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素材来源：王文静在“支撑光伏领跑者计划的高效电池及组件技术研讨会”的演讲，转载请注明来源 这个实际上是相当于综述性的一个报告，总结整体一下这几年以来，一直到今年6月份左右的欧洲光伏会上的N型电池池技术性情况，太阳电池最新技术路线，基本上是围绕着钝化来做的，钝化有两种，一种就是说前表面和后表面都做钝化，但是现在进一步发展到接触电极它也给钝化了，原来电极是接触的，但是其他电极周围的地方，是做钝化，但是现在新的发展，欧洲最新的技术路线是把电极也都做钝化，前电极做钝化，包括它黑晶硅，也就是电极跟半导体之间不接触，它就像本能非晶硅的这种一层夹层，夹在电极和晶体硅之间，那么这就是HIT，还有一些氧化层的夹层，置备在电极和半导体之间，就是塞昂的Triex技术，背面也在做技术的进步，比如说在非晶硅，它的背表面的金属面积和半导体之间，那就是HIT，然后把氧化层插在背表面电极和半导体之间，比如说塞昂的技术，就氧化，（1：20：44）的这种技术，还有TopCon的技术，最新出了一个叫POLO，或者叫PERPoly，这个我们下面会解释，当然置备的这些夹层的技术，包括很多种，比如说早年的时候，基本都包括PEVCD，后来就包括现在最新出来的是LPVCD，就是低压的TVD。
我再稍微介绍一下为什么做电极？金属电极也要给他做钝化，那么到现在为止，我们实际上在产业上，金属电极之外的地方，都在做钝化，比如说POLO电池，实际上是在金属背表面金属电池之外，做了钝化，但是金属电极本身的负荷很厉害，这是一个不同的材料，这个和半导体的表面，负荷电流的一个研究结果，金属和半导体接触负荷电流是多少呢？是4000个FA，叫费安/平方厘米，就是说这是4000，这个值是很大的，如果用其他钝化技术做膜以后，100多，200多，也就这个数量极，所以从这来看，它的金属和半导体接触表面负荷非常厉害，所以人们就尽量想着在金属和半导体之间，要给它隔绝开来。这个隔绝开来是对现在的一个技术，在PERC电池，咱们现在大规模量产的被表面都是金属，然后PERC电池都是金属之外，背表面把金属的面积缩得越来越小。比如说这块是用三氧化二铝和氮化硅，这就属于PERC电池的概念。但是PERC出现，优点是做背表面钝化以后，它有了一个明显的效率的提高，负荷下降了。但是它有明显的缺点，两个缺点，一个就是仍就有一些金属，不管是正表面还是背面，仍旧有金属作为接触。刚才我们上一张片子就是说金属和半导体接触以后，它负荷速率非常高，这是第一个缺点。第二个缺点，因为背表面是点接触，造成很大的载流子疏运距离的加强，比如说原来它在这个方面，不如背场，全背场载流子从正表面直接往背表面直线型疏运，但是PERC它是从正表面到背表面，要走一个弯，要会聚到背表面点接触的位置。这样的话，如果我不同的掺杂浓度，这个是不同的掺杂浓度，也就是说，方阻越大，它的填充因子越小，所以我们现在很多PERC电池，中国认为，一引入就会马上成为大规模高效率的量产，实际上PERC电池在台湾引进的结果，有一个评论，台湾引进PERC电池的技术的结果，实际上远远不如当初设想。也就是它遇到非常多的困难，包括衰减一系列的问题。中国大陆现在热情很高，都说一上来，我上一个GW的PERC，我上两个GW的PERC。这样的话，实际上将来一点点会吃到教训的。它是这样的，你比如说PERC电池，因为长距离的载流子，或者多子或者少子的疏运，造成对于硅片的掺杂特性的选择，不同的硅片的掺杂浓度，也就是电阻率不一样，填充因子就会不一样，它的效率也会不一样，另外，由于你走的距离长，距离要是对多晶硅的话，遇到一些晶屑，就有可能会在晶液（音）发生进一步的附加负荷，会造成所谓的多晶PERC的LETID等等的附加的新型的负荷机理。所以这一块都属PERC电池遇到的一些问题。
