3 基于低成本工业技术制备高效IBC电池-冯志强.pdf

此页为固定封面页，图片不可更换，字体请反白使用，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整。 冯志强 博士 常州天合光能有限公司 光伏科学不技术国家重点实验室 2017年 4月 16日 高效光伏产品技术及设备应用研讨会 基于低成本工业技术制备高效 IBC电池 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 2 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 天合光能 IBC电池项目组 左图是天合光能与注于 IBC电池的研发团队； IBC电池的研发工作已经持续了超过五年； 这个过程中最有趣的的挑战是不大阪产业大学合作 ， 制作了太阳能电池赛车 “OSU -Model S” Champion car of Suzuka race in 2015 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 3 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 为何选择 IBC电池作为研发方向 优点 : 正面无遮光 外观更漂亮， Jsc潜力更大 正面可以采用很高方阻的扩散工艺以降低 J0 Voc潜力更大 设计金属栅线图样时无需考虑遮光 FF潜力更大 组件制作更简单 正负电极都在电池背面 缺点 : 工艺流程长，需要很好地污染控制 对硅片质量要求高 在正表面附近产生的载流子需要扩散到背面才能被收集 电池效率高，但是工艺较复杂 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 4 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 IBC电池研发进展一览 Company/Institute Wafer size Cell type Key technologies Maximum Efficiency Reported year Kaneka 180cm2 HIBC 丌详 26.3% 2016 SunPower 5” IBC 电镀 25.2% 2015 Sharp 5” or 4cm2 HIBC 丝网印刷 25.1% 2014 Panasonic 5” or 4cm 2 HIBC 丝网印刷 25.6% 2014 ANU/Trina solar 4cm2 IBC 光刻 24.4% 2014 Fraunhofer ISE 4cm2 IBC 蒸镀 23.0% 2013 ISFH 5” IBC 蒸镀 23.1% 2013 iMEC 4cm2 IBC 蒸镀 23.3% 2013 Konstanz ISC 6” IBC 丝网印刷 21.3% 2012 Bosch 6” IBC 离子注入 22.1% 2013 Samsung 6” IBC 离子注入 22.4% 2012 天合光能 Trina Solar 6” IBC 丝网印刷和管式扩散 24.16% 2017 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 5 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 IBC电池工艺流程 1. 化学抛光去损伤 2. BBr3 管式扩散 3. 干氧生长掩膜 4. 丝网印刷 - 局部 BSF开孔 5. POCl3 管式扩散 6. 制绒 7. 双面钝化 8. 丝网印刷 - 局部接触开孔 9. 丝网印刷 - 金属化 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 6 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 天合光能 IBC中试线电池性能 由日本 JET提供的第三方测试报告 中试线平均效率达到 23%, 最高档位效率大于 23.2%； 采用业内最常用的 6” 硅片，以降低成本； 仅采用传统的设备和技术，例如丝网印刷和管式扩散，也是出于成本考虑； IBC中试线某批次电池效率分布 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 7 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 Jsc(mA/cm2) Voc (mV) FF (%) Eff. (%) 2015 42.0 680.9 80.4 23.0* 2016 42.1 689.9 80.9 23.5* 2017 42.2 702.9 81.33 24.16 持续提升的效率 背面接触孔图形的优化是天合光能 IBC电池效率丌断提升的关键； 接触孔区域的复合和接触电阻率的表征技术是接触孔图形优化的前提； 把表征技术不 3D数值模拟手段相结合，大大加快了天合光能高效电池研发迚程； * 通 过 日本 JET第三方 认证 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 8 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 05010 015 020 025 030 035 040 00 10 20 30 40J0fA/cm2C ont act ar ea r at i o % B oron di f fus i o nP ho s ph orus di ffu s i on表征手段 J0_contact和 R_contact 表征使用的样品采用不实际电池相同的接触孔开孔工艺，确保表征得到的 J0和接触电阻数据真实可靠； 准备丌同的接触孔面积占比的样品（左图），幵测试样品的总 J0, 从接触孔的面积比例计算接触区的 J0_contact; 准备如右图所示结构的样品，测试两个金属图样间的电阻。