PERC太阳能电池生产工艺研究

谢文君

摘要：1983年，澳大利亚的一位科学家马丁.格林提出了 PERC (Passivated Emitter and Rear Cell)，并将其应用于新一代太阳电池中。相对于传统太阳电池，PERC太阳电池多了三个制备过程，将给其制备技术和制备过程带来巨大变化。本文以流水线试验为基础，探讨了影响PERC太阳电池制造的几个主要技术环节和关键技术，介绍了PERC太阳电池的组成、制作技术，并与传统的PERC太阳电池相比，其优点是具有明显的优越性。以期对PERC太阳电池制造有一定的借鉴意义。

关键词：PERC；太阳能电池；工艺研究

引 言

PERC太阳电池是一种基于晶硅太阳电池的新型晶硅太阳电池，PERC型太阳电池只需要在产线上多加三道工序就可以了，不仅可以方便地改造，而且还可以显著地提高太阳电池的光电转化效率，所以PERC型太阳电池是当前最流行的一种新型太阳电池。对其批量制造技术的深入研究，对其规模化制造有着十分重要的指导意义。

一、太阳能电池研发生产现状

目前，国内光伏市场上销售的主要是单晶硅。但是，在生产单晶硅电池的过程中，需要消耗大量的能源，一些专家更是直言不讳，说出了单晶硅电池所产生的能源，要比单晶硅所转化的太阳能资源要多得多，因此，他们认为单晶硅没有使用价值。有研究表明，当单晶硅的使用年限超过10年时，其捕捉太阳能的能量才会超过生产时所消耗的能量。单晶硅的制备方法是用石英砂融化后，再进行拉丝，就能得到，其全流程能耗高，产生的毒害物多，污染环境。

二、组件中的主要缺陷分析及改进措施

太阳能转化为电能的过程中，大部分都是利用光电转换来实现的，所以它的使用寿命在很大程度上取决于组件包装的品质。芯片最根本的特征就是脆弱，被损坏的电池单元会对电池板的输出功率和使用寿命产生直接的影响，极大地降低了电池组件的可靠性。

（一）断栅

栅极断裂导致器件的电流效率下降，对器件的频谱特性有较大影响，器件的光电转化效率显著下降。如果在叠层过程中没有将栅极的电池片分离出来，那么在叠层过程中，电池片的叠层过程结束后，将会沿栅线发生严重的栅极断裂。在发生断网情况下，必须将有关的不良情况及时报告给制造部门，并对原料比例进行适当的调整，并在必要时进行网版的调整。电池组的分拣工作必须更加专业，并使有关的制造过程标准化。

（二）气泡

在实际应用中，气泡可分为两类，一类是在叠层工艺中产生，另一类是在组件的应用中产生。在叠层过程中产生的气泡，将会影响电池的外观和使用寿命，随着温度的升高，这些泡泡开始膨胀，越来越多的泡泡开始连接起来。在使用一段时间之后，出现了较大的分层损伤，降低了电池的使用寿命，由于电池组的材质和生产过程中存在的问题，都会导致电池组的组层压发泡。

（三）短路

当电池模块出现短路时，将导致系统的电压下降，导致系统的真实电力与其额定电力不符，极大地降低了模块的输出电力和填充系数FF。造成太阳能电池板出现短路故障的原因有三个：一是由于串联焊接工艺将电池片的正、负极连接在一起而造成；另一种是在焊接时，由于过量的焊锡量，致使电池组的正、负极不小心相连，引起短路；第三个原因，则是由于导电性材料渗入了电池组中，使得电池组中的正、负电极发生了连接，造成了电池组出现了“短路”的情况。改进的方法是提高了对半成品的检验力度，并在半成品的过程中对电池包的短路部件进行了排除。另外，在焊接的时候，还必须要对焊锡的用量进行控制，并且要对焊后的检验进行完善和规范。

（四）裂片

在拼装过程中，显微检查是拼装过程中检测拼装裂纹的重要手段，而电致发光则是拼装裂纹检测的重要手段。裂片上的明显裂纹通常是由于外部压力过大而引起的。而暗裂处则相对较小，但是在某种程度上，还是会对电池的电流传递产生影响。外部机械应力作用下，会使隐含裂纹的分布范围进一步增大，导致电池片出现“断开”缺陷。改进的主要途径就是在焊接过程中，在焊接过程中要进行严格的控制，还必须对焊接参数进行细致地分析，尤其是对某些关键参数的设置要格外注意，并开展有针对性的业务训练。为预防蚊子，必须在厂房内设置灭蚊灯。持续提高生产工艺的自动化程度，减少因人因原因造成的断料。

