5.中电光伏PERC电池研发和量产.赵建华.pdf

PST R 2.经反复实验评估，最终确定了一条实验室研发技术路线，并在此基础上优化配置出一条最有潜力的量产 技术路线并于2014年年底实现量产 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 6 技术路线，并于2014年年底实现量产。 PST R&D Innovation 2.PERC电池研发历程-PERC电池量产工艺路线选择和设计 通过我们综合分析“低温介质层背面钝化工艺+激光开槽+丝网印刷局部金属化“技 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 7 通过我们综合分析：“低温介质层背面钝化工艺+激光开槽+丝网印刷局部金属化“技 术路线是成本最低&最适合与现有产线兼容过渡的量产工艺路线。 PST R&D Innovation 2.PERC电池研发历程-PERC电池量产工艺路线选择和设计 Texturing Phosphorus diffusion Front side texturing Rear side polishing Phhdiffi Edge isolation and Rear side polishing Rear Al2O3+SiNx layer Phosphorus diffusion Thermal oxidization and annealing y Front PECVD SiNx Rear contact pattern Screen print Ag rear side Rear dielectric layer Front PECVD SiNx Rear contact pattern Screen print Ag front side Screen print Ag rear side Screen print Al rear side Firing Rear contact pattern Screen print Ag front side Screen print Ag rear side Screen print Al rear side FiringScreen print Ag front side Firing 技术路线1技术路线2 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 8 技术路线1 基于氧化硅钝化的实验室PERC电池 技术路线2 基于氧化铝钝化的量产的PERC电池 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程单面抛光 实验室碱溶液单面抛光技术，500X量产酸溶液单面抛光技术，500X Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 9 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化 ALD Al2O3沉积前清洗工艺 8 Aver Voc 3.0x1011 Dit and Qtotal Analysis -1.0x1012 6 (mV) Aver Voc Best Voc 2.0x1011 -2 ev-1 ) Dit Qtotal -1.5x1012 4 elative Voc 1 0x1011 2.0x10 midgap( cm -2.0x10 12 Qtotal 0 2 Re 0.0 1.0x10 Dit at m -3 0x1012 -2.5x1012 No additioanl pre-clean Additional HF Dip pre-clean HF+SC1+SC2+HF pre-clean 0 Pre-ALD clean process No pre-treatment HF Dip pre-clean Pre-treatment 1 0.0 Pre-treatment before ALD process -3.0x10 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 10 沉积前清洗工艺可以获得洁净的硅片表面，从而有助于降低界面态缺陷密度，提升表面钝化效果。 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化 ALD Al2O3工艺温度 14 Aver Voc Best Voc 0 8 Aver Efficiency Best Efficiency 1 11 66 10 12 mV) 0.6 0.8 iency (%) 1.0 1.1 e (A/cycle) 1.64 1.66 dex 6 8 ative Voc ( 0.4 e cell effic 0 8 0.9 owth Rate 1.60 1.62 fractive ind 2 4 Rela 0.2 Relative 0.7 0.8 ALD Gro ALD growth rate1.58 Refrex index Ref 160200240275 0 ALD Process Temperature () 0.0 100200300400 Temperature (degree C) 1.56 A B C D A B C D Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 11 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化 Al2O3厚度 8 Aver Voc best Voc 0.4 Aver Efficiency Best Efficiency %) 6.0x1011 (c) 0 5 6 7 Voc (mV) 0.3 iciency (% 4.0x1011 5.0x1011 ( cm-2ev-1) Dit Qtotal -1x1012 3 4 5 Relative V 0.2 ve cell effi 2.0x1011 3.0x1011 t at midgap ( Qtotal (cm-2 -2x1012 1 2 R 0.1 Relativ 3 561116 0.0 1.0x1011 Dit -3x1012 ABCD 3.5nm6 nm11 nm16 nm 0 Al2O3 film thickness 0.0 3.561116 Thickness of Al2O3 film (nm) 5-10nm 氧化铝可以实现十分出色的钝化效果5-15nm的厚度范围窗口较宽 A B C D A B C D Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 12 5-10nm 氧化铝可以实现十分出色的钝化效果，5-15nm的厚度范围窗口较宽。 