太阳能电池片镀膜的原理,太阳能电池片镀膜对人怎么样

（报告出品方/作者：光大证券，殷中枢、黄帅斌、郝骞）

全球光伏电池市场以晶硅电池占据主导地位。据 CPIA 数据，2021 年全球晶硅 电池市场占有率为 96.2%，同比提升了 0.2 个百分点。

晶硅电池的提效降本是光伏行业发展的关键，规模化、技术进步、成本降低三者 互相促进。从最初规模化量产的铝背场电池，到 PERC（发射极钝化和背面接触）， 再到 HJT（本征非晶层的异质结）电池和 TOPCon（隧穿氧化层钝化接触电池）， 以及未来的叠层电池，光伏电池效率不断逼近极限，并由此带来成本与规模的突 破。

尽管光伏电池技术路线不断迭代，效率不断提升，但基于晶硅电池的基本原理和 核心工序并未改变，即清洗制绒、扩散制结、钝化镀膜、金属化四大步骤。

1）清洗制绒

清洗主要用来清除硅片表面杂质、去除硅片表面损伤层，制绒则用于在硅片表面 形成金字塔结构，从而降低反射率。

2）扩散制结

通过扩散的形式，形成光伏电池的核心结构：P-N 结。通常适用于同质结电池。

3）钝化镀膜

通过真空镀膜的形式，在电池片表面形成一层钝化膜，起到降低少子复合、提供 场钝化效应、降低反射率的作用，对于电池效率的提高起到关键作用，也是光伏 电池提效的主要出发点。

4）金属化

用于形成光伏电池的前电极和背电极，通常使用丝网印刷的方式。金属化的工艺 路线与钝化工艺密切相关，同时对降低少子复合、降低电阻损失起到关键作用。此外，还包括刻蚀、检测等通用步骤，在不同的电池技术路线中区别不大。

P-N 结是光伏电池的“心脏”。按照 P-N 结类型，光伏电池可以分为同质结电池和异质结电池。其中同质结电 池主要通过扩散的方式，在同一种类型的硅片（P 型或 N 型）上实现掺杂，从 而得到 P-N 结。异质结电池的 P 型区和 N 型区由不同类型的半导体材料构成， 可分为掺杂型和非掺杂型。

当 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起，由于 P 型半导体中空穴浓度高，而 N 型半导体中电子浓度高，因此会形成热扩散运动。即 P 型半导体中空穴向 N 型区扩散，N 型半导体中的电子向 P 型区扩散。而后 在 P 型区形成负电荷，而 N 型区形成正电荷，两者之间形成一个内建电场。在光照条件下，能量大于禁带宽度的光子被吸收，在 PN 结的两边产生电子-空 穴对，并在内建电场的作用下相互分开，从而产生光生电流。

“收集概率”描述了光照射到电池的某个区域产生的载流子被 P-N 结收集并参 与到电流流动的概率。其大小与光生载流子需要运动的距离和电池表面特性有关。距离耗散区越远，被收集的概率就越小，而表面钝化能够增加同一位置下载流子 被收集的概率。

什么是扩散？扩散描述了一种物质在另一种物质中运动的情况。本质在于原子、分子和离子的 布朗运动，造成由浓度高的地方向浓度低的地方进行扩散。晶体硅太阳电池制造采用了高温化学热扩散的方式来实现掺杂制结。热扩散利用 高温驱动杂质穿过硅的晶格结构，这种方法受到时间和温度的影响，需要 3 个步 骤：预淀积、推进和激活。

扩散的三个指标：方阻、结深、表面浓度

方阻值大小主要为表面浓度和结深的综合表征，其对电池片参数的影响主要有以 下三点：1）扩散 P-N 结深度直接影响到其对短波光线的吸收，因此在一定范围内扩散 P-N 结越浅（方阻值越高），电流值越高；2）扩散磷元素的掺杂浓度从一定程度上影响其 N 型硅部分的导电性能，因此掺 杂浓度越高（方阻值越小），填充因子越高；3）一般来说，在一定范围内，扩散浓度增大，开路电压随之增大。

2.1、 同质结：磷扩与硼扩

同质结电池中，P 型区和 N 型区为同一种类型的半导体材料，一般使用掺杂的 方法形成 P-N 结。常见的掺杂方法包括：1）管式扩散（低压、常压）；2）离子注入 退火；3）涂布源扩散（丝网印刷、旋涂、喷涂、滚筒印刷）。目前大多采用低压管式扩散。

磷扩：POCl3分解产生的 P2O5淀积在硅片表面，P2O5与硅反应生成 SiO2和磷原子，并 在硅片表面形成一层磷硅玻璃，然后磷原子再向硅中进行扩散。硼扩：BBr3/ BCl3分解产生的 B2O3淀积在硅片表面，B2O3与硅反应生成 SiO2和硼原子， 并在硅片表面形成一层硼硅玻璃，然后硼原子再向硅中进行扩散。由上可知，不管是硼扩还是磷扩，需形成硼原子或磷原子的基础上，向硅基体扩 散。相比磷扩散，硼扩散的难度更大。原因在于硼原子在硅基体中的固溶度较低，导 致硼扩的温度须达到 1000℃以上。且表面掺杂量较多时容易在表面形成硼堆积， 即富硼层（BRL），对后续清洗造成挑战。

对于硼扩来说，目前有 BBr3/ BCl3两种路线。BBr3常温下为液体，安全性相对较好，但生成的 B2O3呈黏状，需要 DCE 清洗， 维护成本高。BCl3常温下为气体，安全性相对较差，但生成的 B2O3呈颗粒状，容易清理，缺 点是 B-Cl 键能更大，不易分解，造成扩散温度下利用率不高。

根据 ITRPV 预测，未来 BBr3路线仍将占据多数份额，但 BCl3路线的占比将会逐 步提升，到 2032 年约达到 40%左右的市场份额。

2.2、 同质结：SE

为什么需要 SE（选择性发射极）？原因在于：常规晶体硅太阳能电池采用均匀高浓度掺杂的发射极。较高浓度的掺杂可以改善 硅片与电极之间的欧姆接触，降低串联电阻，但也容易造成较高的表面复合。为 此，需要使用选择性发射极（SE）技术，在金属栅线（电极）与硅片接触部位 及其附近进行高浓度掺杂深扩散，而在电极以外的区域进行低浓度掺杂浅扩散。