黑硅电池技术产业化进展
发布时间：2015-04-10    编辑：jinrui   
本文摘要：阿特斯（中国）投资有限公司 首席技术官

阿特斯（中国）投资有限公司 首席技术官 邢国强博士
 
　　黑硅对光伏行业来讲，不是一个新技术。十年前RIE黑硅在京瓷就已经进入批量生产。2010年左右，中国的少数企业也在评估RIE技术，但未进入量产。最近一两年，国内又有企业在重新挖掘这个技术。黑硅技术近期的进展可能归结于两个主要因素：大家对金刚线切割导入的预期。金刚线切割能够大幅度的降低多晶硅片成本，但传统的酸制绒导致电池效率降低，而黑硅制绒可以很大幅度上解决金刚线切割带来了制绒工艺上的困难。另外黑硅技术的设备成本降低，电池和组件端的进步也促进了该技术的发展。
 
　　常规多晶电池的工艺流程。第一步是酸制绒，即通过氢氟酸和硝酸做表面刻蚀形成绒面结构，把光线反射率从原来的~50%左右降低到~25%。图中黑硅纳米的相关结构，实际上可以从仿生学谈起，它的折射率沿着深度做一个渐变的过程，从而减少光的损失。
 
　　黑硅可以分为两大类，第一个是用干法，用得最多的是等离子刻蚀，同时还有一些激光技术。第二类是湿法刻蚀。我今天会讲到MCCE，就是用贵金属催化来做化学腐蚀。
 
　　我们下面讲一下RIE。RIE是ReactiveIonEtching的简称，它可以是各向同性的，也可以是各向异性的刻蚀。同时它是一个物理法和化学法相结合的一个刻蚀过程。等离子刻蚀所需要的气体，基本上是有SF6，氯气、氧气等。
　　图1
　　图2
 
　　RIE制绒的形貌。图1是常规制绒形成的不规则表面结构。图2是在常规制绒的基础上做了RIE的处理，可以看到在原来基础上有纳米级结构。RIE电池的工艺流程在原来的基础上加了两步：等离子体的轰击会对表面产生损害，所以要在后续加一个DRE（DamageRemovalEtch）。当然后续扩散和氮化硅镀膜等工艺都要做相应的调整，才能达到最好的电池结果。
　　这是硅表面在四个过程后的反射率曲线，最高的就是我们刚才说的正常制绒，制绒之后的平均百分率大概在25%左右。RIE刻蚀以后，有大幅度的降低，这里的反射率是可调控的。在做完了DRE后反射率有一些回升。最后PSG刻蚀后又有进一步的提升，这也是反映了绒面结构的一些细微变化。
　　这张图是常规电池和RIE电池IQE比较。RIE“黑硅”体现在蓝光波段的反射率大幅度下降。RIE电池IQE在蓝光区域是比较低的，大家努力的方向是把RIE电池IQE在蓝光的部分能够与Baseline越接近越好。
 
　　RIE实际上有两种微观结构。一种是凹下去的（pits），另一种是凸出来的（pins）。这个跟不同的等离子源和实际工艺参数相关。
　　这两种不同的RIE微观结构在电池和组件的表现，我们在表中做了罗列。在优化之前不管是TypeA和TypeB，Voc相对常规技术都有小幅度下降。而优化以后Voc实际上是有小幅度提升的。判断一个RIE技术集成的好和坏，在很大程度上就要看Voc相对于Baseline的提高。优化后我们的RIE电池相对常规达到0.6%（绝对值）的提高。通过技术进步这些提高能够有75%左右转化为组件瓦数的提高。
 
　　阿特斯湿法黑硅的进展。MCCE不是一个新技术，国内外的大学及研究所做了非常多的研究工作。这个技术基本上是通过把贵金属颗粒沉积在硅的表面，形成催化化学反应，可以表征为硅和双氧水及HF反应形成硅氟酸。这种刻蚀的方向性非常好，可以达到非常高的AspectRatio,如图所示。我们的工艺流程，基本上是用HF、HNO3酸来做第一道制绒，然后做MCCE黑硅制绒。后续工艺跟RIE类似也做了相应的优化。MCCE电池比我们传统的电池要黑很多，并且这种颜色深浅是可以通过制绒和减反膜控制的。
 
　　通过如图的MCCE的形貌可以看到它比RIE更规则一些。我们第一代湿法黑硅已经在量产，效率提升在0.25%左右。第二代已经在中试，目标是提高效率提升0.45%以上，组件提高5W以上。
 
　　作为总结我们认为黑硅技术是提高多晶太阳能电池效率非常有效途径。不管是干法还是湿法黑硅在短期内应该完全可以进入量产。阿特斯自主开发的MCCE湿法黑硅第一代已经进入量产，第二代也正在中试。我认为任何一个好的技术都一定是在量产规模上体现出来的。我们的目标是把黑硅技术作为我们多晶生产未来的Baseline。RIE技术伴随组件CTM的进步也会逐步进入大批量生产。这都为金刚线切割硅片的导入和成本的下降打下坚实的基础。我们致力于黑硅技术的不断进步和完善，使其成为未来多晶量产的主流工艺。

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