以下是發(fā)言實(shí)錄（未經(jīng)細(xì)調(diào)）：

　　在做報(bào)告之前我先介紹一下微電研究所關(guān)于新型高效電池的一些研究。我們現(xiàn)在主要是做異質(zhì)結(jié)電池，是我們用到自己生產(chǎn)的設(shè)備，另外一個(gè)是背接觸電池(IBC)，我們研究了將近五年的時(shí)間，我們自己不能做大面積，只能做小面積，把重點(diǎn)放在核心工藝和基本物理過程的研究上，我們自測(cè)的效率達(dá)到20%。我們把異質(zhì)結(jié)和背接觸結(jié)合，在2012年9月份的時(shí)候就做出異質(zhì)結(jié)-背接觸(HJ-IBC)電池，到2015年3月份的時(shí)候開路電壓得到極大的突破。我們這些研究主要是面向未來(lái)的高效電池做一些產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)研究和儲(chǔ)備。

　　同時(shí)我們也發(fā)現(xiàn)，通過高效電池的研究，一些關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備起來(lái)，人才團(tuán)隊(duì)也建立起來(lái)了，而且很多技術(shù)，基本上經(jīng)過五年的研究，對(duì)背接觸(IBC)和異質(zhì)結(jié)背接觸高效電池的全套的核心工藝基本都掌握了，對(duì)他的物理機(jī)制，特別是物理機(jī)制這方面有深入的了解。這是我們做的一些背接觸電池的照片，比如3cm×3cm，4cm×4cm，2cm×2cm等等，還有異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池的照片。把背接觸IBC技術(shù)和異質(zhì)結(jié)HJ這兩種技術(shù)結(jié)合就是異質(zhì)結(jié)背接觸電池技術(shù)，這樣未來(lái)的三代技術(shù)都有了。這是我們做的背接觸電池的一個(gè)仿真，比如前表面場(chǎng)的影響，實(shí)際上如果表現(xiàn)負(fù)荷非常小，開壓也做的非常高，但是他的短路電流比較低，但是效率也能夠達(dá)到20.78%，經(jīng)過優(yōu)化效率還可以再往上上。這是我們背接觸的一個(gè)流程等等。

　　這是我們正在做的高效電池研究的情況?，F(xiàn)在針對(duì)這次報(bào)告的要求，做一個(gè)詳細(xì)關(guān)于高效PERC晶體硅電池的介紹，我們知道PERC電池得到了產(chǎn)業(yè)界的極大關(guān)注，是未來(lái)幾年的主打產(chǎn)品。它的主要特點(diǎn)是在光的應(yīng)用上特別充分，效率得到了提升的主要原因是來(lái)自于背面鈍化的改善，以及來(lái)自于背面鈍化膜光的反射，這樣效率得到了整體的提高。到2013年-2014年P(guān)ERC電池已經(jīng)有許多設(shè)備商、制造商和研究機(jī)構(gòu)介入到這里。像史密德他們已經(jīng)把設(shè)備賣到了中國(guó)，效率能夠做到20.8%；做三氧化二鋁的設(shè)備，賣給臺(tái)灣的廠商。

　　在研究領(lǐng)域，我統(tǒng)計(jì)了一下，真正的目前研究主要還是集中在幾個(gè)實(shí)力比較強(qiáng)的企業(yè)在做，比如像中電、天合、阿特斯；但是我們大部分的小公司，是沒有能力做這樣的研究的。但是在中國(guó)高校和研究所里統(tǒng)計(jì)，幾乎沒有人做高效PERC晶體硅方面的研究工作；這方面的主要研究也就是科學(xué)院的若干個(gè)所在做，主要是這些研究跟產(chǎn)業(yè)化技術(shù)相關(guān)，因此很難拿到經(jīng)費(fèi)。因?yàn)檫@個(gè)地方我也呼吁一下，科技部把給研究所和高?？蒲薪?jīng)費(fèi)的口子基本上都關(guān)死掉了，目前的研究經(jīng)費(fèi)基本上都是來(lái)自于國(guó)家自然科學(xué)基金，而國(guó)家自然科學(xué)基金錢是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，最太少。但國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)還是做的非常好的，德國(guó)的ISFH能夠做到21.2%，而且可量產(chǎn)型的工業(yè)化的技術(shù)，我覺得都是非?？扇　?/p>

