電池加工方法

為了使未來生產成本盡可能低，n型MWT工藝（也是ECN與英利太陽能共同開發的）用于n-PasHa電池的工業化工藝十分類似。激光加工用來形成通孔，正面金屬網格經通孔環繞穿通硅片。與n-PasHa電池類似，該電池結構由硼發射極、磷背表面場（BSF）和適合薄硅片的開放背面金屬化組成。高摻雜硼發射極的鈍化工藝采用工業設備，在工業發射極上提供極佳的鈍化質量。金屬接觸用工業絲網印刷工藝淀積，與用在工業n-PasHa工藝中的絲網印刷工藝比較，沒有關于對準的進一步要求。在共燒期間穿過鈍化層形成電接觸。正面和背面金屬網格圖形是基于與ECN單元電池概念結合的酷似H形網格設計，開發用于減少擴大到較大硅片時MWT電池中的串聯電阻。我們選擇這一設計是因為它非常適合用于比較n-MWT和n-PasHa電池時之間的損失。由于我們的n-MWT電池組件互連沒有串焊接工藝，與常規的n-PasHa電池比較，正面匯流條能大大變細。結果，減少了與金屬化有關的總陰影損失，導致明顯的電流增益。但是，匯流條的電阻相應要大一些，這對電池的總串聯電阻有影響。通過匯流條幾何形狀的優化設計，有可能平衡陰影與電阻損失，與n-PasHa電池比較，增加n-MWT電池的功率輸出。（見第3節）。

n-MWT電池的背面金屬化也具有開放結構，這增強背面反射，提高長波長范圍的內量子效率。所以，與由全鋁背表面場組成的電池結構比較，提高了電流和電壓。而且，在組件級，采用雙面組件，開放背面金屬化能增加電能年產量。依照此工藝流程制造的電池正面和背面見圖1。

n型MWT對n型n-PasHa太陽能電池——直接性能比較

實驗情況和結果

n型MWT和n型PasHa太陽能電池從200μm厚，相鄰的n型Cz硅片制備（239cm2，電阻率約5Ωcm）。n-PasHa電池用我們的高效生產工藝加工。n-MWT電池依據上述的工藝加工。二組并行地在ECN中試線上加工，有同樣的絨化（堿性刻蝕形成的隨機錐狀體）、發射極和BSF剖面、鈍化、SiN抗反射層（ARC）、用于發射極和BSF接觸及燒結的金屬漿料。專門用于n-MWT加工的附加步驟（如激光鉆孔或金屬通孔漿料印刷）也在ECN中試線上進行。

用二種測量方法進行n-MWT對n-PasHa電池的I/V測量。第一種測量方法用閃光光源，因此在電池中引起電容性瞬態效應（capacitive transient effect），導致FF估計過低。對此二類電池，這種測量設置包含一個與組件互連過程相當的方法。n-PasHa電池以與串焊互連方法類似的途徑接觸，用多行接觸正面和背面匯流條的多電壓和電流探針。n-MWT電池以與背箔互連方法類似的途徑接觸，僅用一個電流和電壓探針接觸位于電池背面上的每一發射極或基極收集焊盤。H形互連串焊中的損失和MWT互連箔中的損失（箔中的損失比串焊中的損失低得多）不包含在此測量中。這意味著組件級效率差異將比較大（有利于MWT）。

第二種測量方法用連續光源（AAA級太陽模擬器），它不會引起任何電容性瞬態效應。而且，安裝電池的夾具有溫度控制，采用這種I/V測量系統時，可很好地確定它們的反射率。另一方面，這種情況下n-PasHa電池的接觸方法不代表組件互連過程，因為背面網格通過測量夾具的導電表面接觸在其整個面積上。因此，此測量系統對n-PasHa電池的FF（稍微）估計過高。由于n-MWT測量夾具在二種測量設置中是同一的，用第二種測量系統時，n-MWT電池的接觸方法仍可代表組件互連方法。

