权顺忠
青海聚能电力有限公司 青海西宁 810000
摘要：太阳能属于可再生资源，具有用之不竭、取之不尽的特点，这也推动了晶硅太阳能电池产业的快速发展。我国是晶硅太阳能电池制造大国，但在发展过程中，我国晶硅太阳能电池却遇到了一系列制约性瓶颈，对此要引起高度重视。本文对晶体硅太阳能电池的结构进行研究，分别对PESC、PERT、PERL等电池结构进行研究，旨在推动太阳能电池结构的发展。
关键词：太阳能；电池结构；晶体硅
晶体硅太阳电池的研究是由空间太阳电池的应用所带动起来的，上个世纪四五十年代，晶体硅电池的效率发展比较缓慢，到1955年前后才突破10%，应用了浅结技术之后效率接近15%。1960-1980年间，效率提升较慢。从1985年开始，以澳大利亚新南威尔士大学为代表的科研团队开始各种技术研发的竞争，快速地推动了转换效率的提升。
一 PESC太阳能电池
（一）PESC发射极表面钝化电池结构。
PESC是指钝化发射极太阳能电池，主要是使用薄层SiO2钝化发射极表面。最大限度地减少发射极表面载流子复合中心，提高光生载流子的传输距离，从而提高电池的转换效率。
目前使用SiO2做PESC结构的厂商不多，个人了解到的是一些台湾厂商还有这种工艺。这是因为，目前普遍使用的SiNx减反膜本身就有比较好的钝化效果，再使用SiO2做钝化层，虽然具有一定的效果，但作用还是有限的。
此外，在工艺控制上，额外的钝化层对生产过程的洁净度要求更高。如果工艺控制不佳，SiO2成膜后其表面会出现黑点，SiNx镀膜后变成白点，造成电池外观不良，从而大幅降低良品率。
（二）PERC钝化的发射级和背面电池结构。
在对发射极进行钝化的基础上，通过背面钝化来更进一步提升效率。在晶硅电池研究中，影响电池效率的工艺因素太多，我们一般从开路电压来判断一种电池结构是否具有潜力。电池背面全部用SiO2钝化，可以实现700mV的开压。但是背面全部钝化，铝背场和Si衬底的接触问题就难以处理。要实现良好的接触，进入必须与Si衬底实现有效的金半接触，必然会破坏钝化层，从而失去钝化效果。所以PERC电池的背面结构必须设计成局部接触的形式。所以整个PERC结构的设计核心，就在于背面的图形结构的设计。1990年PERC电池的转换效率达到23%。
三) PERC工艺路线
一种是常在实验室使用的所谓强化版路线，相比普通电池技术，多了背面抛光、表面热氧化、背面的介质层生长、背面的接触区域层图形化。大规模生产中，采用简化版工艺路线居多，主要是减掉了热氧化层的步骤。
热氧化法是SiO2表面钝化最佳方法，其余的SiO2生长方案效果都不理想。但由于热氧化工艺成本较高，且外观问题不易解决，所以应用不多。
PERC电池规模化生产中，设备供应商都有配合提供工艺设计方案。设备选型，一方面是选择设备成熟度，另外一方面就是工艺成熟度。
PERC电池的核心，就是背面的钝化层（介质层）。钝化层主要是SiO2、AlOx。SiO2的缺点在于其抗腐蚀性很差，只能用热氧化法生长，成本难以下降。目前，AlOx的应用更为广泛。
一 PERL和PERT
（一）PERL钝化正面的发生级，背面是局部扩散的结构。
在PERC电池基础上，为了能够进一步降低PERC电池背面金半接触电阻电阻，从而提高电池效率，研究者开始考虑对背面接触区域进行局部扩散，从而产生了PERL电池结构。
PERL电池开压优势明显，很快就超越了PERC电池，通过不断优化，其转换效率达到了24.7%，后来世界权威的测试机构Sandia又将这个数据值修正为25%，从而长期占据了晶体硅电池的世界转换效率记录。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
二) PERT电池