　　在這個(gè)領(lǐng)域里德國(guó)Manz，發(fā)展了一套技術(shù)，在硅片背面進(jìn)行了拋光，拋光以后進(jìn)行了三氧化二鋁和氮化硅的復(fù)合鈍化，這樣就能更好的反射光和更好的鈍化。但是實(shí)際上除了這兩個(gè)方面以外，金屬化是非常重要的，他用到了幾種激光燒結(jié)的技術(shù)，平常我們要用的激光，要么是1064納米的，要么是532納米的激光器，但是這種激光器我們國(guó)內(nèi)包括跟一些廠家合作的時(shí)候，往往用激光打出來(lái)的點(diǎn)不均勻，造成歐姆接觸不好，復(fù)合比較大。就是個(gè)部位實(shí)際上主要是高斯光束形成的，光的分布有一個(gè)光強(qiáng)的分布，半峰寬分布這么寬的激光光打在上邊，有些部分強(qiáng)的，有些部分是弱的，弱的就形成了強(qiáng)復(fù)合這種情況。他們發(fā)展了一種技術(shù)叫flat-top技術(shù)，使這個(gè)光更加均勻，這樣無(wú)論是劃的線或者是打出來(lái)的孔都非常均勻，那么他做的效率也能達(dá)到20.52%，開壓也能到656mV，填充因子也是非常高，達(dá)到80.3%這樣一個(gè)程度。

　　PERC電池要想提升效率，必須知道限制它效率提升的因素。從這個(gè)分析上看，他們做了詳細(xì)的模擬并結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，首先最大的限制是來(lái)自于空穴空穴的輸運(yùn)，是非常大的限制因素，這是第一。第二是襯底的復(fù)合，襯底的少子壽命如果過低的話，不適合做PERC電池。第三個(gè)部分是電極金屬化，第四個(gè)部分才是背表面復(fù)合，第五是前表面的復(fù)合。一項(xiàng)一項(xiàng)解決了以后，次要的問題就變成主要的問題。

　　首先看少子壽命與襯底電阻和效率的關(guān)系。我們并不是說(shuō)，拿一塊電池片就適合做PERC電池，那是不對(duì)的，他有一個(gè)對(duì)應(yīng)的關(guān)系的。根據(jù)歐洲光伏大會(huì)2014年他們做的一些模擬和發(fā)表結(jié)果來(lái)看，實(shí)際襯底電阻范圍可以由一個(gè)非常大的變化，但是(少子)壽命有非常大的變化，我們看到襯底的電阻率越低，越有利于PERC電池效率的提升；少子壽命越高，也有利于PERC效率的提升，也就是說(shuō)你要達(dá)到1歐姆厘米，或者是0.5歐姆厘米。要是達(dá)到20%以上的效率，少子壽命最少能夠達(dá)到50-100微妙以上，這樣有利于PERC電池高效的實(shí)現(xiàn)，所以PERC電池需要折中考慮少子壽命、電阻率等等。還有更重要的是我們的pitch，我們拿到一個(gè)襯底，根據(jù)他的少子壽命，實(shí)際就是無(wú)論打點(diǎn)也好，劃線也好，實(shí)際上他是有一個(gè)優(yōu)化的范圍之內(nèi)，如果少子壽命非常高的話，而且你的襯底電阻率比較低，效率可以做的非常高。他們通過模擬進(jìn)行預(yù)測(cè)這條藍(lán)線是最佳的pitch，但是它是有一個(gè)范疇之內(nèi)的，在范疇之內(nèi)的pitch數(shù)值都是可以的，但這個(gè)是最佳的。隨著我們襯底的少子壽命比較低，電阻率也比較高的情況下，我們可以看到整個(gè)的效率會(huì)急劇下降，實(shí)際上pitch變化的窗口會(huì)非常的小。我們也有一些專家討論，為什么現(xiàn)在多晶的PERC不多，我了解到多晶的PERC有人在做，因?yàn)槎嗑бr底少子的壽命非常的低，如果襯底少子非常低的話，實(shí)際上在這個(gè)徹底的電阻率少子壽命還有pitch之間平衡比較困難，這也是到目前為止人們?yōu)槭裁纯吹絾尉У腜ERC比較多的原因。如果說(shuō)襯底電阻比較低的情況下，雖然有利于效率提升，但是這里還存在著一個(gè)嚴(yán)重光衰的問題，電阻率下來(lái)以后，意味著B-O對(duì)比較多，這樣會(huì)造成PERC電池的光衰比較嚴(yán)重，所以整個(gè)的制造還是需要材料的情況和自己工藝做一個(gè)平衡。