為了提高n-PasHa電池和n-MWT電池間有關電流和電壓比較的精度，這二類電池根據用第二種測量系統的得到的數據進行評估。這些I/V數據在表1給出。ESTI（European Solar Test Installation）標定的電池用作參照電池。結合參照電池、標定方法和光譜失配校正的不確定性，測得的短路電流相對精度為±2%。為合理比較，評估了由于背面網格整個面積接觸引起的對n-PasHa電池FF的過高估計。比較二種測量方法間n-MWT和n-PasHa的FF偏差，并用模型化的支持，預計這種FF過高估計的絕對值約為0.2%。

n-MWT電池上測得的平均電流密度（Jsc）接近40mA/cm2，勝過在n-PasHa電池上測得的Jsc約1.1 mA/cm2（即相對增益2.8%）。此外，與n-PasHa電池比較，n-MWT電池的平均開路電壓（Voc）增益為6mV（相對增益≈1%）。另一方面，根據此I/V測量，n-MWT電池的串連電阻（Rseries）比n-PasHa電池的Rseries高1.3mΩ。相應地，n-MWT電池的平均填充因子（FF）絕對值比n-PasHa電池的FF低2%。即使到目前為止FF仍然是受限的，與H形電池比較，背接觸電池上測得的最終效率增益有0.25%。

下節將分析討論對MWT電池測得的附加Rseries和FF損失，使用因早先說明的理由以0.2%校正的n-PasHa電池的FF值。結果，與n-PasHa電池比較，下節給出的n-MWT Rseries和FF損失分析參考Rseries絕對值高1.2 mΩ和FF絕對值低1.8%。注意，應用此FF校正后，MWT電池的效率增益較之n-PasHa電池成為絕對值0.3%。

結果的分析和討論

對n-MWT電池觀察到的填充因子的分析是基于金屬通孔產生的附加串聯電阻以及正面金屬化網格設計差異的評估，金屬通孔是用來把正面發射極網格取出的電荷帶至背面。引起串聯電阻和FF損失的因素總結在表2中。

每一金屬通孔的電阻大小用四探針測量技術確定。n-MWT電池全部金屬通孔引起的總串聯電阻損失約為0.2mΩ。對n-MWT電池全部串聯電阻損失的這一貢獻與FF絕對值損失0.3%是對應的。

引起n-MWT電池上測得FF較低的第二個因素是正面匯流條較窄產生的較高電阻。圖2是相對于H形n-PasHa的串聯電阻、金屬覆蓋引起的損失及產生的總功率損失與MWT匯流條寬度的關系。MWT正面匯流條寬度減少時，串聯電阻的損失很快被電流增益補償。根據這些趨勢，選擇n-MWT正面匯流條寬度使功率損失最小，固定在n-PasHa電池正面匯流條寬度的30%。這樣優化后，串聯電阻損失估計在0.6 mΩ，產生的FF絕對損失0.9%。 
除了n-MWT正面薄匯流條引起的Rseries外，在正面網指圖形中還有額外的Rseries損失。盡管絲網內設計了同樣的標稱開口，n-MWT電池上印刷的正面指形寬度比n-PasHa電池上印刷的正面網指寬度窄10μm，很可能是由于在印刷過程中漿料流變性能有小的改變。雖然二類電池的指數是一樣的，n-MWT電池上印刷的較窄指形增加了線電阻損失和接觸電阻損失。根據分析模型，這些Rseries損失估計為0.2 mΩ，對應FF絕對損失0.3%左右。

最后，n-MWT電池上測得的短路電流增加將導致功率損失因而FF損失增加。電流增加2.8%將導致約0.1%的FF絕對損失。

從這些模擬結果可知，與n-PasHa電池比較，n-MWT電池中存在觀察到的1.8%FF附加損失中的約1.6%能很好地得到評估及解釋了。余下的0.2%FF絕對損失在損失分析中還不清楚其原因，不過，這一不符合很小，可能與測量及模擬的不確定性有關。

減少n-MWT電池串聯電阻提升效率的解決方案

如本文上節所述，n-MWT電池中串聯電阻一半以上的貢獻是由于正面匯流條的電阻損失。如圖2所示，n-MWT正面匯流條寬度相對于n-PasHa正面匯流條減少30%使電阻損失相對于n-PasHa增加35%，導致n-MWT電池的FF絕對值損失0.9%。

減少這FF損失的第一個選項是，通過改進其設計和金屬漿料的導電率來減少MWT電池正面匯流條的方塊電阻。這二個參數必須一起調整，因為優化的匯流條設計也與金屬漿料導電率有關。匯流條設計優化也將影響陰影效應（與金屬覆蓋有聯系）和Voc損失（與金屬接觸相關的復合有聯系）。圖3說明n-MWT電池的相對功率損失與正面匯流條相對方塊電阻減少及得到的電池效率的函數關系。從這一計算可知，匯流條方塊電阻實際相對減少50%使總損失減少約4%相對值，導致效率絕對增益0.1%。 

通過增加通孔數量，即增加對正面金屬網格的接觸數量，能將MWT電池的FF損失減少大部分。