德国弗劳恩霍夫物理学博士Dirk-Holger NEUHAUS：PERC电池发展与组件技术发展趋势

第十三届（2019）国际太阳能光伏与智慧能源（上海）论坛在沪火热进行中。6月4日光伏前沿技术主题论坛上，来自德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究所的物理学博士Dirk-Holger NEUHAUS带来了PERC电池发展与组件技术发展趋势分析。

以下为发言实录：

Dirk-Holger NEUHAUS：各位早上好！

今天我主要讲的是高效的硅太阳能电池和组件。我也会说到在工艺以及设备方面的情况，我选择这个话题，其实是想要强调我们设备的重要性，尤其在推动创新方面设备的重要性。我的演讲中第一部分会有一些市场的数据，是前面讲者已经提到过的，所以我们会讲讲当前市场的现状以及现在的技术，以及未来的技术趋势，同时跟大家讲讲PERC电池的发展，它的一些背景，以及为什么PERC电池变得越来越成功。另外在PERC电池之后，后续我们会有怎么样的技术方向，同时我们也会讲到很多组件的技术，也会给大家做一些介绍，包括未来这个领域组件方面技术发展的趋势。

这张图前面大家看到过了，这个是很令人印象深刻的，尤其是在蓝色这一部分，这一部分是我们的铝背面电池的技术，这在过去十年中一直保持主导的地位。橘黄色的部分是PERC的电池，还有一部分是PERL和PERT，主要是PERC的技术。这部分也是成为了主流的技术，我们也会看到有些小众的市场，包括异质结、IBC的技术，它是小众的市场，但是还是在稳定的增长和发展，所以未来也有很大的潜力。这将会变成主流，现在PERC日益赶上，大家都会问为什么？我们这边有众多概念，有一个概念成功，另外一个概念可能就不成功，为什么这样子？我觉得是三方面，和其他相比，PERC非常简单，有点像铝BSF技术，投资比较小，失效的风险比较低，所有的加工过程和铝BSF加工过程差不多。BSF里面也参与所有的这些，铝BSF技术是过去的趋势，所有的设备等等都可以继续使用，所以说PERC为什么能够成功，因为这是个新技术，它能利用老技术设备。

再看另外一点，我们讲到硅晶模块，电池效率不断上升。看这张图，过去几年效率的曲线图，从0.5到0.6，每年绝对效率得以提升。铝BSF技术已经到20%，到顶了，你想继续改进效率，需要新材料，之后就来了PERC，它高达24%，下一个是什么呢？我们就要去研究，很可能就是新的接触方法，我们还要继续研究。

PERC有什么特点呢？未来将会是钝化接触。右侧的图是正常的铝BSF，需要对它进行一定的改性，达到底部的PERC太阳能电池。这里面有不同创新想法，有的已经存在了很长时间，使得结构能够得以应用。首先PERC这个概念很早提出来了，20年前就提出来了PERC的概念。概念很早就有了，当然生产的工艺特别复杂，所以另外一点非常重要，就是创新，使这个工艺能够不断提升。比如说这边有激光的加工，得以使工具进行钝化，然后是多晶硅，还有氧化铝，另外一方面，我们很早观测到在背侧中间层可以反射光，光驻留，所以后面做得好，前面有一个选择性发射概念。以前都是磷、玻璃、激光掺杂等等，这些都是很多新技术，以前老技术要40个工序才能做成，因为新技术的发展，现在有8-10个工艺流程就能制造。

这概念存在了很多年，必须有设备才能生产这样的新技术产品，没有设备的开发，这个技术就无法成功生产，PERC电池就无法制造。这里面我展示了三个最重要的内容，一个是单面蚀刻，PERC后面抛光非常必要。它现在没有硝酸，而且现在做的比较好的是施密特和德国的公司，现在工装也比较大，他们做研发做的非常好，通过一侧就可以制造晶片，就使得它能够成功。第二点是钝化，要进行氧化，以前特别贵，现在开发了直接或远程PECVD，把这些元素进行钝化。一些公司大型的工具，一小时可以生产3000张硅片。第三是激光开口，涉及到发射器和接口，使用激光进行加工。

