高效IBC光伏電池技術何時“飛入尋常百姓家”？

2018-05-14 11:24:23 大云網　點擊量：評論 (0)

高效率是IBC電池最大的特點，也是研究者們追求的最大目標。目前多家科研單位已經分別實現了23%的高效IBC電池的制備，并且將開路電壓提升到700mV以上，有效降低了電池的溫度系數，使得IBC電池與常規電池相比具有更加優越的實際發電能力。

2.1 擴散區的定義及形成

較之傳統太陽電池，IBC電池的工藝流程要復雜得多。IBC電池工藝的關鍵問題，是如何在電池背面制備出呈叉指狀間隔排列的P區和N區，以及在其上面分別形成金屬化接觸和柵線。對擴散而言，爐管擴散是目前應用最廣泛的方法。普通太陽電池的擴散只需在P型襯底上形成N型的擴散區，而IBC電池既有形成背面N區(BSF)的磷擴散，還有形成PN結的硼擴散，即在N型襯底上進行P型摻雜。

常見的定域摻雜的方法包括掩膜法，可以通過光刻的方法在掩膜上形成需要的圖形，這種方法的成本高，不適合大規模生產。相對低成本的方法有通過絲網印刷刻蝕漿料或者阻擋型漿料來刻蝕或者擋住不需要刻蝕的部分掩膜，從而形成需要的圖形。這種方法需要兩步單獨的擴散過程來分別形成P型區和N型區。

另外，還可以直接在掩膜中摻入所需要摻雜的雜質源(硼或磷源)，一般可以通過化學氣相沉積的方法來形成摻雜的掩膜層。這樣在后續就只需要經過高溫將雜質源擴散到硅片內部即可，從而節省一步高溫過程。

另外，也可在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴散掩蔽層，掩蔽層上的硼經擴散后進入N型襯底形成P+區，而未印刷掩膜層的區域，經磷擴散后形成N+區。不過，絲網印刷方法本身的局限性，如對準的精度問題，印刷重復性問題等，給電池結構設計提出了一定的要求，在一定的參數條件下，較小的PN間距和金屬接觸面積能帶來電池效率的提升，因此，絲網印刷的方法，需在工藝重復可靠性和電池效率之間找到平衡點。

激光是解決絲網印刷局限性的一條途徑。無論是間接刻蝕掩膜(利用激光的高能量使局部固體硅升華成為氣相，從而使附著在該部分硅上的薄膜脫落)，還是直接刻蝕(如SiNx吸收紫外激光能量而被刻蝕)，激光的方法都可以得到比絲網印刷更加細小的電池單位結構，更小的金屬接觸開孔和更靈活的設計。

需要留意的是激光加工帶來的硅片損傷，以及對接觸電阻的影響;另外，精準對位是激光設備的必要條件，如果不采用Scanner方式的激光頭，其加工時間往往較長，平均每片電池片的激光加工需耗時幾分鐘到十幾分鐘，生產效率低，目前只適合研發應用。

近年來，不斷有從半導體工業轉移到光伏工業的技術，離子注入就是其中之一。離子注入的最大優點是可以精確地控制摻雜濃度，從而避免了爐管擴散中存在的擴散死層(高濃度的擴散雜質與硅的晶格失配以及未激活的雜質引起的晶格缺陷使得擴散層表面載流子壽命極低)。

2011年，Suniva首先開發了離子注入太陽電池技術，實現了P型單晶電池>18.6%的轉換效率并將其推向商業化生產。當然，離子注入技術也可以被應用到IBC電池的制備中。同樣，通過掩膜可以形成選擇性的離子注入摻雜。

離子注入后，需要進行一步高溫退火過程來將雜質激活并推進到硅片內部，同時修復由于高能離子注入所引起的硅片表面晶格損傷。博世和三星都成功將離子注入技術運用到IBC電池中，實現了22.1%和22.4%的轉換效率。當然，離子注入技術的量產化導入，設備和運行成本是考量的關鍵。

2.2 陷光與表面鈍化技術

對于晶體硅太陽電池，前表面的光學特性和復合至關重要。對于IBC高效電池而言，更好的光學損失分析和光學減反設計顯得尤其重要。McIntosh等人采用橢偏儀、量子相應測試與數值模擬相結合的方法，定量的確定了IBC電池的光學損失，包括前表面發射、減反膜寄生吸收、長波段不完美光陷阱、自由載流子吸收的影響等，如圖3所示。