N型PERT双面电池产业化关键技术

来源:摩尔光伏发布时间:2017-10-23 13:36:29

索比光伏网讯:1、nPERT双面电池技术背景

近年来,N型硅太阳电池由于其优越的性能,包括高的体寿命、对金属杂质高的容忍度以及没有P型材料中由于硼氧(B-O)复合体所造成的光致衰减(LID)[1-3]效应,越来越受产业界的关注。最新的光伏国际技术路线图2015[4]中显示,到2020之前,预测可实现低成本批产平均效率大于23%的均为N型电池;到2021年,N型电池市场占有率将超过30%,而nPERT双面电池的高发电性能正在引起很多一流制造厂商和市场的密切关注。

PERT(Passivated Emitter,Rear Totally-diffused cell),钝化发射极背表面全扩散电池,是一种典型的双面电池。双面太阳电池是指硅片的正面和反面都可以接受光照并能产生光生电压和电流的太阳电池,这种电池可以用P型硅片制造,也可以用N型硅片制造。nPERT双面电池基本工艺流程为:(1)双面制绒(2)上表面扩散硼制成P+N结(3)背面扩散磷制成N+N结(4)双面钝化薄膜(5)双面金属化,结构示意图如图1所示。

图1  nPERT电池结构示意图

2、nPERT双面电池技术特点

nPERT双面电池采用N型硅作衬底,具有少子寿命高、无光致衰减等优点。常规P型电池由于使用硼掺杂的硅衬底,长时间光照后易形成硼氧键,在基体中捕获电子形成复合中心,导致3~4%的功率衰减;而nPERT电池使用N型硅衬底,磷掺杂的基体使得电池几乎无光致衰减。我们对nPERT电池进行了光衰实验验证,如表1结果所示,光照60h后效率衰减仅0.11%,无光致衰减的特点能有效保证系统端的功率输出和发电量。

表1  nPERT光衰实验结果

通过EQE测试结果可知(如图2),相比于P型常规电池,nPERT电池具有更好的长波响应,可将更多长波长的光吸收,尤其是制备成双玻组件后背面可更高效率的吸收反射光和散射光。

图2  nPERT电池与常规P型电池EQE比对

3、nPERT双面电池组件技术优势

双玻光伏组件就是指由两片玻璃和太阳能电池片组成复合层,电池片之间由导线串、并联汇集到引线端所形成的光伏电池组件,组件结构示意图如下:

图3  双玻组件结构示意图

2013年以来,随着国内外前期投资的光伏电站的陆续并网发电并运行一段时间后,国内外电站的质量问题时有出现。由于某些有机材料的寿命较短、耐候性较差,光伏组件中的EVA胶膜和背板的质量开始被高度关注,水汽穿透背板导致劣质EVA树脂快速降解有密切的关系,EVA树脂遇水即开始缓慢分解,其分解产物含醋酸,醋酸腐蚀光伏电池上的银栅线、汇流带等,使组件的发电效率逐年下降。为了规避这一问题,双玻组件为高品质光伏电站的较为理想的解决方案之一,但双玻组件的电池片间漏光导致组件功率损失较大,组件正面功率相比常规背板偏低;同时,无框双玻组件对封装材料和封装工艺要求较高。

基于nPERT双面电池的双玻组件,由于电池具备双面发电的特点,采用双面透光玻璃可实现双面发电的功能,将人们对光伏组件的可靠性要求与发电量需求完美的整合解决:

(1)发电量高:nPERT电池具有20%以上的单面转换效率,制备的双玻组件正面功率达280W以上,结合不同的双面光照条件,可实现10%~30%的发电量增益(可采用廉价背面反射材料,大幅提升组件发电量),如图4所示;

图4  不同反射条件nPERT双玻组件发电量增益

(2)弱光相应好:由于nPERT电池本身具有长波响应好的特点,结合双玻组件双面受光条件,可在早晨和傍晚实现发电量的增益,下图为三组光伏阵列单日的发电量跟踪曲线,将nPERT双玻组件在两种不同反射条件下与常规P型单晶进行比较,可见在早晚两个时段,nPERT双玻组件有更好的弱光发电量保证。

