2022年行業(yè)分析晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

“到處陽光到處電”人類這一美妙的愿景隨著硅材料技術(shù)、半導(dǎo)體工業(yè)裝備制造技術(shù)以及光伏電池關(guān)鍵制造工藝技術(shù)的不斷獲得突破而離我們的現(xiàn)實(shí)生活越來越近！近20年來，光伏科學(xué)家與光伏電池制造工藝技術(shù)人員的討論成果已經(jīng)使太陽能光伏發(fā)電成本從最初的幾美元/KWh削減到低于25美分/KWh。而這一趨勢通過研發(fā)更新的工藝技術(shù)、開發(fā)更先進(jìn)的配套裝備、更廉價的光伏電子材料以及新型高效太陽能電池結(jié)構(gòu)，太陽能光伏（PV）發(fā)電成本將會進(jìn)一步降低，到本世紀(jì)中葉將降至4美分/KWh，優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)電費(fèi)用。

大面積、薄片化、高效率以及高自動化集約生產(chǎn)將是光伏硅電池工業(yè)的進(jìn)展趨勢。通過降低峰瓦電池的硅材料成本，通過提升光電轉(zhuǎn)換效率與延長其使用壽命來降低單位電池的發(fā)電成本，通過集約化生產(chǎn)節(jié)省人力資源降低單位電池制造成本，通過合理的機(jī)制建立優(yōu)秀的技術(shù)團(tuán)隊(duì)、避開人才的不合理流淌、充分保證技術(shù)上的持續(xù)創(chuàng)新是將來光伏企業(yè)進(jìn)展的核心競爭力所在！

1、太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進(jìn)展

晶體硅太陽能電池的進(jìn)展可劃分為三個階段（如圖1所示），每一階段效率的提升都是由于新技術(shù)的引入。

你可能感愛好的關(guān)于晶體硅太陽能電池的討論報(bào)告：2022-2022年中國高效晶體硅太陽能電池行業(yè)市場進(jìn)展現(xiàn)狀及投資前2022-2022年高效晶體硅太陽能電池市場行情監(jiān)測及投資可行性討論2022-2022年中國晶體硅太陽能電池制造行業(yè)市場進(jìn)展現(xiàn)狀及投資前2022-2022年晶體硅太陽能電池制造市場行情監(jiān)測及投資可行性討論2022-2022年中國晶體硅太陽能電池行業(yè)市場進(jìn)展現(xiàn)狀及投資前景預(yù)查看更多報(bào)告1954年貝爾試驗(yàn)室Chapin等人開發(fā)出效率為6%的單晶硅太陽能電池到1960年為第一進(jìn)展階段，導(dǎo)致效率提升的主要技術(shù)是硅材料的制備工藝日趨完善、硅材料的質(zhì)量不斷提高使得電池效率穩(wěn)步上升，這一期間電池效率在15%。1972年到1985年是其次個進(jìn)展階段，背電場電池（BSF）[1]技術(shù)、“淺結(jié)”結(jié)構(gòu)[2]、絨面技術(shù)、密柵金屬化是這一階段的代表技術(shù)，電池效率提高到17%，電池成本大幅度下降。1985年后是電池進(jìn)展的第三階段，光伏科學(xué)家探究了各種各樣的電池新技術(shù)、金屬化材料和結(jié)構(gòu)來改進(jìn)電池性能提高其光電轉(zhuǎn)換效率：表面與體鈍化技術(shù)、Al/P吸雜技術(shù)、選擇性放射區(qū)技術(shù)、雙層減反射膜技術(shù)等。很多新結(jié)構(gòu)新技術(shù)的電池在此階段相繼消失，如效率達(dá)24.4%鈍化放射極和背面點(diǎn)接觸（PERL）[3]電池。目前相當(dāng)多的技術(shù)、材料和設(shè)備正在漸漸突破試驗(yàn)室的限制而應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)當(dāng)中來。目前已經(jīng)有多家國內(nèi)外公司對外宣稱到2022年年底其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率單晶將達(dá)到18%，多晶將超過17%。

1.1表面織構(gòu)

削減入射光學(xué)損失是提高電池效率最直接方法?；瘜W(xué)腐蝕工藝是最成熟的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，也是行業(yè)內(nèi)最廣泛使用的技術(shù)，工藝門檻低、產(chǎn)量大；但絨面質(zhì)量不易掌握、不良率高，且減反射效果有限（腐蝕后的反射率一般仍在11%以上），并產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液和酸堿氣體，非環(huán)境友好型生產(chǎn)方式。反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（RIE）是最有進(jìn)展前景的技術(shù)，它首先在硅片表面形成一層MASK（掩膜）再顯影出表面織構(gòu)模型，然后再利用反應(yīng)離子刻蝕方法制備表面織構(gòu)。用這種方法制備出的減反射絨面特別完善，表面反射率最低可降至0.4％，單多晶技術(shù)統(tǒng)一，生產(chǎn)工藝與設(shè)備都可移植于IC工業(yè)，假如生產(chǎn)成本能夠進(jìn)一步降低可望取代化學(xué)腐蝕方法而大規(guī)模使用。京瓷產(chǎn)業(yè)化17.2%~17.7%的多晶硅電池就是采納等離子刻蝕工藝的一個勝利典范。