　　在這個(gè)地方，除了襯底的電阻率、少子壽命外，我們還可以到后面激光打點(diǎn)，甚至通過別的手段形成局部的點(diǎn)接觸。實(shí)際上在局部的背點(diǎn)接觸，會(huì)形成一個(gè)背表面場(chǎng)場(chǎng)，背表面場(chǎng)場(chǎng)它的深度對(duì)整個(gè)電池的因素，我們先看背表面場(chǎng)，電極接觸的部位，如果說(shuō)是背表面結(jié)越深得情況下，實(shí)際上無(wú)論是填充因子開壓還是短路電流，都是有利于整個(gè)數(shù)值的上升，所以我們希望在做后面背表面場(chǎng)的時(shí)候，我們希望把它的結(jié)做的深一些，這樣才有助于整個(gè)效率的提升。這個(gè)背表面的摻雜濃度，也是息息相關(guān)的，如果提高整個(gè)參數(shù)開壓、短路電流、填充因子、效率等等也都上去了，這個(gè)背面的做的好壞對(duì)體有影響，如果背面的鈍化做的差，對(duì)PERC電池，對(duì)它的短路電流的影響是巨大的，同時(shí)對(duì)它的開壓也有影響，但是對(duì)它的填充并沒有多大影響，這兩個(gè)關(guān)鍵因素下來(lái)以后他的效率也就降下來(lái)了。所以在背面做的非常好有助于開壓表面的提升，但實(shí)際上要提高填充因子并不是在背面的鈍化角度考慮?？赡芨嗟膹谋潮砻鎴?chǎng)的深度角度考慮，還有摻雜濃度考慮。還有前表面發(fā)射極飽和電流，不論是發(fā)射飽和電流還是背面表面長(zhǎng)的飽和電流，實(shí)際上對(duì)他的開壓都是有影響的。

　　在這個(gè)地方看發(fā)射極飽和電流，短路對(duì)填充因子沒有影響，但是對(duì)開壓是比較大的影響，但是對(duì)短路電流沒有多大的影響。這個(gè)因素目前按我們的技術(shù)做已經(jīng)基本滿足了，主要還是背表面場(chǎng)的制備還有包括他背面的鈍化，這幾項(xiàng)合起來(lái)，再加上前面所說(shuō)的電阻率組合起來(lái)，這樣才能整體的提高效率。我們對(duì)PERC電池因?yàn)槲覀儗Ｓ玫能浖?，做了一個(gè)詳細(xì)的模擬，我們自己編的程序，首先看看PERC電池為什么襯底的電阻率等影響這兒大？這是電流密度分布的模擬情況，這是前面的電極，這是后面的電極，這是pitch之間的距離，我們看到在背面的電極數(shù)整個(gè)電流的密度相當(dāng)高，按現(xiàn)在pitch是500或者是600、700，這個(gè)地方單點(diǎn)電流的密度每平方厘米按39毫安這樣算，這個(gè)地方會(huì)達(dá)到十幾個(gè)毫安，這個(gè)地方的歐姆接觸必須要做好，這樣對(duì)漿料的要求會(huì)非常高，這樣可以有助于降低串聯(lián)電阻。

