【CITPV】Topcon电池的挑战与机遇-王文静

pTopcon电池的挑战与机遇王文静中科院电工所中国科学院大学 太阳电池技术发展方向从钝化接触（con）到钝化重掺杂SiNxH 铝背场金属电极p型硅衬底n型发射极 SiNxH背场 金属电极PN型硅衬底n型发射极金属电极钝化膜 SiN xH背场 金属电极PN型硅衬底n型发射极钝化膜 可产业化的新型结构晶体硅太阳电池 Topcon POLO 从Topcon到HJT HIT Triex TopconPOLOSanyo 塞 昂 Solivo FrauhoferGIT， ECNPECVD 湿 法 氧 化 PECVD 湿 法 氧 化 PECVDLPCVD湿 法 氧 化24.7 23.1 25.121.2 为什么Topcon电池的开压不如HJT高N c-SiP c-Si N c-SiVoc光 注 入 热 平 衡异 质 结 电 池 异 质 结 电 池 各种最高效率的电池的效率单 位 效 率 VocmV JscmA/cm2 FF 双 面 率 尺 寸 cm2 技 术 年 份晶 科 23.95 690 41.66 83.32 244.48/p-Cz PERC 2018IMEC 22.8 694.2 40.50 81.1 97.2 n-Cz PERT 2017UNSW 25 706 42.7 82.8 p-Cz PERL 1997SunPower 25.2 737 41.33 82.71 153.49/n-Cz IBC天 合 25.04 715.6 42.27 82.81 243.18 IBC 2018Fraunhofer 25.70 724.8 42.5 83.2 4/n-FZ Topcon 2017Fraunhofer 22.90 694.0 40.8 81.0 100/n-FZ Topcon 2017 汉 能 24.85 746.0 39.4 84.5 244/Cz HJT 2019晋 能 24.04 749.0 39.41（ 9.628A,M2） 80.79 89.61 244.3/n-Cz HJT 2018Panasonic 24.7 750 39.5 83.2 101.8/n-Cz HIT 2013ISFH 26.1 726.6 42.62 84.28 4/p-FZ BJBC-POLO 2017Kaneka 26.6 738.0 42.65 84.9 79/n-Cz HBC 2017 太阳电池技术发展的未来 N. Koide, et. al., Recent Advances of Heterojunction Back Contact Si Solar Cells in SHARP, 1st International Workshop on SHJ Solar Cell, 2018.10.25, Shanghai, China Topcon尽 管 进 行 了 钝 化接 触 ， 但 是 由 于 是 同 质 结 ，因 此 其 Voc仍 旧 不 高 ， 这就 体 现 了 一 种 极 限 。 Topcon电 池 的实 验 室效 率 Topcon电池的产业化 单 位 名 电 池 种 类 衬 底 类 型 面 积 （ cm2） 效 率 VocmV Jsc FFFrauhofer TopCon N-单 晶 硅 4.008 da 25.8 724 42.87 83.1ISFH IBCPOLO N-单 晶 硅 3.9857da 26.1 726.6 42.62 84.3天 合 TopCon N-单 晶 244.42 24.58中 来 TopCon N-单 晶 246.21 22.86 694.5 40.50 80.86l 中 来 2GW产 能 ， 产 线 平 均 22.5l 林 洋 400MW产 能 ， 试 制l 天 合 中 试 线l 晶 科 中 试 线 24.04 22.28 23.4 23.03 24.8523.18 24.7 24.2 26.62021222324252627 晋 能 上 彭 泰 兴 中 智 福 建 均 石 汉 能 上 海 微 系 统 所 Panasonic, -2013 Kaneka -2013 Kaneka（ HBC） HJT 电 池 的 最 高 效 率国内外企业的最高效率 汉能公司2019年8月获得新的HJT电池效率世界记录l 商 用 电 池 面 积l 使 用 理 想 公 司 的 PECVDl 使 用 国 产 磁 控 溅 射 设 备l 常 规 银 电 极 单晶PERC电池的效率增长迅速PERC单 面 21.5 PERC双 面 21.5 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp;15 PERC双 面 SE 22 nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; nbsp; 15 21.40 21.70 22.13 22.61 22.71 22.78 23.26 23.45 23.60 23.95 24.0620.0020.5021.0021.5022.0022.5023.0023.5024.0024.502014.11.1/天 