太陽能電池背面鈍化技術逆勢興起

    日前，順風光電新一代高效單晶硅電池研制成功。順風光電通過工藝調(diào)整，背面鈍化電池平均效率可達到19.5%以上，最高可達19.67%。比以往的產(chǎn)品具有更優(yōu)越的弱光響應，更好的功率一致性，更優(yōu)秀的電致發(fā)光影像表現(xiàn)，并保持一貫優(yōu)秀的電池外觀。

    背面鈍化技術逆勢興起

    “寒冬”是最難熬的時刻，最痛苦的時刻，也是各個企業(yè)進行自我調(diào)整、積蓄力量，培育強大基因的時刻。市場對光伏電池光電轉化效率的預期不斷高企，推動相關企業(yè)和研究機構對此展開研發(fā)，也為寒冷的光伏行業(yè)帶來了些許暖意。當下，是創(chuàng)造技術、競爭差異化的黃金期，各企業(yè)準備在下個景氣反轉的戰(zhàn)役中，有效利用差異化甩開其他競爭對手。

    原子層沉積技術是一種有序的氣相薄膜生長技術，具有良好的保形性、均勻性和高的臺階覆蓋率。通過原子層沉積氧化鋁薄膜對晶體硅太陽能電池硅片進行表面鈍化，可以增加載流子的有效壽命，從而大幅度提高太陽能電池整體的轉換效率。ALD表面鈍化技術可用于n型硅片的正面和背面。

    除了順風光電最新的研發(fā)成果之外，深圳捷佳偉創(chuàng)在此方面近期也取得了階段性突破。在半導體材料中，某種載流子占少數(shù)，導電中起到次要作用，則稱它為少子。單晶硅中摻硼為P型，摻硼越多，則能置換硅產(chǎn)生的空穴也越多，導電能力越強，電阻率就越低。該公司做了大量的文獻研究工作，并且對不同的鈍化層工藝進行了DOE試驗，以實現(xiàn)少子壽命的穩(wěn)定以及重復提升。經(jīng)過不懈努力，在捷佳偉創(chuàng)的管式PECVD設備上進行背面鈍化技術的硅片少子壽命在傳統(tǒng)工藝的基礎上提高了5倍，與文獻記錄完全相符，這證明捷佳偉創(chuàng)的背面鍍膜鈍化已經(jīng)成熟，這項進步填補了國產(chǎn)設備背面鍍膜鈍化技術的空白，已經(jīng)進入國際領先水平。

    此外，去年中科院應用技術研究院（浙江）嘉興微電子設備與儀器工程中心也早在晶硅太陽能電池表面鈍化技術研究中取得新進展。該創(chuàng)新團隊利用自主設計生產(chǎn)的KMT-200A型原子層沉積設備，在P型單晶硅片上生長氧化鋁鈍化層，退火后平均少子壽命可達1ms，有效減少了硅片表面復合，具有優(yōu)秀的表面鈍化效果。目前，嘉興微電子設備與儀器工程中心創(chuàng)新團隊以技術優(yōu)勢，吸引美國硅谷研究團隊來嘉興開展原子層技術合作，加快了國內(nèi)開發(fā)原子層沉積設備的研制，推進該項目在嘉興市的產(chǎn)業(yè)化。同時，該中心推出了一系列擁有自主知識產(chǎn)權和創(chuàng)新的原子層沉積設備產(chǎn)品，包括熱型設備、等離子體增強型設備和適于光伏產(chǎn)業(yè)應用的批量型設備，實現(xiàn)了國產(chǎn)原子層沉積設備在光伏產(chǎn)業(yè)首創(chuàng)應用的新局面，為下一代高效晶硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了國產(chǎn)化設備支撐。

    引起業(yè)界高度關注

    近兩年來，國際諸多設備制造商陸續(xù)推出背面鈍化技術（及設備），即金屬背部鈍化層（backsidepassivation）技術，該技術主要就是將AL2O3薄膜，作為P型太陽能電池背面鈍化膜，或N型電池正面，主要目的就是讓陽光在電池中產(chǎn)生的電子及電動，可以安全的到達電路，而不是像其他技術般陽光在電池中產(chǎn)生電子后又雙雙結合掉、使到達電路因而受阻，這將使得電池的轉換效率因而提升。此外，該技術除讓模塊端可承襲當下的焊接技術外，效率增加空間預計達0.2~0.5個百分點。不過，這些設備制造商在客戶端生產(chǎn)良率與成本優(yōu)化考量下，也不躁進推出。

