■ 中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)光伏專業(yè)委員會(huì)

表8為n型 PERT 太陽(yáng)電池的雙面率數(shù)據(jù)，其產(chǎn)線效率普遍在21%～21.5%。n 型PERT太陽(yáng)電池有兩大優(yōu)勢(shì)：1)雙面率較高，普遍可達(dá)到90%左右；2)光致衰減較p型 PERC電池低。因此，目前n型PERT電池主要用于雙面發(fā)電的示范項(xiàng)目中。

表8 2017年有關(guān)公司和研究機(jī)構(gòu)的n型PERT電池的研究結(jié)果

圖28為國(guó)際知名研究機(jī)構(gòu)IMEC報(bào)道的n型PERT雙面太陽(yáng)電池，前表面使用Al2O3/SiNx鈍化膜，電極采用電鍍方式，最高效率達(dá)到了22.9%(見表9)；其Voc有大幅度的提高，達(dá)到了694 mV，雙面率達(dá)到了97%以上。由此可見，使用 Al2O3/SiNx鈍化膜具有潛力。

圖28 IMEC研究所報(bào)道的n 型PERT雙面太陽(yáng)電池結(jié)構(gòu)[49]

表9 IMEC研究所的n型PERT雙面太陽(yáng)電池結(jié)果[50]

IMEC研究所還研究了一種發(fā)射極在背表面的n型太陽(yáng)電池，結(jié)構(gòu)如圖29所示。其將發(fā)射結(jié)制備在背表面，仍舊使用硼擴(kuò)散，在背表面鈍化之后開口與全鋁背場(chǎng)接觸，其鋁電極采用濺射蒸發(fā)法制備，前表面采用電鍍Ni/Cu/Ag 的方法，這種技術(shù)在降低成本方面具有潛力。該方法制備的電池效率達(dá)到了22.9%，Voc為705 mV，Jsc為40.9 mA/cm2，F(xiàn)F為79.4%。雖然這是一種單面電池，但是可以得到 705 mV 的高開路電壓，非常具有潛力；此外，其避免了使用背銀，大幅降低了成本；另外一個(gè)可能的好處是在制備背表面Al2O3/SiNx鈍化膜時(shí)，由于不用顧忌吸光作用，可以使用PECVD沉積法制備比較厚的Al2O3膜。當(dāng)然這種電池對(duì)硅片質(zhì)量的要求更高一些。

圖29 IMEC研究所的背發(fā)射極n型 PERT電池結(jié)構(gòu)[51]

在持續(xù)提高n型PERT電池效率方面，目前提出的可供選擇的方案主要是采用背表面的Topcon技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提升其效率[52-55]。

2.3.3 薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)(HJT)電池

2.3.3.1 發(fā)展概況

薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)(HJT)電池是指由晶體硅和非晶硅組成的異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池[56-57]。HJT電池也是一種雙面電池，與PERC雙面電池、n型PERT雙面電池一起，構(gòu)成了雙面電池的發(fā)展方向。為提高電池效率，HJT電池采用了異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，使電池具有750 mV的高開路電壓，比硅同質(zhì)結(jié)電池的最高開路電壓(約720 mV)高出了約30 mV；在異質(zhì)結(jié)界面插入一層本征非晶硅薄層或氧化硅隧穿層來(lái)鈍化電池的正表面與背表面，從而大幅降低了表面載流子復(fù)合；采用寬帶隙的非晶薄膜作為發(fā)射極，并采用透明導(dǎo)電氧化物(TCO)材料作為窗口層來(lái)提高發(fā)射極的光透過(guò)率和導(dǎo)電性；采用低溫處理，電池全部制作工藝都在200 ℃左右的低溫下完成，有效地保護(hù)了硅片的載流子壽命。

日本三洋電機(jī)公司 (2009年被松下公司收購(gòu))一直保持HJT電池效率的領(lǐng)先地位，2012年，其HJT電池效率達(dá)到了24.7%。2017年，日本KANEKA公司通過(guò)結(jié)合異質(zhì)結(jié)與背電極技術(shù)，將面積為79 cm2的晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率提高到了26.7%，創(chuàng)造了晶硅單結(jié)太陽(yáng)電池效率的最高紀(jì)錄[58]。

國(guó)際上，日本松下是最大的HJT電池生產(chǎn)廠家，其年產(chǎn)量約為1 GW，其他HJT電池廠家包括日本的Keneka和美國(guó)的Silevo。

