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太阳能晶体硅背接触电池需进一步简化工艺

编辑: 贾锐 来源: 中国电子报 发表时间: 2013-05-09 已浏览 字号:

 

光伏作为新能源的一种,受到了各国的极大重视。如何对现有常规P型晶体硅技术进行升级改造,提升效率和降低成本,是各厂家必须面对的问题。目前首要解决的问题就是要降低新电池成本、保持高效,以便大规模应用。现在为降低成本所研究的高效电池主要是从减少表面陷光、表面遮光损耗等几个方面入手。为了减少表面遮光就要把栅线做得很细,但是细的栅线又会使得电极接触电阻增加,同时也增加了工艺难度,所以早在20世纪70年代就有人提出背接触太阳能电池的概念。该技术基本消除了正面栅线电极的遮光损失,更加充分地利用了光照,提高了电池效率。同时,背接触电池还将电池的两极从背面引出,降低了封装难度,简化了制作工艺,使得电池更加美观。MWT和EWT是背接触电池的两种形式,属于前结电池形式,发射极位于电池正面,有利于更多载流子的收集。MWT和EWT不完全依赖于栅线收集载流子,主要是通过对衬底打孔,通过不同的方式向孔洞中填充金属或者重扩,实现前后发射极间的电流传输,与传统电池相比,减小了正面的遮光面积,还不影响正面载流子的收集,从而提高了电池效率。

MWT和EWT提效率、降成本

MWT(Metal Wrap-Through)即金属电极环绕穿通电池,MWT电池将电池正面收集的电子通过孔洞中的金属转移至电池背面。它不再需要在电池正面制作“母线”,因此电池表面就有更大面积来收集光子并将其转化为电能。德国研究人员Fraunhofer等已经制备出17.1%的MWT电池,还有荷兰研究机构研究的多晶MWT电池效率也达到了17%。但是MWT电池中金属化孔洞的制备和电级间的分流仍然是MWT发展需要优化的难题。

EWT(Emitter Wrap-Through )即发射极环绕穿通电池,它是MWT电池的改进版,兼具了IBC电池与MWT电池的优点。此外EWT的孔洞导通一般是通过重扩的方法来实现的,一方面把电池正面发射极和背面局部发射极连接在一起,另一方面重扩还可以降低接触电极的接触电阻。这样通过重扩的孔洞将前表面发射极引入背面,实现把前表面收集的电子传导到背电极上,电池的P型电极和N型电极的细栅全部交叉排列在电池背面,简化了封装工艺。前表面依然采用优良的金字塔结构和减反射膜,以减少光的反射损失,从而达到了提高电池效率的目的。

与传统电池相比较,MWT和EWT的优点包括:(1)降低或完全消除了正面网格的遮光,增大了受光面积,故可以提高光电流的密度;(2)由于正负电极均位于电池背面,可简化电池封装工艺,更容易实现自动化,并且可以调节背面基极和发射极所占的面积比例,降低电极的接触电阻;(3)用孔洞将前后发射极连接在一起,对于低少子寿命的硅衬底仍可以获得较高的短路电流,可以降低对衬底的要求,低品质的薄基硅片更能体现MWT和EWT太阳电池结构的优越性;(4)实现从电池的前结和背结双结共同收集电荷,故有很高的电荷收集率。此外,薄的硅片因为减少了电荷的传输路径,降低了孔电阻,也可以提高电池的填充因子。

激光打孔技术应用日趋广泛

简化工艺是MWT和EWI电池制备的发展趋势。首先从打孔技术看,MWT和EWT电池的制备都需要打孔,MWT中的金属化孔洞主要起到连接前后两面发射极的作用,主要收集载流子的还是表面栅线。而EWT对打孔的要求更高,它表面没有一点遮光的栅线,全部都是通过孔洞来收集载流子并且传输到背面的发射极上,单位面积上孔的数目更是远大于MWT。早期有用化学腐蚀、光刻和激光刻槽的方法进行孔的制备,这些方法工艺繁琐而且成品率也不够高,但后来随着激光技术的发展,现在大量生产的MWT和EWT都用激光打孔技术,尤其是有些多晶电池的制备,用化学腐蚀方法制孔很难得到大小均匀的孔洞,而且现在成熟的激光技术在打孔后可以改善Si材料的本身性质,所以现在量产的MWT和EWT都采用激光技术。

不论MWT还是EWT其孔径都在30微米~100微米之间,成熟的激光技术对于孔径和孔壁的均匀性都有比较理想的表现,在MWT电池的晶片上,其孔洞的数目大约在100个~300个左右;在EWT的晶片上现在标准都是每1毫米的间隔有1个孔。目前对EWT打孔存在的困难主要在于缩短打孔时间、提高成功率和无损伤等方面,所以对激光的频率和重复率要求更高。

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