突破硅异质结技术的所有瓶颈

  • 2019年07月05日
  • 作者: Christophe Ballif等

    Christophe Ballif等

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    每日光伏新闻

图一:(a)展示了标准SHJ的典型工艺流程。电池上下两面的等离子增强化学气相沉积工艺(PECVD)和物理气相沉积工艺(PVD)分别可以在同一台设备上完成。作为替代选择,催化(CAT)-CVD和等离子辅

图一:(a)展示了标准SHJ的典型工艺流程。电池上下两面的等离子增强化学气相沉积工艺(PECVD)和物理气相沉积工艺(PVD)分别可以在同一台设备上完成。作为替代选择,催化(CAT)-CVD和等离子辅助蒸镀(PAE)可以分别用于a-Si:H和TCO层的制备。(b)展示了前表面结(左)和背面结(右)的结构。需要注意的是,这两种结构都能提供高质量表面钝化和低水平局部接触电阻,该电池的TCO方块电阻没有在薄膜组件中的影响大,这是因为在工作条件下的高载流子注入贡献了横向载流子运输。

图二:CEA-INES中试线生产的SHJ电池效率与硅片厚度的关系。可以看到,当硅片厚度降到100um时,没法出现效率损失。而当硅片厚度进一步减薄后出现的效率下降与此时硅片的表面和操作工艺有关(但仍然能

图二:CEA-INES中试线生产的SHJ电池效率与硅片厚度的关系。可以看到,当硅片厚度降到100um时,没法出现效率损失。而当硅片厚度进一步减薄后出现的效率下降与此时硅片的表面和操作工艺有关(但仍然能够进行优化)。

图三:(a)新一代智能细线连接技术(SWCT),使有效子栅长度小于5mm。(b)则展示了CSEM生产的电镀铜4主栅SHJ太阳能电池,其认证效率达到了24.15%(制定面积效率,面积为225cm

图三:(a)新一代智能细线连接技术(SWCT),使有效子栅长度小于5mm。(b)则展示了CSEM生产的电镀铜4主栅SHJ太阳能电池,其认证效率达到了24.15%(制定面积效率,面积为225cm

图四:展示了功率高达412W的72片电池(基于M2硅片)组件。所测FF值达到80.18%,前表面缝隙区域效率达到20.88%。

图四:展示了功率高达412W的72片电池(基于M2硅片)组件。所测FF值达到80.18%,前表面缝隙区域效率达到20.88%。

表格一:来自各个制造商的高效SHJ电池。最上面六个是来自实验室的器件,而后六个则是在量产产线或中试线上的产品。(“BBx”表示x路主栅,“BB0”则表示无主栅设计,也代表没有主栅电流损失。)

表格一:来自各个制造商的高效SHJ电池。最上面六个是来自实验室的器件,而后六个则是在量产产线或中试线上的产品。(“BBx”表示x路主栅,“BB0”则表示无主栅设计,也代表没有主栅电流损失。)

图五:梅耶博格的HELiA PECVD设备,使用了基于

图五:梅耶博格的HELiA PECVD设备,使用了基于"等离子盒子"概念的反应器,能够保证制备出完美均匀统一的材料层,并降低污染并促进反应器清洁[35]。硅片载盒每次只接触一个沉积腔体,避免了污染物从载盒中引入。