在这里我把序列再给大家看一下，这是加工序列，这是铝BSF的结构，左侧展示的是五大步骤，也非常简单。而在右侧就是额外要进行改性，比如说第三步，就是边缘隔离，有一个工具来进行处理这一点，选择性技术处理。第四进行后钝化，瓦斯烧制等等，也有公司使用再生技术，使后面更加稳定。工艺对比，右侧展示的是背侧额外加了几个步骤，有一个选择性，发射器，而且这个是用磷玻璃就能进行生产，很简单就把原来铝BSF的技术用在PERC生产上。左边的技术用了20年了，右侧WTIC非常复杂，因为本身生产都有难度。

PERC有其优势，如右侧所示，大家看到内部的量子效率，虚线和实线，看到电流在前面改进，用了一个选择性发射器，也用了这个吸收，在后侧减少光驻留、光捕获。这个就带来了非常高的电流，大家也可以看到，电压方面也有改进。它用了这样一个选择性发射器，把后侧也进行优化，所以前面的组合更简单，系统变得更强大，电子发射器和选择性发射器负荷减少，就出现了非常好的稳定电压。

再讲生产，我从Solarworld借鉴了一些数据，大家看到生产，曲线左侧基本上是铝BSF的水平，慢慢改进，改进的程度、效率就到顶了。再看2012年的时候，当时我们还是使用PERC，效率有了陡增，而且还能够继续提升，这是非常了不起的。所以说当时PERC做了第一个试点，使用了热氧化铝蒸发，当时一小时能生产4000个晶片，这时产量相对比较低。后来有了新的解决方案更容易，它们的结构没变，到2012年我们引入了PERC进行大批量生产，有单晶硅，Q-Cells公司也在进行单晶硅实验生产，这些技术基本上来自于同样一个研究所。所以说2012年不用做试点了，我们就用新的工艺。比如说真正的钝化，使用了PECVD，光开口，就LCO技术，也用了网板印刷，进行处理。大家都说，当时说PERC挺好的，我们也用了，说效率要达到20%就够了，是不是要继续开发？有没有必要？后来2015年就发布了PERC路线图，这个对工业太阳能电板进行定性，进行了模拟。我们看到，通过努力我们可以使它效率达到24%。2015年有一家公司就引入了双面PERC解决方案，以前见过，现在变得越来越主流，这个一调整，整个把它前后覆盖，然后把铝变成网格，进行后部钝化，进行厚度控制，然后是玻璃对玻璃，就可以获得背后额外的电流。

这就是一个路线图，前面提到过，这是一个非常重要的路线图。这就告诉我们我们路走对了，我们做了计算的时候，我们发现，电池的开发有不同技术，我们就关注了PERC这个技术，一家公司找对方向才能成功。

我们来看这些不同的内容，哪个才能改变未来，不能够太过于先进，我们要看不同策略方法的优点，然后选择了一条路。这条路它的斜率最高，可以达到最高的效率，这就需要进一步优化发射器，使用激光掺杂，蚀刻，后侧要进行更好的处理，我们需要改进材料，然后需要再生技术，然后从线接触到点层接触，再由金属化，多线设计等等。任何一家公司路线图都会去考量这些内容，当时我们就说咱们把这些要素放到模块当中，使用模块技术，使用多线技术，最后我们就能够达到非常高的功率，我们的确要走这条路，向这个方向迈进。

现实当中我们看到那条试行线，我们就想一步步来，向上推进。比如说2018年这个试点运营就停了，但是我们落实了很多内容。其实大家都在研究这些方向，这些要点，然后比如说从均质发射器到钝化发射器，从300微米到130微米线宽。这个让我们的发射器可以更好，这样我们的细栅数量就增加。通过正确使用数据，我们可以达到124的细栅，这是一开始我们都没有想象到的。

另外我们看到对于再生和规定方面，我们也需要能够有更多的提升空间，通过优化，但是要想到如何避免衰退。再过去一些年，我们已经采取了很多的措施，我们能够达到比较高的效率，所以这个也就是说23.2的得到实测定的数据。

我们刚刚讲到了PERC电池，包括双面的PERC，我们有这样的想法，是在2013年的时候想到的。现在我们也是希望能够把它推广，通过我们的产线进行实现，这其实是结合了不同的，包括电池片的技术和组件的技术。同时，通过这样的一些总结给我们带来真正的实际效果，也会给我们额外的5%-20%的增益，这当然是要取决于具体支架的高度、间距、反射率和双面率，这样可以得到不同的增益。

接下来在我们PERC电池发展之后有什么样的方向？当然我们对于PERC这块还有改善的空间，尤其是在钝化接触这方面，我们的多晶硅其实已经是存在很长的时间，已经有较久的历史了。其实在1985年的时候，就有了多晶硅，在1990年的时候，就对IBC电池使用了多晶硅的发射机，在2013年又实现了23.7%，差不多24%的水平，是隧道氧化成钝化接触的技术。