合 2015.7/SolarWorld 2015.12,.1/天 合 2016.12.16/天 合 2017.10.17/隆 基 2017.10.25/晶 科 2017.10.27/隆 基 2017.11.8/晶 科 2018.2.28/隆 基 2018.5.23/晶 科 2019.1.16/隆 基PERC电 池 的 效 率 提 升 各种电池的工艺步骤清 洗 制 绒扩 散去 除 PSG和 背 结 前 表 面 SiNx丝 印 与 烧 结光 再 生测 试 清 洗 制 绒扩 散去 除 PSG和 背 结前 表 面 SiNx丝 印 与 烧 结光 再 生测 试背 表 面 AlOxamp;SiNx双 面 氧 化 清 洗 制 绒前 扩 散 硼去 除 PSG和 背 结LPCVD沉 积 本 征 多 晶 硅退 火 前 表 面 镀 AlOxamp;SiNx背 表 面 镀 SiNx离 子 注 入 PLPCVD背 面 氧 化双 面 Ag丝 印 与 烧 结光 再 生测 试 清 洗 制 绒双 面 PECVD镀 a-Si膜 （ p/i/n）双 面 PVD镀 TCO膜测 试光 再 生双 面 Ag丝 印 与 烧 结BSF电 池（ 7步 ） PERC电 池 （ 10步 ） N-TopCon电 池 （ 1213步 ）N-HJT电 池（ 6步 ）激 光 制 备 SE 激 光 制 备 SE TopCon电池的技术成熟度 TopCon电池沉积多晶硅的设备48所 捷 佳 伟 创 捷 佳 伟 创 、 北 方 华 创 、 48所 Topcon电池挑战之一BBr3扩散BBr3是 无 色 透 明 的 液 体 ， 熔 点 -46℃ ， 沸 点 91℃ ， 蒸 汽 压 高 ， 可 以 获 得 较 高 的 扩 散 表 面 浓 度 。 使 用 时 采 用液 态 源 扩 散 法 ， 源 蒸 汽 用 氮 气 携 带 。 BBr3在 高 温 下 分 解 23223 6234 BrOBOBBr   上 式 产 生 的 溴 蒸 气 对 硅 片 有 腐 蚀 作 用 ， 故 通 常 在 扩 散 时 要 通 入 少 量 的 氧 气 或 水 蒸 汽 。 实 际 反 应 中 三 个 反 应 都 会 发 生 ，反 应 产 生 的 SiO2可 以 保 护 硅 不 被 溴 蒸 气 腐 蚀 。 B2O3在 950℃ 时 是 液 态 ， 其 沸 点 在 1600℃ ， 因 此 会 造 成 表 面 不 均 匀 。 通 过 降 低 腔 内 压 力 可 以 降 低 B2O3的 饱 和 蒸 汽 压 ，从 而 增 加 扩 散 均 匀 性 。 在 腔 室 内 部 温 度 较 低 处 会 形 成 BSG， 导 致 粘 舟 、 粘 锅 ， 并 且 导 致 石 英 管 壁 上 沉 积 的 BSG出 现 应 力 ， 使 得 石 英 管 裂 缝 。在 扩 散 硼 后 ， 一 旦 降 低 温 度 ， 往 往 会 因 为 应 力 导 致 石 英 管 破 损 。23 322 BrBBBr  22 SiOOSi   Topcon电池挑战之二硼离子注入的问题Atom diameter/ Atom weight The effect of implantation Recrystallinzation after annullingSi 1.17 28B 0.88 10.8 Atom weight is small, the damage is not amorphic area. 1000CP 1.1 31 Atom weight is large, the damage is amorphic area. 1000C使 用 硼 的 化 合 物 分 子 增 加 注 入 离 子 质 量 ， 增 加 晶 格 损 伤 Topcon电池挑战之三制备双面掺杂层P type emitter N type BSFBBr 3 diffusion POCl3 diffusionBBr3diffusion P ImplantationB implantation P implantationB spray POCl3 diffusionAPCVD deposited BSG POCl3 diffusionB epitaxial growth POCl3 diffusionRTV（ LPCVD）B doping POCl3 diffusionN-PERT电 池 需 要 去 背 结或 掩 膜 扩 散 Topcon电池挑战之四 p-TopCon电池的掺硼多晶硅2 0 1 7 年 ECN公 司 报 道 了 其 Topcon电 池 的 中 试 线 的 平 均 效率 为 2 1 .5 ， Voc6 7 6 mV， Jsc3 9 .7 mA/cm 2 ， FF8 0 ，双 面 率 为 8 6 结论TopCon电池的优势与劣势优 点 l效 率 高 于 P型 单 晶 PERC电 池 ， 但 是 低 于 HJT电 池l 工 艺 设 备 与 PERC电 池 的 兼 容 性 较 好l 衰 减 低缺 点 l工 艺 复 杂l成 本 较 高 工 艺 成 本 高 双 面 银 浆l效 率 提 升 潜 力 有 限 谢 nbsp;谢/p