我国高效晶硅太阳能光伏电池技术进展

前言：转化效率高于20%的高效晶硅电池技术，是近年来我国光伏制造行业主要开展的技术革新。在该领域，我国已经走在了世界的前列。本文将简述目前国内主流的高效晶硅电池技术的最新进展，如PERC电池、IBC电池、黑硅电池、MWT电池、双面电池、高效硅片、高效电池用浆料等。分为两期，本期介绍PERC电池、IBC电池和黑硅电池。

1、PERC电池（PassivatedEmitterandRearCell，钝化发射极背面接触电池）

通过在电池的背面添加一个电介质钝化层来提高电池的转换效率。该技术在常规电池的背表面制备SiO2、Al2O3、SiON或Al2O3/SiNx钝化膜，将p-n结间的电势差最大化，这就可以使电流更加稳定，降低了电子的复合，从而提升电池效率。在其它工艺制程不变的情况下，单晶硅电池的产线平均转换效率可提高至20.5%左右。国内以南京中电电气、常州天合、晶澳公司为代表的一流光伏组件企业，已经开始PERC高效电池的量产。中电电气基于“863”项目，目前已经形成35MW的P型单晶硅PERC电池生产线，采用Al2O3/SiNx背面钝化、离子注入、纳秒或皮秒激光开孔烧结、背面局部金属化等先进工艺，创造了20.5%P型单晶硅PERC电池最高转换效率，量产的平均转换效率也达到了20.3%，电池开路电压达到664mV。2015年1月，天合光能宣布则在单晶和多晶电池上均实现量产化的PERC电池技术，多晶HoneyPlus和单晶HoneyMPlus的转换效率分别为18.7%和20.4%。

目前PERC电池的制备以P或N型单晶硅为主，对硅片衬底的电阻率和少子寿命提出了更高的要求。一般要求少子寿命高于100us。其光致衰减（LID）与普通单晶硅电池无明显差别，如果采用掺镓（Ga）技术，能够进一步降低LID效应。

2、IBC电池(Interdigitatedbackcontact，全电极背接触晶体硅电池)

这种电池与常规晶硅电池的最大区别在于正面无栅线电极，所有正负栅线全部排列在背后。电池使用N型硅片作为衬底，前后表面均覆盖一层热氧化膜，以降低表面复合。在电池背面分别进行磷、硼局部扩散，形成手指状交叉排列的P区、N区，以及位于其上方的P+区、n+区，丝网印刷电极后形成了我们看到的交叉排列的正负栅线。早先使用的是成本昂贵的光刻技术，现在使用的是点接触(Point-contactcell，PCC)技术、多次丝网印刷技术、激光烧结。这种电池的优点是（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）几乎不存在光致衰减；（4）正面外观漂亮整洁。这种电池使用N型硅片衬底，对硅片的少子寿命要求很高，

该技术最早由美国的Sunpower公司进行产业化，在3000px2的小电池上实现了25%的转化效率。日本的松下公司在143cm2的小电池上实现了25.6%的转化效率。我国的常州天合光能，在2014年率先在标准尺寸电池——4英寸电池（154.68cm2）和6英寸电池（238.95cm2）上分别实现了24.4%和22.9%的转化效率，是目前商用化IBC电池的世界记录。在这两款电池上分别使用了光刻、2次丝网印刷、管式扩散等核心技术。目前，天合的30MWIBC电池生产线的良率超过了60%，较之常规电池，成本还是偏高，属于市场上的高端产品。主要是对硅片的清洗要求、丝网印刷前的激光刻蚀精准度要求很高，因此短期内无进一步扩产计划。

天合还对IBC电池做成组件的耐候性和衰减率进行了研究：最大功率在热循环试验400次（TC400）、湿冻试验10次循环（HF10）、湿冻试验20次循环（HF20）、PID96小时试验后的衰减率分别为1.6%、2.3%、4.2%和2.4%。

3、黑硅电池（BlackSilicon）

黑硅电池，顾名思义，就是颜色比常规的蓝色晶硅电池要深很多，呈黑色。其核心是通过刻蚀技术，一方面在常规硅片表面制绒的基础上，形成nm级的小绒面，纳米锥型的小绒面长径分别为400和450nm，长径比为0.9，从而加大陷光的效果，降低反射率，增加对光的吸收（这就是看上去黑色的原因）；另一方面，通过二次刻蚀来降低表面复合，从而将常规电池的转换效率绝对值提高0.5~0.6%。

黑硅电池的刻蚀技术分为两类，干法和湿法。干法包括：RIE（ReactiveEtching反应离子刻蚀）、激光刻蚀、蒸汽刻蚀；湿法包括：或MCCE（MetalCatalyzedChemicalEtching金属离子辅助刻蚀）、电子化学刻蚀（ElectrochemicalEtching）。刻蚀使用的气体包括Cl2，SF6，O2等。

黑硅技术是一种通用的表面处理技术，可以用于前述的PERC电池或IBC电池。国际上使用黑硅技术的企业有日本三菱、京瓷、美国Nines公司等。中国使用黑硅技术的代表企业为阿特斯、晶澳等。其中，阿特斯产业化的黑硅电池，使用RIE技术的比常规电池转化效率绝对值提升0.6%，使用MCCE技术的电池转化效率绝对值提升了0.3%。下图分别为使用在IBC电池上的黑硅技术，黑硅电池的量子效率曲线，可见黑硅电池在蓝光和红光区域的吸收效率更高。