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图8
四种太阳电池的的反射率对比(传统BSC、优化BSC、选择性纳米发射结BSC、标准SCHMID SE电池
图9 五种太阳电池的外量子效率(a)和内量子效率(b)对比[黑硅电池、标准多晶硅电池、 标准SE电池、优化的BSC(□)、选择性纳米发射结BSC(□)] 从图中可以看到:虽然传统BSC在300-550nm范围内具有最佳的减反射性能,但是很高的俄歇复合和表面复合,抵消了BSC在减反射方面的优势,表现为其IQE、EQE都是最低的。而优化的BSC,在扩散工序后再进行黑硅刻蚀,降低了复合,其在300-550nm范围内的IQE、EQE得以提升。但其IQE低于标准的多晶硅电池,说明其复合损失要大于标准的多晶硅电池。而其EQE在300-350nm范围内要优于标准的多晶硅电池,表明优化的BSC具有更好的减反射性能。选择性纳米发射结BSC则在减反射和复合的矛盾中取得了很好的平衡,而且通过黑硅发射结工序的优化,得到了更加均匀的发射结,还通过对不同工艺窗口的摸索,在方阻为□的多晶硅片上获得了最佳的器件性能,详细的器件结果如表三所示。 表三
标准多晶硅电池、SE多晶硅电池和几种黑硅电池的电池性能
从以上的分析可知:通过对传统BSC的多道工艺优化整合,可以使BSC在减反射方面的优势得以发挥,使其性能达到甚至超过相同工艺的晶硅电池。在上述的择性纳米发射结黑硅SE工艺中,其黑硅发射结并没有采用优化的SiOx/SiNx叠层钝化工艺,而只是实现了黑硅制备和扩散制结工艺的集成优化,但也获得了很好的电池性能,这足以让我们憧憬全道关键工艺集成优化方案的前景。 五 展望 尽管近些年来,BSC的研究取得了不小的进展,其光电转换效率已经能达到甚至超过相同工艺的晶硅电池。但是无论是采用MAE法还是PIII法制备黑硅,都要增加一定的材料(主要是贵金属试剂)、设备成本。而如果要获得超越晶硅电池的性能,还必须采用如选择性发射结、SiOx/SiNx叠层钝化等工艺,这也要增加一定的成本。就其性价比而言,并没有明显提升。但是在未来几年内,硅片厚度肯定趋于薄片化,传统的晶硅电池性能会因为光有效利用率的降低和载流子表面复合的加剧而变差[40]。而BSC在很宽的光谱范围内拥有卓越的光俘获能力,硅片的减薄对其光有效利用率的影响有限,BSC将迎来发展机遇,但前提是要做好黑硅前发射结和背表面的钝化。所以钝化工艺的研发将成为BSC能否在未来取得突破的关键。笔者认为BSC下一阶段的钝化工艺中,基于ALD的电池前、背表面钝化工艺将成为重点和热点。因为无论是从传统晶硅电池向高效晶硅电池的过渡,还是BSC钝化的需求, ALD钝化工艺近乎完美的钝化效果对电池性能的改善都将产生至关重要的影响。但是,传统的ALD技术受限于其2nm/min以下的沉积速率,这显然不能满足工业化生产的需要。而目前出现了三种工业化技术:高速空间技术,等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)和反应性溅射技术。其中,由于大面积在线式(in-line)PECVD系统已经被广泛应用于市场,因此短期内PECVD是最理想的ALD技术。总之,随着钝化工艺,特别是基于ALD的钝化工艺和工业化生产设备的进步,基于黑硅的太阳电池技术将具备更强的竞争力,BSC也将找到属于自己的舞台。 |