图六:INDEOtec研制的OCTOPUS II,采用了镜像反应器概念。硅片每次只放置在一个载盒上,并在同一个载盒上完成前表面和背面a-Si:H镀膜操作。

图六:INDEOtec研制的OCTOPUS II,采用了镜像反应器概念。硅片每次只放置在一个载盒上,并在同一个载盒上完成前表面和背面a-Si:H镀膜操作。

表格二:涉及SHJ技术的部分行业概况。

表格二:涉及SHJ技术的部分行业概况。

表格三:相比于PERC技术,SHJ技术在能量输出方面的潜在收益比例(其中BIPV代表光伏建筑一体化)。

表格三:相比于PERC技术,SHJ技术在能量输出方面的潜在收益比例(其中BIPV代表光伏建筑一体化)。

图七:从PERT双面组件和SHJ SWCT双面组件收集到的户外工作数据。

图七:从PERT双面组件和SHJ SWCT双面组件收集到的户外工作数据。

图八:(a)CIE(中国)电池产品的效率爬坡,显示了在过去一年内效率得到显著提升(BB5 SHJ太阳能电池)。(b)2018年产量达到50MW,良率达到99%(即>21%,而平均值为22.2%,5主栅

图八:(a)CIE(中国)电池产品的效率爬坡,显示了在过去一年内效率得到显著提升(BB5 SHJ太阳能电池)。(b)2018年产量达到50MW,良率达到99%(即>21%,而平均值为22.2%,5主栅设计)。

图九:(a)由CSEM制造的新一代IBC-SHJ[42],使用隧道工艺,转化效率高达24.8%。(b)在制绒SHJ电池基础上制备的钙钛矿电池的示意图[45]。

图九:(a)由CSEM制造的新一代IBC-SHJ[42],使用隧道工艺,转化效率高达24.8%。(b)在制绒SHJ电池基础上制备的钙钛矿电池的示意图[45]。

摘要

硅异质结(SHJ)太阳能电池是“全表面钝化接触”太阳能电池的原型;这种接触电极能使典型开路电压达到730-750mV。尽管比起标准钝化发射极和背电极电池(PERC)技术,SHJ技术只需要更少的制造工序就能取得更高的效率,但其市场却一直上涨缓慢。

本文讨论了在过去10年里该技术已经克服的难题,并指出为什么现在这项技术比以往任何时候都更加有能力生产有大规模市场竞争力的产品。这背后的原因是基于:1)太阳能电池转化效率的提升,例如通过丝网印刷电极将实验室研发效率提升至24-25%以上;2)采用了高质量低成本的超薄n型c-Si硅片;3)金属化和互连方案的优化;以及4)采用了低成本的大规模量产设备。最近许多研究团队和公司都展示了它们研发的6英寸太阳能电池效率高达23-24%。目前已经有几条新的生产线或示范生产线正在平均24小时不间断地运行着,这些产线生产的6英寸太阳能电池转化效率水平高达23%(采用5主栅线设计)。考虑到其出色的温度系数和双面组件性能(意味着每W安装功率将产生更高的kWh电能),SHJ有可能在发电成本上超越传统的技术。

然而,SHJ产线的资本性支出(CAPEX)仍然远高于PERC产线,并在资本不变的情况下减缓产能(MW/年)的扩张。本文将介绍一旦在真正量产学习曲线启动的情况下,如何通过同时减少资本性支出CAPEX和消耗品(特别是银和铟这两种现今最受欢迎的透明电极材料成分)成本来进一步降低制造成本。最后,将简要讨论该技术的演进之路,包括全背面电极接触方法和多结结构,并将其应用在光伏学习曲线上。

简介

硅异质结(SHJ)电池的结构简单且制备工艺成熟,如图1所示; SHJ结合了c-Si技术(完美的吸收层)和薄膜技术(大面积涂层)的优点。在多家研究团队于初始阶段的开发后,Sanyo(现在归于松下集团)推出了结合a-Si:H(i/p)/TCO前表面堆叠和n+/Al背面场结构的异质结技术[1,2]。几年之后,IMT Neuchâtel的光伏实验室开发出了a-SiH(i/n)和透明导电氧化物(TCO)相结合的背面电极[3]。而Sanyo则是第一个将此概念推广致大规模生产的厂家,并制备出了高效太阳能电池。从文章[1,4]中可以了解到该技术的几项关键要素。

图一:..........

