高效晶硅太阳能电池新工艺及产业技术中试示范

Group Leader:杜小龙

Position

◆松山湖材料实验室高效晶硅电池团队负责人
◆中国科学院物理所研究员、博士生导师,清洁能源中心副主任,E04研究组长
◆挪威奥斯陆大学客座教授

Research Direction

氧化物半导体材料物性研究和柔性电子学器件应用以及晶体硅高效太阳能电池新工艺研究和产业开发

Main Achievemnets

◆1992年7月北京师范大学物理系毕业,获硕士学位
◆1999年2月物理所/北京理工大学毕业获博士学位
◆ 999年9月至2002年7月在日本国立千叶大学光电子技术研究中心从事博士后研究工作

Honor

◆创建了半导体表面/界面工程及器件应用实验室
◆获国际国内授权专利35项,其中19项专利已实现技术转移
◆承担了各类项目20余项,经费总额近3000万元
◆发表学术论文120余篇,总引用1500余次

团队共同负责人

     刘尧平

◆  松山湖材料实验室研究员(2019年10月至今)

◆  挪威奥斯陆大学访问学者

◆ 主要从事硅基太阳能电池新材料、新工艺、新技术等方面的研发

 

 

团队成员

◆  团队人数20人,均为本科以上学历(含博士4名);

◆  包含研究员、高级工程师、博士后、博士生研发队伍及完整的产线及厂务工程师队伍

◆  团队成员具备凝聚态物理、材料物理与化学、材料加工工程、材料科学与工程、暖通工程等相关专业背景。

 

 

2018年8月,高效晶硅电池团队课题被入选东莞松山湖材料实验室首批启动项目;

2019年底已建成具备50MW产能的高效晶硅电池中试研发线及测试表征平台,中试研发线目前已经具备的自有量产条件(如下表):

高效晶硅电池团队设备清单

 

课题组介绍

根据研发需要,团队成立了四个课题组,每个课题组设组长,组员由相关的研发人员、工程人员及研究生组成,加速科研成果转移转化。

(一)倒金字塔绒面结构等单晶制绒技术课题组

本课题组自2009年起开始开展晶体硅表面制绒新工艺的研究工作,即金属催化化学刻蚀(MACE)工艺研究,在银催化刻蚀和铜催化刻蚀方面做出了重要原创性工作,揭示了黑硅制绒的机理,发展了黑硅绒面结构调控方法,形成了完整的单多晶黑硅电池核心专利技术体系,在黑硅电池及制绒领域已申请专利50多项,其实已获得授权专利20余项,并发表了一系列有影响的学术论文。

独创地利用金属铜催化刻蚀在单晶硅片表面制备出大面积的倒金字塔绒面结构,相关工作在Small、Scientific Reports、ACS Appl. Mater. Interfaces、Sol. Energy Mater. Sol. Cells 、Nanoscale、Sol. Energy等杂志上发表,从光学模拟、实验表征、电池制备等多个维度对倒金字塔的光学特性、倒金字塔的制备机理和倒金字塔结构的电学性能进行了全面的分析,详细的阐述了倒金字塔作为硅基太阳能电池绒面结构的优势所在,受到了国内外光伏企业及研究机构的广泛关注,特别是异质结电池技术研发的领军企业松下公司及梅耶博格(Meyer Burger)等多家公司发来邮件表示对团队的制绒技术表示关注,希望共同合作进行研发。

△ 倒金字塔、V型槽等单晶制绒面SEM图

 

(二)背表面处理技术课题组

我国目前晶硅太阳能电池生产企业运营中,硝酸根离子废液的处理成本占刻蚀工序总成本的一半左右。大多企业主要通过细菌的反硝化作用将硝酸根离子转变为氮气进行处理,但该方式对硝酸根离子浓度、PH值、温度等条件非常敏感,不可控因素导致成本增加,加重了企业负担。目前已有部分企业转用碱刻蚀代替酸刻蚀,该方案需增加槽式设备,且引入倒片过程中产生污染、划伤风险,未能大范围推广。

针对行业的痛点,课题组提出了少氮甚至无氮酸抛整体解决方案,从而在保证刻蚀抛光效果的同时大大降低了氮排放。目前,课题组已开发十几套方案,并选取可行性高的方案进行批量实验,尽快推向市场。

 

(三)低温金属浆料开发课题组

针对目前HJT太阳能电池金属化用低温浆料成本高企,并且被外国垄断制约的现状,课题组经过多年研究探索,并与相关企业深入合作,形成了一套完善的技术解决方案。该方案除了可以解决目前的HJT金属化问题,还可应用于现有的常规晶硅太阳能电池生产,实现降本增效。目前,课题组已经成功开发了3种应用于HJT电池细栅的低温银浆料,正在进行相关测试。

 

(四)面反射率测试仪开发

针对目前现有产品无法快速检测大面积硅片的难题,本项目采用独特的原理和定制光源的手段,可实现在0.3s内获得各尺寸硅片面反射率;除面反射率平均值外,还可以选定特定区域测量平均值,并根据测量结果对硅片外观进行判定,从而有效识别异常片、不合格片。该设备还可结合自动上下料与分选等技术,成为生产过程中的在线式检测设备,对晶硅太阳能电池的各个生产环节进行实时监测与判断,将大幅度提高良率。与现有产品相比,该设备测试时间短、测试区域大、硬件成本低,极具市场竞争优势。

(右图 :面反射率测试仪)