近年來(lái)，我國(guó)HJT電池的研發(fā)也取得了很大進(jìn)展，常州天合光能和中科院上海微系統(tǒng)研究所，以及中科院電工所與協(xié)鑫集成等單位聯(lián)合申請(qǐng)并實(shí)施了國(guó)家“863計(jì)劃”——兆瓦級(jí)薄膜硅/晶體硅異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)，在該課題的支持下，研究都已取得了較好的成果。其中，天合光能與上海微系統(tǒng)研究所使6寸(156 mm×156 mm)硅片制備的HJT電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了23.29%[59]。我國(guó)HJT電池量產(chǎn)的平均效率約為22%～22.5%。隨著生產(chǎn)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化及原料(硅片、漿料、導(dǎo)電薄膜等)價(jià)格的下降，2018年市場(chǎng)上HJT電池生產(chǎn)廠商(產(chǎn)能、產(chǎn)量)將增加，加上高效異質(zhì)結(jié)電池的高發(fā)電量?jī)?yōu)勢(shì)，未來(lái)HJT電池將取得較大的市場(chǎng)份額。

2.3.3.2 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

2017 年是我國(guó)HJT電池進(jìn)入實(shí)質(zhì)發(fā)展的一年，2016年及以前主要是日本企業(yè)在建立規(guī)?；腍JT電池生產(chǎn)線，包括日本松下公司(即三洋公司)和長(zhǎng)洲產(chǎn)業(yè)公司，而我國(guó)則主要是早期的浙江上彭公司所擁有的小規(guī)模生產(chǎn)線。2017年我國(guó)一些企業(yè)陸續(xù)建成了大規(guī)模的HJT電池生產(chǎn)線，包括：泰興中智公司建成的160 MW HJT電池生產(chǎn)線；山西晉能公司建設(shè)的100 MW HJT電池生產(chǎn)線，其中的50 MW生產(chǎn)線已經(jīng)建成，另外的50 MW生產(chǎn)線正在調(diào)試中；浙江上彭公司完善了其HJT電池生產(chǎn)線，并將產(chǎn)能提升到70 MW；福建金石公司建成了100 MW HJT電池生產(chǎn)線，但是其很少在公開場(chǎng)合發(fā)布消息；漢能正在建設(shè)600 MW HJT電池生產(chǎn)線，使之成為2017年最大的擴(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目。截至2017年底，已形成生產(chǎn)能力的產(chǎn)能近430 MW，另有600 MW在建，預(yù)計(jì)在2018年形成1 GW的產(chǎn)能。有2家生產(chǎn)企業(yè)暫時(shí)放棄了其已有的HJT電池生產(chǎn)線，分別為新奧太陽(yáng)能公司改造自美國(guó)應(yīng)用材料公司非晶硅薄膜生產(chǎn)線的30 MW HJT生產(chǎn)線，以及國(guó)電集團(tuán)下屬的50 MW HJT電池生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線在轉(zhuǎn)手到中環(huán)公司之后并未重新啟動(dòng)。從產(chǎn)能建設(shè)來(lái)看，HJT電池?zé)o疑是較為緩慢的，有一些曾想投資HJT電池生產(chǎn)線的企業(yè)(如協(xié)鑫集成、國(guó)電投、長(zhǎng)江水電集團(tuán)等)并未快速上馬HJT項(xiàng)目，究其原因或許也與PERC電池效率的提升有關(guān)。PERC電池的產(chǎn)業(yè)化效率已接近HJT電池的產(chǎn)業(yè)化效率，且其成本又較低，因此影響了HJT電池生產(chǎn)線的啟動(dòng)和建設(shè)。

國(guó)際上，梅耶博格(Meyer Burger)是一家主要的HJT電池供應(yīng)商；據(jù)報(bào)道，意大利光伏制造商3Sun已經(jīng)訂購(gòu)年產(chǎn)量200 MW的HJT電池設(shè)備，預(yù)計(jì)在2019年初開始生產(chǎn)。

