HIT电池与同质结电池的比较（报告人-王文静-中科院电工所）-solarbe文库

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HJT电池与同质结电池的比较王文静中科院电工所中国科学院大学 HJT与同质结的比较  原理的比较  工艺比较  设备比较  规模的比较  成本比较  特性比较 HJT与同质结的比较  原理的比较  工艺比较  设备比较  规模的比较  成本比较  特性比较 SiNxH 铝背场金属电极 p型硅衬底 n型发射极发射极轻掺杂接触电阻增大少子复合降低发射极重掺杂接触电阻减小少子复合升高重掺杂发射极区域制备电极轻掺杂区域产生光生电流均匀发射极太阳电池选择发射极太阳电池太阳电池技术发展方向之一降低少子在中掺杂区域的输运太阳电池技术发展方向之二从钝化接触（ con）到钝化重掺杂 SiNxH 铝背场金属电极 p型硅衬底 n型发射极 SiNxH 背场金属电极 PN型硅衬底 n型发射极金属电极钝化膜 SiNxH 背场金属电极 PN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 HJT与同质结的比较  原理的比较  工艺比较  设备比较  规模的比较  成本比较  特性比较常规铝背场电池 P型 PERC单晶电池 P型 PERCSE N型双面电池 HIT电池 1 硅片清洗植绒硅片清洗植绒硅片清洗植绒硅片清洗植绒硅片清洗植绒 2 扩磷扩磷扩磷扩硼 PECVD沉积硼 3 激光掺杂 4 等离子去边 or 湿法去背结湿法去背结湿法去背结湿法去背结 5 清洗清洗清洗清洗 6 离子注入磷 PECVD沉积磷 7 PECVD镀 SiNx膜 PECVD镀 SiNx PECVD镀 SiNx PECVD镀 SiNx PVD镀透明导电膜 8 ALDPECVD镀 Al2O3SiNx ALDPECVD镀 Al2O3SiNx ALDPECVD镀 Al2O3SiNx PVD镀透明导电膜 9 激光开槽激光开槽 10 3丝印 3烘干 3丝印 3烘干 3丝印 3烘干 3丝印 3烘干 3丝印 3烘干 11 测试分选测试分选测试分选测试分选测试分选 12 19 21.5 21.5 22.0 23 工序数 6 8 9 8 4 各种新型晶体硅太阳电池的工艺比对几种新型晶体硅电池的优劣对比常规铝背场电池 P型 PERC单晶电池 N型 PERT HIT电池硅片掺杂 P型 P型 N型 N型硅片晶型单晶 /多晶单晶 /多晶单晶单晶工艺步骤 6 8 8 4 最难工艺硼掺杂镀非晶硅钝化膜产线平均效率 20.0/18.8 21.5/19.5 21.5 23 双面发电 X √ 70 √ 90 √ 90 成本最低次低次高最高衰减单晶 6 无无综合评价效率已达到瓶颈，将陷于低价竞争。渐渐推出产业目前性价比最高衰减问题严重无光衰、双面发电效率提升空间有限成本不易下降无光衰、双面发电效率提升潜力最大主要任务是降本可产业化的新型结构晶体硅太阳电池 Topcon POLO N型 PERT电池的结构和效率  效率不高  双面扩散技术难度大  双面银电极成本较 PERC提升很多  扩硼难度大增 2017年 N型 PERT电池最高效率记录 22.9， Voc705mV， Jsc40.9mA/cm2， FF79.4 IMEC公司 2017年的世界最高记录国内外公司 PERT电池 2017年结果公司工艺特点效率 VocmV Jsc mA/cm2 FF 双面率备注英利双面扩散，双面 SiO2/SiNx 22.01 666.8 40.01 82.5 90 244.3cm2 中来扩硼注磷，双面 SiO2/SiNx 21 90 244.3cm2 航天机电扩硼注磷，双面 SiO2/SiNx 21.34 655.9 40.74 80.24 90 244.3cm2 扩硼注磷，双面 SiO2/SiNx 20.74 643.4 40.31 79.99 245.5cm2铸锭N型准单晶 IMEC 双面扩散，前 Al2O3/SiNx背 SiO2/SiNx，前后镀 Ni/Ag 22.8 694.2 40.5 81.1 97.2 239 cm2 双面扩散，背表面为发射极前 Al2O3/SiNx背 SiO2/SiNx 前镀 Ni/Cu/Ag 背表面 Al 22.9 705 40.9 79.4 单面 239 cm2 ECN 扩硼 /LPCVD生长掺杂多晶硅Topcon 21.5 676 39.7 80 86 239 cm2 PERT电池的结构和工艺 The PERT cell structure and its process Screen printing Ag Texture P emitter formation Front AlOx/SiNx N BSF formation Back SiNx Fire through P emitter N BSF B diffusion P diffusion B diffusion P implantation B implantation P implantation B spray P diffusion Epitaxial growth Epitaxial growth RVD 快速气象沉积掺杂 RVD 快速气象沉积掺杂 PECVD a-P-SiH PECVD a-N-SiH PERT硼掺杂工艺难点之一 BBr3扩散 The problem of boron doping 1 Diffusion of BBr3 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     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。  B2O3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。  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 S iOOSi    减压扩散 Low pressure diffusion PERT硼掺杂工艺难点之二氧化层与硅中的扩散系数不同导致杂质分布不同 The problem of boron doping 2 The different of diffusion coefficient Diffusion coefficien t B in SiOx Diffusion coefficie nt B in Si 在氧化环境中，硼原子在氧化层中扩散速率较低，硼原子在氧化层中聚集在还原环境中，硼原子在氧化层中扩散速率较高，硼原子挥发到空气中，在氧化层中聚集较少 Diffusion coefficie nt P in SiOx Diffusion coefficie nt P in Si 1000° C P 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，增加晶格损伤使用不同的离子注入导致的损伤不同 The damage of varies B molecular implantation 有质量选择 MA的 B注入导致的晶格损伤小，无法形成非晶区。