西班牙和土耳其研究人员规划效率高达22%的UMG太阳能电池

在传统生产线上，通过‘FerroSolar’工艺冶金提纯的硅已被证明在采用高纯冶金级（UMG）硅制成的多晶电池中效率高达20.76%。这样的设备也显著降低了净化成本和制造模块的环境影响，因此可以减少25%的碳足迹。


然而，UMG必须证明它能够追随传统太阳能电池转换效率的“移动目标”，即不断提高的水平。近年来，这一速度一直维持在每年0.4-0.5%左右。

在对传统电池的改进（背面完全由铝覆盖）达到极致之后，向PERC技术的跃升才得以保持效率的提高，该技术采用一个或多个穿透接触的介电层来取代铝。

有关UMG硅上的PERC电池的首批结果非常令人鼓舞，平均效率为20.1%±0.6%，而传统多晶硅电池的效率为20.41%。

UMG上的P型TopCon电池：效率高达22%

这些结果是‘Cheer-Up’项目的基础，该项目名称有点像是“低成本、高效率和可靠的UMG光伏电池”的首字母缩写。作为欧洲Solar-Era.Net能源技术研发网络的一部分，该项目由位于马德里的太阳能研究所（IES-UPM）、西班牙太阳能公司Aurinka PV、瓦伦西亚的纳米光子技术中心和位于安卡拉的土耳其太阳能研究和应用中心（GÜNAM）合作开展。

该项目旨在调整PERC技术，在一些工业加工步骤中稍作改动，使UMG的效率达到21%。通过采用先进的加工技术，预计该材料的效率将达到22%，例如用超薄氧化物和掺杂多晶硅对触点进行钝化，即隧道氧化物钝化触点，或TOPCon。

Cheer-Up项目将试图证明，使用UMG可以更低的成本、更少的环境影响达到与传统材料类似的效率。研究人员还希望证明UMG可以用于制造最先进的电池结构。

IES-UPM主管Carlos del Cañizo告诉《光伏》杂志：“我们的方法是在p型晶圆上制作一个TOPCon装置，其中TOPCon后部结构将用掺硼多晶硅制成，而且我们正在评估选择前部磷光发射体或选择性结构作为前部。”他指出，评估可能的退化为时过早。这项工作将在明年与德国弗劳恩霍夫太阳能系统研究院（Fraunhofer ISE）合作进行。Del Cañizo表示，到目前为止团队已经取得“显著的成果”，这个为期三年的项目已经进行了15个月。

一种用UMG硅制成的电池的电致发光图像。

减少LeTID

实现该项目目标的最重要步骤包括等离子体纳米纹理化技术——这被称为黑硅，因为它的反射率非常低，使基片看起来是黑色的——并设计工艺的加热步骤来最大限度地去除杂质并提高基片的质量，使其能与传统多晶硅基片相媲美。

del Cañizo说道：“就材料的特性而言，我们对磷光剂扩散步骤的条件和电池背面介电层的沉积条件进行了调整，我们已经观察到以寿命来衡量的材料质量有所改进，超过了300微秒，且在某些情况下长达600微秒。为了了解这些数值的含义，必须考虑到模拟结果表明，在最大功率点的寿命为150微秒，即表示我们的电池效率已经达到了21%。”

研究小组还在研究工艺条件，以大幅减少某些电池技术在运行时随着光照和温度而出现的衰减，这种现象可以通过控制后介电层向基底扩散的氢气量来调节。

具体来说，研究人员正在研究PERC的光照和高温诱导衰减（LeTID），其范围取决于起始物料。该团队正在初步评估它对UMG的重要性，并在制造过程中引入变化——包括电介质中的氢、烧成温度和前向极化——来减少它。