　　同時(shí)剛才也提到了，就是空穴的輸運(yùn)，空穴的輸運(yùn)為什么在這個(gè)地方放到第一位？就是對(duì)整個(gè)PERC電池?fù)p失比較大，這是空穴的濃度的分布，我們做的模擬的結(jié)構(gòu)我們可以看到我們的電池，它空穴輸運(yùn)可是垂直輸運(yùn)的，這樣的過程；但是PERC電池不一樣，這個(gè)地方可以從前表面到背表面，但是對(duì)于這個(gè)部位來(lái)說(shuō)，是這樣一個(gè)過程，所以他的路程大大的增加了，如果你的電阻非常高的話，實(shí)際上這個(gè)地方可能電子大了以后，并不有助于他的輸運(yùn)，這樣會(huì)產(chǎn)生很多的熱，所以地方的電阻率一定要降下來(lái)，這樣才真正的有助于空穴的輸運(yùn)所以為什么說(shuō)PERC電池對(duì)空穴的損失對(duì)它的影響非常巨大的?，F(xiàn)在人們對(duì)PERC背面用到了很多技術(shù)做鈍化，包括用三氧化二鋁和氮化硅的鈍化，三氧化二鋁和二氧化硅的鈍化，甚至氮化硅的鈍化。實(shí)際上，從兩個(gè)角度考慮一個(gè)是化學(xué)鈍化，再加上場(chǎng)鈍化，我們這個(gè)地方先不說(shuō)化學(xué)鈍化，我們只是考慮一個(gè)場(chǎng)鈍化的因素.我們做了這樣的模擬可以看到，通過背面，如果是三氧化二鋁有負(fù)電荷的情況下，他會(huì)怎么樣.我們可以看到負(fù)電荷的密度從負(fù)的一E九次方，到1E12次方，電荷的密度越高，實(shí)際上越有助于效率的提升。這是負(fù)電荷的情況下。如果我們不用三氧化二鋁，我們用氮化硅，或者是在這個(gè)地方有一個(gè)非常高的正電荷，看看有什么情況發(fā)生？我們通過模擬很新奇的發(fā)現(xiàn)效率也是由小到大的，實(shí)際上跟實(shí)驗(yàn)是恰恰相反的，實(shí)際上這個(gè)地方最主要的還是因?yàn)橛蠸hunt的存在，如果我們用Shunt，前面這個(gè)地方的電荷無(wú)論正電荷還是負(fù)電荷也好，實(shí)際上都有自己效率的提升，但正因?yàn)橛辛薙hunt的存在且不可避免，這樣在有這個(gè)正電荷出現(xiàn)的時(shí)候，高密度的正電荷，電池的效率是急劇的下降，這是我們模擬的結(jié)果。背表面的電荷影響最大的是Jsc，其次才是VOC，對(duì)填充因子的影響并不是很大，但是正電荷是要避免，其實(shí)Shunt非常重要，如果有Shunt效率會(huì)極大的降低，但Shunt到目前為止無(wú)法避免的，所以只能用盡量少的正電荷或者是用負(fù)電荷常鈍化，完成高效的過程。這是我們做的一個(gè)模擬，面電荷的密度負(fù)的10的12次方，這個(gè)地方是面電荷密度為0的情況下。我們看到，有高密度的面電荷，這是跟報(bào)道的三氧化二鋁的結(jié)果差不多，10的11和10的12次方之間，我們看到有一層很高密度的面電荷出現(xiàn)的時(shí)候，后面能帶整個(gè)是向上彎曲，而這個(gè)地方，是類似與形成一個(gè)溝道恰恰有助于這種空穴處輸運(yùn)的，這樣可以極大的提高整個(gè)電流的密度。效率我們這個(gè)地方?jīng)]有做其它參數(shù)的優(yōu)化，但是效率可以達(dá)到19.5。而沒有的面電荷密度時(shí)候效率是18.7，當(dāng)沒有Shunt的時(shí)候，面電荷密度為正的12次方。我們看到也能夠達(dá)到19.27，但是我們看到，這個(gè)時(shí)候，他的們帶是向下彎曲，這樣有利于電子的傳輸，但是我們相比來(lái)說(shuō)的，面電荷密度是正的12次方、負(fù)的12次方，我們看得到，這兩者的效率并不是非常多，這也是驗(yàn)證前面一個(gè)結(jié)論。影響他最主要的因素，就是常鈍化的時(shí)候，還是Shunt的產(chǎn)生，那我們?cè)趥€(gè)地方，把空穴的濃度放下，剛才說(shuō)到了空穴的輸運(yùn)是關(guān)鍵的因素，面電荷密度是負(fù)的10的12次方，我們可以看到，VOC、開壓和IOC均獲得提升！這個(gè)地方可以看到空穴的濃度是非常高的，在這個(gè)地方特別是在截面處，實(shí)際上有利于空穴的輸運(yùn)，沒有面電荷密度的時(shí)候這樣一個(gè)平均的水平，但是如果有正的面電荷密度的時(shí)候，這個(gè)地方空穴的濃度會(huì)下降下來(lái)，實(shí)際上Voc降低并不是非常大，但是主要是降低的是短路電流這樣的因素。

