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晶体硅太阳能电池产业化技术现状与发展展望

1.3去边技术

     产业化的周边PN结去除方式是等离子体干法刻蚀,该方法技术成熟、产量大,但存在过刻、钻刻及不均匀的现象,不仅影响电池的转换效率,而且导致电池片蹦边、色差与缺角等不良率上升。激光开槽隔离技术根据PN结深度而在硅片边缘开一物理隔离槽,但与国外情况相反,据国内使用情况来看电池效率反而不及等离子体刻蚀技术,因此该方法有待进一步研究。目前行业出现的另外一种技术——化学腐蚀去边与背面腐蚀抛光技术集刻蚀与去PSG一体,背面绒面的抛光极大降低了入射光的透射损失、提高电池红光响应。该方法工艺简单、易于实现inline自动化生产,不存在“钻刻”与刻蚀不均匀现象,工艺相对稳定,因此尽管配套设备昂贵但仍引起业内广泛关注。

1.4表面减反射膜生长技术

     早期采用TiO2膜或MgF2/ZnS混合膜以增加对入射光的吸收,但该方法均需先单独采用热氧化方法生长一层10~20umSiO2使硅片表面非晶化、且对多晶效果不理想。

     SixNy膜层不仅减缓浆料中玻璃体对硅的腐蚀抑制Ag的扩散速度从而使后续快烧工艺温度范围更宽易于调节,而且致密的SixNy膜层是有害杂质良好的阻挡层。同时生成的氢原子对硅片具有表面钝化与体钝化的双重作用,可以很好地修复硅中的位错、表面悬挂键,提高了硅片中载流子的迁移率因而迅速成为高效电池生产的主流技术。双层SiN减反射膜,通过控制各膜层中硅的富集率实现了5.5%[4]的反射率;而另一种SiN与SiO混合膜,其反射率更是低至4.4%,目前广泛采用的单层SiN膜减反射率最优为10.4%。


 图2  不同减反膜的光谱反射率

     在电池背面生长一层10~30nmSiN膜以期最大限度对电池进行钝化与缺陷的修复从而提高电池的效率是目前的一个热点课题,由于该技术牵涉到与后面的丝网印刷技术、电极浆料技术及烧结工艺的配合目前尚处于实验研究阶段,但它肯定是今后的一个发展趋势。

     匹配封装材料对光谱的折射率定制减反射膜以获得最佳的实际使用效果是光伏企业技术实力的体现!如何减少电磁波对电池表面PN结辐射损伤以及损伤的有效修复是该工艺的核心技术,处理不好往往导致电池效率一致性较差。装备方面有连续式间接HF-PECVD、管式直接LF-PECVD。

1.5丝网印刷与金属浆料技术

     丝网印刷技术是低成本太阳能电池产业化生产的关键技术,其主要技术进步与电极浆料及网版制版技术紧密相联。电极浆料技术进步是提升电池效率的捷径,也是一些实验室技术向产业化转换的关键。根据电池表面扩散薄层方块电阻、扩散结深以及表面减反射膜厚度与密度等开发相对应的浆料已经成为国际一流光伏企业领先同行的一个有力武器:如掺P的正银浆料实现低成本的选择性发射极技术;向浆料中添加添加剂实现80~100um细栅技术;配合超薄片的低翘曲背铝浆料等等。

     硅片厚度不断减薄、电池面积不断增大,如何降低碎片率与电池片的翘曲度成为设备制造厂商与电池制造企业共同关注的焦点问题。设备方面已经出现能适应120um厚度硅片的全自动印刷设备。

2、存在的问题     

     工艺方面:尽管太阳能电池制造是一个短工艺生产流程,光伏技术与检测手段也有了长足的发展,但太阳能电池工艺还不能处于完全受控的状态。我们无法从电池的不合理电参数来准确判断问题具体所在,对每一工序质量也还没有完全行之有效的检测方法与手段,在线检测技术远落后于工艺技术的发展!

     设备方面:目前国内外各制造厂商设备缺乏统一接口标准,导致上下道工序之间无法有效衔接,导致较大的时间与资源浪费!物化新工艺的装备滞后于市场的发展!

     原材料方面:原材料市场特别是硅片质量良莠不齐,许多企业缺乏自律性,导致我国光伏产品质量不稳定,行业缺乏统一权威标准与准入制度。

3、发展展望

      以硅片为载体的光伏电池制造技术,其理论极限效率为29%。近年来由于一系列新技术的突破,硅太阳能电池转换效率产业化水平单晶16%~18%、多晶15%~17%,按目前的晶体硅电池效率路线图与电池技术,提升效率的难度已经非常大。因此有人预言硅电池的市场生命周期,但产品市场生命力的决定因素是其性价比,就如半导体集成电路一样近一个世纪了仍然离不开硅基,晶体硅太阳能电池作为光伏发电主要材料的现状不会改变,市场主导地位将继续延续!其特征将会是向着高效率、大尺寸、超薄化、长寿命方向发展。随着我们对半导体材料与光伏技术研究的不断深入,必将会不断诞生一些突破性的技术来巅覆传统、提升太阳能电池的效率、降低系统发电成本,实现光伏发电从补充能源向主流能源的跃进!只是以前这些技术都由国外企业与机构产生。可以预见通过中国广大“光伏人”的努力,今后这些革命性的技术突破将会在我们中国本土企业与科研机构中产生!

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来源:中国新能源网
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