PERC電池是在1989年做出來的，達到了22.3%的效率。後來我們研發了背面點擴散的PERL太陽能電池，很快就達到了25%的效率。在以後的時間裡，PERC電池就被放到了一邊。但是過了20多年，現在人們發現當電池的效率接近20%，想要再提高效率就得用PERC或PERL這樣的高效電池技術了。而且PERC工藝簡單，成本較低，與現有電池生產線兼容性高，易於改造舊產線。所以現在PERC技術又被重新提到批量研發和生產的日程上來。中電光伏也就開始了這個項目的研發。
中電光伏這個項目是科技部支持的863項目，來做一個超過20%以上的高效PERC電池，另外還有要達到35MW高效（大於20%）單晶矽太陽電池示範線的要求。關於PERC電池我們採用了兩種製作路線，技術路線1是二氧化矽來做背面鈍化，後面再做氮氧化矽，在背面開孔後製作金屬點接觸。技術路線2是引進了ALD（原子層澱積）三氧化二鋁的技術，這樣可以改善背面鈍化的效果。現在生產是在用這個技術，實際上從2008年起中電光伏公司就開始做PERC類電池研究，我們開始做研發以後，想把原來高效的技術直接應用過來。但那個時候由於材料、我想主要還是鋁漿，另外開孔的技術也都存在很大的局限。所以這個項目做的時間較長。最近拿到了科技部的863科研課題後，這個項目才真正得到了迅速的推進。現在的結果是二氧化矽鈍化太陽能電池達到了20.52%，平均的效率是20%。但是這種方法做生產，跟目前的生產工藝流程不太兼容。所以引進了三氧化二鋁工藝，改進了鈍化。我們現在做的PERC效率達到20.76%，平均的效率是20.3%。
這個是兩個方法的流程。左邊是二氧化矽的方法，流程比較繁雜，右邊是三氧化二鋁。因為三氧化二鋁的ALD方法是單面的。所以這個方法也更適合於電池的工藝流程。PERC這樣高效的電池用背面拋光比較好。這符合我們在澳洲很早就研究過的陷光效應。而且背面是平面的時候，這個陷光效應的效果會更好，短路電流會更高。另外就是它的背面鈍化也會有所改善。背面拋光有兩種方法，一種是用鹼的背面拋光，像左邊這個圖。還有是用酸溶液的拋光。鹼溶液拋光還分有有機鹼和無機鹼，這幾種我們都試過。但是，鹼的拋光比較複雜。因此在生產中我們還是選擇用酸拋光，這個工藝流程更順暢一些。
現在在高效電池中，一個非常重要的參數，就是載流子壽命。我們在這方面，鈍化以後，三氧化二鋁的壽命也是比較滿意的，能達到六、七百微秒的載流子壽命。做了背面鈍化以後，我們用雷射開孔，印刷背鋁，然後燒結做成電池。首先的一個要求，就是在電池製造以後，鈍化膜要保持鈍化效果。這就看壽命是否還好。再一個就是看它會不會漏電。我們從EL發現，對於沒有開孔這樣的鈍化層，燒結以後還是基本上能夠保證它很少有短路的地方。當然個別短路的地方，在PERC電池裡面不是什麼問題，因為PERC很多點是要求它短路的，但是這些額外的短路點不能太多。
中電光伏公司在早期的研發中，就採用以腐蝕漿料來開背孔的方法。但是從這些圖上我們可以看到，用腐蝕漿料開的孔比較寬100-200微米。而後來的雷射技術開的孔更細，一般是在100微米到七八十微米這樣的尺寸，再細了對電池也不利。再一個就是漿料開孔它的邊緣是緩變的，那麼對於接觸的形成還是有一些影響。但是漿料開孔的一個優越性，就是接觸孔比較乾淨，沒有表面損傷。在這一方面雷射是達不到的。
另外我們發現，開孔的寬窄對於背面的接觸也是有一定影響的。這個是腐蝕掉的背面鋁後看到的背面的情況。開孔變成一個腐蝕槽，槽太寬就會形成邊緣的兩道深溝-就是缺陷集中的地方。當這個槽窄到100微米左右的時候，槽底下就比較平整，這樣最好。現在採用了雷射開孔，有很多種雷射器可以選擇。比如說可以用左邊的納米雷射，但是納米雷射的頻率比較低，所以形成的點子連起來是比較困難的，加工時間比較長。用P秒的雷射可以做的更加的均勻。另外，納秒雷射可以看到表面的損傷是比較厲害的，P秒雷射基本上把鈍化膜打穿了以後，對矽的損傷是很小的。