　　所以在做局部點(diǎn)接觸的時(shí)候，無(wú)論是用激光開孔還是劃線，做上去以后，可以看到這個(gè)地方形成了一個(gè)非常好的背場(chǎng)，背場(chǎng)很厚，這樣沒有Shunt，但是如果做上去以后，在這個(gè)地方形成這樣的情況；特別是在這個(gè)邊緣處并沒有形成這樣一個(gè)背表面場(chǎng)，這樣形成了特別是有場(chǎng)鈍化的情況下，這個(gè)地方是一個(gè)極大的漏電通道，這樣做下去，電池的效率雖然鈍化做的好，但是由于Shunt的存在，整個(gè)電壓還有但路電流提不上去，反而會(huì)下來(lái)。這是上面的綜合影響進(jìn)一步的就是要提高PERC電池的效率，如果把電池的電阻率下來(lái)以后，把空穴輸運(yùn)的問題就解決了，但是另外一些次要的問題上升為主要的問題，包括金屬化、背表面的復(fù)合、襯底的負(fù)荷等。背表面如果改善激光LFC工藝，特別是減少LFC這個(gè)地方的復(fù)合，因?yàn)榧す獯蛏先ヒ院?，中間一塊打掉但是周圍還是有一個(gè)很寬的損傷層，那個(gè)很寬的損傷層是非常嚴(yán)重的復(fù)合中心；如果把這個(gè)地方的問題解決，再加上非常好的背面鈍化，在用好的漿料和好的襯底，前表面用了現(xiàn)有的技術(shù)，實(shí)際上整個(gè)PERC電池效率就有極大的提升。如果說(shuō)PERC電池到了今天的程度，下面再改善前表面的金屬化，對(duì)發(fā)射極進(jìn)行優(yōu)化，再改善它的表面鈍化，再使用高等的硅材料，再改變接觸，最后多總線的設(shè)計(jì)，整個(gè)的效率我相信PERC電池未來(lái)幾年達(dá)到22.5%以上，是不成問題的，最后謝謝各位。順便我們提供完事的測(cè)試分析、模擬仿真和工藝優(yōu)化服務(wù)，如果有需要這樣服務(wù)的，請(qǐng)聯(lián)系我們。

中國(guó)科學(xué)院微電子研究所研究員賈銳博士

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