    不僅如此，中國光伏企業(yè)近年來也非常關注該技術的發(fā)展。背面鈍化技術是臺灣地區(qū)光伏電池制造商較好的選擇，因為該技術可以令光伏組件企業(yè)在做裝配時繼續(xù)使用當前的焊接技術。

    光伏業(yè)內(nèi)人士表示，很多中國大陸與臺灣地區(qū)的光伏制造商已經(jīng)對能夠將光伏電池的轉換效率提升0.2%~0.5%的背表面鈍化技術及相應設備表示出極大興趣。

    早期采用TiO2膜或MgF2/ZnS混合膜以增加對入射光的吸收，但該方法均需先單獨采用熱氧化方法生長一層10~20umSiO2使硅片表面非晶化、且對多晶效果不理想。SixNy膜層不僅減緩漿料中玻璃體對硅的腐蝕抑制Ag的擴散速度從而使后續(xù)快燒工藝溫度范圍更寬易于調(diào)節(jié)，而且致密的SixNy膜層是有害雜質(zhì)良好的阻擋層。同時生成的氫原子對硅片具有表面鈍化與體鈍化的雙重作用，可以很好地修復硅中的位錯、表面懸掛鍵，提高了硅片中載流子的遷移率因而迅速成為高效電池生產(chǎn)的主流技術。雙層SiN減反射膜，通過控制各膜層中硅的富集率實現(xiàn)了5.5%的反射率；而另一種SiN與SiO混合膜，其反射率更是低至4.4%，目前廣泛采用的單層SiN膜減反射率最優(yōu)為10.4%.

    在電池背面生長一層10~30nmSiN膜以期最大限度對電池進行鈍化與缺陷的修復從而提高電池的效率是目前的一個熱點課題，由于該技術牽涉到與后面的絲網(wǎng)印刷技術、電極漿料技術及燒結工藝的配合目前尚處于實驗研究階段，但它肯定是今后的一個發(fā)展趨勢。

    有太陽能業(yè)者指出，若就單純的太陽能光伏電池基礎制程來看，實驗室中，單增加金屬背部鈍化層，就可使電池增加0.2~0.5個轉換效率百分點。同時，重要的即后端傳承當下大量采用的模塊焊接技術，無需做任何更動，這是吸引國內(nèi)制造者的原因之一，當然，以電池代工為主的臺系廠更為心動。

    不過，導入該項技術預計得增加3~5個生產(chǎn)站，量產(chǎn)后良率的考量更是重點之一，所以，設備商所提升的技術及設備再加上各太陽能廠的研發(fā)技術，攸關成敗與否，這也是兩岸太陽能廠關注設備商推出設備的主要原因之一。

    而太陽能光伏電池業(yè)者同時坦言，不論是雙層網(wǎng)印技術、選擇性射極、發(fā)射極鉆孔卷繞、金屬貫穿式背電極或金屬背部鈍化層，最重要的仍是各電池廠本身的核心技術競爭優(yōu)勢，沒有唯一對或錯的選擇。

    而各提升效率制程重組對轉換效率的增加，也沒有等值累加的效果，即1加1小于2的走勢，而效率的提升是創(chuàng)造太陽能光伏電池業(yè)者差異化競爭優(yōu)勢的重要關鍵，但是要用多少代價拿到所增加的效率，才是組織競爭力的核心，畢竟太陽能非常強調(diào)成本競爭，這也凸顯設備商提供具高技術性及具成本競爭力設備的重要性。

    或為未來晶硅電池的發(fā)展趨勢

    背面鍍膜鈍化技術是以不同的成膜方式在硅片的背面形成鈍化層的工藝技術，目前供應或即將供應該項技術及設備的制造商，包括德國Centrotherm與Roth&Rau、美商應用材料（AppliedMaterials）、荷商OTB、德國Roth&Rau及法國Semco等。現(xiàn)在整個光伏行業(yè)處于低迷期，因此有遠見的企業(yè)將其視為難得的機遇，在“寒冬”中積極布局，在背面鈍化領域積極展開技術研發(fā)。

    光伏產(chǎn)業(yè)眼下面臨的一個主要問題就是如何在增加轉換效率的同時又不降低工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟性和技術可行性。而背面鈍化技術已經(jīng)被證明是一種有效的提高轉換效率的方法，亦被業(yè)界普遍認為是未來新一代晶硅太陽能電池技術發(fā)展的重要趨勢。因此，企業(yè)需要抓住這個難得的機會，持續(xù)提升技術水平。