中国科学院微电子研究所-PERC晶体硅高效电池研究
贾锐、陶科、孙昀、姜帅
Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
中国科学院微电子研究所
2016‐6‐29
PERC 晶体硅高效电池研究
The research of PERC high efficiency solar cell
提纲
1、中科院微电子研究所研究简介
2、PERC电池的优势(和Al‐BSF比较)
3、PERC电池模拟及性能提升研究
4、PERC电池的光衰问题
5、结论
2015年7月17日，德国SolarWorld 宣布其完全用可产业化的方法，制备出效率达到21.7%的PERC 电池，为目前最高效率，并得到Fraunhofer ISE 的认证。
http://www.pv ‐/news/solarworld_touts_21.7_perc_world_record_efficiecny
2017年年底，通过其
HELENE 计划，效率
达到22.5%
Al‐BSF常规电池Vs. PERC电池
如果电子到背面，通常会被捕获而对电流没有贡献PERC结构，极大减少了电子在背面被捕获几率，使其到发射极的几率增大
长波长的光被背电极吸收，转换成热长波长的光被背钝化膜反射，增加了光的吸收和利用
PERC电池的优点：表面钝化、光的吸收再利用和减少复合常规PERC
常规PERC
Al‐BSF电池Vs. PERC电池: 反射率和内量子效率比对
2013‐2015年PERC电池的设备商、制造商和研究机构
德国ISFH技术：可
产业化PERC21.2%
Source: Greentechmedia，2014
47% Source: ITRPV 2014
提纲
1、中科院微电子研究所太阳电池研究简介
2、PERC电池的优势（和Al‐BSF比较）
3、PERC电池模拟及性能提升研究
4、PERC电池的光衰问题
5、结论
Source: Nico et al, 2014PERC 电池效率提高的途径 空穴的输运
衬底的复合
金属化
背表面复合
前表面复合衬底电阻率2.5 Ω∙cm
衬底电阻率、少子寿命和效率的关系
Source: 29th EUPVSEC 2014, solarworld
高少子寿命
(>100微秒)，有
利于高效PERC 电
池的实现。
低电阻率有利
于PERC 电池效
率的提升
依据衬底电阻率和少子寿命，pitch可在一个范围内变化
Source: Fisher, 2014
Franziska Wolny et al SiliconPV: 2013, Hamelin, Germany
再生@0.4 sun & 165℃三种
电阻
率电
池
低电阻率：
Voc ‐
relative=0.25%@20
min ，再生恢复
再生@0.4 sun & 185℃ 再生的时间严重依赖于温度；
再生的效率依赖于温度；
因此可以根据电阻率的实际情况选定合适的再生温度和时间。
低电阻率：
Voc ‐relative=0.
06%@20 min
没有再生的情况下：
高电阻率效率衰减
1.5%@142h, light
exposure
低电阻率效率衰减
5.5% @142h, light
exposure
三种电
阻率电
池
有再生的情况下：
高电阻率效率衰减1.5%@142h, light exposure
低电阻率效率衰减3% @142h, light exposure 还有光衰，说明除了衬底B‐O导致光衰外，还有别的衰减机理存在
不同再生温度下LID： 再生温度高，LID小
电阻率小，LID大
生产中选择合适的再生温度，需要根据实际情况进行探索
提纲
1、中科院微电子研究所太阳电池研究简介
2、PERC电池的优势（和Al‐BSF比较）
3、PERC电池模拟及性能提升研究
4、PERC电池的光衰问题
5、结论
结论
PERC电池效率将会不断提高，大规模生产将会在未来几年实现；
PERC电池的诸多问题，如光衰问题、背面钝化问题等将得到逐步克服；
PERC电池中的诸多机理问题，需要深入地开展研究，以提高效率；
Thank you for your attention!
