沉积氧化铝钝化层在提高太阳能电池力量

沉积氧化铝钝化层在提高PERC太阳能电池转换效率方面的作用

作者 BENEDICT O\'DONNELL

父亲魏和德为自家油坊取名“顶新” 一种能够沉积原子薄层氧化铝的制造技术正在重塑工业设备市场，以生产最先进的光伏电池。中国的制造商正从等离子体增强化学气相沉积（PECVD）转向原子层沉积（ALD），这是为perc太阳能电池沉积氧化铝钝化层的新方法。

“到目前为止，我们已经为超过30千兆瓦的生产线配备了ALD钝化系统，并且仍在增长，”领先的ALD钝化设备供应商Leadmicro的首席技术官魏敏利说。“中国几乎所有主要的光伏电池制造商现在都使用我们的系统。”

钝化层是perc技术的核心。它们被沉积在这些细胞的材料之间，以减少界面处的电荷复合。他们的加入有助于提高能源转换效率超过22%的尖端perc生产。制造商通常使用PECVD生长氧化铝钝化层，这是光伏行业长期采用的工艺。2011年，ALD作为一种替代方法进入光伏行业，但几乎没有引发最初的市场兴趣。去年，中国无锡的一家年轻公司改变了对ALD的采用。

新兴设备供应商Leadmicro汇集了早期的ALD技术先驱，受益于中国在海外的融资和研究经验。该公司正在努力开拓制造设备的市场，用为大规模生产量身定制的内部ALD变种在perc电池中沉积氧化铝。从2017年不到2%的市场份额来看，Leadmicro在2018年的销售额接近20%，成为市场上第二大perc设备供应商。在短短三年的时间里，Leadmicro已经发展到300名员工，并与包括通威太阳能在内的重量级光伏制造商签订了合同。

Leadmicro和少数ALD竞争对手的成功已经侵蚀了PECVD设备的销售。李说，由于该技术的拥有成本较低，制造商们纷纷转向ALD。他补充说，用ALD沉积氧化铝钝化层的操作和维护费用可以低至每片0.001美元。这些成本高于工厂生产线上的其他工艺步骤，包括在将后续层沉积到电池中时，在ALD系统和PECVD设备之间传输晶圆的处理步骤。

包含ALD系统的PERC工厂生产线仍然需要PECVD设备，尤其是在氧化铝上沉积氮化硅盖层。这些层通常沉积在同一个PECVD反应器中。使用ALD需要中断两个步骤之间的真空沉积过程，并手动转移样品。不过，李说最终的账单对Leadmicro的客户来说是有利的。

有利可图的效率

Leadmicro还报告了使用ALD沉积氧化铝钝化层的技术优势，特别是在perc太阳能电池的能量转换效率方面。李说：“我们从不同的生产基地看到，ALD使perc电池的能量转换效率比由pecvd沉积的钝化层电池高0.05%左右。”“ALD是高效太阳能电池制造的明显选择。”

提高能源转换效率是众所周知的挑战分离和一些生产顶级perc细胞，包括汉瓦Q细胞和SAS公司，继续使用pecvd，而不是ald。然而，如果建立起来，即使是在能源转换效率方面的适度效益也可能证明这两种技术的游戏改变者。在目前市场领先者竞争的千兆瓦级上，能源转换效率的每一个基点都达到数百万美元，足以使光伏制造商的商业案例成败。

新南威尔士大学（UNSW）的副教授、表面钝化专家Bram Hoex说，考虑到perc细胞的进一步改进潜力，ALD和PECVD之间的任何效率差异都将随着时间的推移而变得更加明显。他说：“perc太阳能电池在大批量生产方面相对较新，生产效率可以达到24%以上。”“任何缺陷都会对性能造成更大的伤害，我们越接近这项技术的基本极限。”在当前的光伏效率下，后侧钝化的质量并不是总功率输出的决定性因素。但是，随着制造商优化其他制造工艺，效率继续提高，钝化质量的重要性也可能增加。