光伏产业之高效太阳能电池技术深解

德的PLUTO电池。

　　PESC(钝化发射极背接触)电池1985年问世，可以做到大于83%的填充因子和20.8%(AM1.5)的效率。

　　PERC(钝化发射极背场点接触)电池，用背面点接触来代替 PESC电池的整个背面铝合金接触，这种电池达到了大约700mV的开路电压和22.3%的效率。

　　PERL(钝化发射极背部局域扩散)(Passivated Emitter and Rear Locally-diffused)电池是钝化发射极、背面定域扩散太阳能电池的简称。1990年，新南威尔士大学的J.ZHAO在PERC电池结构和工艺的基础上，在电池背面的接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，如图所示。2001年，PERL电池效率达到24.7%，接近理论值，是迄今为止的最高记录。

　　图2：新南威尔士大学PERL电池 h=24.7%

　　 4.高效晶体硅太阳能电池-HIT电池

　　HIT 电池是异质结( hetero-junction with intrinsic thin-layer ， HIT) 太阳能电池的简称。1997年，日本三洋公司推出了一种商业化的高效电池设计和制造方法，电池制作过程大致如下：利用PECVD在表面织构化后的N型CZ-Si片的正面沉积很薄的本征α-Si:H层和p型α-Si:H层，然后在硅片的背面沉积薄的本征α-Si:H层和n型α-Si:H层;利用溅射技术在电池的两面沉积透明氧化物导电薄膜(TCO)，用丝网印刷的方法在TCO上制作Ag电极。值得注意的是所有的制作过程都是在低于200 ℃的条件下进行，这对保证电池的优异性能和节省能耗具有重要的意义。

　　HIT电池具有高效的原理是：

　　(1)全部制作工艺都是在低温下完成，有效地保护载流子寿命;

　　(2)双面制结，可以充分利用背面光线;

　　(3)表面的非晶硅层对光线有非常好的吸收特性;

　　(4)采用的n型硅片其载流子寿命很大，远大于p型硅，并且由于硅片较薄，有利于载流子扩散穿过衬底被电极收集;

　　(5)织构化的硅片对太阳光的反射降低;

　　(6)利用PECVD在硅片上沉积非晶硅薄膜过程中产生的原子氢对其界面进行钝化，这是该电池取得高效的重要原因。

　　2009年5月，这种电池的量产效率达到了19.5%，单元转化效率达到23%。

　　HIT电池的工艺流程是：

　　硅片-》清洗-》制绒-》正面沉积-》背面沉积-》TCO溅射沉积-》丝网印刷Ag电极-》测试

　　这种电池具有结特性优秀、温度系数低、生产成本低廉和转换效率高等优点，所以在光伏市场上受到青睐，商业化生产速度发展很快，仅仅两三年时间，产品已占整个光伏市场的5%

　　图 3：三洋公司 HIT电池 h=23%

　　5.高效晶体硅太阳能电池-IBC电池

　　IBC 电池是背电极接触( Interdigitated Back-contact )硅太阳能电池的简称。由Sunpower公司开发的高效电池，其特点是正面无栅状电极，正负极交叉排列在背后。利用点接触(Point-contact cell，PCC)及丝网印刷技术。

　　这种把正面金属栅极去掉的电池结构有很多优点：

　　(1)减少正面遮光损失，相当于增加了有效半导体面积;

　　(2)组件装配成本降低;

　　(3)外观好。

　　由于光生载流子需要穿透整个电池，被电池背表面的PN节所收集，故IBC电池需要载流子寿命较高的硅晶片，一般采用N型FZ单晶硅作为衬底;正面采用二氧化硅或氧化硅/氮化硅复合膜与N+层结合作为前表面电场，并制成绒面结构以抗反射。背面利用扩散法做成P+和N+交错间隔的交叉式接面，并通过氧化硅上开金属接触孔，实现电极与发射区或基区的接触。交叉排布的发射区与基区电极几乎覆盖了背表面的大部分，十分有利于电流的引出， 结构见图。

　　图 4：Sunpower公司 IBC 电池 h=22.3%

　　这种背电极的设计实现了电池正面"零遮挡"，增加了光的吸收和利用。但制作流程也十分复杂，工艺中的难点包括P+扩散、金属电极下重扩散以及激光烧结等。2009年7月SunPower公司上市了转换效率为19.3%的太阳能电池模块。

　　IBC电池的工艺流程大致如下：

　　清洗-》制绒-》扩散N+-》丝印刻蚀光阻-》刻蚀P扩散区-》扩散P+-》减反射镀膜-》热氧化-》丝印电极-》烧结-》激光烧结。