1、引言
多晶電池效率的提升受制于表面反射率的降低。常規(guī)多晶主要采用酸制絨，形成蠕蟲(chóng)狀的坑洞；而單晶采用堿制絨，形成金字塔結(jié)構(gòu)的絨面。相比單晶電池，常規(guī)多晶電池的表面反射率高3%~5%（絕對(duì)值）。降低表面反射率是提高多晶電池效率的關(guān)鍵。成本方面，單晶硅片受益于金剛線切割工藝的推廣，成本大幅下降；而多晶硅片金剛線線切的推廣受制于電池制絨工藝的匹配，具體講，金剛線線切多晶硅片使用常規(guī)制絨工藝后，反射率更高并有明顯的線痕等外觀缺陷，嚴(yán)重降低電池效率。阿特斯開(kāi)發(fā)的濕法黑硅技術(shù)完美的解決以上問(wèn)題，既能提升電池效率又能降低電池成本，是多晶電池繼續(xù)進(jìn)步的必由之路。
制備黑硅所采用的技術(shù)主要有：
?、偌す饪涛g法；
?、跉庀喔g法；
?、鄯磻?yīng)離子刻蝕法（Reactive Ion Etching，RIE）；
?、芙饘俅呋瘜W(xué)腐蝕法（Metal Catalyzed Chemical Etching，MCCE）。
目前，具有量產(chǎn)可能性的黑硅技術(shù)主要是RIE。但是，RIE黑硅由于需要昂貴的真空設(shè)備以及工藝均勻性較差等因素，尚未大規(guī)模進(jìn)入量產(chǎn)。阿特斯歷經(jīng)3年的自主研發(fā)，攻克多道技術(shù)難關(guān)，于2014年12月成功將濕法黑硅技術(shù)推廣到生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)0.4%（絕對(duì)值）的電池效率增益，成為業(yè)界首家將該技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的太陽(yáng)能電池公司。如圖1所示，這一技術(shù)大大加快了多晶電池效率的提升速度，使得多晶電池量產(chǎn)效率有望在2016年底提前達(dá)到19%。阿特斯開(kāi)發(fā)的濕法黑硅成本優(yōu)于RIE，反射率均勻性好，易于產(chǎn)線工藝升級(jí)。隨著該技術(shù)的逐漸成熟，阿特斯的濕法黑硅技術(shù)勢(shì)必將取代現(xiàn)有常規(guī)多晶制絨，為金剛線切割硅片的及時(shí)導(dǎo)入和多晶電池的降本增效提供原動(dòng)力。
圖1業(yè)界主流多晶效率趨勢(shì)
2、產(chǎn)業(yè)化黑硅電池技術(shù)概述
早在2004年，日本京瓷公司引入了RIE多晶制絨技術(shù)。在2008年，以韓國(guó)公司為代表的設(shè)備廠家開(kāi)始在中國(guó)推廣RIE技術(shù)。一些一線電池廠家對(duì)該技術(shù)也進(jìn)行過(guò)小批量評(píng)估，由于較高的工藝成本以及組件功率收益不理想，該技術(shù)最終沒(méi)能推廣成功。近兩年，基于硅片廠家對(duì)金剛線切片技術(shù)導(dǎo)入的預(yù)期以及電池、組件技術(shù)的快速發(fā)展，RIE黑硅技術(shù)又逐漸進(jìn)入業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的視野。同時(shí)，國(guó)產(chǎn)RIE設(shè)備也促進(jìn)了該技術(shù)發(fā)展。但RIE設(shè)備的綜合性?xún)r(jià)比始終制約著該技術(shù)的大規(guī)模推廣。
另外一種可大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的黑硅技術(shù)是濕法黑硅技術(shù)。早在2006年，德國(guó)的Stutzmann小組即提出了金屬催化化學(xué)腐蝕的概念并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了初步的研究；直到2009年，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）的Branz博士提出了全液相黑硅制備方法，將濕法黑硅技術(shù)朝產(chǎn)業(yè)化方向又推進(jìn)了一步。但是，他們一直未能解決好黑硅表面鈍化難題，使得濕法黑硅技術(shù)一直停留在實(shí)驗(yàn)室階段。濕法黑硅技術(shù)基本原理如圖2所示，采用Au、Ag等貴金屬粒子隨機(jī)附著在硅片表面，反應(yīng)中金屬粒子作為陰極、硅作為陽(yáng)極，同時(shí)在硅表面構(gòu)成微電化學(xué)反應(yīng)通道，在金屬粒子下方快速刻蝕硅基底形成納米結(jié)構(gòu)。
圖2金屬催化化學(xué)腐蝕原理圖
以上兩種產(chǎn)業(yè)化黑硅技術(shù)比較如下。