实际上人们就在想，还是最好不是点接触。其二，把金属电极，也就是改进PERC，把金属电极也要给做钝化，那么这个概念本身，很早以前就被马丁·格林他们提出来了，这就是所谓的MIS结构，就是金属和半导体之间要插入一个绝缘层。那么它原来金属和半导体之间，用二氧化硅层隔绝体，这是马丁·格林他们研究组在90年代就提出来的，当时他们把这个效率也做得很高了，就是金属和半导体之间，它插入一层二氧化硅层，这个当时做的效率曾经达到21.7%。但是后来这个技术，因为在产业化比较复杂，就没有引到，但是现在好像正在欧洲，或者美国的一些研究机构，或者一些公司里头，再逐渐地引入到制造业中来。比如说这个是他们欧洲在2015年统计的结果，就是这个所谓的钝化发射极，钝化金属接触，也就是说，把金属和半导体隔绝开来，这个研究的专利，或者研究论文，这几年直线上升，甚至超过了抑制结构的研究成果，你像这个，尤其在2015年，钝化接触的研究论文，猛增。所以这个就说明，这种技术成为一个新的热点。这种技术是一种什么概念？实际上它就是把所有金属和半导体接触的位置，全部隔离开来，最早抑制结构本身就是隔离开来，你看这是金属它被ITO隔绝开来，进入ITO以后，它只是所谓的自由的多数载流子，变成电子，所以这个就没有任何负荷的效应，这个是靠什么隔离金属和半导体，中间全面做钝化呢？这个就是所谓的用非晶硅的钝化，所谓的SIT，这是第一个。钝化金属接触。第二个塞昂它进一步，也是做SIT这个结构，但是它掺杂非晶硅和晶体硅之间，它插了一层二氧化硅，这个二氧化硅很薄，大概在两个纳米左右，这样借助隧道，载流子可以隧穿透过这块。这是后来的第二个概念。它这个效率现在也能做到23%了。第三个就是TopCon，它的前表面没做，它的背表面利用一层二氧化硅，然后掺杂非晶硅，然后ITO，再就是金属，实际上就相当于它把塞昂的Triex这个电池，背表面基本上都应用过来，但是正表面还用传统的金属的接触，所以这个就是所谓的TopCon，但是TopCon，后来发现它要做成产业化很困难，为什么呢？因为前电极它需要高温过程，因为电极烧结，背表面是需要低温过程，这个不能超过200度，或者是顶多它超过200度，但是差距200度以后，非晶硅的很多特性会改变，所以在产业化做起来，你得先做完前表面之后，再做背表面，这样的话，对产业化是不利的。这个就是在2015年TopCon达到最高点，去年已经有点苗头，今年人们在开展所谓的POLO，这个结构，是什么呢？正表面和背面全用二氧化硅的结构，做钝化。非晶硅不用PECVD长，这块是多晶硅，TopCon是非晶硅，氧化层外面是多晶硅，这个多晶硅的生产方式，也用到LPCVD来生长，然后氧化层用湿法氧化。这个后面我们再进一步解释。在这几种电池进展，比如说像SIT，像三洋2014年的时候做到24.7%了，然后塞昂用氧化硅做钝化，细节就看得比较清楚。氧化层对话，它效率最高在2014年的时候，做到23.1%，这个是它的最新结果。像TopCon你看前表面都是正常的，实验室的光刻等等，运用的比较高级的技术，背表面就用隧道氧化层，非晶硅，但是这块它用高温过程，这个最高效率在2015年的时候，它做到了25.13，也是相当高了，就说明它在整个效率的潜力还是比较高的，但是产业化方面，还有些问题。那么几种新型电池，我这做了一些它的优缺点的对比，优点我就不说了，比如说PERC电池，它的问题在于背表面还有金属接触，正负表面还有金属接触，另外横向载流子疏运，造成它的效率提高起来是有限的。SIT它的问题在于，它都是低温过程，所以它的金属电极很难搞，因为银浆都是需要所谓的树脂和加银粉填料，作为这个金属接触，所以电极要做成高电导性的电极很难，另外非晶硅的本身的导电性很差。所以要求非常高级的透明导电膜，所以这个HIT本身也不是无懈可击的。因为TopCon这个，它在需要非晶硅，TCD长，但是它要做一个突破，所以这块，它的难度比较大。
那么POLO这一块，也有优点，它的优点就是说，它基本上没有横向疏运了，它的缺点就是二氧化硅层做起来比较难，POLO的概念是什么呢？它用一层二氧化硅层，但是它是铜，就是这是金属，这是半导体，外面是用LPCVD，长一层多晶硅。