但是，從成本上來講的話，P秒雷射器的成本會高很多。再一個就是孔的邊緣。納米雷射的邊緣比較模糊。P秒邊緣比較乾淨。這樣對PERC電池實際上是影響很大的。就像我們剛才講的印刷漿料腐蝕的話，也是邊緣模糊，這樣對電池的性能影響很大。在國外也有很多各種雷射器的研究，有的是用扁雷射斑，也有的用條形雷射斑，也有用方形雷射斑的。舉個例子來說，方形雷射斑，它就把一個框一個框的邊靠邊的這樣做過去，這樣的話整個開孔的範圍內，雷射的能量是非常均勻的。從性能來看，它的性能也是相當好的。這些都是PERC太陽能電池在國外的一些研究結果，德國ISFH研究室，以及另外幾家公司的結果。
在PERC電池研究中遇到較多的一個問題，就是在鋁的燒結以後，接觸孔的下面就會形成一些空洞，這是在燒結過程中鋁和矽共熔造成的。共熔以後，在凝固的過程中，矽會跑到溶液裡面去，就形成一個空洞，這個空洞就使得矽和共熔體分開了，從而形成一個比較大的電阻。後來我們通過漿料的改進，通過其它一些工藝上的調節，基本上排除了空洞。另外早先的PERC電池，我們是用（光刻）形成的接觸點，當時的燒結溫度也很低，沒有真正形成鋁-矽共熔。那個時候PERC的性能達到了22.3%。現在因為鋁矽共熔以後，熔化了的矽會順著鋁漿往兩邊跑。你要做成圓形孔的話，它就往四邊跑了，就會更容易形成空洞，所以點狀孔是不太合適的，做成線條比點要好很多。所以現在大家做的PERC絕大部分是線條狀的。從我們現在做的一個電池可以看到，共熔體的填充相當飽滿了。再一個檢查背面鈍化層質量的很簡單的方法，就是用（EL）來看這個電池是不是均勻。如果要是有接觸不到的地方，這個地方就會電流不通，EL發光就會變得明暗不均。我們可以看到這個電池，在EL圖像還是相當均勻的。PERC主要是做了背面的鈍化以後，提高了壽命，從而對長波相應有很大幫助。再一個就是通過測量電池的光譜響應來看它的陷光效應。常規鋁背場電池（QS）的背面鋁界面是很粗糙的，紅光穿過矽片以後，在背鋁層就被吸收了，不會被反射回矽片內。現在有這麼一個介質層，把鋁跟矽隔開以後，形成一個鏡面，這樣會形成很強的內反射。我們可以看到PERC電池的長波響應是提高的。短波基本沒有變化。
我們早先在FraunhoferISE測過幾個標準PERC電池，當時測試的結果是20.26%，現在生產的數據基本上跟據這個標準電池進行測量的。所以這個是相當準確的。我們現在可以看到PERC電池採用三氧化二鋁鈍化的，可以看到鈍化效果是相當不錯的，得到了664毫伏的開路電壓，短路電流也很高。實驗室的電壓稍微低一點。但是可以看到，即使這個電池也比我們普通的電池的電壓高了很多。從而我們在PERC電池達到20%以上的效率。為了產品目的，我們測試了PERC電池的背鋁在層壓以後的（鋁背場）的拉力，這個也是沒有問題的。
批量生產的時候，這是PERC電池的性能結果，平均效率是20.3%。後面的一些是我們在線上的設備，這些都是用的常規的設備。我們還引進了一些專用的設備。雷射開孔，還有ALD三氧化二鋁鍍膜，這些都是批量生產設備。比如說三氧化二鋁的設備，原來廠家提供的生產的產量是不能滿足我們要求的。跟設備製造商做了很多協商以後，把這個設備改進到可以完全滿足我們量產的要求。三氧化二鋁有很多是單片做的，這個機子，我們是採用舟載的方法。
現在除了PERC電池，大家都在研究的各種高效電池。如：IBC電池、HIT和其它N型的電池。但是我覺得PERC電池還是很有優勢的。比如說用摻鎵的材料，MCZ材料，可以達到很高的壽命，就可以用來做很高效率的電池。現在做PERC，實際上做PERL電池也是很有希望的。我們一個韓國同學已經在韓國做了一些實驗，往PERL方向發展，得到了676毫伏的開路電壓。開路電壓這一參數能體現電池內在總複合率，能獲得這麼高的電壓，說明它具有很大的潛力，可能達到很高的轉換效率。所以我覺得以後應該是進一步的往PERL電池方向發展。我的報告就到這裡，謝謝。
來源：艾萊光伏網