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2018 吴帅 18835576745 2电池类型及其经典效率 HBC IBC * 数据来源美国可再生能源实验室 NREL 3PERC电池的由来追踪 PERC电池的前生今世 PERC电池（ PassivatedEmitterandRearCell）最早起源于上世纪八十年代， 1989年由澳洲新南威尔士大学的 MartinGreen研究组在 AppliedPhysicsLetter首次正式报道了 PERC电池结构，当时达到 22.8的实验室电池效率。 1999年验室研究的 PERL电池创造了转换效率 25的世界纪录。采用了光刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。 2006年用于对 P型 PERC电池的背面的钝化的 AlOx介质膜的钝化作用引起大家重视， PERC技术开始逐步走向产业化。 2013年前后，开始有厂家导入 PERC电池生产线，近几年 PERC电池越来越引起行业重视，产能获得快速扩张。 2017年全球预计新增产能 6.5GW，从现有标准电池线升级 2.5GW，预计至 2017年底，全球 PERC电池产能将达到 20GW。 4PERC电池的由来硅片厚度不断降低近来，为了降低太阳电池的成本，硅片的厚度不断降低，从最初的 350μm 到 270、 240、 220、 180μm ，将来甚至会向更薄方向发展。带来的影响 1）背面复合随着硅片厚度的减薄，少数载流子的扩散长度可能接近或大于硅片的厚度，部分少数载流子将扩散到电池背面而产生复合，这将对电池效率产生重要影响。 2内表面背反射性能当硅片厚度降低到 200μm 以下时，长波长的光吸收减少，需要电池有良好的背反射性能。 5PERC电池的由来 PERC 电池结构是从常规铝背场电池（ BSF）结构自然衍生而来。 BSF电池具有先天的局限性，随着业界对电池提效的关注愈来愈高，这种局限性越发明显。应用于常规 BSF电池背表面的金属铝膜层中，复合速度无法降 200 cm/s以下。到达铝背层的红外辐射光只 60， 70能被反射回去。通过在电池背面附上介质钝化层，可大大减少这种光电损失，这就是 PERC电池的工作原理。这个概念仅针对电池背面进行了优化，尤其是降低了光伏电池背面的复合损失，与电池正面无关。 6PERC电池的由来背面复合速率对电池性能的影响 7PERC电池的优势 1、高光电转化效率，可降低系统的 BOS成本。 2、低衰减，可保证项目发电量。 3、机械性能并不差，隐裂不会明显增加。 4、高发电量，可提高项目的收益。 5、做双面电池需新增成本低。 6、效率转换前景较高，结合 PERCSE目前一线大厂效率已突破 22。 7、容易兼容后期高效电池，目前 HIT电池设备投资较高，且老产线不能升级，几乎没有可以共用的设备，而 PERC制成升级后续的 IBC/HBC可依靠升级设备即可。 8PERC电池结构 PERC Passivated emitter and rear cell 钝化发射极背面接触技术 9PERC电池技术路线 10PERC电池技术路线 11PERC电池经典 QE-PERC VS BSF 12PERC电池经典 QE-PERC VS SEPERC 13PERC电池工艺流程 14PERC电池生产流程生产流程在常规路线的基础新增氧化铝 /氮氧化硅和激光开槽设备。 15晶硅电池的钝化背面钝化是一个很好的途径作为背反射器，增加长波光的吸收；介于硅基体和铝背场间，可以有效地减少电池片的翘曲；原子态的氢饱和基体表面悬挂键大量的固定电荷的场钝化效应钝化层 16晶硅电池的钝化 17晶硅电池的钝化减少表面复合中心降低表面一种载流子浓度化学钝化场钝化 18晶硅电池的钝化场钝化 19晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择背钝化材料说到背钝化的理想材料，人们自然把目光锁定到氮化硅上，这是一种应用十分广泛的钝化材料，尤其适用于大规模生产。然而，在这里氮化硅却并不适用。虽然这种材料已证明能够对电池迎光面进行化学钝化，但却不适用于电池背面。如果氮化硅应用于 P 型表面，由于固定正电荷密度极高（高达 1013/cm3，会在膜下面形成一个反转层。如果该反转层与基层接触，就会导致寄生分流，引发额外短路电流密度损耗。氧化铝的傲人之处在于固定负电荷密度非常高，每立方厘米超过 1013 个。大多数钝化膜带的都是正电荷，如氧化硅和氮化硅，而氧化铝则不同。在沉积过程当中，负电荷恰好处在氧化铝和硅晶表面生成的氧化硅界面的交界处，可确保产生高效的场钝化效果。氧化铝在化学钝化中的效果也非常好，扮演着高效的氢原子库作用，在热处理过程中为硅基片提供充足的氢原子，使悬空键达到饱和。就其光学性质而言，氧化铝膜的带隙为 6.4eV，可以容许光伏电池所需的一部分阳光透过。