无质量选择 NMA的 B注入导致明显的非晶区。但是在 NMA注入后进行退火，晶化的非常好。 a-SI480 c-SI520 MA NMA B implantation result in higher annulling temperatureMA BF implantation result in lower annulling temperature NMA Vikram Bhosle et.al. Proceeding of 31st European Photovoltaic Solar Energy Conference 4252015 外延与 RVD的设备 Epitaxial growth and RVD equipment 高速 In Line 式设备 PERT硼掺杂工艺难点之四制备双面掺杂层 The problem of boron doping 4 co-doping P type emitter N type BSF BBr3 diffusion POCl3 diffusion BBr3diffusion P Implantation B implantation P implantation B spray POCl3 diffusion APCVD deposited BSG POCl3 diffusion B epitaxial growth POCl3 diffusion RTV（ LPCVD） B doping POCl3 diffusion N-PERT电池需要去背结或掩膜扩散可产业化的新型结构晶体硅太阳电池 Topcon POLO 由 PERT电池走向 TopCon电池 2017年 ECN公司报道了其 Topcon电池的中试线的平均效率为 21.5， Voc676mV， Jsc39.7mA/cm2， FF80，双面率为 86 新的技术路线钝化接触钝化前电极接触钝化背电极接触本征非晶硅层氧化硅层本征非晶硅层氧化硅层 HIT Triex HIT POLO PERPoly Triex PEVCD TopCon LPVCD 原位掺杂 POCl3扩散离子注入从 Topcon到 HJT HIT Triex Topcon POLO Sanyo 塞昂 Solivo Frauhofer GIT， ECN PECVD 湿法氧化 PECVD 湿法氧化 PECVD LPCVD湿法氧化 24.7 23.1 25.1 21.2 T. Kinoshita, D. Fujishima, A. Yano, A. Ogane, S. Tohoda, K. Matsuyama, Y. Nakamura, N. Tokuoka, H. Kanno, H. Sakata, M. Taguchi and E. Maruyama, Proc. 26th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, Hamburg, Germany, 2011. p. 871. N-Si Ag Finger P a-SiH ITO Ag Finger I a-SiH N a-SiH ITO 97μ m 三洋， HIT 三洋 HIT电池的改进 Jsc Voc FF Eff mA/cm2 mV 2009 38.8 743 79.1 22.8 2011 39.4 745 80.9 23.7 2013 39.5 750 83.2 24.7 面积 100cm2 厚度 97μ m 1. J. Benick, etal., High efficiency n-type Si solar cells on Al2O3-passivated boron emitters, Appl. Phys. Lett., 922008253504/1– 3. Gen Jsc Voc FF Eff mA/cm2 mV Gen1 38.4 690.8 82.1 21.8 Gen2 40.6 698.1 81.1 23.0 Gen3 41.4 703.2 82.5 24.0 Gen4 41.5 715.1 82.1 24.4 Gen5 42.1 718 83.2 25.13 Area2x2cm2 Gen1 140Ω /sq， Ti背电极， Pd/Ag 前栅线遮光率 3 Gen2 Ag背电极，减小背面光吸收， Pd/Ag前电极遮光率降至 1.1。 Gen3 在 Gen2基础上，使用 Ti/Pd/Ag前电极。 Gen4 增加 SE，降低发射极方阻。 N-Si SiNx Ti/Pd/Ag Finger Al2O3 n a-SiH ITO P Si Metal P Si 隧道钝化层 SiO2 SiO钝化层 HJ电池的研究进展 Fraunhofer的 TOPCon结构（ n型衬底）硼掺杂的外延技术与 RVD技术 The epitaxy and RVD technology for B doping Tube type diffusion  Batch type  Forming BSG  Wet chemical  Double side diffusion  Solid diffusion Epitaxial growth  In-Line type  One side process  Profile can be control  Required polished  The Dit of interface RVD  In Line type  One side process  Gas diffusion 外延 RVD Chemical TCS/B2H6/H2 B2H6/H2 Doping density 1x10171X1020cm-3 1x10171X1020cm-3 Process duration 710min Fraunhofer 研究所 Stefan Linderkugel, et., al., Epitaxially Grown Emitters and Emitters Diffused from the Gas Phase for High Eff Solar Cell, Proceding of 31st EUPVSEC（ 2015） 2CO.4.5