表10給出了我國(guó)各個(gè)公司和研究單位報(bào)道的HJT電池的最高轉(zhuǎn)換效率，產(chǎn)線量產(chǎn)的平均效率稍低。浙江上彭公司HJT電池的量產(chǎn)效率達(dá)到了22%，60片M2組成的光伏組件功率為310～320 W。泰興中智公司批量試產(chǎn)的HJT電池效率在21.8%～22.0%之間。2017年HJT電池的實(shí)驗(yàn)室最高效率仍舊屬于上海微系統(tǒng)研究所，達(dá)到了23.18%。在量產(chǎn)設(shè)備方面，我國(guó)企業(yè)也有了更多的選擇。在諸多外國(guó)設(shè)備廠家中也有了中國(guó)設(shè)備制造商的身影，如理想能源公司的PECVD設(shè)備和精曜公司的RPD設(shè)備。理想能源公司獲得了漢能公司600 MW的訂單，精曜公司獲得了日本住友公司RPD設(shè)備在中國(guó)市場(chǎng)銷售的許可后，開始自行制造這種新型的透明導(dǎo)電膜設(shè)備。表11給出了HJT設(shè)備技術(shù)方案及供應(yīng)商。

表10 我國(guó)公司及研究單位HJT電池的最高轉(zhuǎn)換效率

表11 HJT設(shè)備技術(shù)方案及供應(yīng)商

日本Ulvac公司在中國(guó)市場(chǎng)銷售了第一批熱絲CVD(Cat-CVD)設(shè)備，共計(jì)160 MW，這種設(shè)備沉積的非晶硅膜的質(zhì)量更高，而且工藝窗口較寬，便于企業(yè)操作，但其均勻性有待進(jìn)一步提高。此外，作為耗材的熱絲還需日方公司持續(xù)提供，也提高了工藝成本。

RPD設(shè)備與PECVD設(shè)備相比具有一定的優(yōu)勢(shì)，主要是該種設(shè)備可以鍍制日本住友公司特殊開發(fā)的IWO薄膜，此種薄膜的功函數(shù)較高，與p型非晶硅的功函數(shù)匹配較好且透過(guò)率較高，結(jié)晶特性也較好，并且使用RPD設(shè)備對(duì)非晶硅表面的轟擊不嚴(yán)重。據(jù)山西晉能公司報(bào)道，使用該種設(shè)備的量產(chǎn)線效率高于使用磁控建設(shè)的TCO鍍膜設(shè)備。但是由于RPD設(shè)備的壟斷特性使其價(jià)格較高，在規(guī)模量產(chǎn)方面也遇到一些問題。

使用磁控濺射鍍制TCO膜的一個(gè)主要問題是如何選擇較好的材料，由于IWO無(wú)法被制備成高密度磁控濺射靶，因此使用磁控濺射方法時(shí)只能改用其他材料，但HJT電池對(duì)前表面TCO膜的要求很高。其需要符合：1)電學(xué)特性方面：載流子收集和向金屬電極的傳遞性能高，對(duì)a-Si(p)的能帶彎曲進(jìn)行優(yōu)化(功函數(shù)匹配)，與Ag或Cu的接觸電阻低。2)光學(xué)特性方面：在波段300～1200 nm，減小在IR處的吸收，未對(duì)a-Si 層造成損壞，柔和的沉積條件(＜200℃，無(wú)離子轟擊)，阻止金屬雜質(zhì)的擴(kuò)散(如Cu等)，適合組件封裝(穩(wěn)定性、無(wú)空氣、水汽等引起的蛻化)。這些要求需要功函數(shù)高、遷移率高、載流子濃度較低的TCO材料作為前表面鍍膜材料，日本三洋公司經(jīng)過(guò)20余年的研究和產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐，選出了IWO作為前表面TCO材料，但鍍制這種材料必須使用RPD設(shè)備。因此，對(duì)于提供其他鍍膜解決方案的公司，如何尋找到一款合適的TCO材料成為技術(shù)關(guān)鍵。近幾年國(guó)際上先后選擇了ITO(氧化銦+氧化錫)、ITiO(氧化銦+氧化鈦)、IOH(摻氫氧化銦)、ICO(氧化銦+氧化鈰)、IMO(氧化銦+氧化鉬)幾種材料，但是產(chǎn)業(yè)化的結(jié)果仍舊不是很理想。

作為不得已的解決方案，國(guó)內(nèi)有公司將p型非晶硅發(fā)射極制備在背表面，如圖30所示。

圖30 背結(jié)HJT電池的結(jié)構(gòu)

當(dāng)將p型發(fā)射極制備在背表面時(shí)，降低了對(duì)背表面TCO膜的要求，如降低了對(duì)其透光率、長(zhǎng)波吸收及厚度的要求，從而主要考慮其功函數(shù)匹配和導(dǎo)電特性即可。此外，將發(fā)射極放在背面還有一個(gè)好處，就是可以增厚發(fā)射極，以增加其鈍化特性。

