[00147430]新型高效准单晶电池

1、任务来源： 新型高效准单晶电池的研发属自选项目。 2、应用领域和技术原理： 在光伏技术日新月异的今天,高效率和低成本一直是光伏企业技术竞争的焦点。晶体硅太阳电池发展的几十年来,单晶一般采用直拉（CZ）制得,用特定晶向的单晶籽晶进行引晶,经过旋转提拉得到目标晶向的单晶硅棒,所得产品仅含一个晶粒,具有低缺陷、高转化效率等特点。目前,单晶硅电池规模化生产的转换效率已达到19﹪,但该方法对原料及操作要求高,且单次投料少,产品成本较高,电池衰减较大。然而,多晶铸锭主要采用定向凝固方法制得,单次投料量大,具有易操作、低成本等特点,电池片衰减比单晶硅片小很多,但在传统铸锭条件下,在铸锭多晶中往往含有大量晶界及缺陷,使得多晶硅太阳电池的转换效率较单晶硅电池约低1.5﹪～2.0﹪。 针对以上情况,我司利用原有多晶铸锭炉,通过工艺的优化升级,采用铸锭工艺生产出类似单晶甚至全单晶的产品,将单晶硅及多晶硅的优势合二为一。相较于多晶,准单晶硅片晶界少,位错密度低,所产出的电池转换效率高达18.20﹪。与单晶硅片相比,准单晶电池的光之衰减率低约2.18﹪,投炉料大,生产效率高,切片工艺简单,成本优势明显。生产铸锭效率接近单晶、成本仅为多晶的准单晶太阳电池。 以下是我司新型高效准单晶电池制造个阶段的主要技术原理： 1)准单晶铸锭 我司采用籽晶法铸锭生产准单晶硅锭,该技术通过调节热场及温度等参数,精确控制籽晶的表面融化状态和固液界面的稳定梯度,达到准单晶生长的要求。准单晶铸锭的主要操作步骤如下： （1）配料：采用理论计算与实际经验相结合的方法,准确电学参数合格,成本优势明显的铸锭硅料; （2）喷涂：利用免烧结材料喷涂,预防坩埚污染; （3）装料：合理籽晶安放,改良装料方法,提高准单晶品质; （4）化料：通过利用新型探测器精确控制晶种熔化位置引导晶体生长,提高准单晶成品率; （5）长晶：主要控制温度梯度和晶体生长速度等参数; （6）退火、冷却：高温退火减少位错和应力; 2)硅片加工 硅片加工与普通多晶硅片的加工程序相同,有如下工序：开方、磨面、倒角、粘胶、切片。 但由于准单晶方锭的外围有少量晶花存在,所以粘胶时,将硅锭的外围作为进刀面切割,调整切割工艺,减小进刀面,加大钢线切割速度;对于同一准单晶方锭开出来的25根硅锭,先试切割一刀来大概确定该方锭的有效高度,便于后续切割;此外,为防止意外情况的发生,减小损失,通常将准单晶方锭的头部放于收线端,尾部放于放线端切割。 3)电池芯片制作 准单晶电池芯片与单晶工艺基本一致,在原有单晶电池芯片制作的工艺基础之上微调即可,主要步骤有：清洗/制绒、扩散、PECVD镀减反膜、前后电极制备、成品检验分档。具体生产工艺如下： （1）清洗/制绒：晶花＜10﹪的硅片清洗制绒时间加长,10﹪≤晶花≤25﹪的硅片采用碱清洗制绒法; （2）扩散：重扩除杂,延长扩散时间,加大磷源流量,减小晶界处复合和杂质; （3）PECVD：延长PECVD时间,同时调整炉内压力,达到镀膜均匀的目的; （4）丝网印刷：由于准单晶晶界的存在,故横向导电弱,需增加导电栅线条数,一般准单晶太阳电池的栅线条数为71根或以上; （5）烧结：因准单晶晶界的存在,接触电阻较大,通常需适量提高烧结温 度,以形成良好的金属绝缘层半导体; 3、性能指标 1)“两高两低”高功率、高利用率、低成本、低衰减率： 高功率：实际量产的准单晶太阳电池最高功率可达4.43W（18.20﹪）;高利用率：硅锭两端的头尾料可用做多晶硅片;低成本：加工成本（铸锭、切片、电池制造）可控制到2.18元/瓦;低衰减率：其衰减率仅为2.18﹪; 2)准单晶硅片产出率高：晶花＜10﹪的准单晶硅片产出率均在80﹪以上; 3)量产中高效稳定：批量生产功率范围在4.30W～4.40W之间,转化效率17.80﹪左右; 4)可生产高效准单晶电池组件：实现组件最高功率可达260W; 4、成果的创造性、先进性 准单晶不仅是高效硅片的一种可行性方式,同时也是多晶铸锭生产企业降低成本的一个途径。 在电池组件的利用率上,直拉单晶硅的硅棒呈圆柱状,制作的光伏电池片需将四周切掉,组成的电池组件成品率为50﹪左右。相比较而言,准单晶硅铸锭为方形铸锭,制作电池片的切片也是直角方形,组成的电池组件成品率约为65﹪。 从太阳电池总成本上考虑,在硅原料、切片、电池生产及组件等其他成本一定的前提下,整个生产链的成本可因准单晶铸锭技术降低10﹪以上。 故在能控制好准单晶太阳电池生产工艺的条件下,准单晶太阳电池的研发及商业化量产的成功,为传统的晶体硅太阳电池产业注入了新的力量,为未来光伏产业的树立了新的里程碑。