探析PERC太陽能電池生產(chǎn)工藝

姚旭　申開愉　韓燕旭　李亞男　劉歡

摘要：最早在1983年由澳大利亞科學(xué)家Martin Green提出PERC（Passivated Emitter and Rear Cell），目前正在成為太陽電池新一代的常規(guī)技術(shù)。本文闡述了PERC太陽能電池的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，分析了相對于常規(guī)電池的優(yōu)勢，并研究了PERC太陽能電池生產(chǎn)過程有影響的工藝，為PERC太陽能電池的生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：PERC太陽能電池? 生產(chǎn)? 工藝

1 PERC太陽能電池的結(jié)構(gòu)

PERC技術(shù)，即鈍化發(fā)射極背面接觸，通過在太陽能電池背面形成鈍化層，提升轉(zhuǎn)換效率。PERC電池具有工藝簡單，成本較低，且與現(xiàn)有電池生產(chǎn)線兼容性高的優(yōu)點，成為未來高效太陽能電池的主流方向。

2 PERC太陽能電池的生產(chǎn)工藝

相比常規(guī)光伏電池生產(chǎn)流程而言，PERC太陽能電池的生產(chǎn)將增加2道工序和1道改進工序，其余工藝步驟均與常規(guī)太陽能電池生產(chǎn)流程相同。（1）沉積背面鈍化層。（2）開口以形成背面接觸。（3）需要有針對性地改進基于化學(xué)濕臺的邊緣隔離步驟，硅片背部絨面金字塔型結(jié)構(gòu)需要被溶蝕掉。拋光的程度基于選用技術(shù)的不同而異。因此，鈍化膜沉積設(shè)備和膜開口設(shè)備（既可以使用激光也可以運用化學(xué)蝕刻）都需要在傳統(tǒng)的電池生產(chǎn)線上額外增加加工設(shè)備。

3 PERC太陽能電池與常規(guī)太陽能電池對比分析

PERC技術(shù)通過在電池的后側(cè)上（如下面圖像中的黃色層所示）添加一個電介質(zhì)鈍化層來提高轉(zhuǎn)換效率。標(biāo)準(zhǔn)電池結(jié)構(gòu)中更高的效率水平受限于光生電子重組的趨勢。PERC電池最大化跨越了P-N結(jié)的電勢梯度，這使得電子更穩(wěn)定的流動，減少電子重組，以及更高的效率水平。

與標(biāo)準(zhǔn)電池相比，PERC電池的優(yōu)勢主要有兩個方面：（1）內(nèi)背反射增強，降低長波的光學(xué)損失;（2）高質(zhì)量的背面鈍化，這使得PERC電池的開路電壓（Voc）和短路電流（Isc）較之標(biāo)準(zhǔn)電池有大幅提升，從而電池轉(zhuǎn)化效率更高。

4 PERC太陽能電池生產(chǎn)過程有影響的工藝具體措施

4.1背面鈍化工藝

背面鈍化工藝主要方法有等離子體增強化學(xué)氣相沉積法、熱氧化法、原子層沉積法和疊層鈍化等方法。在此以疊層鈍化為例。

熱生長的SiO2由于其良好的致密性，具有很好的表面鈍化作用，而等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積的SiNx薄膜對硅片的表面和體內(nèi)都有一定的鈍化作用。由于波長較短的光在電池表面很小的薄層內(nèi)吸收較為充分，因此為了更好地降低電池表面的復(fù)合速率，提高電池的短波響應(yīng)，同時結(jié)合熱生長SiO2的表面鈍化特性、等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積SiNx有良好的減反射以及體鈍化特點，研究人員對晶體硅太陽電池采用了SiO2/SiNx疊層的鈍化結(jié)構(gòu)，對晶體硅太陽電池進行了有效的表面鈍化和體鈍化顯著增大了太陽電池的短路電流和開路電壓，進而提高了太陽電池的轉(zhuǎn)換效率。

4.2背面局部接觸的實現(xiàn)

目前主要采用的方式有背面鈍化膜的局部激光開孔和腐蝕漿料開孔，開孔后在背面鈍化膜上印刷鋁漿，鋁漿通過上述開孔與硅材料實現(xiàn)局部接觸。

通過激光熱熔方法把背面需要形成鋁硅合金接觸的區(qū)域上面的氧化鋁和氮化硅疊層膜熱熔掉，然后在金屬化燒結(jié)過程中讓鋁漿和此區(qū)域的硅形成鋁硅合金的接觸。根據(jù)激光種類的劃分，分為納米激光和皮秒激光兩種，供應(yīng)商主要有Innolas、Rofin、3D-Micromac、臺灣友晁、武漢帝爾等。PERC電池的光衰，目前找到了兩種方式來控制光衰達到了可接受范圍。其一是降低或避免B-O對的出現(xiàn)，如使用摻鎵硅片、控制硅片內(nèi)的氧含量;其二是對電池片通過在一定溫度下進行光、電注入，使B-O對中性化不會吸附產(chǎn)生的少數(shù)載流子，從而減少光衰，設(shè)備廠家有Centrotherm、科隆威、Schmid、時創(chuàng)等。

4.3在設(shè)備和材料方面

尤其是漿料公司開發(fā)出適合于硅襯底局域接觸的太陽能電池用鋁漿，使得PERC電池的陣地由實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。使用傳統(tǒng)鋁漿，在局域接觸條件下高溫?zé)Y(jié)時，基體硅材料易溶于鋁，使得鋁和基體材料接觸界面形成空洞而斷路，增大了鋁硅的局域接觸電阻。鈍化和激光量產(chǎn)設(shè)備的出現(xiàn)也是PERC實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化不可或缺的因素。鈍化量產(chǎn)設(shè)備分為兩派：一派以德國Centrotherm為代表，采用PECVD生長的氧化硅/氮化硅疊層膜作為背面鈍化膜，另一派以德國R&R公司為代表生產(chǎn)的氧化鋁鍍膜設(shè)備，并且開發(fā)出二合一的氧化鋁疊層膜設(shè)備。而對于氧化鋁鍍膜設(shè)備根據(jù)其生長原理不同有兩種，一種是以原子層沉積技術(shù)生長氧化鋁膜。對于開孔的量產(chǎn)設(shè)備，若選擇腐蝕漿料開孔，添加一臺印刷機即可。若選用激光開孔，目前主流的激光量產(chǎn)設(shè)備采用的是納秒級激光器，主要廠家有Rofin，Inonnas，MANZ等公司。美國杜邦公司通過漿料成分的改進，結(jié)合合適的燒結(jié)工藝，開孔處可以形成連續(xù)的局域鋁背場，并且孔洞填充充實，沒有空洞。

5 PERC太陽能電池發(fā)展展望

未來三年內(nèi)PERC依舊是最具性價比的電池技術(shù)路線并且占據(jù)主導(dǎo)地位，其量產(chǎn)效率有望達到24%的水平。PERC電池在發(fā)射極、背面鋁背場、主柵、硅片質(zhì)量等還有優(yōu)化空間。隨著技術(shù)的進步，雙面PERC工藝的成熟不僅能拓寬PERC電池的應(yīng)用場景，而且可獲得更高的發(fā)電增益。

參考文獻

[1]陶路平，等.背面點接觸結(jié)構(gòu)在晶體硅太陽能電池中的應(yīng)用田[J].材料導(dǎo)報，2011（07）.

[2]陳璐，吳翔，等.PERC太陽能電池生產(chǎn)工藝研究[J].電子世界，2017（24）.