2017年，雖然HJT電池受到了來(lái)自p型PERC電池在效率方面的壓力，但是比較兩者的參數(shù)可以看到，HJT電池的Voc可以很容易的提升到730 mV以上，這是PERC電池很難達(dá)到的，只是目前HJT電池的短路電流還較低，需要進(jìn)一步提高。因此可以預(yù)測(cè)，HJT電池仍將成為PERC電池的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，并在性價(jià)比方面最可能成為PERC電池的換代產(chǎn)品的主要候選者。

2.3.4 全背接觸(IBC)太陽(yáng)電池

2.3.4.1 發(fā)展概況

IBC電池結(jié)構(gòu)是一種電極具有交指形狀的背結(jié)和背接觸太陽(yáng)電池。為提高電池效率，該電池具有如下特點(diǎn)：1)與PERC、PERT和HJT電池比較，該電池前表面無(wú)柵線，正、負(fù)電極采用交叉排列的方式被制備在電池背面，避免了常規(guī)電池正面柵線約5%左右的遮光損失；2)背面利用擴(kuò)散法做成p+和n+交錯(cuò)間隔的交叉式電極接觸高摻雜區(qū)，通過(guò)在介質(zhì)化膜上開孔，實(shí)現(xiàn)了金屬電極與發(fā)射區(qū)或基區(qū)的點(diǎn)接觸連接，降低了光生載流子的背表面復(fù)合速率；3)由于背接觸結(jié)構(gòu)，IBC電池的串聯(lián)電阻低于傳統(tǒng)電池，具有較高的填充因子。

由于上述特點(diǎn)，國(guó)際上知名的光伏研究機(jī)構(gòu)都投入巨資對(duì)IBC電池進(jìn)行了研究，如美國(guó)Sunpower公司、中國(guó)天合光能、德國(guó)弗朗霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所、比利時(shí)IMEC研究所等。美國(guó)Sunpower公司和我國(guó)的天合光能一直保持著IBC電池效率的領(lǐng)先地位。幾個(gè)重要的效率進(jìn)展是：2004年，Sunpower公司報(bào)道了其實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)了具有21.5%效率的大面積 (149 cm2)IBC 結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池；2010年，其采用Czn型Si襯底，在面積為155.1 cm2的硅片上，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的IBC電池效率達(dá)到了24.2%；2015年，Sunpower公司的IBC電池效率達(dá)到了25.2%[60-61]。我國(guó)的天合光能是可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)大面積IBC電池的領(lǐng)軍者，2017年，天合光能6英寸IBC電池的效率通過(guò)第三方測(cè)試，達(dá)到了24.13%[62]；2018年1月，天合光能研發(fā)的大面積IBC電池效率突破了25.04%，是迄今為止經(jīng)第三方權(quán)威認(rèn)證的中國(guó)實(shí)驗(yàn)室首次效率超過(guò)25%的單結(jié)晶體硅太陽(yáng)電池，也是世界上6英寸大面積晶體硅襯底上制備的晶體硅電池的最高轉(zhuǎn)換效率。

2.3.4.2 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

采用IBC與HJT技術(shù)結(jié)合的背結(jié)背接觸(HJBC)技術(shù)可以使電池效率進(jìn)一步提升，在硅片表面同時(shí)采用本征的非晶硅進(jìn)行表面鈍化，在背面分別采用n型和p型的非晶硅薄膜形成異質(zhì)結(jié)。這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是利用非晶硅優(yōu)越的表面鈍化性能，并結(jié)合IBC結(jié)構(gòu)前表面無(wú)金屬遮擋的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，可以取得更高的電池轉(zhuǎn)換效率。2014年，日本Sharp和Panasonic公司分別將IBC與HJ技術(shù)結(jié)合，研發(fā)的HJBC電池效率分別達(dá)到了25.1%和25.6%[63-64]。2016年9月，日本KANEKA公司與NEDO研究機(jī)構(gòu)發(fā)表聯(lián)合聲明，在面積為180 cm2的硅襯底上實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)換效率達(dá)26.33%的晶硅太陽(yáng)電池，創(chuàng)下了世界紀(jì)錄。KANEKA與NEDO將108片HJBC電池封裝成組件，通過(guò)特殊的配線、高吸光效率等設(shè)計(jì)，組件的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到24.37%，超過(guò)了SunPower公司創(chuàng)下的24.1%的效率紀(jì)錄。2017年，KANEKA通過(guò)結(jié)合異質(zhì)結(jié)與背電極技術(shù)，將面積為79 cm2的晶硅太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率提高到了26.7%[65]，創(chuàng)造了晶硅單結(jié)太陽(yáng)電池效率的最高紀(jì)錄。歐盟正在支持一個(gè)名為NextBase的HJBC高效太陽(yáng)電池研發(fā)項(xiàng)目，項(xiàng)目執(zhí)行期為2016～2019年，旨在通過(guò)研發(fā)新型制造裝備和工藝技術(shù)，使HJBC電池效率達(dá)到26%以上，組件成本低于0.35 €/Wp。

