10001289_高效N型硅太阳电池技术开发与应用

高效 N 型硅太阳电池技术开发与应用 李锋 李拯宇 史金超 宋登元 （光伏材料与技术国家重点实验室，英利能源（中国）有限公司，河北保定，071051） 摘要：英利熊猫双面电池（N-PERT）是已量产的三大 N 型高效太阳电池之一，具有双面发电 的优势。本文研究了不同背场制备方式的 N-PERT 太阳电池。采用磷离子注入技术替代原有的 磷扩散背场制备技术，可以获得更高质量的背场，电池效率可提升 0.5%。为了进一步降低背场 的复合速率，使用选择性背场技术（Selective back surface field） ，进一步提升电池效率，使英利 的 N-PERT 电池效率提升至 22%以上，电池双面因子可达 90%。相对于传统单面发电电站，采 用英利熊猫双玻组件能大幅提升电站的发电能力，在不同的安装场地下，双玻组件有着 10%-30%的 发电量增益。国际三大认证机构的双面认证，使英利熊猫产品更具市场竞争力。 关键词：N-PERT 双面电池，磷离子注入技术，选择性结构，双玻组件 1. 研究背景 采用 N 型衬底的太阳电池相比 P 型电池有很多优势，N 型硅对过渡金属杂质的容忍度高， 少子寿命高；N 型硅衬底中不含 B-O 对，无光诱导衰减效应，因而能够获得更高的电池效率 [1,2]。N-PERT 双面电池可以有效提升电池发电量，且保持相对低的生产成本。 由于双玻组件能大幅提高组件的发电能力，近些年受到了市场的青睐。N-PERT 双面电池 与双玻组件的结合，将更大程度发挥两者的双面发电优势，获得更广泛应用。 2. 研究结果与讨论 本文采用 156.75×156.75 mm2 的 n 型单晶硅片，电阻率 1-5 Ω·cm，实验过程全部采用英利 N 型电池量产设备。 2.1 磷离子注入 N-PERT 电池 常规 N-PERT 电池采用高温磷扩散技术制备背场。这样获得的背场掺杂浓度高，均匀性差。 相对于传统的磷扩散，离子注入技术优势明显，制备的背场掺杂均匀、掺杂深度可控，能够精 确掺杂。离子注入技术代替传统的高温磷扩散技术来制备 N 型太阳电池的背场，能显著提升电 池开路电压、短路电流，进而提升电池转换效率[3]。表 1 为常规磷扩散 N-PERT 电池与磷离子 注入电池参数对比。由于背场的改善，离子注入电池在长波段的光谱响应提升明显，同时使量 产电池的效率分布更加集中紧凑（如图 1 所示） 。 表 1 电池电参数对比 背场制备方式 Voc [mV] Jsc [mA/cm2] FF [%] Eff [%] 高温磷扩散 655 39.52 81.13 21.0 离子注入 659 39.74 81.96 21.5 图 1 常规 N 型电池与离子注入电池效率分布 2.2 选择性背场 N-PERT 电池 通过选择性背场（SBSF ）技术的应用，在背面栅线接触区域形成高浓度掺杂，在受光区 域形成低浓度掺杂，这样的掺杂结构在保证形成良好欧姆接触的同时，降低了受光区域的复合 速率，能显著提高开路电压和短路电流，进而提高电池效率。表 2 为 SBSF 电池与离子注入熊 猫电池的性能比较。图 2 所示，背场的优化使得 SBSF 电池的光谱响应在长波段提升明显。 表 2 电池电参数对比 电池 Voc [mV] Jsc [mA/cm2] FF [%] Eff [%] 熊猫电池 658 39.71 81.87 21.4 SBSF 电池 666 40.01 82.46 22.0 图 2 太阳电池光谱响应曲线 2.3 N 型双玻组件 N-PERT 电池的 Si 衬底不含 B-O 对，可以有效避免光致衰减效应的产生。测试英利熊猫 双玻组件户外辐照下的光致衰减特性，结果显示，不存在光致衰减现象，组件功率的轻微波动 主要是由于测试误差引起的。结果如图 3 所示。 图 3 英利熊猫双玻组件光致衰减特性 双玻组件由于其双面发电特性，能够显著提高组件的发电能力。图 4 为英利熊猫双玻组件 相比较传统单晶组件的在户外自然光照环境下一个月内的发电增益情况。数据显示，英利熊猫 双玻组件发电量的平均增益为 20.2%，根据日照条件的变化，单日最大的发电量增益为 33%。 并且随着不同安装地面的反射率差异，双玻组件的发电能力能够提升 10%-30%。 图 4 英利熊猫双玻组件相比传统单晶电池组件发电量增益 2.4 大同 50MW 双面发电电站 山西大同领跑者 50MW 双面发电电站，全部采用英利 N 型熊猫双玻组件，是目前世界最 大的 N 型高效双面发电电站，累计全年发电量 8562 万度，相对常规晶硅电池组件系统电站， 月均发电量增益 10.15%，最高可达 19%。 3. 结论 N-PERT 电池以及双面发电技术因其优异的性能，越来越受到市场关注。采用磷离子注入 的方式取代高温磷扩散技术制备 N-PERT 电池，将英利熊猫电池效率从常规的 21%提升到 21.5%。 选择性背场技术的应用，将电池效率进一步提升到 22%。英利熊猫双面电池及其组件不存在光 致衰减现象。相对于传统单面发电电站，采用英利熊猫双玻组件能大幅提升电站的发电能力。 在不同的安装场地下，双玻组件有着 10%-30%的发电增益。此外，英利 “熊猫”组件已获得 CGC 鉴衡、美国 UL 和 TüV 莱茵国内外三大知名认证机构的双面发电认证。未来，会有越来越 多的电站和分布式采用双面组件系统，双面发电技术将迎来快速发展机遇。 参考文献 [1] A. Rohatgi, D. Meier, B. McPherson, Y.OK, A. D. Upadhyaya, J.H. Lai, and F. Zimbardi, High-throughput ion implantation for low-cost high-efficiency silicon solar cells, Energy Procedia, vol.15, pp.10-19, 2012. [2] Y. Liu, J. Wu, X. Wang L. Zhang, Mass production of high-efficiency MWT solar cells via ion implantation, in Pro. 28th EU PVSEC, 2013, pp.1120-1122. [3] M. Hermle, J. Benick, M.Rudiger, N.Bateman, and S.W. Glunz, N-type silicon solar cells with implanted emitter, in Pro. 26th EU PVSEC, 2011, pp.875-878. 作者简介 姓名：李 锋 主要研究方向：晶体硅太阳电池技术 Email: feng.li@yingli.com 通信地址：河北省保定市高新区朝阳北大街 3399 号 邮政编码：071051