1、概述
近年來(lái)單晶技術(shù)的多項(xiàng)進(jìn)步（切割及高效電池）使得成本大為降低，對(duì)以性價(jià)比優(yōu)勢(shì)主導(dǎo)市場(chǎng)的多晶產(chǎn)品構(gòu)成了壓力。
晶體硅采用電鍍金剛線或樹(shù)脂金剛線進(jìn)行切割的，其優(yōu)點(diǎn)為表面損傷少、潔凈度高、幾何參數(shù)優(yōu)、機(jī)械不良率低等特點(diǎn)，切割過(guò)程環(huán)保等。金剛線切片具備成本優(yōu)勢(shì)：①切縫損失小，硅料利用率高，單公斤出片數(shù)可以達(dá)到53片以上。②單片金剛線消耗低于砂漿消耗成本及產(chǎn)能高能夠降低折舊費(fèi)用。金剛線加工最主要的優(yōu)勢(shì)為切割效率可提升20%-40%，切割成本可降低15-20%；按照當(dāng)前的硅料及硅片價(jià)格，金剛線切割多晶的成本較砂漿加工，單片成本約降低0.3-0.4元。
行業(yè)樹(shù)脂金剛線多晶小規(guī)模量產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示合格率可以達(dá)到95%左右，切割工藝較為穩(wěn)定。樹(shù)脂金剛線切割已經(jīng)逐步解決了斷線、切割臺(tái)速低、碎片率高等問(wèn)題。
金剛線切多晶硅片由于表面損傷層淺使用常規(guī)酸制絨反射率高達(dá)40%以上，轉(zhuǎn)化效率低等問(wèn)題。黑硅技術(shù)可以解決硅片的絨面難題，并大幅提升電池端轉(zhuǎn)化效率。ITRPV機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)2016年金剛線硅片比例：多晶由2015年5%到2016年增加至10%；單晶由2015年35%到2016年增加至50%。金剛線切片市場(chǎng)前景廣闊。
2、高效電池的路線
高效電池需要克服的問(wèn)題：（1）增大捕獲入射光的吸收；（2）減少光生少子在體內(nèi)、表面的復(fù)合；（3）減少電極接觸電阻；
方面1：光在硅中的吸收深度如圖1所示，短波主要在硅電池上表面1μm深度內(nèi)吸收，長(zhǎng)波則能穿透更深的距離。黑硅及背鈍化技術(shù)可以提升硅電池的短波及長(zhǎng)波吸收，提升量子效率。
方面2：體復(fù)合和表面復(fù)合都是重要的，背鈍化主要為降低背面復(fù)合速率提升少子壽命及開(kāi)路電壓。
方面3：減小正面電極的電阻損耗往往需要和減小正面電極的遮光面積之間進(jìn)行平衡。其中在工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最成熟的是多主柵及密柵電池技術(shù)。
本文結(jié)合黑硅的表面狀態(tài)及背鈍化技術(shù)進(jìn)行分析，探討組件功率提升的完全商業(yè)可行的技術(shù)。
2.1黑硅技術(shù)簡(jiǎn)介
造成常規(guī)多晶效率低于單晶效率主要為多晶酸制絨在（300-450nm）的反射率較高，如何才能降低這部分的損失？
將材料表面加工成介于微米-納米級(jí)的微孔即可有效降低硅反射率從而提高短波的光吸收[1-5]。黑硅電池，核心是通過(guò)刻蝕技術(shù)，一方面在常規(guī)硅片表面制絨的基礎(chǔ)上形成納米級(jí)的小絨面，從而加大陷光的效果降低反射率，增加對(duì)光的吸收；另一方面，通過(guò)二次刻蝕來(lái)降低表面復(fù)合，從而將常規(guī)電池的轉(zhuǎn)換效率絕對(duì)值提高。