與常規(guī)的多晶電池相比，濕法黑硅電池不同之處在制絨這一工序，由于同樣采用濕法化學(xué)腐蝕工藝，與現(xiàn)有的常規(guī)電池工藝能很好的兼容。而RIE黑硅是在常規(guī)酸腐蝕后，再進(jìn)行RIE形成納米絨面，最后通過(guò)化學(xué)腐蝕去除硅片表面的殘留物和離子轟擊帶來(lái)的損傷層。比常規(guī)多晶電池制程，增加了至少兩道工序。
3、阿特斯?jié)穹ê诠?span id="244uuuuuuuuu" class="hrefStyle">電池技術(shù)進(jìn)展
阿特斯早在2009年開(kāi)始黑硅技術(shù)調(diào)研，并選用濕法黑硅技術(shù)作為黑硅技術(shù)的首選，一直致力于產(chǎn)業(yè)化濕法黑硅技術(shù)的開(kāi)發(fā)。
濕法黑硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)在于：一、通過(guò)納米微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化以及后道工序匹配，解決減反效果與其帶來(lái)的表面鈍化問(wèn)題之間的矛盾；二、開(kāi)發(fā)適合產(chǎn)業(yè)化的穩(wěn)定工藝流程以及成本控制，提高凈收益。如何設(shè)計(jì)合適的設(shè)備，確保該工藝能夠全天候穩(wěn)定運(yùn)行，是產(chǎn)業(yè)化必須面對(duì)的問(wèn)題。
阿特斯開(kāi)發(fā)的濕法黑硅技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型的納米絨面。這些絨面包括：納米正金字塔、納米倒金字塔、納米柱、納米凹坑等，如圖3所示。對(duì)于不同類(lèi)型的納米結(jié)構(gòu)，其光學(xué)特性以及電學(xué)特性是不同的。光學(xué)特性主要是封裝后光學(xué)多次反射的角度和路徑不同，從而導(dǎo)致組件端光學(xué)增益的不同；電學(xué)特性主要是不同納米結(jié)構(gòu)的尺寸以及表面積不同，從而導(dǎo)致表面鈍化的不同，進(jìn)而影響最終電池的電性能。濕法黑硅的優(yōu)勢(shì)就在于，它可以調(diào)控不同類(lèi)型的納米微結(jié)構(gòu)，通過(guò)光學(xué)和電學(xué)性能上的匹配，實(shí)現(xiàn)濕法黑硅組件功率的最大化。
圖3不同類(lèi)型的濕法黑硅納米絨面結(jié)構(gòu)
2012年底，阿特斯在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)濕法黑硅技術(shù)效率上的突破，隨后在向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，通過(guò)不懈努力解決了諸多技術(shù)難題，于2014年12月將該技術(shù)成功推廣到生產(chǎn)線，在世界上首次實(shí)現(xiàn)濕法黑硅技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，使電池平均效率提升達(dá)到0.4%。表1是阿特斯產(chǎn)業(yè)化濕法黑硅電池典型電性能數(shù)據(jù)（所列各項(xiàng)均為與常規(guī)電池參照組相比的絕對(duì)增益）?？刂坪秒姵毓に?，確保效率提升和關(guān)鍵電性能參數(shù)的穩(wěn)定，對(duì)黑硅電池效率轉(zhuǎn)化成組件CTM至關(guān)重要。
濕法黑硅技術(shù)是通過(guò)提高電池的短波響應(yīng)來(lái)提高光電流。圖4是典型的濕法黑硅電池與常規(guī)多晶電池的量子效率以及反射率曲線。
圖4濕法黑硅電池與常規(guī)多晶電池的外量子效率以及反射率曲線
隨著濕法黑硅技術(shù)的成熟，阿特斯已將此技術(shù)推廣到多個(gè)生產(chǎn)基地。該技術(shù)已成為阿特斯多晶電池新增產(chǎn)能的標(biāo)配技術(shù)。
4、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，黑硅技術(shù)為金剛線線切在多晶切片領(lǐng)域的大面積推廣鋪平了道路。黑硅技術(shù)還可以融合其他硅片及電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，從根本上提升多晶電池的轉(zhuǎn)換效率，并降低光伏組件的成本。黑硅技術(shù)勢(shì)必取代常規(guī)多晶制絨，成為未來(lái)多晶電池制程的標(biāo)配技術(shù)。那么黑硅技術(shù)到底是多晶的垂死掙扎還是多晶對(duì)單晶的大殺器呢？
