【CITPV】Topcon电池的挑战与机遇-王文静

Topcon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SiNx:H 铝背场金属电极p型硅衬底n型发射极 SiNx:H背场 金属电极P(N)型硅衬底n型发射极金属电极钝化膜 SiN x:H背场 金属电极P(N)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% 25.1%21.2% 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 (%) Voc(mV) Jsc(mA/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 (%) Voc(mV) Jsc() FF(%)Frauhofer TopCon N-单 晶 硅 4.008 (da) 25.8 724 42.87 83.1ISFH IBCPOLO N-单 晶 硅 3.9857(da) 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 ： 22.5%l 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% 15% PERC双 面 +SE： 22% 15% 21.40% 21.70% 22.13% 22.61% 22.71% 22.78% 23.26% 23.45% 23.60% 23.95% 24.06%20.00%20.50%21.00%21.50%22.00%22.50%23.00%23.50%24.00%24.50%2014.11.1/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 AlOxSiNx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 AlOxSiNx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 （ 12~13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  Ø 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 。 ØB2O3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 。Ø 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/Å 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. 1000°CP 1.1 31 Atom weight is large, the damage is amorphic area. 1000°C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 %， Voc=6 7 6 mV， Jsc=3 9 .7 mA/cm 2 ， FF=8 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 ü 工 艺 成 本 高ü 双 面 银 浆l效 率 提 升 潜 力 有 限 谢 谢