晶体硅电池可工业化技术分析和前瞻

晶体硅电池可工业化技术分析和前瞻（一）近来传统晶体硅太阳能电池的技术开发水平大幅度提升，出现如 STP 的 PLUTO 电池，英利的 PANDA电池， CSUN 的 SE 电池， JA 利用硅墨形成 SE 等已工业化技术。这些技术各有其优劣。这里不做详细评论，下面将探讨除上述电池结构外可工业化的电池结构或技术（资料来源于网络及文献）。根据各国太阳能电池开发实验室及部分企业的研究成果，有如下几种技术具有潜在的发展：1. 德国 ISE 的 LFC (laser fired contact) PERC cells ，该电池制作利用 Nd:YAG 激光烧蚀沉积在氧化硅或者氮化硅上面的薄膜铝金属，实现低串联电阻的欧姆接触。由于背面电池采用了点接触的结构，金属复合大幅度减少，背面电池的钝化性能大幅度增加。该技术解决了传统电池背面复合高的缺陷。利用这种技术在 P 型衬底上，该机构获得了 21.6% 的转换效率。下图一显示了其典型的电池结构及不同基底材料 LFC 电池典型的 I-V 参数。图一： ISE 典型的 LFC 电池结构 表一：不同基底材料 LFC 电池的典型特点：结合激光技术，金属成膜技术，衬底要求低，易推广， 可实现高效电池的批量制作 I-V 参数2. 背接触电池，该电池工艺利用光刻或精密丝网印刷技术，结合分区扩散工艺，实现电池背面 PN 结的形成。该电池背面金属电极呈手指形状，也有人称其为 IBC 电池，焊接位置位于边缘的 6 个接触点上。但是，由于该技术需要使用电镀工艺（ Ni+Cu+Ag/Sn ），该工艺技术的实现需要很强的技术势力。目前通过工艺的不断优化，在 2010 年SUNPOWER 获得 24.2% 的最高工业化电池转换效率，刷新了工业化电池的效率记录。下图二显示了其典型的电池结构图二：典型的背接触电池结构 表二： Sunpower 电池某一天产线典型的效率分布图特点：电池高效，唯一已工艺化的背接触电池，外观美观，尤其是组件外观，零衰减。原材料的特殊需求（高寿命的 N 型硅片），成本（复杂的工艺）3. SANYO 的 HIT 电池，该电池工艺同样采用在 N 型硅片衬底上利用异质结技术实现高效电池的制作。该电池采用非晶硅钝化发射结和薄发射结的技术，实现高 VOC 电池的制作 （ 747mV 的 Voc:2010 年西班牙PVSEC 上展示的最新成果） ,近来获得了 22.8% 的电池光电转换效率。由于采用了非晶硅钝化技术和薄发射结技术，其技术对设备的要求苛刻。该公司目前已经在不同国家转让其技术和设备，据说设备成本非常昂贵。下图三，四分别显示了其典型的电池结构及 AIST2009 年的测试结果。图三：典型的 HIT 电池结构 图四： 2009 年 7 月日本 AIST 测试的最高 HIT 电池 I-V 参数特点：电池高效，唯一工业化的利用非晶硅钝化的异质结电池；可做双面电池结构，做 BIPV 应用的话，组件外观漂亮，电池零衰减。由于非晶硅特点，需要研究其长期稳定性。 实际的薄膜工艺控制是难点。4. 正面结 N 型电池（ Fraunhofer ISE ）：该电池工艺采用新的表面钝化技术（ Al2O3 ）在 N 型硅片衬底上实现高效电池的制作。该电池采用 Al2O3钝化发射结技术， 实现 23.9% 效率电池的制作 ,。 由于采用了 Al2O3 钝化技术， 该技术的导入引起业内 Al2O3钝化技术的井喷式发展（工艺研究和设备制作）。现在研究有成型的设备，如 R&R, BENQ 等。下图五显示了其典型的电池结构图五： 典型的正面结 N 型电池结构 表三： 2010 年正面结 N 型电池的最高效率电池的 I-V 参数特点：高效，比背接触电池具有低的技术要求及可能的成本优势，不足之处是正电极要进行金属蒸镀。如果利用丝网印刷技术的话，其技术应用前景广阔。5. EWT/MWT 技术，该电池结构设计源于 Sunpower 的背接触电池，利用激光技术将硅进行钻孔（ laser drilling ）处理 ,然后进行腐蚀去损伤层处理。由于在工艺工程中需要采用分区扩散的掩膜技术，注定其工艺成本较高。利用这种技术，在 P 型多晶硅衬底上，已获得了 18.8% 的转换效率。下图六显示了其典型的电池结构。图六：典型的 EWT/MWT 电池结构特点 1：目前最高效的多晶体电池制作工艺，结合电池封装工艺，可以实现非常小的 power loss. 难点要关注起激光的选择，激光打孔工艺的优化及金属浆料的选择。此外，由日本三菱公司开发的多晶硅电池在 2010 年也获得了 19.1% 的多晶最高效率。但是由于其使用 RIE 技术，激光打孔技术，其成本昂贵。下图七仅简单显示其电池结构。图七：日本三菱公司开发的高效多晶电池结构