近幾年IBC電池技術(shù)的研究進(jìn)展情況如表12所示。

隨著光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，我國(guó)越來(lái)越多的光伏企業(yè)投入了對(duì)IBC電池技術(shù)的研發(fā)，如天合、英利、中來(lái)、中科院微電子所等。高效率是IBC電池最大的特點(diǎn)，也是研究者們追求的最大目標(biāo)。目前多家科研單位已實(shí)現(xiàn)了效率為23%的高效IBC電池的制備，并且將開路電壓提升到700 mV以上，有效降低了電池的溫度系數(shù)，使IBC電池與常規(guī)電池相比具有更加優(yōu)越的實(shí)際發(fā)電能力。但是，目前IBC電池使用的n型硅片成本較高，電池制備過(guò)程中需要多步摻雜及對(duì)準(zhǔn)等復(fù)雜工藝，使其制造成本較高，制約了IBC電池的大規(guī)模推廣應(yīng)用。IBC電池技術(shù)的門檻、成本和售價(jià)都較高。美國(guó)SunPower公司持有約1.2 GW的IBC電池年產(chǎn)能，其中包括年產(chǎn)能100 MW的第三代高效IBC電池生產(chǎn)線。

目前IBC電池在我國(guó)還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，隨著天合光能等企業(yè)的進(jìn)入，以及新型工藝和材料的開發(fā)，IBC電池的商業(yè)化應(yīng)用和推廣有著廣泛的前景。IBC電池的最重要目標(biāo)并非進(jìn)一步提高效率，而是通過(guò)簡(jiǎn)化工藝降低成本，以適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用的競(jìng)爭(zhēng)。天合光能發(fā)布了其簡(jiǎn)化的IBC電池工藝路線，如圖31所示，可以看到一個(gè)重要的改變是將前表面的織構(gòu)化放在擴(kuò)散之后，這樣可以減少掩膜工藝，但是前表面沒有前場(chǎng)，或許會(huì)降低少子壽命。此外，所有的開孔全部使用絲網(wǎng)印刷工藝。

圖31 天合光能公司的簡(jiǎn)化IBC工藝流程

2.3.5 隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)電池

2.3.5.1 發(fā)展?fàn)顩r

鈍化接觸(Passivated Contact)是一種既可滿足良好的表面鈍化要求，又無(wú)需開孔即可傳輸電流的太陽(yáng)電池技術(shù)。2013年在第28屆歐洲PVSEC光伏大會(huì)上，德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所首次提出一種新型鈍化接觸太陽(yáng)電池，稱為隧穿氧化層鈍化接觸(TOPCon)電池。這種太陽(yáng)電池首先在電池背面制備一層超薄隧穿氧化硅(1～2 nm)，然后再沉積一層20 nm厚的磷摻雜非晶硅層，經(jīng)過(guò)800 ℃高溫退火后形成摻雜多晶硅，二者共同形成了鈍化接觸結(jié)構(gòu)，為硅片的背面提供了良好的表面鈍化；由于氧化層很薄，多晶硅薄層具有重?fù)诫s，多數(shù)載流子可以穿透這兩層鈍化層，而少數(shù)載流子則被阻擋。圖32給出了TOPCon太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)[52]。

圖32 TOPCon太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)

