非晶硅/晶体硅异质结（HAC）太阳电池 结构与量产技术剖析-南昌大学周浪

周 浪 光 伏 研 究 院 （ IPV）江 西 省 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 太 阳 电 池 辅 材 与 产 线 装 备国 产 化 重 点 创 新 中 心2020-05-12索 比 光 伏 —东 方 日 升 2020 HAC光 伏 线 上 论 坛非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ HAC） 太 阳 电 池结 构 与 量 产 技 术 剖 析 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ H eterojunction of Amorphou silicon / Crystalline silicon, 以 下 简 称 H AC） 太 阳 电 池 结 构 上 下 对 调 一 下 也 可 以 ， 可 能 更 好 ！氢 的 引 入 （ W. Fuhs, К. Niemann and J. Stuke, Fachbereich Physik, University of Marburg, Germany, American Physical Soc. Bulletin, 1974）与 本 征 非 晶 硅 层 的采 用 （ K. Okuda, H. Okamoto, Y. Hamaka, Japanese Journal of Applied Physics， 1983） 是 关 键 进 展 。理 论 和 实 践 进 一 步确 定 了 衬 底 必 须 是n型 Producer/Research G roup Base Area[cm2] Voc [mV] Eff [%] Sanyo (HIT) n-type CZ 100 745 23.0 Roth& Rau (Switzerland) n-type CZ 4 735 21.9HEMRI (Korea) 220 721 21.1 Kaneka and IMEC(Japan and Belgium) n-type 156 21.0 CEA-INES(France) n-type FZ 105 732 21.0 IMT and EPFL (Switzerland) n-type FZ 4 725 21.0 FernUniversität Hagen (Germany) n-type FZ 1 675 19.7HMI (Germany) n-type FZ 1 675 19.3NREL(USA) p-type FZ 0.9 678 19.3 HAC 电 池 的 发 展 – 2012年 12月 的 进 展 报 告 3 • 2011以 前 ， 2-3 家 科 研 机 构 。 。 。 Eff. 16～ 17%• 2011 两 个 863计 划 中 试 规 模 项 目 平 行 启 动 . 2013达 21%• 2013-15， 2-3 家 中 试 ， Eff.~21% （ 其 中 赛 昂 后 为 美 国 特 斯拉 旗 下 公 司 收 购 ） (2014 Panasonic 报 告 24.7% eff的 最 高记 录 和 1GW扩 产 计 划 ） • 2017年 3 家 公 司 投 入 100MW/a 级 规 模 生 产 Eff. ~22%• 2018年 11家 扩 产 或 新 进 投 入 。 超 过 4GW, Eff. ~22.5%• 2019年 6家 扩 产 或 新 进 。 超 过 8GW， Eff. 23.4-23.8% 中 国 HAC电 池 研 发 与 产 业 发 展 什 么 运 气 ？ ！- 2017以 来 的 这 些 中 国 量 产 项 目 有 哪 家 做过 3年 以 上 的 研 究 ？- 我 们 真 的 比 美 国 、 德 国 、 法 国 那 些 多 年研 究 HAC电 池 的 团 队 更 懂 HAC理 论 和 技 术 ？ • 工 具 （ 设 备 ） 更 好 ？ 未 必 。 理 想 万 里 晖 在 HAC设 备 上 自 己 也 是 从 0开 始 没 几 年 的 。• 再 回 望 一 下 ： 做 得 好 的 都 有 个 共 性 —— 都是 量 产 项 目 ！• 再 看 看 过 程 ： HAC电 池 的 生 产 都 有 个 产 品 效率 爬 坡 的 过 程 ， 即 便 是 已 经 成 熟 的 产 线 和 工 艺 ，中 断 再 起 ， 也 要 经 过 这 样 的 过 程 ， 要 跑 几 万 片 ，包 括 最 初 几 千 片 “打 谜 ”（ dummy)片 ！ 