探析PERC太陽能電池生產工藝

姚旭　申開愉　韓燕旭　李亞男　劉歡

摘要：最早在1983年由澳大利亞科學家Martin Green提出PERC（Passivated Emitter and Rear Cell），目前正在成為太陽電池新一代的常規技術。本文闡述了PERC太陽能電池的結構和生產工藝，分析了相對于常規電池的優勢，并研究了PERC太陽能電池生產過程有影響的工藝，為PERC太陽能電池的生產提供參考。

關鍵詞：PERC太陽能電池? 生產? 工藝

1 PERC太陽能電池的結構

PERC技術，即鈍化發射極背面接觸，通過在太陽能電池背面形成鈍化層，提升轉換效率。PERC電池具有工藝簡單，成本較低，且與現有電池生產線兼容性高的優點，成為未來高效太陽能電池的主流方向。

2 PERC太陽能電池的生產工藝

相比常規光伏電池生產流程而言，PERC太陽能電池的生產將增加2道工序和1道改進工序，其余工藝步驟均與常規太陽能電池生產流程相同。（1）沉積背面鈍化層。（2）開口以形成背面接觸。（3）需要有針對性地改進基于化學濕臺的邊緣隔離步驟，硅片背部絨面金字塔型結構需要被溶蝕掉。拋光的程度基于選用技術的不同而異。因此，鈍化膜沉積設備和膜開口設備（既可以使用激光也可以運用化學蝕刻）都需要在傳統的電池生產線上額外增加加工設備。

3 PERC太陽能電池與常規太陽能電池對比分析

PERC技術通過在電池的后側上（如下面圖像中的黃色層所示）添加一個電介質鈍化層來提高轉換效率。標準電池結構中更高的效率水平受限于光生電子重組的趨勢。PERC電池最大化跨越了P-N結的電勢梯度，這使得電子更穩定的流動，減少電子重組，以及更高的效率水平。

與標準電池相比，PERC電池的優勢主要有兩個方面：（1）內背反射增強，降低長波的光學損失;（2）高質量的背面鈍化，這使得PERC電池的開路電壓（Voc）和短路電流（Isc）較之標準電池有大幅提升，從而電池轉化效率更高。

4 PERC太陽能電池生產過程有影響的工藝具體措施

4.1背面鈍化工藝

背面鈍化工藝主要方法有等離子體增強化學氣相沉積法、熱氧化法、原子層沉積法和疊層鈍化等方法。在此以疊層鈍化為例。

熱生長的SiO2由于其良好的致密性，具有很好的表面鈍化作用，而等離子體增強化學氣相沉積法沉積的SiNx薄膜對硅片的表面和體內都有一定的鈍化作用。由于波長較短的光在電池表面很小的薄層內吸收較為充分，因此為了更好地降低電池表面的復合速率，提高電池的短波響應，同時結合熱生長SiO2的表面鈍化特性、等離子體增強化學氣相沉積法沉積SiNx有良好的減反射以及體鈍化特點，研究人員對晶體硅太陽電池采用了SiO2/SiNx疊層的鈍化結構，對晶體硅太陽電池進行了有效的表面鈍化和體鈍化顯著增大了太陽電池的短路電流和開路電壓，進而提高了太陽電池的轉換效率。

4.2背面局部接觸的實現

目前主要采用的方式有背面鈍化膜的局部激光開孔和腐蝕漿料開孔，開孔后在背面鈍化膜上印刷鋁漿，鋁漿通過上述開孔與硅材料實現局部接觸。

通過激光熱熔方法把背面需要形成鋁硅合金接觸的區域上面的氧化鋁和氮化硅疊層膜熱熔掉，然后在金屬化燒結過程中讓鋁漿和此區域的硅形成鋁硅合金的接觸。根據激光種類的劃分，分為納米激光和皮秒激光兩種，供應商主要有Innolas、Rofin、3D-Micromac、臺灣友晁、武漢帝爾等。PERC電池的光衰，目前找到了兩種方式來控制光衰達到了可接受范圍。其一是降低或避免B-O對的出現，如使用摻鎵硅片、控制硅片內的氧含量;其二是對電池片通過在一定溫度下進行光、電注入，使B-O對中性化不會吸附產生的少數載流子，從而減少光衰，設備廠家有Centrotherm、科隆威、Schmid、時創等。

4.3在設備和材料方面

尤其是漿料公司開發出適合于硅襯底局域接觸的太陽能電池用鋁漿，使得PERC電池的陣地由實驗室走向產業化。使用傳統鋁漿，在局域接觸條件下高溫燒結時，基體硅材料易溶于鋁，使得鋁和基體材料接觸界面形成空洞而斷路，增大了鋁硅的局域接觸電阻。鈍化和激光量產設備的出現也是PERC實現產業化不可或缺的因素。鈍化量產設備分為兩派：一派以德國Centrotherm為代表，采用PECVD生長的氧化硅/氮化硅疊層膜作為背面鈍化膜，另一派以德國R&R公司為代表生產的氧化鋁鍍膜設備，并且開發出二合一的氧化鋁疊層膜設備。而對于氧化鋁鍍膜設備根據其生長原理不同有兩種，一種是以原子層沉積技術生長氧化鋁膜。對于開孔的量產設備，若選擇腐蝕漿料開孔，添加一臺印刷機即可。若選用激光開孔，目前主流的激光量產設備采用的是納秒級激光器，主要廠家有Rofin，Inonnas，MANZ等公司。美國杜邦公司通過漿料成分的改進，結合合適的燒結工藝，開孔處可以形成連續的局域鋁背場，并且孔洞填充充實，沒有空洞。

5 PERC太陽能電池發展展望

未來三年內PERC依舊是最具性價比的電池技術路線并且占據主導地位，其量產效率有望達到24%的水平。PERC電池在發射極、背面鋁背場、主柵、硅片質量等還有優化空間。隨著技術的進步，雙面PERC工藝的成熟不僅能拓寬PERC電池的應用場景，而且可獲得更高的發電增益。

參考文獻

[1]陶路平，等.背面點接觸結構在晶體硅太陽能電池中的應用田[J].材料導報，2011（07）.

[2]陳璐，吳翔，等.PERC太陽能電池生產工藝研究[J].電子世界，2017（24）.