與PERC及PERL電池結(jié)構(gòu)相比，TOPCon電池結(jié)構(gòu)可對(duì)電池表面實(shí)現(xiàn)完美鈍化。PERC及PERT電池是通過(guò)將金屬接觸范圍限制在局部區(qū)域，增加背面鈍化面積來(lái)降低表面復(fù)合。但金屬接觸的開孔區(qū)域仍然能產(chǎn)生載流子的復(fù)合，使電池效率提升受到限制。TOPCon電池結(jié)構(gòu)是一種既能降低表面復(fù)合，又無(wú)需開孔的鈍化接觸電池技術(shù)。另一方面，TOPCon電池全接觸鈍化結(jié)合全金屬電極的結(jié)構(gòu)，克服了PERL電池結(jié)構(gòu)由于局部開孔對(duì)載流子傳輸路徑的限制，實(shí)現(xiàn)了最短的電流傳輸路徑，極大地降低了傳輸電阻，從根本上消除了電流橫向傳輸引起的損失，提升了電池的電流和填充因子。

2013 年，德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所發(fā)表了首個(gè)TOPCon電池的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。他們采用n型FZ硅片，正面采用金字塔制絨、硼擴(kuò)散、氧化鋁加氮化硅疊層膜起到鈍化和減反作用；背面采用TOPCon 鈍化技術(shù)；正、反面金屬化均采用蒸鍍 Ti/Pd/Ag 疊層結(jié)構(gòu)，電池效率達(dá)到了23.7%，Voc超過(guò)了700 mV。隨后，TOPCon電池效率得到了快速提高，TOPCon的鈍化結(jié)構(gòu)也從背面擴(kuò)展到正面，襯底材料也從單晶硅擴(kuò)展到多晶硅。2015年，F(xiàn)raunhofer將TOPCon單晶硅太陽(yáng)電池的效率提升至25.1%，2017年其效率達(dá)到了25.7%。同時(shí)，F(xiàn)raunhofer通過(guò)TOPCon技術(shù)，使用n型多晶硅襯底，于2017年將多晶硅太陽(yáng)電池的效率提升至22.3%，成為迄今為止效率最高的多晶硅太陽(yáng)電池。

2.3.5.2 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

近幾年來(lái)，我國(guó)的TOPCon電池技術(shù)得到了快速發(fā)展，英利、上海神舟、中科院微電子所等單位報(bào)告了他們的研究成果。2016年11月，在第十二屆中國(guó)太陽(yáng)級(jí)硅及光伏發(fā)電研討會(huì)上，上海神舟報(bào)告了其在n型PERT電池的基礎(chǔ)上，采用TOPCon技術(shù)，使電池平均效率達(dá)到了21.4%，最高效率達(dá)21.74%。2017年9月，在第十七屆中國(guó)光伏學(xué)術(shù)大會(huì)上，英利報(bào)告了其在常規(guī) n型PERT(熊貓)電池基礎(chǔ)上引入TOPCon技術(shù)，電池效率可達(dá)到 21.8%，開路電壓達(dá)到了676 mV，填充因子達(dá)到了 80%[55]。Panda-TOPCon 雙面電池采用直拉法n型單晶硅片，正面依次為硼擴(kuò)散發(fā)射極、氧化硅/氮化硅鈍化減反射層和金屬電極；背面依次為隧穿氧化層、摻雜多晶硅層、氮化硅鈍化減反射層和金屬電極。

TOPCon電池仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段，產(chǎn)業(yè)化也是以中試為主。但TOPCon電池與PERC和PERT電池相比，具有高效率的優(yōu)勢(shì)；與IBC電池相比，具有工藝簡(jiǎn)單及低成本的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)都將推動(dòng)此類電池在2018年得到更快的發(fā)展。

2.3.6 MWT太陽(yáng)電池

2.3.6.1 發(fā)展概況

MWT(Metal Wrap Through，金屬電極繞通)技術(shù)是一種電池的金屬化結(jié)構(gòu)，通過(guò)將位于正面發(fā)射極的接觸電極穿過(guò)硅片基體引導(dǎo)到硅片背面，以減少遮光面積的方式來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率[66-70]。其主要特點(diǎn)有：1)無(wú)主柵線，降低遮光面積，提高轉(zhuǎn)換效率；2)組件采用背接觸方式，大幅降低了工藝過(guò)程中的碎片率，更適合于薄硅片；3)與常規(guī)電池工藝兼容性好，只需對(duì)現(xiàn)有電池生產(chǎn)線的量產(chǎn)平臺(tái)進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，增加激光開孔及過(guò)孔印刷兩道工序，就可以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)；4)外表更加美觀；5)由于采用了全新的電池和組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，固定成本有一定增加。

