超详细！从24%走向24.5%的HJT电池产业化技术-solarbe文库

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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-SiH i a-SiH 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-HPTVHF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 nnc-SiH seed n-type contact stacks post-HPT na-SiH Combined treatment 2 pre-HPT VHF inc-SiH seed n-type contact stacks post-HPT na-SiH 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 ⚫ na-SiH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 pa-SiH层（ σdark0.02→0.07A/cm； Ea111.2→81.1meV） ⚫ 使用 VHFinc-SiH种子层作为预处理也具有很好的作用（ σdark0.02→0.03A/cm； Ea111.2→96.4meV） ⚫ N型窗口层的电导率明显大于 P 型窗口层（ 2.030.07S/cm） ⚫ N型窗口层的 Ea明显小于 P型层（ 3581.1meV） 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 ⚫ ia-SiH的钝化特性变好 ⚫ na-SiH的钝化特性变好 ⚫ pa-SiH的钝化特性变差 ⚫ pa-SiH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-SiH 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 T200℃ ，辐照强度 1x1015cm-3 T200℃ 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 0.10.2. 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 ⚫ ΔEV0.485eV ⚫ 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-SiHn/c-Sip 1. Korte, L., Schmidt, M. Investigation of gap states in phosphorous-doped ultra- thin a-SiH by near-UV photoelectron spectroscopy. J. Non-Cryst. Sol. 354, 2138–21432008 2. Laades, A. Preparation and Characterization of a-SiH/c-Si Heterojunctions. PhD thesis, Technische Universität Berlin. Mensch Buch Verlag, Berlin 2005 pa-SiH/nc-Si掺杂浓度不高还会导致能带失配 ➢ pa-SiH掺杂较轻会增大输运困难。 ➢ pa-SiH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-Sii a-Sii N-Si Ag Finger nc-Sip a-Sin ITO Ag Finger ITO a-Sii a-Sii N-Si Ag Finger μc-Sip a-Sin ITO Ag Finger nc-SiH和 μc-SiH 可以增加有效激活掺杂原子数量 Advantage of nc-SiH or μc-SiH 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.