電池加工方法

為了使未來生產(chǎn)成本盡可能低，n型MWT工藝（也是ECN與英利太陽(yáng)能共同開發(fā)的）用于n-PasHa電池的工業(yè)化工藝十分類似。激光加工用來形成通孔，正面金屬網(wǎng)格經(jīng)通孔環(huán)繞穿通硅片。與n-PasHa電池類似，該電池結(jié)構(gòu)由硼發(fā)射極、磷背表面場(chǎng)（BSF）和適合薄硅片的開放背面金屬化組成。高摻雜硼發(fā)射極的鈍化工藝采用工業(yè)設(shè)備，在工業(yè)發(fā)射極上提供極佳的鈍化質(zhì)量。金屬接觸用工業(yè)絲網(wǎng)印刷工藝淀積，與用在工業(yè)n-PasHa工藝中的絲網(wǎng)印刷工藝比較，沒有關(guān)于對(duì)準(zhǔn)的進(jìn)一步要求。在共燒期間穿過鈍化層形成電接觸。正面和背面金屬網(wǎng)格圖形是基于與ECN單元電池概念結(jié)合的酷似H形網(wǎng)格設(shè)計(jì)，開發(fā)用于減少擴(kuò)大到較大硅片時(shí)MWT電池中的串聯(lián)電阻。我們選擇這一設(shè)計(jì)是因?yàn)樗浅＿m合用于比較n-MWT和n-PasHa電池時(shí)之間的損失。由于我們的n-MWT電池組件互連沒有串焊接工藝，與常規(guī)的n-PasHa電池比較，正面匯流條能大大變細(xì)。結(jié)果，減少了與金屬化有關(guān)的總陰影損失，導(dǎo)致明顯的電流增益。但是，匯流條的電阻相應(yīng)要大一些，這對(duì)電池的總串聯(lián)電阻有影響。通過匯流條幾何形狀的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有可能平衡陰影與電阻損失，與n-PasHa電池比較，增加n-MWT電池的功率輸出。（見第3節(jié)）。

n-MWT電池的背面金屬化也具有開放結(jié)構(gòu)，這增強(qiáng)背面反射，提高長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍的內(nèi)量子效率。所以，與由全鋁背表面場(chǎng)組成的電池結(jié)構(gòu)比較，提高了電流和電壓。而且，在組件級(jí)，采用雙面組件，開放背面金屬化能增加電能年產(chǎn)量。依照此工藝流程制造的電池正面和背面見圖1。

n型MWT對(duì)n型n-PasHa太陽(yáng)能電池——直接性能比較

實(shí)驗(yàn)情況和結(jié)果

n型MWT和n型PasHa太陽(yáng)能電池從200μm厚，相鄰的n型Cz硅片制備（239cm2，電阻率約5Ωcm）。n-PasHa電池用我們的高效生產(chǎn)工藝加工。n-MWT電池依據(jù)上述的工藝加工。二組并行地在ECN中試線上加工，有同樣的絨化（堿性刻蝕形成的隨機(jī)錐狀體）、發(fā)射極和BSF剖面、鈍化、SiN抗反射層（ARC）、用于發(fā)射極和BSF接觸及燒結(jié)的金屬漿料。專門用于n-MWT加工的附加步驟（如激光鉆孔或金屬通孔漿料印刷）也在ECN中試線上進(jìn)行。

用二種測(cè)量方法進(jìn)行n-MWT對(duì)n-PasHa電池的I/V測(cè)量。第一種測(cè)量方法用閃光光源，因此在電池中引起電容性瞬態(tài)效應(yīng)（capacitive transient effect），導(dǎo)致FF估計(jì)過低。對(duì)此二類電池，這種測(cè)量設(shè)置包含一個(gè)與組件互連過程相當(dāng)?shù)姆椒ā-PasHa電池以與串焊互連方法類似的途徑接觸，用多行接觸正面和背面匯流條的多電壓和電流探針。n-MWT電池以與背箔互連方法類似的途徑接觸，僅用一個(gè)電流和電壓探針接觸位于電池背面上的每一發(fā)射極或基極收集焊盤。H形互連串焊中的損失和MWT互連箔中的損失（箔中的損失比串焊中的損失低得多）不包含在此測(cè)量中。這意味著組件級(jí)效率差異將比較大（有利于MWT）。

