选择性发射极电池研发计划

选择性发射极电池研发计划概述背景介绍研发计划及需求总结背景介绍选择性发射极太阳能电池SE（SelectiveEmitter）电池即选择性发射极电池是目前研究最普遍的高效电池结构，主要通过采用正面非均匀的掺杂，同时实现低浓度的N型扩散和良好的正面接触，降低了正面的接触电阻和俄歇复合损耗，能够提升0.5%-1%的太阳能电池转换效率选择性发射极电池的典型结构选择性发射极太阳能电池的几种典型路线两次扩散法；采用掩膜+开窗口（激光、印刷腐蚀）的方式形成重扩散区域，此方法在掩膜技术成熟之后，亦可只进行一次扩散。湿法刻蚀法；全表面重扩散后，采用掩膜（印刷、喷墨）+硅刻蚀（干法、湿法），刻蚀未掩蔽区域的硅，形成轻扩散区域硅墨法；制绒后，在局部涂硅墨（印刷、喷墨）层，硅墨区能扩散时快速吸磷，从而通过一次扩散形成选择性扩散区域磷浆法；制绒后，在局部印刷磷浆，通过一次高温，分部实现印刷区重扩和非印刷区的轻扩散，流程和设备硅墨法一致两步扩散法制绒掩膜形成印刷腐蚀/激光开孔重扩散掩膜去除轻扩散PECVD等离子刻蚀去PSG对位印刷检测分级烧结代表新工艺流程两次扩散法的改进—掩膜+一步扩散制绒掩膜形成印刷腐蚀/激光开孔重扩散PECVD等离子刻蚀去PSG对位印刷检测分级烧结两部扩散法形成选择性扩散区域是目前最为成熟的SE技术，我们也有非常成熟的技术积累；它与现有生产线有较好的兼容性，核心设备均能在市场上采购，但需自行设计浆料清洗和硅片传递设备（Centrotherm采用激光开孔的方式替代印刷刻蚀）；需要经过3次高温（1次氧化+2次扩散）和腐蚀浆料的印刷和清洗过程，使得生产流程变得复杂，生产成本有较大的上升；若能改进到1次扩散（未经实践，但实现的可能性较大），即可以省略轻扩散步骤，氧化层去除亦可与去磷硅同时进行，则此工艺尚具有一定的价值两次扩散法技术分析两次扩散法对设备开发的需求扩散炉/氧化炉：高均匀性的扩散炉（尤其是在高方阻下）对于选择性发射极电池而言至关重要；而高均匀的氧化炉是简化两次扩散为一次扩散的关键硅片传递、装框设备：规模生产当中，在腐蚀浆料印刷后不能采用人工传递和清洗，需进行装框后采用手工清洗的，此设备需要进行设计和加工，但是相关技术非常成熟；腐蚀浆料清洗设备：在印刷完腐蚀浆料并装框后，通过超声、喷淋等槽位，将腐蚀浆料从表面去除，目前来看全手工清洗的方式更为现实（传统自动线意味着硅片印刷完还需等待很长时间）湿法刻蚀法制绒重扩散等离子刻蚀掩膜形成湿法腐蚀去掩膜和PSG清洗烧结PECVD对位印刷检测分级湿法刻蚀法形成选择性扩散区域由来已久，后德国Schmid公司加以改进，并推出基于此技术的Turnkey业务；优势在于只需要一次高温过程，而且掩膜材料相对于腐蚀材料来说，价格更低所增加的掩膜印刷、腐蚀等工序均在PN结形成之后，对电池性能影响较小；掩膜材料和精密刻蚀设备（硅刻蚀）在市面上均无销售，研发周期较长；湿法刻蚀法分析掩膜材料：可通过印刷的方式在硅片上形成一定图形的掩膜层，对材料的印刷性能和抗腐蚀性能（氢氟酸+硝酸）要求较高；硅刻蚀设备：硅刻蚀精度和均匀性的要求（~50nm刻蚀量，5%以内的刻蚀均匀性），技术并不成熟，需要在目前湿制程设备的基础上重新开发湿法刻蚀法对设备开发的需求硅墨/磷浆法制绒轻扩散等离子刻蚀去PSG清洗硅墨/磷浆图形形成对位印刷烧结检测分级PECVD硅墨/磷浆法分析硅墨法利用硅墨（siliconink）吸磷速率比晶硅表面快，通过一次扩散来形成选择性扩散区域的方法是在近几年才出现的技术，Innovalight公司将此技术商业化，且正在多家电池生产企业里实验效果，晶澳太阳能已经实现均值18.5%左右的转换效率（选片）磷浆法则是利用磷浆扩散形成重扩散，同时进行轻扩散，通过一次高温形成选择性扩散区域，工艺流程和所需设备几乎和硅墨法完全一致；硅墨法和磷浆法中的印刷、烘干等步骤均在PN结形成之前，存在一定的风险硅墨/磷浆材料：目前硅墨材料只有Innovalight一家在提供，初步了解的技术转让费高达200万美元（不包括硅墨材料购买费用）；磷浆目前霍尼韦尔研发的较为成熟，并可以立即进行试用（保密协议签订后）每条线只需增加一台印刷头和烘干炉掺杂硅墨法对设备开发的需求研发计划及需求研发计划及需求磷浆/硅墨法两次扩散法掩膜刻蚀法磷浆/硅墨法无需开发任何设备，磷浆材料可通过与霍尼韦尔合作方式得到，可即时开始小批量试验两次扩散法小批量试验亦无需开发大型设备，腐蚀浆料可与磷浆共用一印刷头，购买腐蚀浆料和小型超声清洗装置临时调拨1台印刷头，一台烘干炉至桂林，即可开始试验，可快速得到试验结果，桂林二期设置两条SE线，兼容此三种方法（实际上可以全兼容，含掩膜腐蚀法）做为后备方案，进行跟踪研究；目前开展掩膜材料研究和硅刻蚀工艺和设备可行性方案研究人员配置需求磷浆/硅墨法两次扩散法掩膜刻蚀法由于桂林二期即将开工，时间紧急，目前外招人员难以满足经验需求；我建议调工艺研发部一人至系统研发部暂负责这两种路线的具体实施（共需10人，通过招聘应届生逐步填充进去），具体工艺环节请桂林工艺人员进行配合目前田乐已开展此项目研发工作（主要是掩膜材料），后续如有化学、材料类毕业入职可安排一部分到此项目，共安排3人左右（田乐除此项目外还承担科技项目申报调研和专利调研方面工作）研发路标规划2010年3月-5月；（1台印刷机和烘干炉调桂林）开发阶段，完成两次扩散法（简化为一次氧化+一次扩散）和磷浆/硅墨法的工艺开发，拿出一套完整的量产工艺方案和量产设备开发需求方案（4月）；小批量试验效率达到17.8%以上2010年6月-9月；量产推广阶段，在桂林二期两条SE产线上进行推广，批量试验效率达到17.6%以上2010年10月-12月；量产提升和整线成型；桂林二期两条SE产线实现量产效率17.8%以上，并拟定完整的SE电池整线建线方案，以整线平均效率达到18%为目标注：以上所列效率均为批量平均值总结选择性发射极太阳能电池是目前最容易实现的高效电池结构，传统的两次扩散法制成SE结构工艺复杂，成本较高；我们希望通过几个月时间的研发和实践，以尽量少的研发投入，寻找到一种最优性价比的选择性发射极电池工艺路线，并在2010年底之前将此技术形成整线业务能力。