1.2放射區(qū)集中

PN結(jié)特性打算了太陽能電池的性能！傳統(tǒng)工藝對太陽能電池表面勻稱摻雜，且為了削減接觸電阻、提高電池帶負(fù)載力量表面摻雜濃度較高。

但討論發(fā)覺表面雜質(zhì)濃度過高導(dǎo)致集中區(qū)能帶收縮、晶格畸變、缺陷增加、“死層”明顯、電池短波響應(yīng)差。PN結(jié)技術(shù)是國際一流電池制造企業(yè)與國內(nèi)電池企業(yè)的主要技術(shù)差距。為了在提高電池的填充因子的同時避開表面“死層”，選擇性集中放射極電池技術(shù)是最有望獲得產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的低成本革命性高效電池技術(shù)，其技術(shù)原理簡潔且通過現(xiàn)有裝備已經(jīng)在試驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)，但如何降低制造成本是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化過程中所面臨的主要挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)某些大公司對外宣揚(yáng)的超過17.6%以上的高效電池其技術(shù)核心均來源于此，信任隨著配套裝備與幫助材料的準(zhǔn)時解決近二年內(nèi)將會快速普及與推廣。

在制造工藝上采納氮?dú)鈹y帶三氯氧磷管式高溫集中是目前主流生產(chǎn)技術(shù)，其特點(diǎn)是產(chǎn)量大、工藝成熟操作簡潔。隨著電池向大尺寸、超薄化方向進(jìn)展以及低的表面雜質(zhì)濃度（表面方塊電阻80～120Ω／口、勻稱性±3%以內(nèi)），減壓集中技術(shù)（LYDOP）優(yōu)勢特別明顯，工藝中低的雜質(zhì)源飽和蒸氣壓、提高了雜質(zhì)的分子自由程，它對156尺寸的硅片每批次產(chǎn)量400片的狀況下其集中勻稱性仍優(yōu)于±3%，是高品質(zhì)集中的首選與環(huán)境友好型的生產(chǎn)方式。鏈?zhǔn)郊性O(shè)備不僅適應(yīng)Inline自動化生產(chǎn)方式，而且處理硅片尺寸幾乎不受限制、碎片率大大降低而快速受到重視，其工藝有噴涂磷酸水溶液集中與絲網(wǎng)印刷磷漿料集中二種。在鏈?zhǔn)郊屑夹g(shù)上，BTU、SCHMID以及中電集團(tuán)第48所均已有長時間的討論及??會取代目前管式集中成為主流生產(chǎn)裝備與技術(shù)。

1.3去邊技術(shù)

產(chǎn)業(yè)化的周邊PN結(jié)去除方式是等離子體干法刻蝕，該方法技術(shù)成熟、產(chǎn)量大，但存在過刻、鉆刻及不勻稱的現(xiàn)象，不僅影響電池的轉(zhuǎn)換效率，而且導(dǎo)致電池片蹦邊、色差與缺角等不良率上升。激光開槽隔離技術(shù)依據(jù)PN結(jié)深度而在硅片邊緣開一物理隔離槽，但與國外狀況相反，據(jù)國內(nèi)使用狀況來看電池效率反而不及等離子體刻蝕技術(shù)，因此該方法有待進(jìn)一步討論。目前行業(yè)消失的另外一種技術(shù)——化學(xué)腐蝕去邊與背面腐蝕拋光技術(shù)集刻蝕與去PSG一體，背面絨面的拋光極大降低了入射光的透射損失、提高電池紅光響應(yīng)。該方法工藝簡潔、易于實(shí)現(xiàn)inline自動化生產(chǎn)，不存在“鉆刻”與刻蝕不勻稱現(xiàn)象，工藝相對穩(wěn)定，因此盡管配套設(shè)備昂貴但仍引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

1.4表面減反射膜生長技術(shù)

早期采納TiO2膜或MgF2/ZnS混合膜以增加對入射光的汲取，但該方法均需先單獨(dú)采納熱氧化方法生長一層10～20umSiO2使硅片表面非晶化、且對多晶效果不抱負(fù)。