通过优化工艺获得更低的界面态缺陷密度，3-5 nm的氧化铝同样实现出色的钝化效果。 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化 As Al2O3 deposited After Aneal AftAl+Fi i ALD Al2O3的退火工艺 10 Aver Voc Bt V 700 (mV) After Anneal+Firing 8 10 oc (mV) Best Voc 650 plied Voc 4 6 Relative Vo 600 Im 0 2 R 425550RTP Anneal 550 Post ALD anneal process 300 425 550 600 650 Only RTP RTP+RTP 0 Post ALD anneal process A B CA B C DE F G Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 13 结合氧化铝工艺开发，通过共烧结工艺来进行一次退火，就可以实现出色的钝化效果 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化 67021.00 660 665 mV) 20.50 20.75 ) 经我们采用PC2D模拟分析表明： 650 655 Voc (m 20.25 Ncell (%) Baseline 经我们采用PC2D模拟分析表明： 良好的体寿命是发挥PERC电池背面钝化的基 础，PERC电池要采用质量好的硅片衬底，并 减小高温热处理对体寿命的负面影响。 640 645 650 Voc_bulk lifetime 400 祍祍 Voc bulk lifetime 250祍祍 19.75 20.00 Ncell_bulk lifetime 400 祍祍 Ncell bulk lifetime 250祍祍 减小高温热处理对体寿命的负面影响。 1E-151E-141E-13 640 J01 rear surface passivation region(A.cm-2) Voc_bulk lifetime 250 祍祍 Voc_bulk lifetime 100 祍祍 19.50 Ncell_bulk lifetime 250 祍祍 Ncell_bulk lifetime 100 祍祍 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 14 01 pg() PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程背面钝化层图案化（化学浆料刻蚀开孔） 70-85um80-100um75um85um80um 化学法开孔对衬底没有损失，对开孔尺寸的 均匀性和可控性略差，难以实现更细的线宽均匀性和可控性略差，难以实现更细的线宽 （最细的线宽是75um左右）。 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 15 100um210um PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程 背面局部金属化 有较严重的空洞(Void)现象的局部铝背场无空洞(Void)现象的局部铝背场 局部铝背场的SEM测试分析表明：我们的PERC电池工艺技术有效的解决了“空 洞问题”形成了深度足够分布均匀无空洞(void）的局部铝背场 有较严重的空洞(Void)现象的局部铝背场无空洞(Void)现象的局部铝背场 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 16 洞问题，形成了深度足够，分布均匀、无空洞(void）的局部铝背场。 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程 背面局部金属化 20.8 20.9 20.6 20.7 ncy (%) 经我们PC1D理论模拟分析表明： 背面局部金属化单元阵列尺寸进步减小 20.4 20.5 ll efficie 250 um pitch (simulation average) 背面局部金属化单元阵列尺寸进一步减小， 并配合合理的阵列间距和金属化百分比可 以继续提升PERC电池性能（这需要激光 设备和工艺的继续进步来配合实现） 20 2 20.3 20.4 Cel 250 um pitch (simulation, average) 500 um pitch (simulation, average) 750 um pitch (simulation, average) 1000 um pitch (simulation, average, baseline design) 1500 um pitch (simulation, average) 设备和工艺的继续进步来配合实现）。 0510152025 20.1 20.2 500 up tc(su at o , a e age) Ncell_1000 um pitch (actual champion cell) Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 17 Rear local metalization fraction(%) PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程 背面局部金属化 0.6 Rs_250 um pitch Line contact 150 0 8 0.9 1.0 Rs 250um pitch Point cotact 125 150 0.4 m.cm2) Rs_500 um pitch Rs_750 um pitch Rs_1000 um pitch Rs_1500 um pitch 100 (cm/s) 0 0.6 