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三、PERL電池

PERL（鈍化發(fā)射極背部局域擴(kuò)散）（Passivated Emitter and Rear Locally-diffused）電池是鈍化發(fā)射極、背面定域擴(kuò)散太陽能電池的簡稱。1990年，新南威爾士大學(xué)的在PERC電池結(jié)構(gòu)和工藝的基礎(chǔ)上，在電池背面的接觸孔處采用了BBr3定域擴(kuò)散制備出PERL電池。2001年，PERL電池效率達(dá)到24.7%，接近理論值，是迄今為止的最高記錄。

效率發(fā)展及技術(shù)趨勢(shì)

N型PERT雙面電池在近兩年開始備受矚目，其電池的特點(diǎn)是可以雙面吸收入射光線，從而提升電池和組件的最終發(fā)電量。在目前技術(shù)階段，N型雙面電池的正面效率約為21.5%，背面效率約為19%。封裝成雙玻組件以后，如果假設(shè)背面可以吸光20%，那么組件的最終輸出功率可以達(dá)到350W，然而行業(yè)內(nèi)對(duì)雙面電池和組件還沒有一個(gè)統(tǒng)一的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。

在工藝制程方面，N型PERT電池比傳統(tǒng)P型電池增加了硼元素?fù)诫s(通過擴(kuò)散diffusion或者APCVD工藝)和雙面漿料印刷等工藝。由于N型PERT電池技術(shù)不需要使用激光工藝，因此制作工藝并不會(huì)對(duì)硅片造成額外晶體傷害。此外，N型電池具備零光致衰減、弱光效應(yīng)好以及組件穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。最近兩年，在N-PERT電池工藝的基礎(chǔ)上，德國弗朗霍夫研究所開發(fā)出TOPCon (隧穿氧化層鈍化接觸)技術(shù)。通過在背面制備超薄氧化硅SiO2和摻雜多晶硅薄層Poly-Si，二者共同形成了接觸鈍化結(jié)構(gòu)。該技術(shù)可以極大地降低背面的表面復(fù)合和金屬復(fù)合，因此大幅度的提升N型電池的VOC和轉(zhuǎn)換效率。

PERL電池具有高效率的原因在于：

1.電池正面采用“倒金字塔”，這種結(jié)構(gòu)受光效果優(yōu)于絨面結(jié)構(gòu)，具有很低的反射率，從而提高了電池的JSC；

2. 淡磷、濃磷的分區(qū)擴(kuò)散。柵指電極下的濃磷擴(kuò)散可以減少柵指電極接觸電阻;而受光區(qū)域的淡磷擴(kuò)散能滿足橫向電阻功耗小，且短波響應(yīng)好的要求；

3.背面進(jìn)行定域、小面積的硼擴(kuò)散P+區(qū)。這會(huì)減少背電極的接觸電阻，又增加了硼背面場(chǎng)，蒸鋁的背電極本身又是很好的背反射器，從而進(jìn)一步提高了電池的轉(zhuǎn)化效率；

4. 雙面鈍化。發(fā)射極的表面鈍化降低表面態(tài)，同時(shí)減少了前表面的少子復(fù)合。而背面鈍化使反向飽和電流密度下降，同時(shí)光譜響應(yīng)也得到改善;但是這種電池的制造過程相當(dāng)繁瑣，其中涉及到好幾道光刻工藝，所以不是一個(gè)低成本的生產(chǎn)工藝。

產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)

N-PERT和N-PERL電池結(jié)構(gòu)簡單，效率提升潛力大，可雙面發(fā)電。英利、中來、林洋、LG等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了N型單晶雙面高效電池的量產(chǎn)。2018年9月底，在比利時(shí)布魯塞爾舉行的EU PVSEC大會(huì)上，Imec宣布，最新一代大面積單面絲網(wǎng)印刷背面發(fā)射極nPERT電池的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了23.03％，已經(jīng)通過弗勞恩霍夫ISE研究所認(rèn)證。

Imec表示，預(yù)計(jì)今年年底，nPERT技術(shù)的效率會(huì)達(dá)到23.5％，這種技術(shù)清晰的路線圖指向的最終效率超過了24％。

PERT/PERL電池由于比較大的效率提升潛力，相對(duì)比較簡單的電池結(jié)構(gòu)，且與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)比較好的兼容性，成為近些年行業(yè)研究的熱點(diǎn)，不同國家不同機(jī)構(gòu)的研究人員開展了大量富有成效的工作。

中國英利公司與ECN合作開發(fā)的PANDA雙面電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，并充分利用了原有電池線的生產(chǎn)設(shè)備；韓國LG公司利用離子注入工藝和絲網(wǎng)印刷實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的電池效率達(dá)到21.5~22%，是比較高的量產(chǎn)效率。

需要特別指出的是德國Fraunhofer利用Topcon技術(shù)制備的n-PERT電池轉(zhuǎn)化效率達(dá)25.1%，是非常值得產(chǎn)業(yè)界期待的技術(shù)路線。

總結(jié)

最后，經(jīng)過一系列的分析，曾祥斌認(rèn)為當(dāng)下的高效電池具備以下5大趨勢(shì)：

1.高效率電池種類很多，產(chǎn)業(yè)化前景良好的主要是硅基電池。

2.硅基電池中，發(fā)展空間大的是基于PERC(PERL\PERT)系列太陽能電池。

3.異質(zhì)結(jié)電池是效率最高的一種硅基電池，目前是電池性能記錄保持者，但市場(chǎng)空間有待進(jìn)一步擴(kuò)大。

4.N型電池越來越受到重視和發(fā)展。到2020之前，預(yù)測(cè)可實(shí)現(xiàn)低成本批產(chǎn)平均效率大于23%的均為N型電池；到2021年，N型電池市場(chǎng)占有率將超過30%。

5.新技術(shù)開發(fā)和先進(jìn)技術(shù)的融合進(jìn)一步提升電池性能。HJ-IBC，TOP-contact，N型襯底的結(jié)合等。

4.N型電池越來越受到重視和發(fā)展。到2020之前，預(yù)測(cè)可實(shí)現(xiàn)低成本批產(chǎn)平均效率大于23%的均為N型電池；到2021年，N型電池市場(chǎng)占有率將超過30%。

5.新技術(shù)開發(fā)和先進(jìn)技術(shù)的融合進(jìn)一步提升電池性能。HJ-IBC，TOP-contact，N型襯底的結(jié)合等。