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XBC電池制備難題解決!BC電池激光開(kāi)槽新技術(shù)

欄目:行業(yè)動(dòng)態(tài) 發(fā)布時(shí)間:2024-12-06
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XBC(Back Contact)指的是背接觸電池,將正面的金屬柵線放到電池背面減少陽(yáng)光遮擋而提高轉(zhuǎn)換效率,其優(yōu)勢(shì)是轉(zhuǎn)化效率高,短路電流大、填充因子高,并且比較美觀,但缺點(diǎn)是制造流程太復(fù)雜、成本較高。XBC技術(shù)已成為當(dāng)前光伏產(chǎn)業(yè)的熱門(mén)話(huà)題。

12月24-25日舉辦的2024年度光伏產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)將圍繞創(chuàng)新降本、提質(zhì)增效主題,探討當(dāng)前XBC電池技術(shù)的進(jìn)展創(chuàng)新成果,展望未來(lái)提升性能的方向。

激光開(kāi)槽技術(shù)有效解決XBC電池制備難題

IBC電池可與HJT、TOPCon、鈣鈦礦等多種電池疊加,效率提升潛力大。IBC電池可與多種不同電池技術(shù)疊加,形成不同工藝路線,包括:1)以SunPower為代表的經(jīng)典IBC電池工藝;2)以ISFH為代表的POLO-IBC電池工藝,由于POLO-IBC工藝復(fù)雜,業(yè)內(nèi)更看好低成本的同源技術(shù)TBC電池工藝(TOPCon-IBC);3)以Kaneka為代表的HBC電池工藝(IBC-HJT);4)與鈣鈦礦疊加形成PSC IBC疊層電池工藝。

IBC電池的PN結(jié)及電極均位于背面,結(jié)構(gòu)優(yōu)化效率優(yōu)勢(shì)明顯。IBC(Interdigitated back contact)電池,即背接觸型太陽(yáng)能電池,將P/N結(jié)、基底與發(fā)射區(qū)的接觸電極以交叉指形狀做在電池背面。IBC電池的結(jié)構(gòu)性?xún)?yōu)勢(shì)有:①正面遮光面積為零;②正面沒(méi)有柵線,沒(méi)有接觸復(fù)合和絨面結(jié)構(gòu)大小的限制,表面陷光效應(yīng)和鈍化效果可以達(dá)到最優(yōu)化;③增加電池在組件中的排列密度。因此,IBC從結(jié)構(gòu)上打破傳統(tǒng)晶硅電池的結(jié)構(gòu)限制,為提高電池效率提供較大空間。

目前激光開(kāi)槽技術(shù)在XBC電池上的應(yīng)用主要為①刻蝕掩膜、制備PN區(qū)交叉指結(jié)構(gòu),也可以用于②PN區(qū)隔離;③鈍化膜開(kāi)槽。

激光開(kāi)槽工藝可以低成本地制備PN區(qū)結(jié)構(gòu)。IBC電池工藝的關(guān)鍵問(wèn)題在于制備呈叉指狀間隔排列的P區(qū)和N區(qū)、制備更好的表面鈍化層和金屬化。對(duì)應(yīng)的是目前IBC的劣勢(shì),如需要多步打掩膜的步驟,制程更加復(fù)雜;PN電極之間有漏電風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)激光刻蝕,可以繞過(guò)掩膜,更低成本地制備PN區(qū);更靈活準(zhǔn)確地去除鈍化膜形成金屬化的接觸區(qū)。

如何在電池背面制作交叉指式的PN區(qū)是IBC電池的工藝難點(diǎn)。目前,PN結(jié)制備的主要方法為絲網(wǎng)印刷與光刻法。光刻可在掩膜上形成需要的圖形,但成本較高,不適合大規(guī)模生產(chǎn)。絲網(wǎng)印刷可以直接印刷刻蝕漿料進(jìn)行刻蝕掩膜,或印刷阻擋型漿料來(lái)?yè)踝〔糠盅谀ぃ纬尚枰膱D形,擴(kuò)散形成多個(gè)N區(qū)、P區(qū)即得叉指狀PN區(qū);也可以直接在掩膜中摻入所需要的硼或者磷,節(jié)省一步高溫過(guò)程。絲網(wǎng)印刷存在對(duì)準(zhǔn)精度、印刷重復(fù)性等問(wèn)題,因此需要在工藝重復(fù)可靠性與電池效率之間找到平衡點(diǎn)。

