构示意图如图 1 所示二、 SE 结构电池的优点1、降低串联电阻,提高填充因子在丝网印刷工艺下, 前栅接触电阻、 体电阻和扩散层薄层电阻对串联电阻贡献最大。根据金属 -半导体接触电阻理论,接触电阻与金属势垒( barrierheight )和表面掺杂浓度( Nb)有关,势垒越低,掺杂浓度越高,接触电阻越小。2、减少载流子 Auger 复合,提高表面钝化效果当杂质浓度大于 1017cm-3 时, Auger 复合是半导体中主要的复合机制,而 Auger 复合速率与杂质浓度的平方成反比关系,所以 SE的浅扩散可以有效减少载流子在扩散层横向流动时的 Auger,提高载流子收集效率。图 1 SE电池与传统电池结构比较3、改善光线短波光谱响应,提高短路电流和开路电压对于 AM1.5G 而言,月 20能量的入射光的吸收发生在扩散层内,所以浅扩散可以提高这些短波段太阳光的量子效率, 提高短路电流; 同时, 由于存在一个横向的 ( n-n)高低结,和传统结构相比,还可提高开路电压。三、 SE 电池的实现方案SE电池技术的关键是实现掺杂区域的选择性,即在电极浆料印刷区域实现重掺杂,而在电池片受光区域实现轻掺杂。根据公开文献资料,目前实现 SE选择性发射电极技术的工艺路线主要有以下几类( 1)印刷磷浆(云南师范大学研究工艺)由云南师范大学研究出来的 SE工艺,其工艺流程如下制绒→浅扩散→印刷磷浆→重扩散→洗磷→ PECVD→印刷烧结→测试包装该工艺路线的优点是工艺流程简单, 成本相对较低; 缺点是磷浆容易挥发, 选择效果不佳,光电转换效率提升有限。( 2)腐蚀扩散掩膜层(南京中电工艺)由南京中电赵建华博士开发出来的 SE电池工艺,其工艺流程如下制绒→氧化硅层→印刷磷浆→腐蚀模板→清洗浆料→重扩散→洗磷→二次浅扩→洗磷→ PECVD→印刷烧结→测试包装该工艺路线的优点是掺杂区域的选择性较好, 转换效率提升较多; 缺点是其源于芯片制作工艺,工艺流程复杂,扩散均匀性较难控制,生产成本较高。( 3)直接印刷掩膜层( schmid , centrotherm 工艺)由太阳能设备厂家 schmid 及 centrotherm 开发的 SE电池工艺,其工艺流程如下制绒→印刷掩膜→重扩散→清洗掩膜→二次浅扩→洗磷→ PECVD→印刷烧结→测试包装该工艺路线的优点是相对南京中电 SE工艺,其工艺步骤简单;困难在于扩散均匀性以及印刷对齐较难控制。( 4)硅墨技术( Innovalingt,OTB 工艺)由杜邦 Innovalingt 以及 OBT研究开发的硅墨技术实现 SE电池工艺, 其工艺流程如下制绒→扩散→洗磷→ PECVD→印刷背极→印刷背场→硅墨印刷→硅墨烘干→印刷栅线→测试包装该工艺路线的特点是只需增加一台印刷机, 就可实现较大幅度的效率提升。 在现有工艺设备基础上也容易升级。( 5) LDSE技术(新南威尔士大学技术)新南威尔士大学开发的 SE电池技术,其工艺流程如下制绒→轻扩散→ PECVD→喷磷源→激光扩散→电镀→烘干烧结→测试包装该工艺路线的特点是用到激光和电镀,工序多,工艺复杂。电镀有多种选择。电镀的银的导电性约是银浆的 10 倍。可以节省贵金属。用镍铜银,或镍铜锡结构,可以省掉贵金属。可以把栅线做的很密很细,或其他优化结构。上述工艺路线无一不涉及到印刷对准问题, 即选择性发射极掺杂之后,怎样保证印刷或者电镀的电极图案能够准确的与重掺杂区域重合这是所有 SE电池工艺都需要解决的工艺设备问题。四、我司实施 SE 电池的可能性从所有公开的 SE电池工艺资料介绍来看, 每一种 SE电池工艺均需要高昂的设备成本投入, 并且其电池生产成本比常规工艺较高。 除非专门生产某些特殊要求的高效电池片,否则实施 SE电池可行性不高。但是,一种新的实施 SE电池工艺的概念值得关注,即在印刷银浆中添加掺杂元素,利用高温烧结过程实现电极区域的选择性二次扩散。 该方法与硅墨技术基本相似,但相对更加简单,不需要额外设备投资,并且很好的解决了印刷对准问题。但是该方法依赖于新浆料的研发, 并且烧结过程中掺杂元素挥发导致的环境问题以及浆料中掺杂元素挥发残留的气孔降低电极导电性能的问题是一个难题。

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