MWT技術(shù)是由荷蘭國(guó)家能源研究所(ECN)首先研究并提出的，從2009年起國(guó)內(nèi)部分光伏制造企業(yè)開始將其用于工業(yè)化生產(chǎn)，先后有英利、阿特斯、天威新能源、晶澳等企業(yè)進(jìn)行了相關(guān)的應(yīng)用開發(fā)研究。2013年，阿特斯宣布量產(chǎn)組合MWT結(jié)構(gòu)和PERC結(jié)構(gòu)的新一代太陽(yáng)電池，平均轉(zhuǎn)換效率提高到了20.57%。英利于2012～2015年在國(guó)家“863計(jì)劃”的支持下，首次將MWT技術(shù)應(yīng)用于高效率n型硅電池，2015年n型硅MWT電池的效率達(dá)到了20.5%，并建成了50 MW的示范生產(chǎn)線。天威新能源發(fā)展了p型多晶硅太陽(yáng)電池MWT技術(shù)，電池效率達(dá)到了19.01%。同時(shí)，MWT光伏組件采用背連接技術(shù)，封裝損失還可以降低1%以上，從而大幅提升了組件的輸出功率及可靠性。MWT電池技術(shù)實(shí)際上是一種電極制備技術(shù)，因此其可以和各種電池技術(shù)相結(jié)合，如“MWT+ BSF單晶硅電池”“MWT+ BSF多晶硅電池”“MWT+ PERC單晶硅電池”“MWT+ PERC多晶硅電池”“MWT+n型PERT單晶硅電池”“MWT+n型HJT單晶硅電池”，不同的MWT電池結(jié)構(gòu)如圖33所示。由此可知，MWT電池技術(shù)可以隨著電池主工藝的變化而變化，隨著不同種類電池效率的提升而提升。

圖33 不同電池結(jié)構(gòu)的MWT電池

2.3.6.2 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

近年來(lái)，南京日托主要發(fā)展MWT產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，并成功應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)，宣布已建成了1 GW的產(chǎn)能，其研制的60片MWT電池的單、多晶硅光伏組件的功率可達(dá)300 W和290 W以上。2017年，該公司發(fā)布了“MWT+黑硅”300 W多晶硅光伏組件新產(chǎn)品，說(shuō)明MWT技術(shù)與其他高效電池技術(shù)(如黑硅技術(shù)、PERC技術(shù))有很好的兼容性。

日托公司目前主要是在BSF單晶硅與多晶硅電池的基礎(chǔ)上制備MWT電池。與普通的BSF多晶硅電池相比，主要是增加了激光鉆孔工藝，當(dāng)然還需要有背表面的激光隔離技術(shù)等。但是其最主要的技術(shù)步驟是制備組件時(shí)的導(dǎo)線連接，目前采用的是背面覆銅板的連接方式，如圖34所示。這種連接方式可以提高組件的功率。

圖34 MWT光伏組件的背表面連接方式

p型多晶硅MWT電池產(chǎn)線的典型效率為19.3%，Voc為632 mV，Isc為9.41 A，F(xiàn)F為79.73%。60片電池的光伏組件功率達(dá)到286 W，效率達(dá)到17.6%；72片電池的光伏組件功率達(dá)到了341 W，效率達(dá)到了20.96%。隨著各種類型電池效率的不斷提高，其與MWT結(jié)合所得到的電池效率也會(huì)不斷提高。而且國(guó)內(nèi)也有其他企業(yè)使用疊瓦技術(shù)代替背面覆銅板的，從而進(jìn)一步降低了成本，提高了組件效率。