第二種測(cè)量方法用連續(xù)光源（AAA級(jí)太陽(yáng)模擬器），它不會(huì)引起任何電容性瞬態(tài)效應(yīng)。而且，安裝電池的夾具有溫度控制，采用這種I/V測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，可很好地確定它們的反射率。另一方面，這種情況下n-PasHa電池的接觸方法不代表組件互連過程，因?yàn)楸趁婢W(wǎng)格通過測(cè)量夾具的導(dǎo)電表面接觸在其整個(gè)面積上。因此，此測(cè)量系統(tǒng)對(duì)n-PasHa電池的FF（稍微）估計(jì)過高。由于n-MWT測(cè)量夾具在二種測(cè)量設(shè)置中是同一的，用第二種測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，n-MWT電池的接觸方法仍可代表組件互連方法。

為了提高n-PasHa電池和n-MWT電池間有關(guān)電流和電壓比較的精度，這二類電池根據(jù)用第二種測(cè)量系統(tǒng)的得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。這些I/V數(shù)據(jù)在表1給出。ESTI（European Solar Test Installation）標(biāo)定的電池用作參照電池。結(jié)合參照電池、標(biāo)定方法和光譜失配校正的不確定性，測(cè)得的短路電流相對(duì)精度為±2%。為合理比較，評(píng)估了由于背面網(wǎng)格整個(gè)面積接觸引起的對(duì)n-PasHa電池FF的過高估計(jì)。比較二種測(cè)量方法間n-MWT和n-PasHa的FF偏差，并用模型化的支持，預(yù)計(jì)這種FF過高估計(jì)的絕對(duì)值約為0.2%。

n-MWT電池上測(cè)得的平均電流密度（Jsc）接近40mA/cm2，勝過在n-PasHa電池上測(cè)得的Jsc約1.1 mA/cm2（即相對(duì)增益2.8%）。此外，與n-PasHa電池比較，n-MWT電池的平均開路電壓（Voc）增益為6mV（相對(duì)增益≈1%）。另一方面，根據(jù)此I/V測(cè)量，n-MWT電池的串連電阻（Rseries）比n-PasHa電池的Rseries高1.3mΩ。相應(yīng)地，n-MWT電池的平均填充因子（FF）絕對(duì)值比n-PasHa電池的FF低2%。即使到目前為止FF仍然是受限的，與H形電池比較，背接觸電池上測(cè)得的最終效率增益有0.25%。

下節(jié)將分析討論對(duì)MWT電池測(cè)得的附加Rseries和FF損失，使用因早先說明的理由以0.2%校正的n-PasHa電池的FF值。結(jié)果，與n-PasHa電池比較，下節(jié)給出的n-MWT Rseries和FF損失分析參考Rseries絕對(duì)值高1.2 mΩ和FF絕對(duì)值低1.8%。注意，應(yīng)用此FF校正后，MWT電池的效率增益較之n-PasHa電池成為絕對(duì)值0.3%。

結(jié)果的分析和討論

對(duì)n-MWT電池觀察到的填充因子的分析是基于金屬通孔產(chǎn)生的附加串聯(lián)電阻以及正面金屬化網(wǎng)格設(shè)計(jì)差異的評(píng)估，金屬通孔是用來把正面發(fā)射極網(wǎng)格取出的電荷帶至背面。引起串聯(lián)電阻和FF損失的因素總結(jié)在表2中。