然后再看最近这几年的关于所谓的POLO电池，POLO电池有两种叫法，一种叫PERPoly，一个叫POLO，它是钝化发射极，以及背表面的多晶硅，就是背表面不用HIT的一种非晶硅，它用多晶硅，POLO是什么意思呢？就是有一层钝化氧化层的多晶硅。POLO就是背表面，这种电池也就是在2015年才刚刚做出一定的结果来。这些研究机构或者公司做的一些结果。这几个结果，我看像在最高是在25.1，背表面用PECVD，实际上就是TopCon，但是这几个大面积，因为这几个面积都很小，都是2平方厘米，但是这个做到最近的进展，2016年的进展，实际上是在156×156这种大面积单晶硅上做的，所以这个结果一个是21.2，一个20.7，这个结果，它就是用简单的LPCVD，或者是PECVD来长多晶硅，然后用传统的丝绒印刷烧结工艺。这个就是它第一先在二氧化硅外面，长一层多晶硅，多晶硅就用传统的LPCVD生长，那么这个时候，这个多晶硅由于我是LPCVD，所以它这个结可以长得很规整。第一，它可以做得很平，掺杂可以做得很平，另外，可以不同的延伸，这有两种。用LPCVD长的时候，同时就掺硼，还有一种先长LPCVD长多晶硅，然后再离子注入，两种工艺。那么它的最高效率是20.7。这块也就是它扩散的一些结果，从这开来，虽然这种方法长出来的没有很高，达到740，所以说明它的这个还没有实现，只不过是一种计算的结果，所以它的钝化特性还是非常好的。那么这个它有两种，一种背面多晶硅可以长成70欧和100欧的方阻。这块它的效率都是20.7，它的结构，这个是欧洲的一个报告，这是A类非晶硅，然后长成二氧化硅层，正表面用LPCVD长一层多晶硅，背表面用二氧化硅从外用LPCVD长一层多晶硅，一个是P型一个是N型。然后外面再长。再ITO涨，有两种方案，一种是原位生长，还有一种是长完以后再离子输入，这两种都可以做。这是它的结构。跟我们原来HIT的一个不同，就是这个不用PECVD长了，这个用LPCVD长，关键这个的好处在哪呢？在前面，如果你简单的用非晶硅长的话，它的光吸收非常强，所以我们HIT的前面电极，非晶硅层必须很高，必须在10个纳米以下，为什么呢？因为光吸收非常强，但是你用多晶硅它光吸收比较弱，所以它可以长得必须厚，这就把那个工艺窗口做得必须大。另外一个，你这个它可以长不同的厚度，以后，它的弱化电流也可以比较强。所以厚度小于20纳米的掺杂，一个如果你使用PECVD的，这一层薄膜的方阻，可以达到每方块一万欧，但是如果你用多晶硅和多晶硅的，每方块只有2000欧，大于2000欧，一个是它的电脑性强，所以对ITO的要求就比较低，另外，它透光性比较强，所以你可以整得必须厚。所以从这来看，POLO电池有一定的优点。但是它有一个缺点可能就是说，它没有像非晶硅那种宽带隙，造成所谓的光照情况下，载流子相当于带隙的增宽效应比较弱，这是一个。另外一个，实际上ITO它是经不住高温的，你看如果只长ITO的话，因为我这个就想用传统的丝印方法，就不像HIT，就用200度以下的浆料，这个争取能用到八九百度的浆料，但是如果一用八九度的浆料，ITO就受不了，ITO的方阻直线上升。但是人们发现，在ITO外面，如果长一层氮化硅，热点65纳米的ITO之外，又长一层10纳米的氮化硅，就是经过高温以后，它的方阻也不会上升，这层盖帽，氮化硅盖帽层有效地保护了ITO的特性。它的导电特性给保护住了。然后这个是用离子注入法和原位扩散法，它的结深（音）也可以做得很不一样。所以这两个技术都可以。但实际上离子收入我觉得价格，也就是它的制造成本还是比较高。所以将来在产业化方面，有可能直接在做LPCVD多晶硅的时候，直接参与，这样的话，比较简单。
最后，我做一个小结，多晶硅作为掺杂层，其透光性明显好于非晶硅，对于小于20纳米的膜层，其自吸收掉的损失，只有每平方米一个毫安。第二，TCO有助于发射导电性，所以TCO尽管是做得多晶硅，直接做电极还是有问题，所以还得需要一层TCO的膜，作为在外面。然后TCO加上10纳米的氮化硅，盖帽层具有烧结的稳定性。第三，无论是平面，还是织构化的表面，POLO结构都有很好的钝化特性，这个是钝化特性的值，原位生长的多晶硅，也就是有两种，一个PECVD，一个LPCVD，与外生长多晶硅的特性一样，就是外延生长这个特性基本上是一样。目前239平方厘米的电池最高效率可以达到21.2，相当于156乘156。这个是刚开始，未来技术可能会有比较高的上升潜力。现在人们做了一些模拟，认为它效率可以达到25%。
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