碳中和光伏產(chǎn)業(yè)全面分析：電池TOPCon/HJT疊層鈣鈦礦，通威愛(ài)旭隆基

本篇講光伏中游電池，下篇講光伏中游組件

六、電池

27． 市場(chǎng)150 GW 900 億2021 年全國(guó)電池片產(chǎn)量 152 GW 912 億（0．6元／W）

28． 原理半導(dǎo)體光電特性

半導(dǎo)體摻入Ⅴ族元素（磷P砷As），V族元素相比Ⅳ族的外層電子多出一個(gè)，多出的電子能夠作為導(dǎo)電的來(lái)源，這種摻雜手段被稱為N（Negative）型摻雜
如果摻入Ⅲ族元素（如硼B(yǎng)氟化硼B(yǎng)F2），Ⅲ族元素相比Ⅳ族的外層電子少一個(gè)，這種缺少電子的空位被稱為空穴，空穴同樣能夠?qū)щ姡瑢?duì)應(yīng)的摻雜手段被稱為P（Positive）型摻雜

當(dāng)太陽(yáng)光照射在表面，PN結(jié)附近的電子吸收能量變?yōu)橐苿?dòng)的自由電子，同時(shí)在原來(lái)的位置形成空穴，當(dāng)連接電池正負(fù)極形成閉合回路時(shí)，自由電子受到內(nèi)電場(chǎng)的力從N區(qū)經(jīng)過(guò)導(dǎo)線向P區(qū)移動(dòng)，在外電路產(chǎn)生電流，詳細(xì)分析請(qǐng)參考半導(dǎo)體全面分析（一）兩大特性，三大政策，四大分類！

29． 技術(shù)路線Al－BSF→PERC→TOPCon／HJT→HBC／TBC→疊層鈣鈦礦／多帶隙／熱載流子

根據(jù)所用材料的不同，太陽(yáng)能電池可分為三大類

晶體硅太陽(yáng)能電池單晶硅、多晶硅薄膜太陽(yáng)能電池硅基薄膜、化合物類以及有機(jī)類新型太陽(yáng)能電池疊層、多帶隙、熱載流子

技術(shù)路線為 Al－BSF→PERC→TOPCon／HJT→HBC／TBC→疊層鈣鈦礦／多帶隙／熱載流子，下面一一介紹

30． Al－BSF制絨、擴(kuò)散、刻蝕、鍍膜、絲印、燒結(jié)、分選

基于光伏原理，提升光電轉(zhuǎn)換效率要降低光損失、減少電子空穴對(duì)復(fù)合

降低光損失光照射時(shí)，電池片正反面都會(huì)產(chǎn)生折射和反射，降低電池片反射率的工藝包括表面制絨、柵線遮光、制備雙層減反膜等

減少電子空穴對(duì)復(fù)合光伏利用少數(shù)載流子（電子／空穴）進(jìn)行工作，少數(shù)載流子壽命（少子從產(chǎn)生到復(fù)合的時(shí)間間隔）決定轉(zhuǎn)換效率，減少少子復(fù)合可以增加少子壽命，少子復(fù)合包括體復(fù)合和表面復(fù)合，減少少子復(fù)合的工藝包括正面鍍膜（同時(shí)減少體復(fù)合和表面復(fù)合）、鋁背場(chǎng)（減少背面復(fù)合）、鍍氧化鋁鈍化（減少背面復(fù)合）等

Al－BSF 鋁背場(chǎng)電池指在 PN 結(jié)制備完成后，在硅片的背光面沉積一層鋁膜，制備 P＋層的光伏電池，既可以減少少數(shù)載流子在背面復(fù)合的概率，也可以作為背面的金屬電極，包括制絨清洗、擴(kuò)散制結(jié)、刻蝕、制備減反射膜、印刷電極、燒結(jié)及自動(dòng)分選七道工序

制絨清洗利用硅的各向異性腐蝕，在每平方厘米硅表面形成幾百萬(wàn)個(gè)四面方錐體也即金字塔結(jié)構(gòu)，由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了電池的短路電流和轉(zhuǎn)換效率

擴(kuò)散制結(jié)太陽(yáng)能電池需要一個(gè)大面積的 PN 結(jié)以實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，擴(kuò)散爐即為制造太陽(yáng)能電池 PN 結(jié)的專用設(shè)備

去磷硅玻璃把硅片放在氫氟酸溶液中浸泡，使其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成可溶性的絡(luò)和物六氟硅酸，以去除擴(kuò)散制結(jié)后在硅片表面形成的一層磷硅玻璃

等離子刻蝕擴(kuò)散過(guò)程中硅片表面擴(kuò)散上磷，PN 結(jié)正面所收集到的電子會(huì)沿著邊緣擴(kuò)散有磷的區(qū)域流到 PN 結(jié)的背面造成短路，通常采用等離子刻蝕對(duì)太陽(yáng)能電池周邊的摻雜硅進(jìn)行刻蝕去除電池邊緣的 PN 結(jié)