主流黑硅技術(shù)為干法制絨的離子反應(yīng)法（ReactiveIonEtching，RIE）及濕法制絨的金屬催化化學(xué)腐蝕法（metalCatalyzedChemicalEtching，MCCE），干法黑硅設(shè)備以常州比太科技為主，濕法黑硅設(shè)備以阿特斯和尚德以自我改造為主。
干法黑硅與濕法黑硅的差別：干法黑硅屬于單面制備，濕法為兩面制備；前者受設(shè)備參數(shù)影響較大，后者受硅片質(zhì)量及工藝條件影響較大。
黑硅技術(shù)可以將制絨后反射率做的很低，但是需要平衡載流子復(fù)合及鈍化才能能實(shí)現(xiàn)效率的有效提升。
行業(yè)內(nèi)常規(guī)電池效率疊加黑硅技術(shù)電池轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到18.9-19.0%，組件功率可以達(dá)到270W功率檔。
2.2背鈍化技術(shù)簡(jiǎn)介
鈍化發(fā)射區(qū)背面（Passivatedemitterrearcontact，PERC）技術(shù)，通過(guò)在電池的背面添加一個(gè)電介質(zhì)鈍化層來(lái)提高電池的轉(zhuǎn)換效率。該技術(shù)在常規(guī)電池的背表面制備SiO2、Al2O3、SiNx鈍化膜，將p-n結(jié)間的電勢(shì)差最大化，這就可以使電流更加穩(wěn)定，降低了電子的復(fù)合，從而提升電池效率。
Al2O3薄膜具有極低的界面缺陷和較高的固定負(fù)電荷密度，能夠提供良好的表面鈍化效果；鍍膜或進(jìn)行激光開(kāi)槽，使光生電流通過(guò)該窗口被背面鋁層收集[6-10]。
背面疊層結(jié)構(gòu)材料折射率為硅3.9，氮化硅2.1，氧化鋁1.6；背面的疊層結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)：
①光從光密到光疏介質(zhì)時(shí)在一定角度都可以形成全反射，增大光反射的幾率。
②PREC結(jié)構(gòu)中間多一層疊層膜，增加紅光吸收減少穿透損失。
目前PERC電池的制備以P或N型單晶硅為主，對(duì)硅片襯底的電阻率和少子壽命提出了更高的要求。一般要求少子壽命高于100us。其光致衰減（LID）與普通單晶硅電池?zé)o明顯差別，如果采用摻鎵（Ga）技術(shù)，能夠進(jìn)一步降低LID效應(yīng)。
PERC技術(shù)在2014年開(kāi)始成熟，多晶硅電池可提升轉(zhuǎn)化效率0.5%，單晶硅電池可提升1%。預(yù)計(jì)2018年P(guān)ERC電池將占晶硅太陽(yáng)電池總產(chǎn)能的30%以上。
2.3效率提升瓶頸
黑硅以其極低的反射率為制造高效太陽(yáng)能電池提供了可能性，但在制備過(guò)程中會(huì)引入的大量表面缺陷并在硅表面形成表面態(tài)密度，作為復(fù)合中心導(dǎo)致載流子壽命大大減小[3-4]。因此，黑硅太陽(yáng)能電池的制造過(guò)程，有效的表面鈍化不可或缺。
2.3.1前表面鈍化
目前主流多晶的擴(kuò)散均使用淺結(jié)高方阻工藝，結(jié)深為0.3μm左右；PN結(jié)區(qū)產(chǎn)生的載流子經(jīng)過(guò)相對(duì)較長(zhǎng)的距離才能被電極收集到。黑硅絨面腐蝕坑的深度及開(kāi)口大小會(huì)對(duì)載流子橫向輸運(yùn)造成影響；
前表面結(jié)合二氧化硅及氮化硅膜，界面態(tài)密度降低至1-2×1012/cm2量級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)良好的鈍化效果。行業(yè)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為開(kāi)孔寬度在400±50nm，深度在180±50nm適合電池效率的提升。