图5  nPERT双玻组件与常规组件单日发电量跟踪

(3)质量可靠性高:玻璃的透水率几乎为零,不需要考虑水汽进入组件诱发EVA胶膜水解的问题,降低蜗牛纹发生的概率。玻璃的耐候性、耐腐蚀性强,耐磨性也非常好,也解决了组件在野外的耐风沙问题。双玻组件不需要铝框,除非在玻璃表面有大量露珠的情况外,没有铝框使导致PID发生的电场无法建立,其大大降低了发生PID衰减的可能性。

4、nPERT双面电池产业化技术关键

nPERT双面电池的工艺流程比常规电池工艺略为复杂,其中产业化的关键技术有两个,一个是双面掺杂技术,另一个是双面钝化技术。

目前的双面电池主要是基于正面发射结和背表面场(BSF)的结构,正面硼扩散的方法很多,按硼源的类型来分,有液态BBr3扩散,以及各种用于丝网印刷和旋涂的商品化硼浆,按扩散设备来分主要有管式扩散和链式扩散两种。研究发现,在众多硼扩散方式中,用氮气携带液态BBr3进行管式扩散的效果较好。与其它方法相比,该方法更有利于避免金属污染。采用该扩散方法,硅片有效少子寿命比用其它方法扩散的样品较高,但硼扩散存在的一个问题是均匀性较难控制。在扩散前期,BBr3反应生成B2O3,后者沉积在硅片表面,并在高温作用下扩散进入硅基体,这与磷扩散时POCl3先生成P2O5再沉积到硅片表面的过程相类似。不同的是,P2O5在850℃时为气相,可以均匀沉积在硅片表面。而B2O3的沸点较高,扩散过程中一直处于液相状态,难以均匀覆盖在硅片表面,因此扩散均匀性控制难度较大,必须进行严格的工艺调控。图6为典型的硼扩散方阻均匀性差异图。

图6  硼扩散方阻均匀性示意图(左至右分别为均匀性差、中、好)

背面N+的形成可以有热扩散的形式也可以用离子注入的形式。若是使用热扩散的方式,则工艺过程中要用到掩膜工艺,增加了工艺的成本及复杂性。离子注入是一种能够单面掺杂且均匀性很好的半导体制造工艺,通过调节注入参数和配套的退火工艺可以达到所需要设计的结形及结深,而且可以省去去磷/硼硅玻璃(P/BSG)步骤,简化了制造工艺。如图7所示为四种不同工艺下发射结的浓度分布情况[6]:

图7  四种不同注入工艺下的发射极的ECV图

钝化可以明显地改善电池表面状态、提升电池的性能,双面电池所需钝化与常规电池相比有其独特的要求。在N+背表面场上,采用SiO2/SiNx叠层钝化膜,SiO2膜可以很好的对N+面进行表面钝化,加上SiNx膜的带正电荷特性,可以同时获得较好的表面钝化和场钝化的效果,而且还能起到很好的减反射作用,如图8所示。但是在正面的P+掺杂面使用SiO2/SiNx叠层钝化膜却无法获得同样的效果,这是由于SiNx带正电荷,SiOx膜也偏正型,因此缺少了场钝化效果。为进一步提升钝化效率,可以考虑P+掺杂面使用Al2O3薄膜钝化技术,Al2O3自身带有负电荷,很多实验证明对P型硅(c-Si)的场钝化效果好过热生长的SiO的钝化效果。

图8  不同钝化层在N+掺杂面的Implied-Voc和少子寿命

5、存在问题及展望

nPERT双面电池由于其优异的性能、高可靠性和高发电量能力,逐步成为光伏行业关注的热点,但困扰此产品进一步发展的主要问题是如何降低产品制造成本、提高市场占有率。nPERT双面电池高功率、双面发电,相比常规电池的增益及系统端度电成本的下降明显,但为保证产品具有较高毛利率,其成本与常规电池相比要控制在较低的增幅。我们相信,随着制造工艺及控制的不断成熟,批产规模的不断扩大,nPERT电池匹配材料和国产化设备的不断降本,成本肯定会有明显的下降,nPERT双面电池良好的性价比将不断凸现。

nPERT双面电池具有发电量高、质量可靠性高的特点,对延长光伏系统使用寿命,大幅降低度电成本,实现平价上网将扮演重要角色。相信随着其光伏系统运营数据的不断反馈和性能特点的实地验证,市场及客户接受度将不断提高,产品的市场占有率和产业化发展将会迎来新的高峰。

参考文献:

[1]Ryu K, Upadhyaya A, Song H J, et al. Chemical etching of boron-rich layer and its impact on high efficiency n-type silicon solar cells[J]. Applied Physics Letters, 2012, 101(7): 073902.