0.7 0.8 t (ohm) Rs, 250um pitch Rs, 500 um pitch Rs, 750 um pitch Rs, 1000 um pitch Rs, 1500 um pitch 100 r (cm/s) 0.2 Rs (ohm 50 Seff_rear_250 um pitch Seff_rear_500 um pitch Seff_rear_750 um pitch Seff_rear_1000 um pitch Seff_rear_1500 um pitch Seff_rear ( 0.3 0.4 0.5 Rs, point 50 75 Seff,rear-250 um Seff,rear-500 um Seff,rear-750 um Seff,rear-1000 um Seff,rear-1500 um Seff, rear 0510152025 0 _p 0510152025 0.0 0.1 0.2 0 25 0510152025 Rear side contact fraction(%) 0510152025 Rear side contact fraction (%) 理论计算表明：对于背面金属阵列，点阵型设计比线型更具优势。工业化PERC电池目前采用线型设计是基于量 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 18 产激光&后端金属化工艺的稳定性。 随着激光设备的持续进步，点阵型设计也有望采用，从而进一步提升电性能。 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程PERC电池工艺整合 800800 (s) Effective minority lifetime 1.生产用的Cz p型单晶衬底，2 ohm.cm 600600 ifetime 2.Sinton wct120测试条件 MCD 1E15 400400 nority l 通过氧化铝钝化工艺开发结合 后端金属化的整合实现了出色 200200 ctive mi 后端金属化的整合实现了出色 的背面钝化效果. As Al2O3 de i After SiNx ca After RTP fi i After Al paste 00 Effec Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 19 Al2O3 depisited ter SiNx capping After RTP firing r Al paste removing Process steps PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程PERC电池工艺整合 2x1013 2E13 Dit 1x1012 ) 2x1013 -1.49E11 m -2ev-1) it Qf 0 Qf(cm-2) ALD Al2O3背面钝化具有足 够高的负电荷密度（Q ）和 1x1013 gap (cm -1x1012 Q 够高的负电荷密度（Qf）和 很低的界面态缺陷密度 （Dit），从而能够实现十分 出色的表面钝化效果 5x1012 -1.8E12 2 2E122 2E12 t at midg -2x1012 出色的表面钝化效果 As Al2O3 di After SiNx After RTP fi i After Al paste 0 3.32E11 8E10 1.3E11 -2.2E12-2.2E12 Dit -3x1012 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 20 As Al2O3 depisited After SiNx capping After RTP firing After Al paste removing PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程 PERC电池工艺整合 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 21 EL测试反映出我们PERC电池的出色的背钝化 & 背面局部金属化工艺 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程 PERC电池工艺整合 100 %) PERC电池出色的长波段光谱响应 80 E,IQE (% R efl-P E R C 60 nce,EQE eC IQ E -PE R C E Q E -P E RC R efl-Q S 20 40 eflectan IQ E -Q S E Q E -Q S 3 0040 05 0060 07 0080 09 00100 0 11 00 0 Re Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 22 w avelen g th (n m ) PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程PERC电池工艺整合 出色的背面金属化可靠性 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 23 Page 23 PST R&D Innovation 2. PERC电池研发历程PERC电池工艺整合 在PID问题解决中，我们的PERC电池工艺技术是自主研发的基于综合表面氧化处理和调 控PN结结构的技术，可以获得出色的发射结和表面钝化性能同时，实现完全抗PID性能。 针对LID问题，我们和设备供应商合作开发 ”抗LID工艺处理设备”,可以有效降低 PERC电池的LIDPERC电池的LID。 Confidential & Proprietary Copyright 2015 the CSUN Company Page 24 PST R&D Innovation 3. PERC电池研发总结 技术路线1： 基于氧化硅钝化的实验室PERC电池 实验室批次平均效率超过20.15%， 最高效率 20.52% 技术路线2： 基于氧化铝钝化的量产的PERC电池 量产平均效率超过20 20%量产平均效率超过20.20%， 最高效率20.80% Confidential & Proprietary Copyright 2015 th