摘 要

如今越來越多的大型光伏系統(tǒng)建造在沙漠地區(qū)，由于常年暴露在高溫環(huán)境下，這些太陽能電池和組件的穩(wěn)定高電壓表現(xiàn)正變得日益關(guān)鍵。高電壓太陽能電池有著更低的溫度系數(shù)，有助于光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)化更多的電能。

標(biāo)準(zhǔn)鈍化發(fā)射極與背電極電池(PERC)器件的電壓低于680mV，屬于中等水平，并且在沙漠地區(qū)有出現(xiàn)衰退現(xiàn)象的風(fēng)險，即光照和高溫引起的衰退(LeTID)效應(yīng)，以及最近觀察到的鈍化層衰退效應(yīng)。

本文為PREC生產(chǎn)商提供了一種解決方案，可以簡單地將該技術(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)閚型鈍化發(fā)射極和背電極全擴(kuò)散(nPERT)太陽能電池(穩(wěn)定效率能達(dá)到22%以上，電壓接近700mV)，并且?guī)缀鯚o需增加額外成本。這種稱為MoSoN(N型單晶硅太陽能電池)的技術(shù)，融合了PERC的鋁金屬化技術(shù)和來自nPERT的擴(kuò)散技術(shù)(BiSoN)。

基于Toyal的先進(jìn)Al技術(shù)，將Al點接觸技術(shù)應(yīng)用到MoSoN電池背面，使電池背面形成點接觸選擇性發(fā)射極，并在隆基樂葉n型硅片上實現(xiàn)器件電壓達(dá)到695mV左右。不僅如此，通過進(jìn)一步的優(yōu)化還可以將電壓提高到700mV以上。

使用該技術(shù)的擁有成本(COO)與標(biāo)準(zhǔn)PERC太陽能電池相當(dāng)，即使后者不將衰退效應(yīng)考慮在內(nèi)，很大一部分原因是背面AlOx(鈍化)被BBr3擴(kuò)散(通過原位生長SiO2層同步完成擴(kuò)散和鈍化過程)所代替。此外，在MoSoN電池中沒有發(fā)現(xiàn)鈍化層衰退的現(xiàn)象，而PERC太陽能電池則恰恰在最近被發(fā)現(xiàn)了相關(guān)衰退現(xiàn)象。

引 文

今天，光伏太陽能電池和組件制造商們正再次深陷危機(jī)。而上一次危機(jī)要追溯到2011年，由于當(dāng)時的需求遠(yuǎn)未達(dá)到預(yù)期規(guī)模，產(chǎn)能出現(xiàn)了過剩。根據(jù)目前的預(yù)測，到2018年底，光伏總產(chǎn)能將達(dá)到160-170GW，其中鈍化發(fā)射極背電極電池(PERC)產(chǎn)能就達(dá)到60-70GW[1];這將比2018年的實際需求高出60-70%。如今市場繼續(xù)動搖，但這次是在亞洲，因為現(xiàn)在歐洲和美國幾乎沒有大型的制造商。

其中受影響最大的是那些專注于標(biāo)準(zhǔn)mc-Si Al-BSF技術(shù)的制造商。圖一(a)展示了2018年各種電池技術(shù)的市場份額和對未來的預(yù)測情況;該圖指出，在未來5年市場將由基于p型Cz-Si材料的PERC技術(shù)主導(dǎo)。

圖一:(a)對各技術(shù)市場份額的預(yù)測(引用PV Tech[2]);(b)p型PERC太陽能電池的典型剖面圖。

上一次危機(jī)的化解依靠的是迅速將新技術(shù)推向光伏市場，例如PERC和n型鈍化發(fā)射極背電極全擴(kuò)散(nPERT)技術(shù)。然而，由于當(dāng)時PERC技術(shù)的推廣速度過快，導(dǎo)致有些PERC生產(chǎn)商沒有深刻意識到該技術(shù)的相關(guān)實際挑戰(zhàn)，例如光照和高溫引起的衰退(LeTID)[3,4]，以及最近由康斯坦茨大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)的PERC太陽能電池鈍化層衰退效應(yīng)[5]。

