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)電成本將會進一步降低，到本世紀中葉將降至4美分/KWh，優(yōu)于傳統(tǒng)的發(fā)電費用。

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，通過合理的機制建立優(yōu)秀的技術(shù)團隊、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)進展的核心競爭力所在！

1、太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進展

晶體硅太陽能電池的進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。

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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)在試驗室實現(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氣攜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。鏈式集中設(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。在鏈式集中技術(shù)上，BTU、SCHMID以及中電集團第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。

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)作目前尚處于試驗討論階段，但它確定是今后的一個進展趨勢。

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際使用效果是光伏企業(yè)技術(shù)實力的體現(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)進步是提升電池效率的捷徑，也是一些試驗室技術(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現(xiàn)80～100um細柵技術(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)遠落后于工藝技術(shù)的進展！

設(shè)備方面：目前國內(nèi)外各制造廠商設(shè)備缺乏統(tǒng)一接口標準，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)威標準與準入制度。

3、進展展望

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、長壽命方向進展。隨著我們對半導(dǎo)體材料與光伏技術(shù)討