P型雙面鈍化射極與背面電池介紹

刊登日期:2016/9/5
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P型雙面鈍化射極與背面電池介紹
鈍化射極與背面電池已被證實是一種有效提高電池效率的技術,從 2014年導入量產至今,其在以矽基為主的太陽電池市場占有率已經達到了 15%,且預估到 2026年更可以達到驚人的 45%。受益於此技術的日益成熟,以其 P型矽晶製程為基準,將電池背面原本網印整面電極改成指尖狀圖案的設計,被稱之為 P型雙面鈍化射極與背面太陽電池。

本文主要在介紹 P型雙面鈍化射極與背面太陽電池的結構優勢與技術發展及其主要優勢。從 2014年至今,包含 SolarWorld、ISFH、天合光能與工研院等單位對其進行技術研發,至今已被 SolarWorld 驗證其雙面玻璃模組,在戶外的發電功率比一般單面玻璃模組多 5~25%,說明了 P型雙面鈍化射極與背面電池確實是高效率矽晶太陽電池趨勢的大未來。




圖五、單面電池與雙面電池之市占率預測

製程介紹
P型矽晶雙面鈍化射極與背面太陽電池製造流程如圖六所示,一般使用的 6吋 P型矽晶片電阻率範圍在 0.5~2Ω-cm之間,表面清洗後經由鹼溶液進行非等向性蝕刻,形成雙面織化結構;爾後藉由高溫磷擴散製程在表面形成射極層,射極的片電阻範圍需搭配正面網印的銀膠電極,以形成良好的歐姆接觸,目前約為 90~100Ω/sq.。

去除磷擴散在表面形成的磷玻璃後,會進行背面單面的酸蝕刻水上漂,除了可移除溢鍍的射極層之外,還能進行平坦化處理,以利後續的鈍化製程。接著使用增強電漿化學氣相沉積法(PECVD)在電池正面鍍上氮化矽抗反射層,背面則是氧化鋁與氮化矽雙層的鈍化堆疊層,其中氧化鋁為鈍化層,氮化矽為保護層。為了可在電池背面形成電極接觸,需先行使用雷射開孔(LCO)製程,用以移除背面鈍化堆疊層,形成電極圖案。接著進行網印正面銀電極與背面鋁電極,其中背鋁電極為局部網印非整面網印,最後進行高溫燒結即完成金屬化製程。
 
技術與應用
雙面電池的背面效率與正面效率的比值,稱之為雙面因子,P型雙面鈍化射極與背面電池通常會偏低,主要是由於製程步驟上並無任何改變,所以通常正面效率會貼近同參數下的鈍化射極與背面電池數值,但背面效率就會不盡理想。

與背面受光最直接相關的就是背表面的吸光結構,如何在不影響界面的鈍化效果並維持住正面發電效率的情況下,持續改善背面結構成了首要的課題。除此之外,背面的氮化矽保護層對背面入射光而言,同時也扮演著抗反射層的角色,但對正面入射光而言,其為底部的反射層,主要作用在於入射光打到電池底部能反射回來再利用,因此如何從這兩者之間取得平衡成了第二個課題。
 
各單位研究近況
2. ISFH
ISFH 對雙面電池之研究開始於 2014年,該研究機構並於 2015年發表了“PERC+”的電池結構(圖八)。該電池的製程與工業的 PERC 電池幾乎相同,製程包含氧化鋁/氮化矽的背表面鈍化、雷射開孔、網印電極之製程。
 
4. 工研院(ITRI)
工研院綠能所於2015年中開始進行P型雙面鈍化射極與背面電池的研究,採用4條匯流排,針對背面電極……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

圖十、工研院雙面鈍化射極與背面太陽電池之正、背面圖案
 
作者:陳松裕、林鈺璇 / 工研院綠能所
★本文節錄自「工業材料雜誌」357期,更多資料請見下方附檔。

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