IBC電池的制備過(guò)程中,激光開(kāi)槽可以用于制備PN結(jié)環(huán)節(jié)的掩膜消融,是解決絲網(wǎng)印刷局限性的一種途徑。其原理是利用激光的高能量,采用極短脈沖,使物質(zhì)瞬間被汽化,可精確地控制作用深度。無(wú)論是間接刻蝕掩膜,還是直接刻蝕,激光的方法都可以得到比絲網(wǎng)印刷更加細(xì)小的電池單位結(jié)構(gòu),更小的金屬接觸開(kāi)孔和更靈活的設(shè)計(jì)。工藝的劣勢(shì)是激光加工帶來(lái)的硅片損傷,以及對(duì)接觸電阻的影響;另外,精準(zhǔn)對(duì)位是激光設(shè)備的必要條件,因此其加工時(shí)間往往較長(zhǎng),平均每片電池片的激光加工需耗時(shí)幾分鐘到十幾分鐘,生產(chǎn)效率較低。

激光開(kāi)槽也可以應(yīng)用于XBC電池PN區(qū)分離。為防止短路,XBC電池背面的P區(qū)和N區(qū)之間往往需要隔離,PN區(qū)隔離有多種方式,可以利用未進(jìn)行摻雜的非晶硅避免P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)直接相通,也可以在P型摻雜區(qū)和N型摻雜區(qū)進(jìn)行激光開(kāi)槽進(jìn)行隔離。根據(jù)專(zhuān)利之星,目前普樂(lè)新能源的IBC電池、愛(ài)旭股份的HBC電池制備均選用激光開(kāi)槽方式隔離PN區(qū)。

此外,激光開(kāi)槽也可以應(yīng)用于IBC、TBC等電池鈍化膜形成后、金屬化開(kāi)始前的接觸結(jié)構(gòu)刻蝕環(huán)節(jié)。激光開(kāi)槽鈍化膜的目的是,在N型單晶硅片背面的鈍化層上進(jìn)行激光開(kāi)窗,并將電極從N區(qū)和P區(qū)上引出來(lái),進(jìn)行金屬化。背鈍化電池中的背鈍化膜層一般由氧化鋁和氮化硅、氧化鋁和氧化硅或摻雜多晶硅和氧化硅組成,一般的氧化鋁厚度為5-20nm,氮化硅厚度范圍為70-220nm,常見(jiàn)的氧化鋁厚度在10nm,氮化硅厚度在70-100nm時(shí),背鈍化膜呈淡藍(lán)色,為進(jìn)一步改善表面鈍化效果,部分廠家增加拋光工藝,使得背鈍化膜對(duì)可見(jiàn)光波段的光反射率高于其它波段。

IBC電池接觸區(qū)刻蝕的難點(diǎn)在于克服電阻損失,保證電流電池效率,防止漏電情況。在金屬化環(huán)節(jié),由于IBC電池的正表面沒(méi)有金屬柵線的遮擋,電流密度較大,在背面的接觸和柵線上的外部串聯(lián)電阻損失也較大。金屬接觸區(qū)的復(fù)合通常都較大,所以在一定范圍內(nèi)接觸區(qū)的比例越小,復(fù)合就越少,從而導(dǎo)致VOC越高。因此,IBC電池的金屬化之前一般要涉及到打開(kāi)接觸孔/線的步驟。另外,N和P的接觸孔區(qū)需要與各自的擴(kuò)散區(qū)對(duì)準(zhǔn),否則會(huì)造成電池漏電失效。

激光開(kāi)槽可以同時(shí)保證較低的接觸電阻、較高的電池效率與較好的鈍化效果。由于通過(guò)激光消融方式開(kāi)槽,漿料可以利用低溫?zé)Y(jié)即可實(shí)現(xiàn)柵線與P型/N型摻雜多晶硅良好的歐姆接觸,在保證較低接觸電阻的同時(shí),減少柵線區(qū)域的金屬誘導(dǎo)復(fù)合,提高電池效率,且避免了高溫?zé)Y(jié)漿料對(duì)P型/N型摻雜多晶硅具有破壞性而導(dǎo)致柵線區(qū)域金屬誘導(dǎo)復(fù)合隨溫度升高而降低電池效率的問(wèn)題;同時(shí),也避免高溫?zé)Y(jié)漿料對(duì)隧穿氧化層產(chǎn)生破壞,確保電池的鈍化效果。

(文章來(lái)源:北極星光伏研學(xué)社)


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