提供整套高效电池测试、关键工艺、专业模拟和测试分析服务
拥有完整研发平台，欢迎合作研究 联系方式：jiarui@。
hjt、topcon、perc晶硅电池的技术原理
hjt、topcon、perc晶硅电池的技术原理HJT、TOPCon和PERC是目前晶硅太阳能电池中常见的三种技术原理。
这三种技术原理都是为了提高太阳能电池的效率和性能而发展出来的。
首先，HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）技术原理是一种异质结太阳能电池技术。
它的特点是在p-n结的两侧分别加上透明导电氧化物层，形成了一个p-i-n结构。
在这种结构中，p型和n型材料之间形成了一个内禀薄层，这个薄层能够有效地收集光生载流子，并将其输送到电极上。
由于HJT电池利用了异质结的优势，可以减少电池内部的电子复合现象，提高光电转换效率。
此外，HJT电池还具有较低的温度系数和较高的光谱响应，使得它在高温和弱光环境下都能保持较高的性能稳定性。
其次，TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）技术原理是一种隧道氧化物钝化接触太阳能电池技术。
它的特点是在p型衬底上形成了一层非晶硅薄膜，并通过氧化处理形成了一个隧道氧化物层。
这个隧道氧化物层可以有效地阻止载流子在p型衬底和n型掺杂层之间的复合，并且可以提高载流子的传输效率。
另外，TOPCon电池还采用了背面接触设计，可以减少光照面积上的电极遮挡，并提高光吸收效率。
这些特点使得TOPCon电池具有较高的开路电压和短路电流，从而提高了光电转换效率。
最后，PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）技术原理是一种背面钝化接触太阳能电池技术。
它的特点是在p型衬底上形成了一个背面钝化层，并在n型掺杂层上形成了一个前面钝化层。
这些钝化层可以有效地减少表面缺陷和载流子复合现象，从而提高电池的开路电压和光电转换效率。
此外，PERC电池还可以通过调整背面钝化层的厚度和掺杂浓度来优化电池的性能。
由于PERC电池采用了背面接触设计，所以可以减少光照面积上的电极遮挡，并提高光吸收效率。
p型perc晶硅电池平均转换效率 -回复
p型perc晶硅电池平均转换效率-回复p型PERC晶硅电池的平均转换效率是多少？起步时，我们必须了解p型PERC晶硅电池的定义和基本原理。
p型PERC 晶硅电池是一种属于背接触太阳能电池技术的变种，背接触电池技术基于常规PN结太阳能电池结构，但具有更高的效率。
它利用背面的p型（正面阳极）和n型（反面阴极）背接触，提高了电池的电流收集效率。
通过这种设计，p型PERC晶硅电池降低了电池内部的电流损耗，并提高了整体的光电转换效率。
在我们深入探讨p型PERC晶硅电池的平均转换效率之前，我们先来了解一下晶硅电池。
晶硅电池是目前最主要的太阳能电池技术之一，它基于晶硅材料的半导体特性，将光辐射转化为电能。
晶硅电池按照材料类型分为单晶硅电池、多晶硅电池和非晶硅电池。
其中，多晶硅电池是目前最主流的技术。
随着太阳能市场的不断发展，晶硅电池也在不断提高转换效率以满足人们对更高效太阳能电池的需求。
早期的晶硅电池转换效率大约在10左右，而最新一代的p型PERC晶硅电池已经实现了超过20的转换效率。
这表明，p型PERC晶硅电池在晶硅电池技术中达到了一个重要的里程碑。
那么，是什么使得p型PERC晶硅电池具有如此高的转换效率呢？首先，p型PERC晶硅电池采用了背接触技术，将金属电极移至电池的背面。
这样一来，电池的正面可以全面接受阳光的照射，提高光能的吸收效率。
此外，金属电极的背接触设计还能降低电池内部电流传输的阻力，减小电池的电流损耗。
其次，p型PERC晶硅电池利用了电池背面的p型和n型背接触。
这种设计可以增加电池的有效光电转换面积，提高电流收集效率。
此外，背接触电池结构还有利于减少电池的电场栅极损失，进一步提高了电池的转换效率。
最后，p型PERC晶硅电池还采用了表面镀膜技术。
这种技术可以改善电池表面的反射性，提高光能的吸收效率。
同时，表面镀膜还能提高电池的抗衰减能力，延长其使用寿命。
综上所述，p型PERC晶硅电池通过背接触技术、p型和n型背接触、表面镀膜等多种技术手段，实现了超过20的平均转换效率。
高效晶体硅太阳能电池介绍
高效晶体硅太阳电池简介（1）PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电池。
它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。
由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。
为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。