三、PERC 太阳能电池的结构

图1：PERC太阳能电池结构图

PERC（Poly-ERC）是一种利用表面钝化膜提高光电转化效率的新技术，PERC电池以其制备方法简便、成本低廉、与已有的电池线兼容等优势，是未来高效率太阳电池发展的主流趋势。

四、PERC 太阳能电池的生产工艺

图2：PERC 电池生产流程

与传统的光伏电池生产流程相比， PERC太阳能电池的生产过程将会多出2道工序，以及1道改进工序，其他的工艺过程都与传统的太阳能电池生产过程中的操作过程是一样的[1]。在后表面进行钝化膜的淀积；为了产生后表面触点而打开；在化学湿法平台基础上，对边界隔离环节进行有目标地改善，并对硅晶圆背面的绒毛锥形结构进行溶解处理。根据所选择的工艺，打磨的程度也是不一样的。因而，无论是采用激光还是采用化学蚀刻的钝化膜淀积装置还是采用薄膜开孔装置，均要求在常规的蓄电池流水线上附加处理装置。

五、PERC太阳能电池与常规太阳能电池对比分析

PERC技术是在蓄电池背面加入一层介电钝化膜（见下图所示），以提升光电转化效率。在常规的太阳能电池中，由于光生电子的重新组合，限制了其高效性[2]。在PERC中，PERC可以增大 P- N结间的电压差，使电子在 P- N结间的传输更加平稳，降低了电子再结合的概率，提高了转换效率。

图3：PERC太阳能电池与常规太阳能电池

PERC太阳能电池相对于普通太阳能电池具有两大优点：第一，提高了内部后向反射，减少了长波光损耗；第二，后端的优质钝化，使PERC电池的开路电压（Voc）、短路电流（Isc）都比普通电池要高很多，因此，PERC电池的转换效率也要高很多。

六、PERC太阳能电池生产过程有影响的工艺具体措施

（一）背面钝化工艺

本文介绍了几种常用的反面钝化技术，包括等离子体法、热氧化法、原子层沉积法、层状钝化法等。这里举的是钝化层。热态SiO2因其高密度而表现出优异的表面钝化性能，而等离子体辅助 CVD制备的 SiNx膜对 Si晶圆内外均有钝化效果。因为在电池表面极小的薄层中，短波长的光线可以被更多的吸收，所以，为了更好地减少电池表面的复合率，增强电池的短波响应，并将热生长SiO2的表面钝化特性、等离子体增强化学气相沉积方法的 SiNx具有良好的减反性和体钝化特性相结合。

（二）背面局部接触的实现

当前常用的方法是对背面钝化膜进行局部激光切割，以及对刻蚀液进行刻蚀，刻蚀后将铝浆打印到背面钝化膜上，再经这些刻蚀形成的孔洞与硅片进行局部接触。按照激光器的类型来分，可将其分成两大类，即纳米雷特、罗芬、3D-Micromac、台湾友晁、武汉帝尔等等。针对 PERC电池的光衰减问题，本文提出了两种方法，使其光衰减降至可接受的值[3]。一是减少或防止硼－氧对的产生，例如采用掺镓硅片，控制硅片中的氧气含量；另一种方法，就是在一定温度下，对太阳能电池进行光电注入，使得B-O粒子不会被吸收，降低太阳能电池的光衰减，这一点，包括时创、科隆威、施密德等公司。

（三）在设备和材料方面

特别是在 PERC电池从实验室到工业化的过程中， PERC电池得到了成功的应用。采用常规的铝浆料，在局部接触环境中进行高温烧结时，由于基体硅在 Al中的溶解，导致 Al与 Si的接触界面产生孔洞，导致 Al与 Si的局部接触电阻增加。此外，在 PERC中，钝化、激光等大规模生产装备的问世，也是其工业化进程中必不可少的一环。在钝化方面，目前主要有两种技术，一种是德国 Centrotherm公司，其主要技术是 PECVD技术，一种是德国 R& R公司，其主要技术是氧化铝层板，其主要技术是氧化铝层板。

结束语

综上所述，在未来PERC仍将是性能价格最优的电池技术，并将继续保持优势，其产量将在24%左右。目前，PERC电池在发射极、背面铝背场、主栅极和硅片品质等方面仍需进一步改进。随着技术的发展，PERC技术的不断完善，不但可以拓展 PERC电池的应用范围，还可以提高其功率输出。

参考文献

[1]梁玲,郭丽,张波,孟秀峰.PERC太阳能电池的背面钝化工艺研究[J].山西能源学院学报,2020,33(06):94-95.

[2]姚旭,申开愉,韩燕旭,李亚男,刘欢.PERC太阳能电池生产工艺[J].化工设计通讯,2020,46(07):203+244.

[3]姚旭,申开愉,韩燕旭,李亚男,刘欢.探析PERC太阳能电池生产工艺[J].数码世界,2020(07):275.