超详细！从24%走向24.5%的HJT电池产业化技术

从 24%到 24.5%的 HJT电池产业化技术 王文静 中科院电工研究所 华晟新能源公司 24.5%效率结构24%效率结构 25%效率结构 提升效率的结构： 24%→25% HJT电池工艺流程 清洗制绒 丝印前后电极与烧结 测试 P V D 制备双面 T CO P E CV D 制备双面非晶硅掺杂层 Ca t - CV D 制备双面非晶硅掺杂层 RP D 制备双面 T CO 光注入退火增效 达到 24%产业化电池的技术现状 ⚫ MBB取代 5BB ⚫光注入退火 ⚫器件级非晶硅薄膜的制备 ⚫ 优异的界面钝化 ⚫ 带隙匹配（ Band Line up） ⚫ TCO的持续改进 ⚫无损切割技术 ⚫低温串焊技术 细栅技术 光注入退火技术 单层膜技术 主栅的改进提高所有电池的效率 7主栅 无主栅（ SWCT） 12主栅 无栅线（ IBC） BOM差异 5BB MBB 成本差异 （ 72片） 电池浆料 110mg/pcs 74mg/pcs -11.8￥ 焊带成本 +80% +0.3￥ 多主栅与 HJT电池的结合 BOM差异 4BB 5BB MBB SWCT 电池浆料 350mg/pcs 300mg/pcs 95% 组件 CTM98.5% 24.5%效率结构24%效率结构 25%效率结构 提升效率的结构： 24%→25% 24.5%的 HJT技术 优化的退火技术 多层膜技术 精细的界面钝化技术 能带匹配（ band Line up） ⚫ 非（微）晶硅膜质量的改进 ⚫ 晶体硅本身的改进 ⚫ 非（微）晶硅 /晶体硅膜界面的改进 ⚫ 整体能带的匹配 技术改进之一： 预处理 与 后处理 的效应 降低缺陷表面态密度 化学退火：降低非晶硅体内缺陷 化学退火 —— 沉积过程中的氢处理 热退火 —— 镀膜后加温 光注入退火 —— 制备成电池后加温、加光 退火 各种 PECVD处理方法的条件 ⚫ Pre-HPT：氢等离子体预处理 ⚫ Post-HPT：氢等离子体后处理 ⚫ VHF非晶硅生长处理 ⚫ Seed Layer ⚫ CO2等离子处理 用于降低孵化层影响的技术 各种处理方法得到的窗口层的晶化率和钝化特性 N c-Si i a-Si:H i a-Si:H LSM— SiH HSM— SiH2 ⚫ 预处理有利于 SiH2的成分增加 ⚫ 预处理有利于 τeff的提升 ⚫ 预处理中 pre-HPT+VHF处理的效果更好 R = IHSM/(IHSM + ILSM) = I2090/(I2090 + I2000) 表面处理工艺对生长的薄膜的工艺过程 Combined treatment 1： pre-HPT + (n)nc-Si:H seed + n-type contact stacks + post-HPT + (n)a-Si:H Combined treatment 2： pre-HPT + VHF (i)nc-Si:H seed + n-type contact stacks + post-HPT + (n)a-Si:H 表面处理工艺对生长的薄膜的改进结果 对于 n型硅层： ⚫ 大部分预处理和后处理工艺基本上都是正面的，除了 post-HPT ⚫ (n)a-Si:H盖帽层具有很好的作用 ⚫ Combination Treatment 2具有最好的作用（更高的 σ和更低的 Ea） 对于 p型硅层： ⚫ 几乎所有的处理都显示了正的效应 ⚫ 最有效的是在制备氧化硅窗口层之后加入盖帽层 — (p)a-Si:H层（ σdark:0.02→0.07A/cm； Ea:111.2→81.1meV） ⚫ 使用 VHF(i)nc-Si:H种子层作为预处理也具有很好的作用（ σdark:0.02→0.03A/cm； Ea:111.2→96.4meV） ⚫ N型窗口层的电导率明显大于 P 型窗口层（ 2.03:0.07S/cm） ⚫ N型窗口层的 Ea明显小于 P型层 （ 35:81.1meV） N型层更适合置于迎光表面 退火温度对各种掺杂非晶薄膜性质的影响 提高退火温度会使： ⚫ (i)a-Si:H的钝化特性变好 ⚫ (n)a-Si:H的钝化特性变好 ⚫ (p)a-Si:H的钝化特性变差 ⚫ (p)a-Si:H的光学带隙急剧变窄，说明表面钝化状态 发生了劣化，局域缺陷增多。 