然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。
另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。
为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。
这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。
后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。
1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。
定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。
经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。
孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横向电阻。
如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。
1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。
p型perc晶硅电池平均转换效率 -回复
p型perc晶硅电池平均转换效率-回复【p型PERC晶硅电池平均转换效率】引言：在如今日益发展的清洁能源领域中，太阳能光伏发电技术备受关注。
而晶硅太阳能电池是其中最为常用且成熟的一种类型。
其中，p型PERC晶硅电池凭借其高转换效率，被广泛应用于商业和家庭光伏发电领域。
本文将从原理、制造工艺和技术进展等多个方面详细解析p型PERC晶硅电池的平均转换效率。
一、p型PERC晶硅电池简介p型PERC晶硅电池全称为Passivated Emitter and Rear Contact（表面钝化发射极和背接触）晶硅太阳电池，它采用了特殊的结构和工艺，以提高电池的光电转换效率。
这种电池类型通常在工业规模光伏电站和家庭屋顶光伏系统中使用，具有高效、长寿、稳定的特点。
二、p型PERC晶硅电池的原理p型PERC晶硅电池的核心原理是通过在电池背面和前表面使用特殊的表面钝化工艺，以最大程度地减少光伏电池正背面的光电荷复合效果。
具体来说，该结构通过激活背面和前面的p型区域，增加该区域的电学效应。
这使得电池能够更有效地吸收和利用光伏发电中的光线能量，从而实现更高的转换效率。
三、p型PERC晶硅电池的制造工艺1.衬底准备：在传统的p型晶硅电池制造工艺中，衬底通常是固定的n型硅材料。
而在p型PERC工艺中，会添加p型硅材料。
2.反射层涂布：在电池的正面涂布一层反射层，以增加光的入射量。
3.表面细化：通过使用激光或化学刻蚀技术，来增加电池表面积，从而提高光的吸收效率。
4.光刻：使用光刻技术将背面的金属电极进行图案化处理，以提高电池的光电转换效率。
5.背面钝化：在背面涂布一层钝化剂，以减少光伏电池正背面的光电荷复合效应。
6.防反射层涂布：在电池正面涂布透明的防反射层，以增加光的入射量。
7.前输运层：在电池正面涂布一层薄膜，以提高光电荷的传输效率。
四、p型PERC晶硅电池的技术进展1.双面PERC：通过在电池的正反两个表面都进行背面钝化和背面电极制备，使得电池在正背面都能有效吸收光能，从而提高转换效率。
p型perc晶硅电池平均转换效率 -回复
p型perc晶硅电池平均转换效率-回复P型PERC晶硅电池（Passivated Emitter and Rear Contact）是一种高效率、高性能的太阳能电池技术。
它通过在背面加入一层反射镜和背金属电极，使电池的转换效率大幅提升。
在本文中，我们将逐步解释P型PERC 晶硅电池的工作原理，以及如何实现其平均转换效率。
首先，让我们了解一下晶硅太阳能电池的工作原理。
晶硅是一种半导体材料，当太阳光照射到电池表面时，光子被晶体吸收并从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
导电的电子和空穴被金属电极捕获，从而形成电流。
这个过程是光电效应的基本原理。
传统的晶硅电池只有一个金属电极，称为正极或前电极。
然而，这种设计有一些缺点，比如反射损失和表面电子复合。
反射损失指的是太阳光在电池表面反射回去，而不被吸收利用，这会导致能量的浪费。
表面电子复合是由于电子和空穴在电极表面相遇并重新结合，也会使转换效率降低。
为了克服这些问题，P型PERC晶硅电池在电池的背面添加了一层背金属电极和反射镜。
这样一来，太阳光照射到电池表面时，不仅会被正面电极吸收，还会被背面的反射镜反射回来，增加了光的吸收量。
