在傳統(tǒng)生產(chǎn)線上，通過‘FerroSolar’工藝冶金提純的硅已被證明在采用高純冶金級（UMG）硅制成的多晶電池中效率高達20.76%。這樣的設(shè)備也顯著降低了凈化成本和制造模塊的環(huán)境影響，因此可以減少25%的碳足跡。


然而，UMG必須證明它能夠追隨傳統(tǒng)太陽能電池轉(zhuǎn)換效率的“移動目標”，即不斷提高的水平。近年來，這一速度一直維持在每年0.4-0.5%左右。

在對傳統(tǒng)電池的改進（背面完全由鋁覆蓋）達到極致之后，向PERC技術(shù)的躍升才得以保持效率的提高，該技術(shù)采用一個或多個穿透接觸的介電層來取代鋁。

有關(guān)UMG硅上的PERC電池的首批結(jié)果非常令人鼓舞，平均效率為20.1%±0.6%，而傳統(tǒng)多晶硅電池的效率為20.41%。

UMG上的P型TopCon電池：效率高達22%

這些結(jié)果是‘Cheer-Up’項目的基礎(chǔ)，該項目名稱有點像是“低成本、高效率和可靠的UMG光伏電池”的首字母縮寫。作為歐洲Solar-Era.Net能源技術(shù)研發(fā)網(wǎng)絡(luò)的一部分，該項目由位于馬德里的太陽能研究所（IES-UPM）、西班牙太陽能公司Aurinka PV、瓦倫西亞的納米光子技術(shù)中心和位于安卡拉的土耳其太陽能研究和應(yīng)用中心（GÜNAM）合作開展。

該項目旨在調(diào)整PERC技術(shù)，在一些工業(yè)加工步驟中稍作改動，使UMG的效率達到21%。通過采用先進的加工技術(shù)，預(yù)計該材料的效率將達到22%，例如用超薄氧化物和摻雜多晶硅對觸點進行鈍化，即隧道氧化物鈍化觸點，或TOPCon。

Cheer-Up項目將試圖證明，使用UMG可以更低的成本、更少的環(huán)境影響達到與傳統(tǒng)材料類似的效率。研究人員還希望證明UMG可以用于制造最先進的電池結(jié)構(gòu)。

IES-UPM主管Carlos del Cañizo告訴《光伏》雜志：“我們的方法是在p型晶圓上制作一個TOPCon裝置，其中TOPCon后部結(jié)構(gòu)將用摻硼多晶硅制成，而且我們正在評估選擇前部磷光發(fā)射體或選擇性結(jié)構(gòu)作為前部。”他指出，評估可能的退化為時過早。這項工作將在明年與德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究院（Fraunhofer ISE）合作進行。Del Cañizo表示，到目前為止團隊已經(jīng)取得“顯著的成果”，這個為期三年的項目已經(jīng)進行了15個月。

一種用UMG硅制成的電池的電致發(fā)光圖像。

減少LeTID

實現(xiàn)該項目目標的最重要步驟包括等離子體納米紋理化技術(shù)——這被稱為黑硅，因為它的反射率非常低，使基片看起來是黑色的——并設(shè)計工藝的加熱步驟來最大限度地去除雜質(zhì)并提高基片的質(zhì)量，使其能與傳統(tǒng)多晶硅基片相媲美。

del Cañizo說道：“就材料的特性而言，我們對磷光劑擴散步驟的條件和電池背面介電層的沉積條件進行了調(diào)整，我們已經(jīng)觀察到以壽命來衡量的材料質(zhì)量有所改進，超過了300微秒，且在某些情況下長達600微秒。為了了解這些數(shù)值的含義，必須考慮到模擬結(jié)果表明，在最大功率點的壽命為150微秒，即表示我們的電池效率已經(jīng)達到了21%。”

研究小組還在研究工藝條件，以大幅減少某些電池技術(shù)在運行時隨著光照和溫度而出現(xiàn)的衰減，這種現(xiàn)象可以通過控制后介電層向基底擴散的氫氣量來調(diào)節(jié)。

具體來說，研究人員正在研究PERC的光照和高溫誘導(dǎo)衰減（LeTID），其范圍取決于起始物料。該團隊正在初步評估它對UMG的重要性，并在制造過程中引入變化——包括電介質(zhì)中的氫、燒成溫度和前向極化——來減少它。