2.3.2背表面鈍化
根據(jù)復(fù)合理論，復(fù)合率越高少子擴(kuò)散長(zhǎng)度越短，開(kāi)路電壓也就越低。良好的背面鈍化效果有益于提升電參的開(kāi)壓、短路電流及填充因子，進(jìn)而提升電池轉(zhuǎn)化效率。
目前的鋁背面場(chǎng)可以提供一定的場(chǎng)鈍化效果，但Al作為受主雜質(zhì)在硅材料內(nèi)部的固溶度較低，鋁背場(chǎng)提供的場(chǎng)鈍化效果比較弱。AlOx/SiNx鈍化薄膜，一方面AlOx薄膜內(nèi)部的固定負(fù)電荷密度較高，能夠提供較強(qiáng)的場(chǎng)鈍化能力；另一方面，在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中，AlOx與P型硅基片界面能夠形成一層1~2nm厚的SiOx層，起到介質(zhì)鈍化的作用。AlOx/SiNx疊層薄膜能夠?qū)⑸贁?shù)載流子的表面復(fù)合速率降低到10cm/s。
對(duì)于P型基底高效電池結(jié)構(gòu)，如PERC、PERL、PERT、LFC等都是以背面AlOx/SiNx疊層鈍化薄膜為基礎(chǔ)。背面鍍完膜后進(jìn)行局部的激光剝離出硅基片和背面鋁層的接觸窗口，背面的光生電流通過(guò)該窗口被背面鋁層收集。目前PERC電池技術(shù)已經(jīng)成為熱門的高效量產(chǎn)技術(shù)。
存在的問(wèn)題：背鈍化技術(shù)在多晶應(yīng)用上的困境為主流P型硅的硼氧復(fù)合對(duì)導(dǎo)致的光致衰減比較大。有些設(shè)備廠家正在著手從設(shè)備設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)降低P型多晶的衰減。
2.3.3技術(shù)匹配
由于金剛線切割硅片損傷層一般小于5微米，優(yōu)于砂漿切片的損傷[11-12]；裸片測(cè)試少子壽命＞1.4μs，普通砂漿片少子壽命＞1.2μs；由于損傷層的不同，金剛線濕法黑硅的工藝需考慮電學(xué)及光學(xué)的性能，最終實(shí)現(xiàn)效率提升[13]。
背鈍化技術(shù)能鈍化黑硅的表面[9-10]，行業(yè)內(nèi)金剛線加工多晶硅片在黑硅及背鈍化技術(shù)的結(jié)合下可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)效率突破20%，60片規(guī)格組件功率可以達(dá)到285W，可以滿足領(lǐng)跑者認(rèn)證計(jì)劃的效率目標(biāo)。
根據(jù)界面態(tài)缺陷導(dǎo)致的載流子復(fù)合，我們認(rèn)為濕法黑硅在硅片背面拋光，例如通過(guò)刻蝕深度及少子壽命優(yōu)化，然后進(jìn)行氧化鋁及氮化硅的復(fù)合鈍化，其與干法相比的效率差異會(huì)縮小。隨著黑硅工藝的推廣，金剛線切多晶硅片的比例將逐步增加。
3、小結(jié)
多晶硅片在金剛線切割+黑硅技術(shù)+背鈍化技術(shù)的匹配下，優(yōu)越的光吸收帶來(lái)電流增益，良好的鈍化實(shí)現(xiàn)開(kāi)壓提升，最終實(shí)現(xiàn)"1+1>2"的效果。
多晶電池效率可以突破20%，60片組件功率達(dá)到285W；制造商為了維持稼動(dòng)率并取得較佳的利潤(rùn)，會(huì)更加重視高效市場(chǎng)的需求，也會(huì)持續(xù)發(fā)展PERC、黑硅等技術(shù)。高效技術(shù)的結(jié)合促進(jìn)光伏發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)，擴(kuò)大市場(chǎng)占有量的目的。