[2]J. Scht, A. G. Aberle, and R. Hezel, in Proceedings of the 26th IEEE PVSC, Anaheim, CA (IEEE, New York, 1997).

[3] D. Macdonald and L. J. Geerligs, Appl. Phys. Lett. 85, 4061 (2004).

[4] http://www.itrpv.net/

[5] Zhao J, Scht J, Wang A, et al. Performance instability in n-type pert silicon solar cells[C]//Photovoltaic Energy Conversion, 2003. Proceedings of 3rd World Conference on. IEEE, 2003, 1: 923-926.

[6] Kiefer F, Peibst R, Ohrdes T, et al. Influence of the boron emitter profile on VOC and JSC losses in fully ion implanted n‐type PERT solar cells[J]. physica status solidi (a), 2015, 212(2): 291-297.

责任编辑:solar_robot
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
多晶硅:减产逐步落地 价格弱稳运行来源:硅业分会 发布时间:2026-10-15 07:01:57

本文介绍了2023年10月起国内多晶硅市场供需与价格的运行态势。数据显示,当前n型复投料和颗粒硅价格环比持平,市场成交清淡,仅2—3家企业有实际交易,整体处于供需调整的过渡阶段。自10月起,企业减产计划逐步落地,预计当月产量降至约10.5万吨,较9月下降1.5万吨;同期硅片环节对硅料的需求约为8.6万吨,供需仍呈宽松格局,行业库存持续累积,9月底已达57.2万吨。尽管供给收缩初显成效,但减产力度与持续性尚待观察,下游采购维持刚需节奏,现货成交偏慢。价格企稳主要源于企业坚守完全成本底线,其后续走势将取决于减产执行进度、下游补库意愿及硅片价格回暖对需求的拉动效应。(199字)

杭州年产2GWN型异质结光伏组件及300MWh储能系统未来工厂项目(批后修改)来源:杭州自然资源局 发布时间:2026-10-15 06:25:14

杭州市规划和自然资源局于10月14日发布《西政工出〔2023〕3号年产2GW N型异质结光伏组件及300MWh储能系统未来工厂项目(批后修改)》公告,对已批准的项目建设方案进行局部调整。该项目由格普光能(杭州)有限公司建设,计划于2026年10月15日至24日间实施。主要修改内容包括:优化机动车与非机动车停车位配建数量;将4.1W/40厂房建筑高度由原52.3米调整为56.6米,并同步调整9层、10层屋顶层高;在2#楼10层屋面新增庭院设计。调整系因实际建设需求变化而提出,旨在完善功能布局与空间利用,确保项目符合“未来工厂”智能化、绿色化建设要求。

河北开展多用户绿电直连申报工作来源:河北省发改委 发布时间:2026-10-13 08:51:08

河北省发改委近日印发通知,正式启动多用户绿电直连项目申报工作。该模式指风电、光伏等新能源通过专用线路向多个工商业用户(不含居民与农业用户)直接供电,实现电量溯源与精准分配,分为并网型和离网型两类。项目须遵循“以荷定源”原则,确保年自发自用电量占总可用发电量不低于60%,占总用电量不低于30%(2030年前提升至35%),并网型项目上网电量比例上限为20%(海上项目放宽至40%)。适用场景涵盖新建及存量负荷,包括钢铁、数据中心等重点行业、工业园区、零碳园区及沿海港口等。申报实行“成熟一个、上报一个”,由市级能源部门初审后报省发改委复核纳入实施。通知同步明确了源荷匹配、投资主体、电网接入、安全运行、市场交易、绿电溯源及考核退出等全周期管理要求,旨在推动新能源就近消纳,支撑新型能源强省建设。(199字)