同时，背金属电极可以收集到正面电极未能捕捉到的电子和空穴，减少了表面电子复合的可能性。
这个设计还有另外一个重要的特点，即在电池背面形成的区域（Passivating Layer），这是一层具有高效反射能力的材料。
这层材料有助于减少电子和空穴在背面的复合，提高了电池的转换效率。
由于这些改进，P型PERC晶硅电池的平均转换效率明显高于传统的晶硅电池。
要进一步提高P型PERC晶硅电池的平均转换效率，还有一些其他因素需要考虑。
首先是电池的温度特性。
电池温度的升高会导致电流的降低，从而影响转换效率。
因此，要使电池达到最佳转换效率，需要在设计中考虑冷却和散热系统。
第二个因素是材料的质量。
电池的材料纯度、掺杂过程和晶格结构都会对效率产生影响。
因此，制造商需要通过优化材料选择和工艺流程来实现最佳效果。
中科院微电子所在黑硅电池研究方面取得重要进展
中科院微电子所在黑硅电池研究方面取得重要进展
Mary
【期刊名称】《今日电子》
【年(卷),期】2015(0)5
【摘要】近日,微电子所四室贾锐研究员的科研团队在新型黑硅电池方面取得重要进展。
黑硅具有良好的陷光特性和极低的光反射率(<1%),在高效率、低成本晶体硅电池方面有着重要的产业化应用前景,是国际关注的研究热点领域。
目前,黑硅太阳能电池效率提升存在诸多瓶颈。
【总页数】1页(P25)
【作者】Mary
【作者单位】
【正文语种】中文
【相关文献】
1.中科院化学研究所在聚合物场效应晶体管材料研究方面取得重要进展 [J],
2.中科院宁波材料技术与工程研究所在铁磁性块体非晶合金研究方面取得重要进展[J],
3.中科院微电子所在器件物理领域取得重要进展 [J],
4.微电子所在黑硅电池研究中取得进展 [J],
5.中科院海洋研究所在经济贝类砂海螂分类研究方面取得重要进展 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高效PERC 单晶硅太阳电池局部背表面场的工艺研究
中，d 1为相邻2条激光开槽线的间距；d 2为激光扫描距离；d 3为1个激光扫描周期距离。
实验均采用德国Halm 测试仪来表征电池的电学性能，采用奥林巴斯显微镜来观察硅片表面的激光光斑扫描形貌和电池的背面铝浆填充率变b. 激光开槽局部放大图
图1 PERC 单晶硅太阳电池的背面激光图形
Fig. 1 Laser pattern on back of PERC monocrystalline silicon
solar cell
a. 背面激光开槽整体图 a. 激光速度为14000 m/s 时
局部放大
d 2
d 1
d 3
12 µm
7 µm
b. 激光速度为16000 m/s时
0 µm
c. 激光速度为18000 m/s时
8 µm
d. 激光速度为20000 m/s时
10 µm
e. 激光速度为22000 m/s时
不同激光速度对应的激光光斑之间的位置变化形貌图Fig. 2 Topography of position change between laser spots corresponding to different laser velocities
对应的激光光斑位置为相离；当铝浆的延展腐蚀性弱时，对应的激光光斑位置为相交；当铝浆的延展腐蚀性适中时，对应的激光光斑位置为相切。
激光速度与激光实线比直接共同影响了铝浆与硅基体的接触比例，从而影响了PERC单晶硅太阳电池的接触电阻。
p型perc晶硅电池平均转换效率 -回复
p型perc晶硅电池平均转换效率-回复题目：P型PERC晶硅电池的平均转换效率引言：随着可再生能源的发展，太阳能电池的应用范围逐渐扩大。
P型PERC 晶硅电池作为目前市场上主流的太阳能电池之一，其高效的能量转换效率备受关注。
本文将对P型PERC晶硅电池的平均转换效率进行详细介绍，逐步解析其性能原理和提高效率的方法。
第一部分：P型PERC晶硅电池的基本原理和构成1.1 P型PERC晶硅电池的基本原理P型PERC晶硅电池是一种在晶体硅基材表面形成反向退火层的太阳能电池。
其基本原理是通过在P型硅表面形成氧化层，并利用该层可以在固体与气体接触的区域形成表面状态的退火，从而将电子从p型区域集中传输到n型区域的边界。
1.2 P型PERC晶硅电池的构成P型PERC晶硅电池由不同组件构成，包括：p型硅基材、天然氧化层、反向退火层、上电极金属网格、n型硅层、阳极背电极等。
其中，正向退火层起到提高光吸收和传输电子的作用，而上电极金属网格可以提高太阳能电池的光电转化功率。
第二部分：影响P型PERC晶硅电池转换效率的因素2.1 晶体硅的纯度和结晶度P型PERC晶硅电池高效转换的必要条件是要求硅材料具有较高的纯度和结晶度，以防止杂质和缺陷对电子行为的干扰。
2.2 能带结构和光电特性P型PERC晶硅电池的能带结构和光电特性直接影响着能量转换效率。
通过调整能带结构，可以实现更好的光吸收和电子传输效果。
