PERC之后又一技術(shù)風(fēng)口的鈍化接觸對金屬化有何需求？
光伏產(chǎn)業(yè)網(wǎng)訊
發(fā)布日期：2018-03-23
核心提示：
迄今為止，轉(zhuǎn)換效率最高的雙面金屬接觸（非交錯(cuò)背接觸，IBC）太陽能電池當(dāng)屬德國弗勞恩霍夫太陽能研究所（FraunhoferISE）研發(fā)的TOPCon電池結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.8%，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄，開路電壓（Voc）達(dá)到了驚人的724mV。
迄今為止，轉(zhuǎn)換效率最高的雙面金屬接觸（非交錯(cuò)背接觸，IBC）太陽能電池當(dāng)屬德國弗勞恩霍夫太陽能研究所（FraunhoferISE）研發(fā)的TOPCon電池結(jié)構(gòu)，其轉(zhuǎn)換效率高達(dá)25.8%，創(chuàng)下新的世界紀(jì)錄，開路電壓（Voc）達(dá)到了驚人的724mV。這種電池結(jié)構(gòu)的獨(dú)到之處在于：它并沒有采用擴(kuò)散結(jié)，而是在N型電池背面制備一層超薄的可隧穿氧化層和一層多晶硅鈍化層——“隧穿氧化層鈍化接觸”（TunnelOxidePassivatedContact，TOPCon）也因此而得名。
在P型硅太陽能電池中，轉(zhuǎn)換效率最高的是德國哈梅林太陽能研究所（ISFH）開發(fā)的POLO電池，達(dá)到了26.1%。作為一種交錯(cuò)背接觸電池，POLO電池也采用多晶硅氧化層（POLO）技術(shù)實(shí)現(xiàn)鈍化接觸，并且達(dá)到了極高的開路電壓（726.6mV）。
此外，采用鈍化接觸的主流電池結(jié)構(gòu)還包括硅基異質(zhì)結(jié)電池（HJT），該結(jié)構(gòu)通過非晶硅實(shí)現(xiàn)鈍化。日本鐘化集團(tuán)（Kaneka）將交錯(cuò)背接觸結(jié)構(gòu)和異質(zhì)結(jié)技術(shù)相結(jié)合，取得了目前晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的世界紀(jì)錄，達(dá)到了26.63%。
非晶硅與多晶硅之間的主要區(qū)別在于：非晶硅在加工過程中無法承受高溫，而多晶硅則可以。因此，多晶硅工藝整合會(huì)相對容易，而不用被迫改變后端金屬化制程。
金屬化是TOPCon結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的關(guān)鍵要素之一。目前，在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中，通過物理氣相沉積（PVD）技術(shù)實(shí)現(xiàn)了全背金屬接觸，但該技術(shù)并不適用于大規(guī)模量產(chǎn)。為了將這一前景廣闊的高效技術(shù)商業(yè)化，找到合適的采用絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)金屬化工藝的解決方案至關(guān)重要，這也引起了業(yè)界的濃厚興趣。
此外，多晶硅還可用于構(gòu)建不同的高效電池結(jié)構(gòu)：N型多晶硅可取代N+擴(kuò)散層，用于N型雙面電池的背面；P型多晶硅可用于P型電池的背面（作為p-PERC的替代方案），從而取代鋁背場電池或用作N型背結(jié)電池。相較目前的擴(kuò)散層，這兩種方法均可顯著降低復(fù)合速率。
賀利氏積極探索可用于多晶硅層接觸并最大程度地降低金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率的金屬化漿料。這是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，主要原因如下：首先，由于金屬-半導(dǎo)體相互作用的屬性，降低金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率的要求非?？量獭Ｆ浯?，對漿料的接觸性能起著重要作用的多晶硅層具有顯著的差別。影響多晶硅表面漿料性能的關(guān)鍵因素包括：
