时隔两年,又一次来到位于比利时小城鲁汶的IMEC,笔者感受到了25岁的IMEC,在经历半导体跌宕周期的变化后,将更多的More than Moore提上了研发日程。从纳米微缩到千兆瓦项目计划让IMEC发挥了微电子领域所长,并成功渗透到了光伏领域。而今,如何将更多的半导体工艺与经验应用于光伏,提高转换效率,并不断降低成本已成为了全球光伏人的目标。
在IMEC光伏roadmap中,降低晶体硅晶片的厚度自然首当其冲,从2008年200微米减薄到2010年的120微米,继而在2015和2020年实现80和40微米的晶片厚度是目前设定的初步目标。与此同时,创新的硅材料、硅外延与硅薄膜技术等都可能成为成本降低的有效手段。
图:IMEC未来c-Si光伏技术路线
与BP Solar合作,IMEC在低成本的Mono硅材料上实现了18%的转换效率,这也许只是迈向成本降低的一小步,却也颇令人骄傲,这使得Mono这一全新低制造成本材料可能替代Czorchralski 硅,而成为成本降低的一个不错的选择。采用成核生长工艺,Mono材料的生产实现了晶向选择的控制,从而提高了cell的效率。IMEC在130微米厚, 156×156mm的晶片上采用了介电层钝化(dielectric passivation)等先进工艺,在低成本Mono材料上实现了18%的转换效率,与目前商业化产品效率基本相同。
从15%到20%的量产效率提升只是晶体硅光伏的短期目标,随着硅纳米线(Si-nanowires)的提出,EUV光刻、干法刻蚀等越来越多的半导体工艺将应用与太阳能光伏产业,从而实现转换效率的大幅提升。IMEC光伏项目总监Jef Poortmans介绍,未来的Si纳米线直径将小于4nm, Quantum Confinement将大于1.7ev。纳米技术已提出很多年,其中不少技术挑战还有待我们克服,如纳米线的制造工艺、生长衬底的选择等问题。“也许10年后,我们才能够看到硅纳米线的广泛应用,”Jef Poortmans笑谈。但对IMEC来说,研究的过程也许正是探索未来的享受过程。
目前IMEC的PV研发计划涵盖工艺技术、建模、可靠性以及纳米硅、有机光伏等前沿技术4个模块。Schott Solar、Total等能源与光伏公司已参与其中,MEMC、Semitool、 LeyboldOpticas等设备材料公司也在积极配合IMEC的研发计划,IMEC的PV实验室已扩产在即。在经历25年的蓬勃发展,成为全球顶级微电子研发中心后, IMEC的逐日计划为 “More than Moore”增添了更多的内涵。