在过去十年中,已经有越来越多的研究团队和公司致力于将这项技术的各种衍生版本推向商业化[5-10]。然而如之前所预期的,目前生产成本的高企不下仍然阻碍着大规模生产的进程。下面将介绍其中一些导致成本较高的因素,同时介绍这些困难在最近是如何被克服的,也因此不难理解为何最近会有大量制造商加入SHJ电池的制造行列。

材料质量

高品质的n型硅片价格一向很耗成本。因为需要额外的工艺制程–如除气、热施主消除或氢化等–才能获得足够高的材料质量用于生产高效太阳能电池。不过如今情况已大为改善。在过去的5年,提拉法(Cz)技术紧跟p型硅片质量提升的步伐,其制造的n型硅片质量也有了显着改善。这些进步源自于对氧含量更好地控制以及对提拉技术的优化,即通过加快冷却速度来降低热施主浓度。因此目前最先进的n型c-Si硅片制备不再需要额外的除气或消除热施主杂质操作。这从寿命/电阻率比例(常用的质量表征参数,其中寿命使用ms单位,电阻率使用Ωcm单位)值高于整个硅锭的整体水平上就可以知道。

在成本方面,厚度180μm的n型硅片通常比p型硅片高出5-8%[13]。n型与p型的主要差异是在坩埚内的提拉次数(只需要3次,而不是5次)更少;减少提拉次数能避免在熔融状态下累积过多的杂质,而这些杂质是无法通过SHJ工艺清除的。

与此同时,对于SHJ技术,采用低温或无应力制程可以比使用标准硅技术更容易抓取更薄的硅片。不仅如此,其效率不受硅片厚度影响,即使是减薄到100um左右:即短路电流(Jsc)的损失可以通过开路电压(Voc)补偿回来,依赖的是超低表面复合。这一特性如图二所示,展示了来自CEA-INES量产产线的SHJ太阳能电池效率。需要注意的是,由于表面复合较差而导致低Voc的“标准”技术,其情况又有所不同,因为电流损失无法通过提高Voc补偿回来。目前,硅片生产商可以提供每减薄10um硅片厚度降价1.2-1.5¢/片硅片的优惠[13]。因此一片厚度为130-140um的高质量n型硅片可以做到与一片厚度为170-180um的用于钝化发射极与背电极电池(PERC)的高质量单晶p型硅片相同的价格。

图二..........

金属化与互连

Geissbühler et al. [14]和 Faes et al. [15]同时发表了两篇关于异质结电池金属化和互连技术的综述文章;以下总结几个主要观点:

  • 十年前,首次应用在太阳能电池上的低温银浆材料(烧结温度通常为200℃)电导率非常低(电阻率高达20uΩcm),但两主栅或三主栅设计需要消耗大量的银浆材料。不过,得益于银浆材料生产商的持续开发,如今低温银浆材料有了巨大提升,其电阻率降至5-6uΩcm,大幅度缩小了与高温银浆材料(其电阻率通常为3uΩcm)的差距。
  • 此外,多主栅技术(首先是5主栅,后面理想情况下会增加至8主栅甚至更多)的发展对SHJ技术的推动作用也非常大,其采用的制作工艺可以是涂胶技术或焊接焊带技术。至于更先进的解决方案—多细线(相当于15根主栅)技术也非常具有吸引力(如图三(a)所示),因为该技术消耗的银浆材料更低,且有效子栅长度短于5mm。
  • 此外,使用电镀铜代替银电极也是潜在技术方案之一;一些团队和公司已经报道采用电镀技术得到了非常好的结果[14,16-18],如图三(b)所示。该方法还可以结合将硅片切割成数块小片的方式(每块电池切割三小块),需要注意的是前表面TCO起到了很好的铜离子阻挡层的作用。

图三:..........