1.多晶硅的厚度
從吸收率的角度來看，優(yōu)選超薄多晶硅層，但其金屬誘導(dǎo)損失更加嚴(yán)重。在絲網(wǎng)印刷和燒結(jié)金屬化工藝中，較厚的多晶硅層通常更有優(yōu)勢。只要多晶硅層位于電池背面，即使膜層稍微厚點(diǎn)，也完全可以接受。
2.多晶硅層的摻雜濃度
為了使金屬和多晶硅之間形成良好的接觸，必須達(dá)到足夠的摻雜濃度。不管多晶硅層是在沉積時(shí)進(jìn)行原位摻雜，還是在沉積之后進(jìn)行易位摻雜，表面電阻率都可作為有效的度量指標(biāo)。多晶硅層的典型表面電阻率高于傳統(tǒng)的擴(kuò)散層，但通常只有超薄多晶硅層才能做到這點(diǎn)。
3.表面形態(tài)
用于多晶硅沉積的襯底表面既可以是經(jīng)過制絨的，也可以是光滑的。近期研究表明，兩種類型的表面均具有出色的J0。
4.耐高溫性
如前所述，能夠承受較高溫度是多晶硅的優(yōu)勢之一。但是，多晶硅層表面的金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率也是溫度函數(shù)，通常隨著溫度升高而加快。
5.多晶硅層的均勻性
多晶硅層的均勻性通常隨厚度增加而提高。這對于接觸性能有一定的影響，因?yàn)椴痪鶆虻亩嗑Ч鑼尤菀自诮饘倩^程中遭受更嚴(yán)重的局部損壞。
以下是賀利氏漿料與多晶硅層接觸的部分結(jié)果。圖1對比了三種漿料（分別標(biāo)為漿料1、2和3）在薄多晶硅層和厚多晶硅層表面的接觸電阻率。
漿料2在薄多晶硅層和厚多晶硅層表面的性能較為相似。另一方面，漿料1在厚多晶硅層表面的性能最為優(yōu)異，其接觸電阻率只稍高于當(dāng)前漿料（參照物）在擴(kuò)散發(fā)射極表面的接觸電阻率。漿料3在厚多晶硅層表面的接觸電阻率也更低。
圖1：賀利氏漿料1、2和3在薄多晶硅層和厚多晶硅層表面的接觸電阻。漿料1在厚多晶硅層表面的性能最為優(yōu)異
通常來說，當(dāng)燒結(jié)溫度較低時(shí)，多晶硅能夠更好地保留鈍化特性。因此，在足夠低的溫度下，為多晶硅接觸而開發(fā)的金屬化漿料應(yīng)該也能夠形成低電阻接觸。圖2顯示了改進(jìn)后漿料在高燒結(jié)溫度和低燒結(jié)溫度下的接觸電阻率。
一開始，漿料A在高燒結(jié)溫度下具有良好的接觸電阻率，但在低燒結(jié)溫度下，接觸電阻率顯著升高。在開發(fā)過程中，漿料A經(jīng)改進(jìn)后得到的漿料A1和A2在低燒結(jié)溫度下的性能有所改善。以傳統(tǒng)擴(kuò)散發(fā)射極表面的絲網(wǎng)印刷與燒結(jié)漿料的接觸電阻作為參照，在低燒結(jié)溫度下，漿料A2在多晶硅表面的接觸電阻與參照電阻相近。
與制絨表面相比，光滑表面的多晶硅層的J0通常較低。但從多晶硅沉積工藝的近期發(fā)展來看，光滑表面與制絨表面的J0已經(jīng)不分伯仲。不過，這兩種類型的表面的接觸性能會(huì)有所不同。圖3顯示，不同表面類型所適合的漿料也有所不同。漿料A在制絨表面的接觸電阻率與參照電阻接近，但在光滑表面則很高。漿料B恰好相反，在制絨表面的接觸電阻率要優(yōu)于光滑表面。
圖2：隨著技術(shù)發(fā)展，漿料在多晶硅層表面的接觸電阻率進(jìn)一步提高，漿料A3在低燒結(jié)溫度下表現(xiàn)出了出色的接觸電阻。
圖3：不同硅片表面的漿料接觸電阻率對比
毋庸置疑，多晶硅的特性對于漿料特性具有深刻的影響。通過與行業(yè)合作伙伴及研究機(jī)構(gòu)通力合作，賀利氏在開發(fā)多晶硅層接觸用絲網(wǎng)印刷漿料方面取得了重大進(jìn)展。針對不同類型的多晶硅層，賀利氏開發(fā)出了接觸電阻最優(yōu)并且能夠最大程度地降低金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率的金屬化漿料。我們始終秉持著“百尺竿頭，更進(jìn)一步”的態(tài)度，精益求精，致力于不斷降低金屬誘導(dǎo)復(fù)合速率，以最終實(shí)現(xiàn)真正的具有低接觸電阻的鈍化金屬接觸。