经 过这 样 的 过 程 ， 产 品 的 效 率 才 能 爬 上 2～ 3个 点 ，达 到 我 们 所 知 的 水 平 ！. 那 中 外 这 些 一 流 的 实 验 室 所 做 的 不 过 都 是些 “ 打 谜 ” 片 、 甚 至 是 第 一 片 “ 打 谜 ” 片 吧 ？ 但 PERC电 池 却 没 有 这 样 的 故 事 ： - 约 四 十 年 前 新 南 威 尔 士 大 学 马 丁 格 林 实 验 室 已 经达 到 25%的 效 率- 而 迄 今 量 产 PERC电 池 效 率 的 高 端 水 平 也 低 于23%- 值 得 寻 味 的 是 ， 马 丁 格 林 实 验 室 似 乎 从 没 有 HAC类 电 池 的 研 究 发 表 ！ 有 可 能 并 非 没 做 过 ， 但 效 率 数 据 上 不去 ， 不 给 力 吧 ！. HAC电 池 看 来 是 太 敏 感 了 ， 对 结 构 ， 对 成 份 “打 谜 ”爬 坡 中 发 生 的 什 么 事 使 电 池 的 结 构 或 成 份 移 向了 好 的 方 向 ！ • 再 从 电 池 结 构 上 看 看 ：有 什 么 理 由 会 使 HAC电 池 特 别 敏 感 ？ 非 晶 硅 /晶 体 硅 异 质 结 （ H eterojunction of Amorphou silicon / Crystalline silicon, 以 下 简 称 H AC） 太 阳 电 池 结 构 上 下 对 调 一 下 也 可 以 ， 可 能 更 好 ！氢 的 引 入 （ W. Fuhs, К. Niemann and J. Stuke, Fachbereich Physik, University of Marburg, Germany, American Physical Soc. Bulletin, 1974）与 本 征 非 晶 硅 层 的采 用 （ K. Okuda, H. Okamoto, Y. Hamaka, Japanese Journal of Applied Physics， 1983） 是 关 键 进 展 。理 论 和 实 践 进 一 步确 定 了 衬 底 必 须 是n型 • 极 薄 的 CVD非 晶 硅 层 （ 5 nm） 可 能 会 是 原 因 。 不 仅 是 膜 厚 的 均 匀 性 . 几 秒钟 完 成 ， 系 统 才 刚 启 动 . 热 丝 CVD可 能 还 好 些 ，等 离 子 体 CVD可 能 还 未 来 得 及 稳 定 .• 氢 原 子 的 角 色 钝 化 效 果 很 依 赖 氢 与 沉 积 层 中 硅 原 子 的 结 合 状况 。 氢 能 成 千 倍 地 降 低 a-Si中 的 深 能 级 态 密 度（ 1019 cm-3 - 1016 cm-3 ） ！ 这 可 能 是 导 致HAC电 池 过 程 敏 感 性 的 根 源 ， 也 是 HAC电 池 结构 与 化 学 不 同 于 其 它 类 型 电 池 的 最 独 特 之 处 。 两 个 因 素 相 互 增 强 ， 应 该 会 导 致 我 们 所 看 到 的 过程 敏 感 性 • 当 然 ， 我 们 不 会 因 为 HAC敏 感 而 放 弃 对 它 的追 求 ！ TopCon也 有 它 的 问 题• 这 一 切 只 是 使 我 们 意 识 到 我 们 对 HAC非 晶 硅膜 的 结 构 和 化 学 的 认 识 还 十 分 模 糊 ！ - 我 们 不 知 道 什 么 结 构 、 什 么 氢 -硅 状 态 ， 是 最 好 的 - 我 们 不 知 道 “打 谜 ”过 程 中 ， Si:H膜 发 生 了 什 么 变 化 - 我 们 对 工 艺 优 化 、 调 节 有 些 经 验 ， 但 我 们 并 不 知 道 它 们 使 Si:H膜 结 构 和 化 学 发 生 了 什 么 变 化 结 语• HAC电 池 自 诞 生 开 始 ， 由 西 方 主 导 研 究 逾三 十 年 ， 但 远 没 有 研 究 透 随 着 中 国HAC量 产 的 发 展 ， 相 关 基 础 研 究 在 西 方 不会 再 有 很 大 的 兴 趣 ， 切 实 的 需 求 在 中 国 我 们 应 该 接 过 这 个 “接 力 棒 ”！• 居 安 思 危 ！ 想 想 一 旦 设 备 状 态 跑 点 偏 ， 没有 理 论 指 引 ， 黑 暗 之 中 我 们 怎 么 找 回 来 ？• 也 许 中 国 HAC光 伏 群 英 应 该 设 立 个 研 究 基金 ！ 2011年 2017年 中 智 电 力 （ 泰 兴 ） 黄 海 宾 博 士 在 车 间2017年2011年 2018年 中 智 二 期黄 海 宾 博 士 在 中 智 车 间谢 谢 垂 聆 欢 迎 商 讨敬 请 批 评 2016年 2019年 昌 大 高 新 IPV十 年 HAC光 伏 路