什麼是perc電池?perc太陽能電池原理|技術|生產流程|工藝流程詳解!

2020-12-13 索比光伏網

PERC(Passivated Emitter and Rear Cell)，即鈍化發射極和背面電池技術，最早在1983年由澳大利亞科學家Martin Green提出，目前正在成為太陽電池新一代的常規技術。PERC近年來效率記錄不斷被刷新，將成為未來三年內最具性價比的技術。

(單面perc電池結構)

perc技術通過在電池的後側上添加一個電介質鈍化層來提高轉換效率。標準電池結構中更好的效率水平受限於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。

PERC技術的優勢還體現在與其他高效電池和組件技術兼容，持續提升效率和發電能力的潛力。通過與多主柵、選擇性發射極和TOPCon等技術的疊加，PERC電池效率可以進一步提升;組合金剛線切割和黑矽技術，可以提高多晶電池性價比。而雙面PERC電池在幾乎不增加成本的情況下實現雙面發電，在系統端實現10%-25%的發電增益，極大地增強了PERC技術的競爭力與未來發展潛力。

PERC電池生產流程


概述流程

PERC 電池的生產流程包括：沉積背面鈍化層，然後開口以形成背面接觸。這是比常規光伏電池生產流程多出來的兩個重要步驟。此外，基於化學溼臺的邊緣隔離步驟需要針對背部拋光稍做調整。也就是說，矽片背部絨面金字塔型結構需要被溶蝕掉。拋光的程度基於選用技術的不同而異。因此，鈍化膜沉積設備和膜開口設備(既可以使用雷射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。對於較少應用的雷射邊緣隔絕處理工藝生產線，需要增加一個化學溼式工作檯進行背面拋光。

鈍化膜

矽片內部和矽片表面的雜質及缺陷會對光伏電池的性能造成負面影響，鈍化工序就是通過降低表面載流子的複合來減小缺陷帶來的影響，從而保證電池的效率。

晶矽太陽能電池的表面鈍化一直是設計和優化的重中之重。從早期的僅有背電場鈍化，到正面氮化矽鈍化，再到背面引入諸如氧化矽、氧化鋁、氮化矽等介質層的鈍化局部開孔接觸的PERC設計。PERC概念的核心就在於為常規光伏電池增加全覆蓋的背面鈍化膜。

鈍化主要通過以下兩種方式來減小複合速率，提高少數載流子壽命：一是化學鈍化，即使界面的各種缺陷態飽和，降低界面缺陷濃度，從而減少禁帶內的複合中心;二是場效應鈍化，即通過電荷積累，在界面處形成靜電場，從而降低少數載流子濃度。

背鈍化材料

在鈍化膜材料的選擇上。氧化鋁(Al2O3)由於具備較高的電荷密度，可以對P型表面提供良好的鈍化，目前被廣泛應用於PERC電池量產的背面鈍化材料。除氧化鋁外，氧化矽(SiO2)、氮氧化矽等也可作為背面鈍化材料。

此外，為了完全滿足背面鈍化條件，還需要在氧化鋁表面覆一層氮化矽(SiNx)，以保護背部鈍化膜，並保證電池背面的光學性能。故PERC電池背面鈍化多採用Al2O3/SiNx雙層結構。

圖：晶矽光伏電池鈍化

perc電池工藝

目前業內 PERC電池技術路線基本上經歷了三個階段，第一階段是在常規產線上直接進行升 級，效率可提升1% ;第二階段是加入熱氧化工藝，並優化刻蝕、擴散匹配，效率提升至 21.7%;第三階段，即將規模推廣的 SE 技術效率將提升至量產 22% 。

無論處於何種工藝階段，核心的背鈍化膜層的生長設備選型十分重要，涉及到了廠房布局、自動化匹配、整體工藝優化重點。


表：PERC電池工藝路線發展

背面鈍化工藝

◎ 等離子體增強化學氣相沉積法

等離子體增強化學氣相沉積法是利用輝光放電的物理作用來激活粒子的一種化學氣相沉積反應，是集等離子體輝光放電與化學氣相沉積於一體的薄膜沉積技術。在輝光放電所形成的等離子體場當中，由於電子和離子的質量相差懸殊，二者通過碰撞交換能量的過程比較緩慢，因此在等離子體內部沒有統一的溫度，只有所謂的電子氣溫度和離子溫度。從宏觀上看來，這種等離子體溫度不高，但其內部卻處於受激發的狀態，其電子能量足以使分子鍵斷裂，並導致具有化學活性的物質(活化分子、原子、離子、原子團等)產生，使本來需要在高溫下才能進行的化學反應，當處於等離子體場中時，由於反應氣體的電激活作用而降低了反應溫度，從而在較低的溫度下甚至在常溫下就能在基片上形成固態薄膜。

◎熱氧化法

在太陽電池製造過程中，將已經形成p-n結的矽片放入高溫爐中，在高溫下與氧化劑進行反應就可以長出一層SiO2薄膜，對太陽電池表面起到鈍化作用。熱氧化法製備的SiO2薄膜，由於熱氧化二氧化矽中存在大量固定正電荷，這些固定正電荷將產生場效應鈍化作用，降低了矽片表面的缺陷密度，可以獲得低的表面複合速率。

◎原子層沉積法

原子層沉積是將不同氣相前驅反應物交替地通入反應器，在沉積基底上化學吸附並反應形成薄膜的過程，以限制表面反應物的方式，將沉積過程控制在原子水平。以前驅體三甲基鋁和水為反應物，經過一系列反應構成了一次ALD循環，在n型晶體矽表面沉積形成Al2O3薄膜，通過控制循環次數即可得到所需的薄膜厚度。原子層沉積的最大優點在於其自限制性，因而可以精確控制薄膜的厚度和質量，從而具有很好的臺階覆蓋性和大面積厚度均勻性。基於上述原子層沉積法的優點，J.Schmidt等人利用原子層沉積法製備Al2O3作為背表面鈍化膜製備出效率為20.6%的PERC型太陽電池。它的缺點也同樣明顯，即較低的生長速度，原因在於每個循環反應中的兩次抽氣過程耗時達幾秒，而前驅體的反應時間不過幾毫秒，這將原子層沉積的速度限制在大約2nm/min。

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