2.3 反向退火层的性能反向退火层作为P型PERC晶硅电池的关键组成部分，其性能直接影响到电子的传输效率。
因此，提高反向退火层的光吸收和电子传输能力，以提高转换效率至关重要。
第三部分：提高P型PERC晶硅电池转换效率的方法和措施3.1 材料和工艺的优化通过优化材料的纯度和结晶度，以及改进工艺流程，可以提高P型PERC晶硅电池的光电转换效率。
3.2 新型反向退火层材料的应用探索新型反向退火层材料的应用，并进行性能优化，可以提高P型PERC晶硅电池的能量转换效率。
后PERC时代晶硅电池技术路线探讨(讨论稿)
后PERC时代高效晶硅电池量产技术路线探讨2019.12目录一、晶硅电池技术路线演变历史电池类型晶硅硅薄膜叠层多晶单晶效率22.8 26.6 14.0 46.0 机构ISFH Kaneka AIST Fraunhofer 可靠性☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆产业化水平☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆24.06%Jinko22.04%6〞Multi PERC cellJolywood 23.15%6〞Mono TOPCon cell一、晶硅太阳电池演变历史（表面钝化：无双面）1954 Bell 4.5% 1958 Space 10-12%BSR1976 单/多晶BSF电池 15% 2014至今单/多晶PERC电池 22.5/20.5%HJTTOPCon？黑马？一、晶硅太阳电池演变历史--主流产业化晶硅电池技术路线P-typeP-type HP Mono-like Time 时间19%20%21%22%23%24%P-typeHP Multi-silicon25%N-type N-type一、晶硅太阳电池演变历史--主流产业化晶硅电池极限效率模拟主流电池结构不发生实质变化前提下，围绕复合电流密度和电阻功率损失模拟结果如下：26.6%同质结理论极限25.8%Fraunhofer二、P-PERC 硅电池技术现状22.4%LDSE Thermal oxidationBifacialReliabilityLow resistivityBulk τ测试 标准LeTID et al二、P-PERC 电池效率关键技术突破工艺优化 体性能 μs 发射极 fA/cm 2前金属复合 fA/cm 2接触电阻 ohm.cm 2背面复合 fA/cm 2背金属复合 fA/cm 2接触电阻 ohm/.cm 2遮光面积 %/线宽 优化后1000301000.4540.4细栅-10μmQuakka3 模拟结果二、P-PERC 关键技术突破 -- 前表面金属化优化+0.2%↑●PERC 电池前表面的复合改善途径； ●主栅金属栅线漂浮型浆料加载； ●栅线细密化并采用二次印刷。
p型perc晶硅电池平均转换效率 -回复
p型perc晶硅电池平均转换效率-回复P型PERC晶硅电池（Passivated Emitter and Rear Cell）是一种新型的太阳能电池技术，它在传统晶硅电池的基础上进行了改进，提高了电池的转换效率。
本文将逐步回答关于P型PERC晶硅电池的平均转换效率的问题。
第一步：了解P型PERC晶硅电池的基本原理P型PERC晶硅电池是一种双面结构的太阳能电池，其阳极和阴极分别位于电池的正面和背面。
PERC技术通过在电池背面加入铝金属反射层，有效地利用了太阳能的反射和散射。
这使得电池能够更好地吸收阳光，并提高转换效率。
第二步：了解P型PERC晶硅电池的结构与工艺P型PERC晶硅电池由多个层次组成，包括电池片、前表面封装层、N型补充层、隔离层、P型补偿层和背表面封装层。
每个层次都有特定的材料和工艺，以确保电池的高效运行。
第三步：了解P型PERC晶硅电池的转换效率提高原因通过添加P型补偿层和背表面封装层，P型PERC晶硅电池在太阳能电池的背面形成了镀铝电极。
这种结构可以反射和散射未能被前表面吸收的太阳能，并将其重新导向电池片，提高了光的利用率。
此外，添加补偿层能够降低电池片的片电流，减少电池损耗。
第四步：了解P型PERC晶硅电池的平均转换效率P型PERC晶硅电池的平均转换效率是指在标准测试条件下，其从太阳能转换为电能的能力。
根据不同的制造商和产品型号，P型PERC晶硅电池的平均转换效率可在20-23之间。
然而，这个数值并不是固定的，实际的转换效率还受到许多因素的影响，包括阳光强度、温度和阴影等。
第五步：了解P型PERC晶硅电池的应用前景由于其较高的转换效率和稳定的性能，P型PERC晶硅电池已经成为太阳能行业的热门技术。
它广泛应用于光伏发电站、屋顶太阳能系统和太阳能电池板等领域。
随着技术的不断进步，P型PERC晶硅电池的转换效率还将继续提高，进一步推动太阳能产业的发展。
总结：P型PERC晶硅电池是一种具有高转换效率的太阳能电池技术。