例如,智能栅线技术(图三(a)所示)通常是采用18到24条细线,栅线直径范围在250-300um之间,贴在一块纤薄且高度透明的载箔上[19]。这种结构可以尽可能地减少硅片前表面和背面金属化所需印刷的银浆料数量(每边25-45mg,并有可能降低至10mg[20])。这种”软”工艺不会导致微裂纹的产生,即使是使用更薄地硅片。基于该电池技术制备得到的组件基本上都能通过加速寿命测试[21]。此外,组件的填充因子有可能达到80%(图四)之高,而该技术能实现目前SHJs金属化与互连最低的成本[15]。

图四:..........

总的来说,通过认证且具备可靠性的低成本金属化和互连方案目前是可实现的。而该技术的其他优势将在本文后面讨论。

异质结工艺的简易性

SHJ技术以工艺稳定性差著称,因为该技术采用的是与传统c-Si技术不同的设备和工艺制程。不过,情况正在发生改变,因为目前已有很多讨论证明该技术的简易性和易于控制的特性。以下几种观点值得注意:

  • 从薄膜太阳能电池、平板显示和玻璃涂层行业了解到,PECVD工艺已经将每平方米的涂层成本降至很低(例如商用平行板反应器同时处理10片1.4m2的面板,有的甚至高达5.6m2[23]);此外,溅射工艺(PVD)也例如通过使用更多且更宽的磁控管来大幅降低成本。
  • SHJ技术的工艺步骤是最少的—只有5到7步,具体决定于设备和工艺。
  • 通过恰当的设备设计是可以实现对薄膜层一致性进行精确控制的,同时可以自动避免材料层厚度变化[24]。
  • 目前至少有20家研究机构和中试线或量产线证明了6”硅片的电池基准效率可以达到23%以上。据报道,双面接触电池的实验室记录已达到25.1%,而叉指电极结构电池更是达到26.7%[26,27]。表格一给出了参考值。

表一:..........

以作者经验来看,通过一系列合理设计的设备就已经可以基于最初始工艺生产出效率超过22%的电池了,而根据大量已报道的优化措施进行持续的工艺提升则可以快速地将效率提升至23%以上。

制造设备

目前可使用的生产设备系列是越来越丰富,例如来自梅耶博格的HELiA PECVD设备,如图五所示。沉积非晶硅层可以使用带有不同反应器设计的PECVD或CAT-CVD设备,而TCO层则可以通过PVD(溅射)或等离子辅助蒸镀(PAE,也称RPD,表示快速等离子沉积)完成。这些技术已经在生产线中得到证明。即使是CAT-CVD和PAE都能减少来自高能量离子的轰击;通过合适工艺制备的PECVD和PVD层,可以带来质量更稳定的电池结果。而其他涂层技术还没有在生产中得到证明。另外两个重要因素是:

  • 湿法化学,如今已经能得到良好控制。在引入臭氧清洗技术后可以显著降低耗材成本[32,33]。
  • 自动化,这是经常被低估的因素,许多首次生产批次都会遭到与硅片操作、排队时间以及有时是工艺控制相关的问题。因此需要充分利用这些表面敏感器件类型的经验与生产方案。这些技术不是所有设备供应商都能提供,但随着需求增长,新的解决方案将会引入[34]。

图五:..........

设备价格

在一个新兴市场,一些设备供应商不愿意发布官方编号。目前,核心设备(湿法设备、PECVD和PVD)的总价格应该在700-1300万美元/100MW范围内,而剩下设备(入料管控、自动化、印刷、烧结、测试和筛选等)则在300-500万美元之间。一旦市场得到开发,设备价格将大幅度回落,并且实现自动化的简化。即使在现阶段,也是值得去思考下面几项因素的:

  • 例如,相比于PERC产线,500万美元/100MW(电池+组件)产线的额外资本支出将带来大约1美分/W的额外成本,当折旧超过5年,本来应该是持续商业的情况(例如如果资本是可用的且如果市场已经存在超过5年)。
  • 在电池层面的效率提升和在系统层面的发电提升应该抵消且超过额外资本支出,以尽可能降低发电成本,我们将在下一节详细讨论。

图六:..........