唯一的不足在于折射率很低，只有 1.65，这使氧化铝不太适合作为增透 20晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择背钝化材料膜单独出现在发射极面上。不过，氧化铝作为电介质可以很好地执行背面反射功能。其它备选的电介质氧化硅除了氧化铝这种理想材料外，还有其它几种材料也曾被认为可以用做背部钝化膜。普遍认为，热生长的氧化硅可以为轻掺杂 P 型表面，如光伏电池背面，提供很好的表面钝化效果。这比目前其它钝化方案能更有效地降低介面能位。不同于其它沉积过程，氧化硅的沉积事实上会消耗硅，氧化硅膜大约 45 的厚度靠硅片表面的硅来形成。当氧化层厚度生长到 100纳米左右时，开始具有背部内反射层性能。不过，当覆上金属铝并加热至 500 摄氏度以上时，这种在热生长的氧化硅将变得不稳定，这在光伏电池的生产过程中很常见。虽然覆盖一层氮化硅可以避免出现稳定问题，但还有以下原因导致氧化硅这种材料一直以来未能进入主流市场首先，加热条件下氧化层的生长是个缓慢过程，提高单片电池生产加热成本。其次， 21晶硅电池的钝化 -钝化膜的选择其它备选的电介质氧化硅氧化膜生长需要 900 摄氏度以上的高温，这会影响晶硅的使用寿命，尤其是多晶硅材料。不过，法国 Semco Engineering 等公司正在推出新的解决方案通过改装的扩散炉，在微真空条件下热生长均一的氧化物。氮氧化硅历史最悠久的量产解决方案氮氧化也曾用于 PERC电池的量产，其时间实际上甚至早于氧化铝。国德 Centrotherm公司是唯一曾向市场推出基于氮氧化硅背钝化解决方案设备的厂商， SolarWorld公司曾是其在 PERC“ 早期时代”的最大客户。目前在国内一些厂商正在继续开发氮氧化硅钝化技术。（以润阳为代表。） 22晶硅电池的钝化 -为什么选择 AL2O3 不同电介质的特性 23晶硅电池的钝化 Al2O3背钝化效应来源于 1）与表面 Si原子形成 Si-H键，减少表面缺陷密度 2） Al2O3材料表面较高密度负电荷形成“场效应”，减少硅表面少子密度降低表面复合数量，延长载流子寿命密度提高 Voc， Jsc 成膜后需要退火才能达到良好的表面钝化效果，退火后的少子寿命显著提高 AlOx 背钝化原理 24晶硅电池的钝化 AlOx 背钝化原理 25晶硅电池的钝化 AlOx 膜结构 26晶硅电池的钝化 AlOx 膜的特性 27晶硅电池的钝化 AlOx 膜负电荷的来源 28晶硅电池的钝化 AlOx 膜不同衬底随注入水平的少子寿命变化 29晶硅电池的钝化背钝化设备介绍氧化铝膜厚（n m ） T M A 单耗（m g / p ）氮化硅覆膜（n m ）钝化膜反应气体（氧化铝氮化硅）绕镀沉积沉积速率（n m / m i n ）工艺温度（°C ） Up-time （）钝化工序良率（）产能（w p h / 台） T M A 供应方式 2 0 左右（海宁晶科8 - 1 0 n m 估计新设备升级成都通威1 8 n m ） 10 100-120 AIOx N2OTMA氩气严重、E L 黑边单面沉积 350-360 93 95-98 3500 中央供应 C E M 蒸发盒 15-25 （C T 1 0 - 1 2 厂家说8 左右新设备氧化铝方向是做薄） 9 （C T 9 ） 100-120 AIOx/SI N 、S I O N N2OTMASIH4N H 3 氩气 N 2 C H 4 有单面沉积 ≥8 400-500 98-99 96-97 2800-3100 6 （1 n m 需要沉积1 0 周期）理想4 - 5 100-120 AIOx H2OTMAN2（需要H 2 O 汽化器） ≤0 . 5 m m 单面沉积 2 理想 180-200 微导 150-300 95 3300 （微导≥ 4000P/h 使用源瓶供应1 4 K G T M A L 汽化器 5 - 6 （N C D 6 - 1 0 S o L a y T e r 4.7nm Levitech 5-6nm） 2 - 3 . 3 （N C D 2 Levitech 2mk/p SolayTec 3.3mk/p） 100-120 微导（A l 2 O 3 /SIN） H2OTMAN2 采用双面镀规避绕镀问题，正面需使用特殊银浆匹配，单面绕镀较严重双面沉积 2 100-250 95-97 （N C D 80 SoLayTec 9 5 ） 4000-6000 （微导≥ 4000P/h 氧化铝0 n m ，背面氮氧化硅氮化硅（两种膜厚度1 1 ，总体折射率2 . 0 6 左右） 0 50-70 氮氧化硅 N2OSIH4NH3 有单面沉积氮氧化硅沉积速率高于氮化硅，具体看工艺参数 400-500 / / / / - 15 100-120 三异丙基氧化铝 - - - - - 3000 - - - - - - - - - - - 95-97 30晶硅电池的钝化背钝化设备介绍