AWT 2026 | 突尼斯首站 正泰新能携手COMPTOIR S2M深耕北非市场来源:正泰新能Astronergy 发布时间:2026-10-10 10:30:59

正泰新能AWT 2026突尼斯站启动,携ASTRO N7 Pro与N8系列高效TOPCon组件亮相,专为高温、高辐照、多尘环境优化;联合COMPTOIR S2M、CEI举办双城路演,深化本地生态合作,并颁出战略伙伴及先锋安装商奖项,加速突尼斯清洁能源转型。

最低0.665元/W!华电2026年第二批5GW组件集采开标来源:索比光伏网 发布时间:2026-10-09 13:59:00

华电集团2026年第二批5GW光伏组件框架招标近日开标,共26家企业参与,报价区间为0.665—0.75元/W。其中,Top10品牌报价分化显著,最低价由某Top10企业报出(0.665元/W),另有Top10企业报价达0.7297元/W;Top4品牌中三家入围,报价均超0.7元/W。招标面向n型常规双面组件,要求转换效率不低于23.2%,组件功率不低于610Wp,且投标人须在2025年1月1日至2026年9月2日期间具备不少于1GW的同类销售业绩。值得注意的是,本次为框架招标,投标价不直接等同于最终供货价,综合条件与履约能力亦影响中标结果。分析指出,较低的准入门槛加剧了价格竞争,或使部分专注高效产品的厂商选择回避。

全球布局:N型一体化产业链通全球 拓展国际化发展新空间来源:弘元绿能 发布时间:2026-10-09 08:50:48

弘元绿能与尚德开启双品牌战略协同,融合N型一体化产业能力与25年全球市场经验,在技术、制造、供应链及区域落地层面深度互补,夯实全链条协同优势,加速本土化响应与国际化拓展,共探能源转型下的可持续出海新路径。

高景亮相ENERGY EXPO 2026:把N型的高效答案带到东欧来源:高景太阳能股份有限公司 发布时间:2026-09-29 05:52:00

高景太阳能亮相罗马尼亚ENERGY EXPO 2026,首发三大N型旗舰组件:全黑满屏500W户用组件、670W BC工商业组件、740W TOPCon地面电站组件,覆盖东欧全场景需求。以24.5%–24.8%高效率、超低衰减、严苛环境适应性及25–30年质保,展现中国N型技术出海实力。

220MWh!德国混合储能项目来了来源:晶科能源JinkoSolar 发布时间:2026-09-29 05:23:09

晶科储能在德签约220MWh混合型储能项目群,集成绿电储能与市场化储能,配套光伏并支撑hybrid PPA落地;采用Tera液冷系统(5.01MWh),具备3倍10秒构网能力、94.1%转换效率及20年寿命,实现发电-储能-交付一体化,提升可再生能源商业价值与电网稳定性。

晶科飞虎3中标连云港青口盐场220MW渔光一体化项目来源:晶科能源JinkoSolar 发布时间:2026-09-29 05:21:46

连云港青口盐场220MW渔光一体化项目落地,晶科能源飞虎3 N型组件凭借27%电池效率、24.8%组件效率、-0.26%/℃超低温度系数及高盐雾可靠性,显著提升低辐照、遮挡、高温场景发电量,LCOE降低6%,年增收益超130万元,树立沿海盐田清洁能源转型新标杆。

市场势能加速释放,晶科飞虎3全球签单突破30GW来源:晶科能源JinkoSolar 发布时间:2026-09-24 09:21:59

晶科能源飞虎3组件全球签约突破30GW,加速落地欧、中东、拉美等多区域吉瓦级项目。作为新一代N型组件,其性能超GB 47834-2026一级能效标准,通过CPVT验证,兼具高效率、低衰减与30年质保,精准匹配新政与长期收益需求。

天合光能至尊N型700W+组件赋能菲律宾光伏电站来源:天合光能 发布时间:2026-09-23 10:00:21

天合光能签约菲律宾Bugallon光伏电站,供应至尊N型700W+组件,以i-TOPCon技术应对热带高温高湿环境,年发电51GWh,减碳3.6万吨。项目获菲律宾能源监管合规认证,助力其2030年可再生能源占比达35%目标,彰显天合光能在东南亚市场的技术实力与本地化深耕成果。