c-Si a-Si:H HJT电池的光注入退火实验 Eiji Kobayashi, et.,al., Solar Energy Materials and Solar Cells 173 (2017) 43–49 Eiji Kobayashi, et.,al., APPLIED PHYSICS LETTERS 109, 153503 (2016) T=200℃ ，辐照强度 =1x1015cm-3 T=200℃ HJT电池的光注入退火实验 Chukwuka Madumelu, et.,al., Solar Energy Materials & Solar Cells 218 (2020) 110752 技术改进之二：减少交叉污染 减小交叉污染的影响 ◆ 旧方案： IN-IP Load I N UL Flip Load I P UL Load I UL Flip Load I N UL Flip Load P UL CVD1 CVD2 CVD1 CVD2 CVD3 ◆新方案： I-IN-P 电池效率提高 0.15%！ ◆ p面 i layer相比 n面 i layer对电池效率影响更大 . ◆ i-n共用载板对电池效率影响很小 . ◆ 采用 i-in-p的工艺顺序，效率可以提高 0.1~0.2%. 试验结果 1 2 3 4 P side I 1 Tray A N side IN Tray B + P layer at Tray C 2 I layer on tray N side IN Tray B N layer on tray 3 N side IN Tray B 4 N side IN Tray B + P layer at Tray C P side I Tray A I layer on tray N layer on tray 技术改进之三：背抛光 金字塔导致 Dit的增加 背表面抛光有利于钝化 但须注意： ⚫ 栅线附着力是否会减弱 ⚫ 双面率会下降 技术改进之四： P型层微晶化 非晶掺杂是异质结电池开路电压的主要来源 ⚫ ΔEV=0.485eV ⚫ EccS 与晶体硅掺杂有关比较固定 eФ0 能带弯曲，内建电势，主要 与掺杂非晶硅的费米能及有关。 Voc ∝ eФ0 a-Si:H(n)/c-Si(p) 1. Korte, L., Schmidt, M.: Investigation of gap states in phosphorous-doped ultra- thin a-Si:H by near-UV photoelectron spectroscopy. J. Non-Cryst. Sol. 354, 2138–2143(2008) 2. Laades, A.: Preparation and Characterization of a-Si:H/c-Si Heterojunctions. PhD thesis, Technische Universität Berlin. Mensch & Buch Verlag, Berlin (2005) (p)a-Si:H/(n)c-Si掺杂浓度不高还 会导致能带失配 ➢ (p)a-Si:H掺杂较轻会增大输运困难。 ➢ (p)a-Si:H掺杂较轻会增大输运困难。 Kanevce, A., Metzger, W.K.: The role of amorphous silicon and tunneling in heterojunction with intrinsic thin layer (HIT) solar cells. J. Appl. Phys. 105, 094507–094507 (2009) 非晶硅的有效掺杂较低 T5° 激活杂质与掺杂流量成对数坐标的直线关系。斜 率为 1/2。即：每增加两个数量级的流量，掺杂效 率下降 1个数量级。 Stutzmann, M., Biegelsen, D., Street, R.: Detailed investigation of doping in hydrogenated amorphous silicon and germanium. Phys. Rev. B 35, 5666–5701 (1987) 提高硼掺杂浓度难度更大 ⚫ 对于两种薄膜都需要较大的掺杂浓度才能提高 电导率 ⚫ 硼掺杂达到饱和要比磷掺杂达到饱和的流量高 出一个数量级 ⚫ 硼掺杂的饱和暗电导却比磷掺杂的饱和暗电导 低两个数量级 P型非晶硅的制备难度要大得多！ ITO a-Si(i) a-Si(i) N-Si Ag Finger nc-Si(p) a-Si(n) ITO Ag Finger ITO a-Si(i) a-Si(i) N-Si Ag Finger μc-Si(p) a-Si(n) ITO Ag Finger nc-Si:H和 μc-Si:H 可以增加有效激活掺杂原子数量 Advantage of nc-Si:H or μc-Si:H: 1. Effective doping density to be increased—— High build in field and conductivity. 2. Light absorption to be decreased. 3. Low band mismatch the resistance.