PERC太阳能电池生产工艺

2020-07-25申开愉韩燕旭李亚男

化工设计通讯 2020年7期

关键词：叠层硅片量产

姚旭，申开愉，韩燕旭，李亚男，刘欢

（山西潞安太阳能科技有限责任公司，山西长治 046000）

1 PERC太阳能电池的结构

PERC技术，即钝化发射极背面接触，通过在太阳能电池背面形成钝化层，提升转换效率。PERC电池具有工艺简单，成本较低，且与现有电池生产线兼容性高的优点，成为未来高效太阳能电池的主流方向。结构见图1。

图1 PERC太阳能电池结构图

2 PERC太阳能电池的生产工艺

相比常规光伏电池生产流程而言，PERC太阳能电池的生产将增加2道工序和1道改进工序，其余工艺步骤均与常规太阳能电池生产流程相同。①沉积背面钝化层。②开口以形成背面接触。③需要有针对性地改进基于化学湿台的边缘隔离步骤，硅片背部绒面金字塔型结构需要被溶蚀掉。抛光的程度基于选用技术的不同而异。因此，钝化膜沉积设备和膜开口设备（既可以使用激光也可以运用化学蚀刻）都需要在传统的电池生产线上额外增加加工设备。流程见图2。

图2 PERC电池生产流程

3 PERC太阳能电池与常规太阳能电池对比分析

PERC技术通过在电池的后侧上（如图3所示）添加一个电介质钝化层来提高转换效率。标准电池结构中更高的效率水平受限于光生电子重组的趋势。PERC电池最大化跨越了P-N结的电势梯度，这使得电子更稳定的流动，减少电子重组，以及更高的效率水平。

图3 PERC太阳能电池与常规太阳能电池

与标准电池相比，PERC电池的优势主要有两个方面：①内背反射增强，降低长波的光学损失；②高质量的背面钝化，这使得PERC电池的开路电压（Voc）和短路电流（Isc）较之标准电池有大幅提升，从而电池转化效率更高。

4 PERC太阳能电池生产过程有影响的工艺具体措施

4.1 背面钝化工艺

背面钝化工艺主要方法有等离子体增强化学气相沉积法、热氧化法、原子层沉积法和叠层钝化等方法。在此以叠层钝化为例。

热生长的SiO2由于其良好的致密性，具有很好的表面钝化作用，而等离子体增强化学气相沉积法沉积的SiNx薄膜对硅片的表面和体内都有一定的钝化作用。由于波长较短的光在电池表面很小的薄层内吸收较为充分，因此为了更好地降低电池表面的复合速率，提高电池的短波响应，同时结合热生长SiO2的表面钝化特性、等离子体增强化学气相沉积法沉积SiNx有良好的减反射以及体钝化特点，对晶体硅太阳电池采用了SiO2/SiNx叠层的钝化结构，对晶体硅太阳电池进行了有效的表面钝化和体钝化显著增大了太阳电池的短路电流和开路电压，进而提高了太阳电池的转换效率。

4.2 背面局部接触的实现

目前主要采用的方式有背面钝化膜的局部激光开孔和腐蚀浆料开孔，开孔后在背面钝化膜上印刷铝浆，铝浆通过上述开孔与硅材料实现局部接触。

通过激光热熔方法把背面需要形成铝硅合金接触的区域上面的氧化铝和氮化硅叠层膜热熔掉，然后在金属化烧结过程中让铝浆和此区域的硅形成铝硅合金的接触。根据激光种类的划分，分为纳米激光和皮秒激光两种，供应商主要有Innolas、Rofin、3D-Micromac、台湾友晁、武汉帝尔等。PERC电池的光衰，目前找到了两种方式来控制光衰达到了可接受范围。其一是降低或避免B-O对的出现，如使用掺镓硅片、控制硅片内的氧含量；其二是对电池片通过在一定温度下进行光、电注入，使B-O对中性化不会吸附产生的少数载流子，从而减少光衰，设备厂家有Centrotherm、科隆威、Schmid、时创等。

4.3 在设备和材料方面

尤其是浆料公司开发出适合于硅衬底局域接触的太阳能电池用铝浆，使得PERC电池由实验室走向产业化。使用传统铝浆，在局域接触条件下高温烧结时，基体硅材料易溶于铝，使得铝和基体材料接触界面形成空洞而断路，增大了铝硅的局域接触电阻。钝化和激光量产设备的出现也是PERC实现产业化不可或缺的因素。钝化量产设备分为两派：一派以德国Centrotherm为代表，采用PECVD生长的氧化硅/氮化硅叠层膜作为背面钝化膜，另一派以德国R&R公司为代表生产的氧化铝镀膜设备，并且开发出二合一的氧化铝叠层膜设备。而对于氧化铝镀膜设备根据其生长原理不同有两种，一种是以原子层沉积技术生长氧化铝膜。对于开孔的量产设备，若选择腐蚀浆料开孔，添加一台印刷机即可。若选用激光开孔，目前主流的激光量产设备采用的是纳秒级激光器，主要厂家有Rofin，Inonnas，MANZ等公司。美国杜邦公司通过浆料成分的改进，结合合适的烧结工艺，开孔处可以形成连续的局域铝背场，并且孔洞填充充实，没有空洞。