2、產(chǎn)業(yè)化黑硅電池技術(shù)概述
早在2004年,日本京瓷公司引入了RIE多晶制絨技術(shù)。在2008年,以韓國公司為代表的設(shè)備廠家開始在中國推廣RIE技術(shù)。一些一線電池廠家對該技術(shù)也進行過小批量評估,由于較高的工藝成本以及組件功率收益不理想,該技術(shù)最終沒能推廣成功。近兩年,基于硅片廠家對金剛線切片技術(shù)導(dǎo)入的預(yù)期以及電池、組件技術(shù)的快速發(fā)展,RIE黑硅技術(shù)又逐漸進入業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的視野。同時,國產(chǎn)RIE設(shè)備也促進了該技術(shù)發(fā)展。但RIE設(shè)備的綜合性價比始終制約著該技術(shù)的大規(guī)模推廣。
另外一種可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的黑硅技術(shù)是濕法黑硅技術(shù)。早在2006年,德國的Stutzmann小組即提出了金屬催化化學(xué)腐蝕的概念并在實驗室進行了初步的研究;直到2009年,美國國家可再生能源實驗室(NREL)的Branz博士提出了全液相黑硅制備方法,將濕法黑硅技術(shù)朝產(chǎn)業(yè)化方向又推進了一步。但是,他們一直未能解決好黑硅表面鈍化難題,使得濕法黑硅技術(shù)一直停留在實驗室階段。濕法黑硅技術(shù)基本原理如圖2所示,采用 Au、Ag等貴金屬粒子隨機附著在硅片表面,反應(yīng)中金屬粒子作為陰極、硅作為陽極,同時在硅表面構(gòu)成微電化學(xué)反應(yīng)通道,在金屬粒子下方快速刻蝕硅基底形成納米結(jié)構(gòu)。
圖2 金屬催化化學(xué)腐蝕原理圖
以上兩種產(chǎn)業(yè)化黑硅技術(shù)比較如下。
與常規(guī)的多晶電池相比,濕法黑硅電池不同之處在制絨這一工序,由于同樣采用濕法化學(xué)腐蝕工藝,與現(xiàn)有的常規(guī)電池工藝能很好的兼容。而RIE黑硅是在常規(guī)酸腐蝕后,再進行RIE形成納米絨面,最后通過化學(xué)腐蝕去除硅片表面的殘留物和離子轟擊帶來的損傷層。比常規(guī)多晶電池制程,增加了至少兩道工序。
3 、阿特斯?jié)穹ê诠桦姵丶夹g(shù)進展
阿特斯早在2009年開始黑硅技術(shù)調(diào)研,并選用濕法黑硅技術(shù)作為黑硅技術(shù)的首選,一直致力于產(chǎn)業(yè)化濕法黑硅技術(shù)的開發(fā)。
濕法黑硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的技術(shù)難點在于:一、通過納米微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及后道工序匹配,解決減反效果與其帶來的表面鈍化問題之間的矛盾;二、開發(fā)適合產(chǎn)業(yè)化的穩(wěn)定工藝流程以及成本控制,提高凈收益。如何設(shè)計合適的設(shè)備,確保該工藝能夠全天候穩(wěn)定運行,是產(chǎn)業(yè)化必須面對的問題。
阿特斯開發(fā)的濕法黑硅技術(shù),可以實現(xiàn)不同類型的納米絨面。這些絨面包括:納米正金字塔、納米倒金字塔、納米柱、納米凹坑等,如圖3所示。對于不同類型的納米結(jié)構(gòu),其光學(xué)特性以及電學(xué)特性是不同的。光學(xué)特性主要是封裝后光學(xué)多次反射的角度和路徑不同,從而導(dǎo)致組件端光學(xué)增益的不同;電學(xué)特性主要是不同納米結(jié)構(gòu)的尺寸以及表面積不同,從而導(dǎo)致表面鈍化的不同,進而影響最終電池的電性能。濕法黑硅的優(yōu)勢就在于,它可以調(diào)控不同類型的納米微結(jié)構(gòu),通過光學(xué)和電學(xué)性能上的匹配,實現(xiàn)濕法黑硅組件功率的最大化。
圖3 不同類型的濕法黑硅納米絨面結(jié)構(gòu)
2012年底,阿特斯在實驗室實現(xiàn)濕法黑硅技術(shù)效率上的突破,隨后在向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移的過程中,通過不懈努力解決了諸多技術(shù)難題,于2014年12月將該技術(shù)成功推廣到生產(chǎn)線,在世界上首次實現(xiàn)濕法黑硅技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化,使電池平均效率提升達到0.4%。表1是阿特斯產(chǎn)業(yè)化濕法黑硅電池典型電性能數(shù)據(jù)(所列各項均為與常規(guī)電池參照組相比的絕對增益)??刂坪秒姵毓に?,確保效率提升和關(guān)鍵電性能參數(shù)的穩(wěn)定,對黑硅電池效率轉(zhuǎn)化成組件CTM至關(guān)重要。