什么是PERC光伏电池?PERC电池(Passivated Emitterand Rear Cell)最早起源于上世纪八十年代,1989年由澳洲新南威尔士大学的MartinGreen研究组在AppliedPhysicsLetter首次正式报道了PERC电池结构,当时达到22.8%的实验室电池效率。到了1999年其实验室研究的PERL电池创造了转换效率25%的世界纪录。PERC电池的实验室制备,采用了光刻、蒸镀、热氧钝化、电镀等技术。PERC电池与常规电池最大的区别在背表面介质膜钝化,采用局域金属接触,大大降低被表面复合速度,同时提升了背表面的光反射。
双面PERC光伏电池
PERC电池的技术竞争力吸引了整个产业界的关注,产业化设备、关键材料都在加速开发中。通过少量技术改变,在基本不增加成本的基础上,PERC电池可实现双面发电。双面PERC成为行业新热点,其优势包括:可双面发电、双玻封装高可靠性、降低铝浆用量、弯折率降低、与现有PERC生产线兼容、可采用单晶硅或多晶硅作为基体,成本优势显著。缺点是工艺要求特殊、背面印刷精度较单面PERC电池的要求略高、对铝浆有更高的要求。
PERC光伏电池发电性能
PERC电池的发电性能是表征PERC电池竞争力的另一重要因素。在青海、海南、吐鲁番等不同的实证基地进行不同电池户外发电性能的对比分析,选用的组件类型包含常规单晶硅、常规多晶硅、单晶PERC、多晶PERC等,发现单晶PERC技术更高的单位发电特性(kwh/kw)。
大同基地报道了PERC单晶多发电2.61%的发电增益,青海实证基地在一个月的采集数据中发现单晶PERC发电量最高(22.69kwh/kw),单晶常规电池次之(22.26kwh/kw),多晶常规电池再次之(22.20kwh/kw),多晶PERC电池与多晶常规电池接近,似乎更低(21.97kwh/kw)。
需要指出的是,目前户外实测数据收集时间较短,更深入的研究还需要更长时间的发电性能数据收集与对比分析。
PERC光伏电池的光致衰减
虽然P型晶体硅电池普遍有光致衰减作用,但PERC电池相较其他晶体硅电池有更高的衰减,尤其是多晶PERC电池,较多晶常规电池的光致衰减高6~10%。单晶PERC电池的衰减主要与B-O缺陷对有关,通过降低硅片中的氧含量,采用掺Ga代替掺B可有效控制光致衰减。而多晶PERC的光致衰减还未研究清楚。目前的研究认为多晶PERC电池的衰减与表面钝化无关,与注入浓度有关,与热历史有关,经长期辐照可恢复。
我国的光伏企业也相继推出了针对单多晶PERC电池的抑制衰减的工艺和设备。研究认为使用低温浆料,采用吸杂、高温退火及激光快速退火等手段可以抑制衰减。导致衰减的因素仍在研究中,除常规B-O对原因外,还有仍在研究中的未知因素,可能与多晶硅中更高的金属杂质含量有关。
总体来说,单晶PERC电池的衰减高于单晶常规电池,其原因主要是由于B-O对导致的,目前已经通过光照退火成功抑制。多晶PERC电池的衰减表现的与温度相关,其原因仍不明朗,但是似乎与多晶硅中过多的金属离子有关。目前已经找到抑制LeTID的途径,包括高温、高光强辐照,以及电注入等技术工艺,但是其大规模应用还具有挑战性。
PERC电池的单晶多晶之分,更大程度上是高质量硅片和低质量硅片之争。为提高电池转换效率,无论是PERC、PERT、PERL还是HJT、IBC电池技术,都越来越重视电池表面的钝化。随着钝化质量的不断改进,硅片体内的复合缺陷的影响将愈加明显,硅片质量对电池效率的影响也就愈大。无论单晶硅还是多晶硅,未来不断改善拉晶/铸锭工艺,提高硅片质量,制造出高质量单晶硅片及高质量多晶硅片,将是PERC及其他高效电池的发展方向。