SixNy膜層不僅減緩漿料中玻璃體對硅的腐蝕抑制Ag的集中速度從而使后續(xù)快燒工藝溫度范圍更寬易于調(diào)整，而且致密的SixNy膜層是有害雜質(zhì)良好的阻擋層。同時生成的氫原子對硅片具有表面鈍化與體鈍化的雙重作用，可以很好地修復(fù)硅中的位錯、表面懸掛鍵，提高了硅片中載流子的遷移率因而快速成為高效電池生產(chǎn)的主流技術(shù)。雙層SiN減反射膜，通過掌握各膜層中硅的富集率實(shí)現(xiàn)了5.5%[4]的反射率；而另一種SiN與SiO混合膜，其反射率更是低至4.4%，目前廣泛采納的單層SiN膜減反射率最優(yōu)為10.4%。

在電池背面生長一層10～30nmSiN膜以期最大限度對電池進(jìn)行鈍化與缺陷的修復(fù)從而提高電池的效率是目前的一個熱點(diǎn)課題，由于該技術(shù)牽涉到與后面的絲網(wǎng)印刷技術(shù)、電極漿料技術(shù)及燒結(jié)工藝的協(xié)作目前尚處于試驗(yàn)討論階段，但它確定是今后的一個進(jìn)展趨勢。

匹配封裝材料對光譜的折射率定制減反射膜以獲得最佳的實(shí)際使用效果是光伏企業(yè)技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn)！如何削減電磁波對電池表面PN結(jié)輻射損傷以及損傷的有效修復(fù)是該工藝的核心技術(shù)，處理不好往往導(dǎo)致電池效率全都性較差。裝備方面有連續(xù)式間接HF-PECVD、管式直接LF-PECVD。

1.5絲網(wǎng)印刷與金屬漿料技術(shù)

絲網(wǎng)印刷技術(shù)是低成本太陽能電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其主要技術(shù)進(jìn)步與電極漿料及網(wǎng)版制版技術(shù)緊密相聯(lián)。電極漿料技術(shù)進(jìn)步是提升電池效率的捷徑，也是一些試驗(yàn)室技術(shù)向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。依據(jù)電池表面集中薄層方塊電阻、集中結(jié)深以及表面減反射膜厚度與密度等開發(fā)相對應(yīng)的漿料已經(jīng)成為國際一流光伏企業(yè)領(lǐng)先同行的一個有力武器：如摻P的正銀漿料實(shí)現(xiàn)低成本的選擇性放射極技術(shù)；向漿料中添加添加劑實(shí)現(xiàn)80～100um細(xì)柵技術(shù)；協(xié)作超薄片的低翹曲背鋁漿料等等。

硅片厚度不斷減薄、電池面積不斷增大，如何降低碎片率與電池片的翹曲度成為設(shè)備制造廠商與電池制造企業(yè)共同關(guān)注的焦點(diǎn)問題。設(shè)備方面已經(jīng)消失能適應(yīng)120um厚度硅片的全自動印刷設(shè)備。

2、存在的問題

工藝方面：盡管太陽能電池制造是一個短工藝生產(chǎn)流程，光伏技術(shù)與檢測手段也有了長足的進(jìn)展，但太陽能電池工藝還不能處于完全受控的狀態(tài)。我們無法從電池的不合理電參數(shù)來精確?????推斷問題詳細(xì)所在，對每一工序質(zhì)量也還沒有完全行之有效的檢測方法與手段，在線檢測技術(shù)遠(yuǎn)落后于工藝技術(shù)的進(jìn)展！

設(shè)備方面：目前國內(nèi)外各制造廠商設(shè)備缺乏統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致上下道工序之間無法有效連接，導(dǎo)致較大的時間與資源鋪張！物化新工藝的裝備滯后于市場的進(jìn)展！

原材料方面：原材料市場特殊是硅片質(zhì)量良莠不齊，很多企業(yè)缺乏自律性，導(dǎo)致我國光伏產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，行業(yè)缺乏統(tǒng)一權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)與準(zhǔn)入制度。

3、進(jìn)展展望

以硅片為載體的光伏電池制造技術(shù)，其理論極限效率為29％。近年來由于一系列新技術(shù)的突破，硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)業(yè)化水平單晶16%～18％、多晶15%～17％，按目前的晶體硅電池效率路線圖與電池技術(shù)，提升效率的難度已經(jīng)特別大。因此有人預(yù)言硅電池的市場生命周期，但產(chǎn)品市場生命力的打算因素是其性價比，就如半導(dǎo)體集成電路一樣近一個世紀(jì)了仍舊離不開硅基，晶體硅太陽能電池作為光伏發(fā)電主要材料的現(xiàn)狀不會轉(zhuǎn)變，市場主導(dǎo)地位將連續(xù)連續(xù)！其特征將會是向著高效率、大尺寸、超薄化、長壽命方向進(jìn)展。隨著我們對半導(dǎo)體材料與光伏技術(shù)討