在这个上面看到我们的隧道氧化层钝化的接触，隧道氧化层，包括界面的钝化，还有氰化缺陷的钝化，就像这个结构上看到差不多是15微秒的时间，所以是非常成功。现在已经是在太阳能系统上使用了，不只说钝化的质量，以及我们的表面接触质量都是非常好。即便是在高的电压下面，我们可以看到它的好的表现，所以这就表明这是一个好的材料。

这里就不非常详细介绍了，但是我想强调的一点是，这是我们的针孔传输，或者是针孔的运输，是类似于传统的局部接触，在这张图上可以看到我们的N型的单晶硅25.8，N型的多晶硅22.3，N型的多晶硅在100平方厘米的面积下是24.5。

这是我们过去一些年效率提升的曲线，从2013-2019年效率提升的曲线，还包括工业化的产品效率曲线，这个方面虽然已经取得很好的成绩，但是还是需要有更多的改进。还包括选择性的接触，就是在正面和背面选择性的接触，这个是很重要的。

这上面还是我们的隧道氧化层的钝化接触，是非常复杂。如何从我们现有的PERC产线上进行升级呢？我们就需要，比如说从材料的，从正面以及背面的，包括我们的扩散，还有硼扩散，我们需要隧道氧化层，这样整个的结构就会变得非常复杂。

在设备层来讲，我们也是需要不断去推动设备的发展，很好的一点是，包括开路电压，以及填充的因素，这些在我们内部所做的对比和研究。具体是要看相应的配置，我觉得目前还没有完全做好这样的一些设备准备，最终我们相信能够有更多的设备优化，在我们组件的技术方面。

我们刚刚说到了电池片效率的发展，我们也想从组件的层面来看，比如说全切和半切的电池片，到电阻连接器的损耗。还有屏的带状到线的互联，到电阻细栅的损耗和光线，以及叠瓦到连接器的损耗和母线的遮挡。我们组件想要减少它的光学和电器的损耗，同时也是希望使电池片更小，细格也是在这上面给出了宽度，以及电池片的参数。

我们可以使用叠瓦组件钝化边缘，还有半切的电池片跟6条线进行互联，这个是没有边缘钝化的，这是可以得到最好的组件效率。组件的功率可以是半切电池片跟6条线进行互联，而没有边缘钝化，这样的话我们功率的增益是可以22.25瓦。在一开始的时候，我们想说的是在电池技术方面大家非常关注，但是我们组件的技术方面有很多的一些隐性冠军，可能大家忽略掉的。包括刚才说到的半切电池片，这些技术可以帮助我们提升电池的效率，从而可以对我们的组件带来好处。

电池的切片技术，这还包括相应的设备，这有叠瓦的工具，这是传戒的TT2A00的工具，这个工具是SWCT，也是智能线连接的一项技术，是低温焊接的，可以有8到24条线。

这就是给大家做的介绍，谢谢。

Armin ABERLE：非常感谢您的介绍，帮我们来介绍了发展的现状，以及未来的趋势，也是给我们介绍了20年的发展态势。大家有什么问题吗？

提问：我们也看到了氢能这一块。

Dirk-Holger NEUHAUS：其实我刚刚主要讲的是PERC，我想说的是PERC在未来，我们希望还有进一步的优化，但是工艺会变得越来越复杂，还是有进步改善的空间。对于硅制异质结可以有很高的效率，但是可能在初始的投资和成本方面要考虑的，这个是效率的角度来讲。或许我们两个方向都可以进行发展，也就是说两个技术是可以结合使用的，其他的方面都是差不多。

提问：非常感谢，我有一个问题，是关于互联的，也就是互联的技术。目前来讲你可能是比较推荐叠瓦还是多层的技术，你觉得哪个更好一点？

Dirk-Holger NEUHAUS：如果说想要有一个很高的组件功率，可能会选半切的半片电池，如果想要最高的效率，你可以选择叠瓦的技术。

提问：我有一个问题关于技术，我们隧道氧化层，知道IPECVD已经有在使用了，PECVD也是很快跟进，对于这个技术您怎么样的建议？

Dirk-Holger NEUHAUS：现在已经是有不错的发展了，我觉得PECVD更好，我在这块已经有20年的经验了，所以不错的。

（发言根据速记整理，未经本人审核）