每一金屬通孔的電阻大小用四探針測(cè)量技術(shù)確定。n-MWT電池全部金屬通孔引起的總串聯(lián)電阻損失約為0.2mΩ。對(duì)n-MWT電池全部串聯(lián)電阻損失的這一貢獻(xiàn)與FF絕對(duì)值損失0.3%是對(duì)應(yīng)的。

引起n-MWT電池上測(cè)得FF較低的第二個(gè)因素是正面匯流條較窄產(chǎn)生的較高電阻。圖2是相對(duì)于H形n-PasHa的串聯(lián)電阻、金屬覆蓋引起的損失及產(chǎn)生的總功率損失與MWT匯流條寬度的關(guān)系。MWT正面匯流條寬度減少時(shí)，串聯(lián)電阻的損失很快被電流增益補(bǔ)償。根據(jù)這些趨勢(shì)，選擇n-MWT正面匯流條寬度使功率損失最小，固定在n-PasHa電池正面匯流條寬度的30%。這樣優(yōu)化后，串聯(lián)電阻損失估計(jì)在0.6 mΩ，產(chǎn)生的FF絕對(duì)損失0.9%。 
除了n-MWT正面薄匯流條引起的Rseries外，在正面網(wǎng)指圖形中還有額外的Rseries損失。盡管絲網(wǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)了同樣的標(biāo)稱開口，n-MWT電池上印刷的正面指形寬度比n-PasHa電池上印刷的正面網(wǎng)指寬度窄10μm，很可能是由于在印刷過程中漿料流變性能有小的改變。雖然二類電池的指數(shù)是一樣的，n-MWT電池上印刷的較窄指形增加了線電阻損失和接觸電阻損失。根據(jù)分析模型，這些Rseries損失估計(jì)為0.2 mΩ，對(duì)應(yīng)FF絕對(duì)損失0.3%左右。

最后，n-MWT電池上測(cè)得的短路電流增加將導(dǎo)致功率損失因而FF損失增加。電流增加2.8%將導(dǎo)致約0.1%的FF絕對(duì)損失。

從這些模擬結(jié)果可知，與n-PasHa電池比較，n-MWT電池中存在觀察到的1.8%FF附加損失中的約1.6%能很好地得到評(píng)估及解釋了。余下的0.2%FF絕對(duì)損失在損失分析中還不清楚其原因，不過，這一不符合很小，可能與測(cè)量及模擬的不確定性有關(guān)。

減少n-MWT電池串聯(lián)電阻提升效率的解決方案

如本文上節(jié)所述，n-MWT電池中串聯(lián)電阻一半以上的貢獻(xiàn)是由于正面匯流條的電阻損失。如圖2所示，n-MWT正面匯流條寬度相對(duì)于n-PasHa正面匯流條減少30%使電阻損失相對(duì)于n-PasHa增加35%，導(dǎo)致n-MWT電池的FF絕對(duì)值損失0.9%。

減少這FF損失的第一個(gè)選項(xiàng)是，通過改進(jìn)其設(shè)計(jì)和金屬漿料的導(dǎo)電率來減少M(fèi)WT電池正面匯流條的方塊電阻。這二個(gè)參數(shù)必須一起調(diào)整，因?yàn)閮?yōu)化的匯流條設(shè)計(jì)也與金屬漿料導(dǎo)電率有關(guān)。匯流條設(shè)計(jì)優(yōu)化也將影響陰影效應(yīng)（與金屬覆蓋有聯(lián)系）和Voc損失（與金屬接觸相關(guān)的復(fù)合有聯(lián)系）。圖3說明n-MWT電池的相對(duì)功率損失與正面匯流條相對(duì)方塊電阻減少及得到的電池效率的函數(shù)關(guān)系。從這一計(jì)算可知，匯流條方塊電阻實(shí)際相對(duì)減少50%使總損失減少約4%相對(duì)值，導(dǎo)致效率絕對(duì)增益0.1%。 

通過增加通孔數(shù)量，即增加對(duì)正面金屬網(wǎng)格的接觸數(shù)量，能將MWT電池的FF損失減少大部分。