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(yáng)電池新一代的常規(guī)技術(shù)。本文闡述了PERC太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝，分析了相對(duì)于常規(guī)電池的優(yōu)勢(shì)，并研究了PERC太陽(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)程有影響的工藝，為PERC太陽(yáng)能電池的生產(chǎn)提供參考。

關(guān)鍵詞：PERC太陽(yáng)能電池? 生產(chǎn)? 工藝

1 PERC太陽(yáng)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(guò)在太陽(yáng)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(jiǎn)單，成本較低，且與現(xiàn)有電池生產(chǎn)線兼容性高的優(yōu)點(diǎn)，成為未來(lái)高效太陽(yáng)能電池的主流方向。

2 PERC太陽(yáng)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(yáng)能電池的生產(chǎn)將增加2道工序和1道改進(jìn)工序，其余工藝步驟均與常規(guī)太陽(yáng)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(duì)性地改進(jìn)基于化學(xué)濕臺(tái)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(yùn)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(yáng)能電池與常規(guī)太陽(yáng)能電池對(duì)比分析

PERC技術(shù)通過(guò)在電池的后側(cè)上（如下面圖像中的黃色層所示）添加一個(gè)電介質(zhì)鈍化層來(lái)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(shì)。PERC電池最大化跨越了P-N結(jié)的電勢(shì)梯度，這使得電子更穩(wěn)定的流動(dòng)，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(shì)主要有兩個(gè)方面：（1）內(nèi)背反射增強(qiáng)，降低長(zhǎng)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(yáng)能電池生產(chǎn)過(guò)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(qiáng)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(zhǎng)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積的SiNx薄膜對(duì)硅片的表面和體內(nèi)都有一定的鈍化作用。由于波長(zhǎng)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(shí)結(jié)合熱生長(zhǎng)SiO2的表面鈍化特性、等離子體增強(qiáng)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(diǎn)，研究人員對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池采用了SiO2/SiNx疊層的鈍化結(jié)構(gòu)，對(duì)晶體硅太陽(yáng)電池進(jìn)行了有效的表面鈍化和體鈍化顯著增大了太陽(yáng)電池的短路電流和開路電壓，進(jìn)而提高了太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率。

4.2背面局部接觸的實(shí)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(guò)上述開孔與硅材料實(shí)現(xiàn)局部接觸。

通過(guò)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(guò)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(tái)灣友晁、武漢帝爾等。PERC電池的光衰，目前找到了兩種方式來(lái)控制光衰達(dá)到了可接受范圍。其一是降低或避免B-O對(duì)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(duì)電池片通過(guò)在一定溫度下進(jìn)行光、電注入，使B-O對(duì)中性化不會(huì)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(shí)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(yáng)能電池用鋁漿，使得PERC電池的陣地由實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(guó)Centrotherm為代表，采用PECVD生長(zhǎng)的氧化硅/氮化硅疊層膜作為背面鈍化膜，另一派以德國(guó)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(duì)于氧化鋁鍍膜設(shè)備根據(jù)其生長(zhǎng)原理不同有兩種，一種是以原子層沉積技術(shù)生長(zhǎng)氧化鋁膜。對(duì)于開孔的量產(chǎn)設(shè)備，若選擇腐蝕漿料開孔，添加一臺(tái)印刷機(jī)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(jí)激光器，主要廠家有Rofin，Inonnas，MANZ等公司。美國(guó)杜邦公司通過(guò)漿料成分的改進(jìn)，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(chǎng)，并且孔洞填充充實(shí)，沒(méi)有空洞。

5 PERC太陽(yáng)能電池發(fā)展展望

未來(lái)三年內(nèi)PERC依舊是最具性價(jià)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(dá)到24%的水平。PERC電池在發(fā)射極、背面鋁背場(chǎng)、主柵、硅片質(zhì)量等還有優(yōu)化空間。隨著技術(shù)的進(jìn)步，雙面PERC工藝的成熟不僅能拓寬PERC電池的應(yīng)用場(chǎng)景，而且可獲得更高的發(fā)電增益。

參考文獻(xiàn)

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