鍍減反射膜為了減少表面反射，提高電池的轉(zhuǎn)換效率，采用 PECVD 設(shè)備沉積一層氮化硅減反射膜

絲網(wǎng)印刷采用絲網(wǎng)印刷機(jī)將預(yù)定圖形壓印在基板上，包括電池背面銀鋁漿印刷、電池背面鋁漿印刷、電池正面銀漿印刷

快速燒結(jié)燒結(jié)爐快速燒結(jié)，將有機(jī)樹(shù)脂粘合劑燃燒掉，剩下純粹由于玻璃質(zhì)作用而密合在硅片上的銀電極，當(dāng)銀電極和晶體硅在溫度達(dá)到共晶溫度時(shí)，晶體硅原子以一定的比例融入到熔融的銀電極材料中去，從而形成上下電極的歐姆接觸

自動(dòng)分選自動(dòng)分選機(jī)通過(guò)模擬太陽(yáng)光譜光源，對(duì)電池片的相關(guān)電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果將電池片進(jìn)行分類

31． PERC鍍膜開(kāi)槽，市占率 85％

Al－BSF（鋁背場(chǎng)電池）鋁背層紅外輻射光只有 60－70％ 能被反射，產(chǎn)生光電損失，PERC 發(fā)射極鈍化和背面接觸（Passivated Emitterand Rear Cell）在電池背面附上一層鈍化層（氧化鋁或氧化硅）產(chǎn)生更多反射光增加額外電流減少光電損失，如果背面不用鋁漿，改成局部鋁柵線，可以簡(jiǎn)單升級(jí)成雙面 PERC 結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到 75—85％

PERC 工藝增加兩道工序PECVD 沉積背面鈍化疊層（增強(qiáng)背面鈍化反射能力）、背面鈍化層激光開(kāi)槽（打通鈍化疊層形成電學(xué)通路）

光電轉(zhuǎn)換效率2021 年單晶 PERC 電池市占率達(dá)到 85％，隆基已可將 PERC 電池效率提升至 24．06％ 逼近理論極限效率 24．5％

32． N 型N－PERT 沒(méi)有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)

前文原理中提到 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體緊密結(jié)合后形成 P－N 結(jié)，但是實(shí)際中在工藝上難以實(shí)現(xiàn) P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體的直接結(jié)合，P 型硅片通常是在硅片端生產(chǎn)一片摻硼的硅片，然后通過(guò)擴(kuò)散爐給 P 型硅片的表面進(jìn)行擴(kuò)散摻入磷，從而形成 P－N 結(jié)，N 型則反之

N 型電池片轉(zhuǎn)換效率高于 P 型，主要原因是因?yàn)?P 型電池片與電子的結(jié)合能力更強(qiáng)，如果把電子比作蘿卜，空穴比作坑，則在 P 型硅片中坑很多，蘿卜少，所以每當(dāng)有電子流入正極很快就找到了坑，故而少子壽命低（復(fù)合速度快），而摻入磷的 N 型硅片體內(nèi)有大量的自由電子，坑少蘿卜多，此時(shí)則只能是來(lái)一個(gè)空穴占一個(gè)電子，其余電子則總處于自由激發(fā)態(tài)，少子壽命長(zhǎng)（復(fù)合速度慢）

N 型電池片工藝更為復(fù)雜，因?yàn)榱着c硅相溶性差，拉棒時(shí)磷分布不均，P型硅片摻硼元素，硼與硅分凝系數(shù)相當(dāng)，分散均勻度更容易控制，因此 P 型電池相對(duì)于 N 型電池在工藝上更為簡(jiǎn)單，成本也較低

N－PERT鈍化發(fā)射極背表面全擴(kuò)散電池（Passivated Emitter Rear Totally－diffused Cell）是一種全擴(kuò)散背場(chǎng)鈍化結(jié)構(gòu)，通常PN結(jié)在正面，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是最早的N型電池，是天然的雙面結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到80—95％，N－PERT 電池雖然實(shí)現(xiàn)了雙面發(fā)電，但效率提升有限，與 PERC 電池相比沒(méi)有性價(jià)比優(yōu)勢(shì) N－PERT 工藝增加正面硼擴(kuò)散爐擴(kuò)硼、背面離子注入機(jī)注入磷、背面 PECVD 鈍化疊層，減少了激光開(kāi)槽工藝

33． TOPCon擴(kuò)硼注磷鍍膜，原有產(chǎn)線改造

2013 年德國(guó) Fraunhofer 研究所 Frank Feldmann 博士提出 TOPCon 隧穿氧化層鈍化接觸電池（Tunnel Oxide Passivating Contacts Cell），正面與 N－PERT 相同，在 N 型硅片背面沉積一層薄氧化硅，然后再沉積一層磷摻雜多晶硅薄膜，實(shí)現(xiàn)背面鈍化接觸，使多子電子隧穿進(jìn)入多晶硅層同時(shí)阻擋少子空穴復(fù)合，進(jìn)而電子在多晶硅層橫向傳輸被金屬收集，降低金屬接觸復(fù)合電流，提升開(kāi)路電壓和短路電流，提升電池轉(zhuǎn)化效率，極限理論效率 28．7％

TOPCon 增加 3 道工藝正面硼擴(kuò)散爐擴(kuò)散硼、背面離子注入機(jī)注入磷、LPCVD／PECVD／PVD 沉積TOPCon 層