通过改变接触孔间距和数量，得到丌同的电阻。 然后通过数值模拟的方法提取出接触电阻率； J0_contact表征方法示意 图 R_contact表征方法示意 图 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 9 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 00.511.522.533.5T ota l /2 B S F p ass ivate dF S F B S F con tactE m itter pa ssivate d E m itter con tactB ul kPowerloss fromrecombination%23.0% effici ency cell 23.5% effici ency cell功率损失分析 -2015年 00 . 511 . 522 . 5T ota l /2 Hole bulkE l ectr on bulk E mitter sheetE mitter contact B S F she etB S F con tactPowerloss fromRs %23 .0% ef ficiency cell 23 .5% ef ficiency cell 2015年，通过减小 BSF区域和接触孔的尺寸，幵重新设计背面接触孔图形，将电池效率从 23.0%提升至 23.5% BSF区域的复合损失得到很大改善，所以 Voc提升了近 10mV 空穴在基体中和电子在薄层中传输的电阻损失也得到了改善，所以 FF提升了 0.5% 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 10 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 00. 20 . 40. 60 . 811 . 21 . 41 . 61 . 8T ota l /2 Hole bulkE l ectr on bulk E mitter sheetE mitter contact B S F she etB S F con tactPowerloss fromRs %00.511.522.53T ota l /2 B S F p ass ivate dF S F B S F con tactE m itter pa ssivate d E m itter con tactB ul kPowerloss fromrecombination%23.5% effici ency cell 24.1% effici ency cell功率损失分析 -2016年 在 2016年，迚一步改善发射极结构，电池效率提升了 0.5% 发射极采用高方阻工艺， J0 从 25fA/cm2降低到 10fA/cm2以下，结合前表面场的优化， Voc的提升大于 10mV 接触电阻从 2mohm*cm2降低到 0.7mohm*cm2，填充提升了 0.25% 标题字体请使用品牌色，文本框内为推荐字号，具体根据使用情况可做调整 11 2016 Trina Solar. All rights reserved. CONFIDENTIAL. RGB 161 217 247 RGB 91 197 241 RGB 0 122 195 RGB 0 105 180 RGB 0 73 147 RGB 253 195 0 RGB 239 124 0 RGB 234 90 11 RGB 227 5 19 RGB 145 0 6 RGB 211 215 0 RGB 148 193 61 RGB 58 169 53 RGB 0 141 63 RGB 0 91 56 RGB 239 135 181 RGB 235 96 159 RGB 214 0 126 RGB 158 24 128 RGB 111 36 123 问题总结和未来展望 通过对功率损失分析可以看到，基体复合已经占主导地位，说明表面钝化质量已经达到了较高的水平； 除去体复合， BSF和接触区的复合损失占到总体复合的 85%以上，迚一步减小接触孔尺寸是未来发展方向； 载流子在基体和发射极薄层传输的串阻损失占绝对主导，要迚一步优化，需降低电池背面图样特征尺寸； 1. 网 板 和 丝网印刷 机 目前天合使用 的网 板 可以 定义的最小接触孔直径在 20um左右，这限制了接触孔面积占比的迚一步降低，使得 Voc提升 困难重重； 迚口 印刷机 重复精度在 15um，所以 BSF扩散区直径只能大于 50um，这也是限制 Voc提升 的 主要 原因 ； 而 国产印刷机的 重复精度还要 更低 ； 2. RCA清洗机 RCA清洗质量是决定 IBC电池最终良率的关键一 环 。 目前可以满足 IBC工艺需求的高端 装备 基本被德国和日本的供应商垄断，价格高昂。需要咱们自己的 供应商在 保持成本优势 的 前提下 ，提升 槽体材料质量， 优化 设备 结构， 改善设备运行的稳定性和 易 用 性。 3. 硅片 IBC电池的工艺特点决定了硅片会经历较多的高温过程。这个过程中 ， 浅 能级 杂质成为限制最终硅片体寿命的关键因素。 在 丌增加成本的基础上，尽量降低硅片 的 间隙氧含量 ， 需要 硅片厂商 的 大力 支持 。