雖然光致衰退(LID)效應(yīng)是因為硼-氧化合物造成的，而且可以通過低氧含量材料進(jìn)行抑制或者再生[6]，但LeTID則被認(rèn)為是由PERC中氫含量過高造成的，這些氫元素是從雙面等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)SiNx鈍化層中遷移到Si體內(nèi)的[7]。

目前已經(jīng)有降低LeTID的方案—例如，使用低氫含量SiNx層，或者降低金屬電極燒結(jié)溫度以盡可能減少進(jìn)入硅體材料內(nèi)部氫離子的數(shù)量[7]。一些深刻理解了他們產(chǎn)品的PERC生產(chǎn)商，綜合采用了上述兩種方法，并選擇比較不容易受影響的Si材料。然而，即使是在這種經(jīng)過優(yōu)化的太陽能電池中還是能觀察到一定程度的衰減，因為PERC內(nèi)的衰退機(jī)制非常復(fù)雜。

在作者看來，實現(xiàn)無衰退太陽能電池設(shè)計的一個最有效且最簡單的方法是直接改用MoSoN(基于n型單晶硅的太陽能電池)。該器件類型與現(xiàn)有的PREC結(jié)構(gòu)非常相似，主要差異點只有兩個:1) 硅體材料改為n型; 以及2) 使用BBr3擴(kuò)散工藝代替更普遍的AlOx鈍化工藝。

目前n型硅片成本只比P型貴5%，但是卻在上述衰退機(jī)制中有著更加健壯的表現(xiàn)。本文將簡要介紹由ISC康斯坦茨(康斯坦茨國際太陽能研究中心：ISC Konstanz)推出的MoSoN太陽能電池概念及其相關(guān)電池性能參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)PERC電池的成本進(jìn)行比較，并勾勒出PREC轉(zhuǎn)成MoSoN后的形態(tài)。

圖二顯示了MoSoN電池的剖面結(jié)構(gòu)圖;它的主要結(jié)構(gòu)為一個n型PERT太陽能電池，包含一個硼背結(jié)電場和背面的Al金屬電極(與PERC技術(shù)相似)。通過鋁摻雜硅的再結(jié)晶化，在背電極下面生成局部選擇性發(fā)射極。接下來我們將詳細(xì)介紹這種太陽能電池技術(shù)的優(yōu)勢。

圖二:MoSoN太陽能電池剖面圖。

許多科學(xué)家都表示繼PERC和雙面電池之后的下一個重要技術(shù)將會是TOPCon[8]，其實質(zhì)是選擇性載流子鈍化電極，以及電極和硅片之間的重?fù)诫s硅層。這種鈍化接觸電極可以有很多加工方法，可以參考Cuevas在EU PVSEC 2018上的總結(jié)[9]。光伏產(chǎn)業(yè)與其說是革命性發(fā)展，不如說是漸進(jìn)式發(fā)展，在作者看來，如今至少有一種是處在這兩種狀態(tài)之間的，其中就包括低成本且性能穩(wěn)定的n型Al漿技術(shù)，其制備的電池效率能達(dá)到23%(nPERT)甚至更高(IBC)，電壓則能達(dá)到700mV左右。

圖三沿著目前主要的c-Si技術(shù)路線圖對目前ISC康斯坦茨的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)。

圖三:ISC康斯坦茨標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)散型電池技術(shù)的研究進(jìn)展與路線圖。

圖一左下角是標(biāo)準(zhǔn)Al-BSF技術(shù)，該技術(shù)正逐漸失去市場份額，取而代之的是PERC太陽能電池技術(shù)。此外，Al-BSF標(biāo)準(zhǔn)太陽能電池效率限制在20%左右，而且Al-BSF技術(shù)甚至無法支持雙面組件應(yīng)用。相反，PERC電池則能夠制作成雙面組件，并且將持續(xù)擴(kuò)大雙面市場份額，因為雙面PERC組件的成本幾乎與單面PERC組件一樣。采用雙面應(yīng)用將節(jié)省Al漿的使用，不過也會導(dǎo)致前表面絕對效率降低0.2-0.4