PERT电池结构与PERL结构只有一个区别，PERL是背面局部扩散，而PERT是背面全扩散。PERT结构在P型电池上与PERC、PERL相比没有太多优势，PERT的优势在于做N型电池。
三、MWT太阳能电池结构
MWT电池正面没有Busbar，组件封装时电极焊接全在背面。
严格地来说MWT不属于一种电池结构设计，而属于金属电极设计。MWT将正面的Busbar去掉，减少了遮光面积，提高了光线利用率。制造工艺上，在电池打孔，金属电极穿孔而过从背面接到负电级。
MWT电池的焊接与常规电池完全不同，对组件生产线需要进行较大的改造。同时对电池制造工艺的要求也很高。用激光打孔，硅片会有应力产生，隐裂的风险大幅增加。浆料通过孔洞穿越至背面，其与P型界面接触造成短路的风险也大幅提高，电池漏电比例会大幅增加。不过MWT电池，在电池结构不变的前提下能够有效提高转换效率，这个是它最根本的优势。
四、IBC太阳能电池
IBC电池正面没有电极，电极和PN结都是在背面。
正面结构与常规电池类似，有绒面，有钝化层，有减反层；其背面N型层与P型层相互交替，在N/P界面上形成PN结。电极从N型与P型上分别导出，整个电池正面没有任何电极和Busbar，焊接从背面进行。
IBC电池，背面焊接技术与传统的不一样，电池技术也很复杂，已知阿特斯与天合在做。主要有掩膜法与离子注入法，工艺要求都比较高，成本也高。
IBC电池的成本比PERC电池还要高不少，但是由于光线的利用率高很多，转换效率上也很有优势。
五、HIT和HIT-IBC太阳能电池
（一）HIT技术
HIT技术是三洋公司的，在N型硅片衬底上先做一层本征非晶Si，再在本征层上做P型或者N型非晶硅。所以，HIT电池是一种利用薄膜工艺技术，制作的N型电池，其开压可以到725mv，效率在23%以上。
有很多中国公司也在研究三洋的HIT技术，但效率一致不太好，后来发现在衬底上做一层超薄的SiO2过渡层电池效率可以明显地提高。由于三洋的HIT技术专利已经到期，三洋公司也被收购，国内就把这种改进的HIT电池结构称作HJT电池。
三洋公司的HIT结构并未说明是否在衬底上做过SiO2，或许该工艺本身就存在氧化硅。但是衬底上做这种超薄SiO2，实现起来不难，但做到均匀、可靠就比较困难了，这最终会导致成品率的问题。
HIT电池制造工艺，对设备和过程控制要求很严格，而且制造过程中大量使用半导体清洗液，其运营成本也相当高。
2014年，松下收购三洋后，在HIT电池的技术上研发的新产品打破了25%的世界纪录。
（二）HIT-IBC 是一种背接触技术和异质结耦合电池结构。
该结构在N型硅片衬底的背面做了一层非晶的本征层，然后在本征层上交叉地做非晶P型层和N型层，在N/P层的界面上形成PN结，分别从N型层和P型层引出电极。而电池的正面使用绒面和减反膜减反，并用钝化层钝化，正面没有任何电极和Busbar。通过这种电池结构，2014松下创造了25.57%的世界记录。
六、总结
我国太阳能电池的发展已经取得了较大的进步，而且必将朝着市场化、创新化、产业化的方向发展，国际竞争力将进一步提升，晶硅太阳能电池将步入“转型发展”的轨道。
参考文献：
[1]肖友鹏.高效晶体硅太阳能电池结构分析[J].科技创新与应用，2014（13）：45.
[2]张希堂，任明淑.影响晶体硅太阳能电池片效率的因素分析及改善措施[J].信息记录材料，2013，14（04）：36-42.
[3]文嫮，张生丛.价值链各环节市场结构对利润分布的影响——以晶体硅太阳能电池产业价值链为例[J].中国工业经济，2009（05）：150-160.
论文作者:权顺忠
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/7
标签：电池论文; 背面论文; 太阳能电池论文; 结构论文; 效率论文; 衬底论文; 电极论文; 《建筑模拟》2018年第1期论文;