撰稿人：Dr. Eric Rueland, RENA Technologies GmbH
太阳能产业不断刷新效率记录 – 加工设备的改进带来新变化
分析过去几年太阳能产业在湿化学处理方面的重大创新，展望未来太阳能电池技术的发展趋势。
全球太阳能电池制造业从一开始就有两大目标：提高效率和降低成本。在太阳能产业的发展历史中，特别是在过去的 10 年里，过去的壁垒不断被铲除。不同的电池技术步骤是业界实现重大改进的原因，如选择性发射级概念、钝化背面接触、改进型小型正面金属化（如减少指形触点）和多主栅概念。同时，材料的改进也是一项重大突破：高质量的单晶硅片可以完全兼容的成本获得。所有这些优化步骤都与工艺改进和设备改进相一致。创新型太阳能电池概念刚兴起时的重要工艺之一是用于边缘绝缘处理的单面酸性蚀刻。结合重大改进的快速正面纹理化工艺，包括使用 RENA monoTex 等添加剂，诞生了第一个湿化学工艺集群。
在过去 3 年中，太阳能产业达到了令人惊叹的稳定水平，平均电池效率超过 22%，同时每瓦成本的峰值低于每瓦 0.15 欧元。尽管如此，太阳能产业似乎仍未达到极限，而且每年都会看到有关新效率记录的报道。多个出色的案例表明，持续改进不仅对整个加工过程有效，而且对各种重要加工技术同样有效。对于太阳能电池制造，主要有 3 种不同的技术：扩散处理（用于发射极或背面场的还原掺杂和氧化掺杂）和沉积技术（用于正面和背面接触）以及湿化学处理，主要涉及清洁、蚀刻、纹理化、边缘绝缘处理和表面修整。后者将是今天的分析重点。
在过去的十年里，湿化学处理在太阳能电池加工方面取得了突破性进展，这就是所谓的“内联化纹理加工”。所谓的 InTex 是一种对多硅晶圆材料进行纹理化处理的酸性工艺，设备在辊子上水平处理硅片，进入不同的化学浴槽，对硅片进行清洗、纹理化处理和干燥，从而通过纹理表面实现高产量和高效率。
该湿法化学创新流程中的下一个创新工艺是所谓的 InOxSide，即部分单面蚀刻工艺，通过取代广泛用于太阳能电池正面和背面电极的边缘绝缘处理的激光工艺，再次提高了效率。然而，水平工艺又是一种加工革命，它将扩散后多余的玻璃层与背面蚀刻结合起来。使用这种技术，工业电池的性能又提高了 0.5%。在当时的工业中，单体材料的电池效率水平可以达到 16% 甚至更高。
在 InOxSide 取得突破后不久，工业太阳能电池技术又迎来了另一个创新工艺：使用特定的添加剂进行快速的大批量的纹理化处理，以实现太阳能电池的理想正面表面形状。这是太阳能电池中的一个重要机制，因为它不仅是太阳能电池的向阳面，而且会吸收尽可能多的阳光以转化为太阳能。同时，它也是太阳能电池中产生电子的最关键区域，这些电子需要流向背面，成为产生的太阳能电流的一部分。理想的形状和清洁的正面是在生产线末端实现高效电池性能的理想基础。十年前，纹理化和单面蚀刻这两个湿化学工艺在光伏产业中被称为“湿加工技术集群”。
“现在，我们看到了下一代湿法加工集群 2.0 – 湿法化学太阳能电池加工的新突破，使工业太阳能电池的效率水平达到 23% 甚至更高！”，在 2021 年 4 月的一次技术会议上，RENA Technologies 负责创新的副总裁 Holger Kuehnlein 博士提到。那么，让我们开始吧，是什么定义了这一下一代突破的开始：工业推动了 HNO3 或硝酸的明显减少。废水处理的高成本是摆脱这种化学品的动力，这种化学品是 InOxSide 工艺的主要成分。从该工艺中去除 HNO3 的第一种方法是将加热炉、间歇式和内联湿化学处理工艺相结合的三重处理程序。它不仅显示出去除不需要材料的潜力，而且还可以达到至少 0.1％ 的再次效率提高。作为对市场上第一个解决方案的回应，RENA Technologies 提供了使用酸性和碱性处理工艺的联合内联工艺：该“融合工艺”是太阳能电池产业的成功案例，因为它是单一工具解决方案，仅使用过去类似的设备解决方案。工具长度为 15 米，尺寸令人惊叹，但由于无需额外处理，而且是一种全内联“不间断”解决方案，加工驱动的太阳能产业热衷于使用它。由于以下事实，在一个工具中解决了三个主要目标，因此融合工艺也显示出巨大的效率潜力：首先，与以前的消耗水平相比，硝酸的消耗量大大减少，达到 25% 或更低的水平。