2.3.7 多晶黑硅太陽(yáng)電池

2.3.7.1 發(fā)展概況

所謂黑硅太陽(yáng)電池，是針對(duì)提升多晶硅太陽(yáng)電池效率發(fā)展起來(lái)的一種通過(guò)多晶硅表面制絨技術(shù)來(lái)提升多晶硅電池效率的技術(shù)，因此其是可用于PERC、PERT等技術(shù)的多晶硅太陽(yáng)電池。黑硅太陽(yáng)電池采用與常規(guī)酸制絨不同的處理工藝，對(duì)硅片表面進(jìn)行陷光織構(gòu)，提高光吸收，改善太陽(yáng)電池的光學(xué)特性，從而提升電池的光電轉(zhuǎn)換效率。黑硅技術(shù)主要有干法制絨和濕法制絨2種方式。干法制絨為離子反應(yīng)法(Reactive Ion Etching，RIE)[71-72]，利用微波將SF6、O2、Cl2這 3種氣體等離子化，在電場(chǎng)加速下對(duì)硅片表面進(jìn)行轟擊，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在硅片表面腐蝕出納米/亞微米級(jí)絨面。濕法制絨為金屬催化化學(xué)腐蝕法(Metal Catalyzed Chemical Etching，MCCE)[73-74]，利用AgNO3中的Ag/Ag＋系統(tǒng)能量遠(yuǎn)低于硅的價(jià)帶，使溶液中的Ag＋得到硅的價(jià)帶電子，從硅表面的Si-Si鍵中獲得的電子被還原，形成銀單質(zhì)顆粒，沉積在硅片表面；然后利用H2O2/HF腐蝕系統(tǒng)在Ag周圍加速與硅反應(yīng)，顆粒下面的硅被不斷腐蝕，最終形成納米/亞微米級(jí)的腐蝕坑；最后，對(duì)硅片進(jìn)行一定程度的表面蝕刻修飾，以降低表面復(fù)合。圖35給出了典型的濕法黑硅表面形貌。

圖35 英利制備的典型的濕法黑硅表面形貌

2017 年，德國(guó)Fraunhofer太陽(yáng)能研究所采用干法黑硅表面制絨技術(shù)，使多晶硅表面反射率降低到2.8%；利用TOPCon隧穿氧化層鈍化接觸技術(shù)，將n型多晶硅電池效率提升至22.3%。

2.3.7.2 金剛線切割的多晶硅片制絨技術(shù)

2017 年，與鑄造多晶硅相關(guān)聯(lián)的技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用的重點(diǎn)之一是金剛線切多晶硅片制絨工藝技術(shù)。2017年，濕法黑硅的研發(fā)工作取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，設(shè)備、添加液及工藝都已趨于成熟，利用常規(guī)電池工藝和濕法黑硅工藝結(jié)合，鑄造多晶硅的電池效率提升可達(dá)到0.3%～0.4%。同時(shí)，干法黑硅的應(yīng)用也因?yàn)镻ERC電池工藝的逐步大規(guī)模應(yīng)用得到推進(jìn)。

在金剛線切多晶硅片推廣應(yīng)用方面，濕法黑硅技術(shù)完美解決了電池應(yīng)用上的技術(shù)難題，2017年該技術(shù)在協(xié)鑫、阿特斯等企業(yè)已進(jìn)入批量化生產(chǎn)。保利協(xié)鑫推出了TS+系列“鑫多晶”黑硅片新產(chǎn)品，其采用單面制絨的方法制備單面黑硅產(chǎn)品，起到降本增效的作用。該產(chǎn)品正面為多孔黑硅絨面，絨面尺寸為600～800 nm，絨面孔型深度為400～500 nm，整體絨面均勻。這種優(yōu)良陷光的硅片絨面，為多晶硅太陽(yáng)電池提供了有效的陷光表面結(jié)構(gòu)，電池效率增加。背面采用背面拋光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)具有更高反射率的背表面，為背鈍化技術(shù)的實(shí)施提供可靠的材料基礎(chǔ)。采用這種正面與背面相結(jié)合的單面黑硅技術(shù)，設(shè)備產(chǎn)能增加了1倍，加工成本降低40%以上，排廢量降低了近50%?！氨斥g化”與“黑硅陷光”相結(jié)合，量產(chǎn)電池的平均效率可達(dá)20.3%～20.5%。

但是，由于濕法黑硅技術(shù)需要增加廠房、設(shè)備等固定資產(chǎn)的投資，限制了該技術(shù)的大規(guī)模推廣。2017年，對(duì)于金剛線切割的鑄造多晶硅，占市場(chǎng)份額最大的制絨技術(shù)路線是：常規(guī)鏈?zhǔn)剿嶂平q工藝中添加輔助添加劑，實(shí)現(xiàn)常規(guī)蠕蟲狀絨面制備。此技術(shù)制備的多晶硅片絨面反射率較高，雖然電池性能較常規(guī)電池低0.03%～0.07%，但是不需要新的固定資產(chǎn)投資，單片電池成本只增加0.03～0.05元，成本優(yōu)勢(shì)顯著，因此迅速實(shí)現(xiàn)了其的大規(guī)模推廣應(yīng)用。 (待續(xù))