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，嚴重降低電池效率。阿特斯開發(fā)的濕法黑硅技術(shù)完美的解決以上問題，既能提升電池效率又能降低電池成本，是多晶電池繼續(xù)進步的必由之路。
制備黑硅所采用的技術(shù)主要有：
①激光刻蝕法；
?、跉庀喔g法；
③反應(yīng)離子刻蝕法（Reactive Ion Etching，RIE）；
④金屬催化化學腐蝕法（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，實現(xiàn)0.4%（絕對值）的電池效率增益，成為業(yè)界首家將該技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的太陽能電池公司。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年底提前達到19%。阿特斯開發(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。隨著該技術(shù)的逐漸成熟，阿特斯的濕法黑硅技術(shù)勢必將取代現(xiàn)有常規(guī)多晶制絨，為金剛線切割硅片的及時導入和多晶電池的降本增效提供原動力。
圖1業(yè)界主流多晶效率趨勢
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，以韓國公司為代表的設(shè)備廠家開始在中國推廣RIE技術(shù)。一些一線電池廠家對該技術(shù)也進行過小批量評估，由于較高的工藝成本以及組件功率收益不理想，該技術(shù)最終沒能推廣成功。近兩年，基于硅片廠家對金剛線切片技術(shù)導入的預期以及電池、組件技術(shù)的快速發(fā)展，RIE黑硅技術(shù)又逐漸進入業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的視野。同時，國產(chǎn)RIE設(shè)備也促進了該技術(shù)發(fā)展。但RIE設(shè)備的綜合性價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，德國的Stutzmann小組即提出了金屬催化化學腐蝕的概念并在實驗室進行了初步的研究；直到2009年，美國國家可再生能源實驗室（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)一直停留在實驗室階段。濕法黑硅技術(shù)基本原理如圖2所示，采用Au、Ag等貴金屬粒子隨機附著在硅片表面，反應(yīng)中金屬粒子作為陰極、硅作為陽極，同時在硅表面構(gòu)成微電化學反應(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，再進行RIE形成納米絨面，最后通過化學腐蝕去除硅片表面的殘留物和離子轟擊帶來的損傷層。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="xkbtt71" class="hrefStyle">電池技術(shù)進展
阿特斯早在2009年開始黑硅技術(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)的開發(fā)。
濕法黑硅技術(shù)產(chǎn)業(yè)化最關(guān)鍵的技術(shù)難點在于：一、通過納米微結(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的表面鈍化問題之間的矛盾；二、開發(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)計合適的設(shè)備，確保該工藝能夠全天候穩(wěn)定運行，是產(chǎn)業(yè)化必須面對的問題。
阿特斯開發(fā)的濕法黑硅技術(shù)，可以實現(xiàn)不同類型的納米絨面。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。對于不同類型的納米結(jié)構(gòu)，其光學特性以及電學特性是不同的。光學特性主要是封裝后光學多次反射的角度和路徑不同，從而導致組件端光學增益的不同；電學特性主要是不同納米結(jié)構(gòu)的尺寸以及表面積不同，從而導致表面鈍化的不同，進而影響最終電池的電性能。濕法黑硅的優(yōu)勢就在于，它可以調(diào)控不同類型的納米微結(jié)構(gòu)，通過光學和電學性能上的匹配，實現(xiàn)濕法黑硅組件功率的最大化。
圖3不同類型的濕法黑硅納米絨面結(jié)構(gòu)
2012年底，阿特斯在實驗室實現(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)移的過程中，通過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)（所列各項均為與常規(guī)電池參照組相比的絕對增益）?？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)是通過提高電池的短波響應(yīng)來提高光電流。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)能的標配技術(shù)。
4、結(jié)語
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)勢必取代常規(guī)多晶制絨，成為未來多晶電池制程的標配技術(shù)。那么黑硅技術(shù)到底是多晶的垂死掙扎還是多晶對單晶的大殺器呢？