除了设备的单纯制造产能外,降低资本支出的途径还包括以下几点:工艺反应器的平行化、PECVD和PVD的单个承载工艺、在线工艺和通过合理系统设计缩短工艺周期。例如,在INDEPtec的技术里,单个空腔承载允许硅片处在同一个承载上,前表面和背面a-Si:H可以同时进行沉积,即缩小了空间又能实现自动化(图六)。

表格二对目前部分参与SHJ技术研发的公司和研究机构的研发成果进行了总结。

表二:..........

耗品

与电池耗品成本相关的三大块分别为湿法刻蚀(目前由Singulus报道的使用臭氧清洁成本不高于0.5-0.6美分/W)与清洁、银浆和TCO。银浆的每Kg价格通常与传统浆料很接近,其电导率大约低0.6-0.7个单位。对于等价于前表面PERC、双面SHJ(Voc更高和电流稍微更低)的丝网印刷将需要大约两倍的浆料,这是由银浆的导电率差异造成的。对于6主栅双面结构,每片电池需要大约180mg Ag浆料,成本相当于1.5美分/W(假设浆料价格为600美元/kg)。而对于多细线结构,该数字将减少到0.95美分/W[15],当提升了多细线的丝网印刷图形后,这一数字将降低到几乎为零(10mg/边[20])。而关于TCO的靶材成本,制造商对In基靶材工艺通常收取520-900美元/kg,包括In的价格(目前价格约为220美元/kg);对于两边都使用3.5g的目标量来说,这相当于0.8到1.25美分/Wp。

潜在的优势和需求

假设硅片减薄40um和绝对效率提升1%,基于早期的指导价格使用的是更,n型SHJ(130um)硅片价格将为6.26美分/W,与p型硅片(170um)的6.9美分/W相比,则每W少0.64美分。

随着清洁技术的提升,可以预测清洁成本将与那些标准电池技术的清洁成本相近。另外,目前在SHJ低温金属化工艺方面所做的努力还很少。对于正在增长的市场,Ag含量更低的浆料,例如Cu基浆料[36],应该快速提升以大幅度降低价格,甚至低于高温金属化工艺(Cu无法适用于该工艺)。

最后,TCO成本可以通过多种方法进一步降低,例如降低目标制造成本(-20%)、降低背面TCO厚度(-25%)、以及通过ZnO替代TCO(-30%)。在长期使用中,TCO成本将会被金属化成本的降低而抵消掉,该技术将完全受益于硅片厚度的降低。

在组件层面,双玻结构在双面组件中经常使用。为了保证长期寿命,一些制造商计划采用边缘密封胶。根据丝网印刷银浆类型的不同,可以使用焊料、涂胶或多细线密封用于电池互连。相比于标准主栅焊接和EVA封装材料,采用替代方案(例如聚烯烃-PO-封装材料)可以确保更高的可靠性,这通常会导致每平方米多花2-3美元用于封装材料、边缘密封和导电黏胶或电极细线。在美元/W层面,额外成本将被每提升1%的发电效率而完全抵消,相当于在组件层面的10W/m2,这在目前通常能观察得到。

度电成本(LCOE)

表格三展示了部分SHJ组件的预测与实测结果。更优的温度系数可以获得比系数值为-0.38%/℃的PERC组件高2-6%的额外电能,并且在热带地区的双面单轴跟踪太阳能系统上获得6%的额外电能。相比于SHJ(松下)和PERC(隆基)产品手册上保证的最佳表现,在20年里将获得额外1%的能量。值得注意的是,无论是哪种技术,某些批次组件都可能表现出更严重的衰退,即使是PERC组件也有同样的衰减现象报道,其衰退机理可能来自多种光致衰退[37]。另一方面,采用合适工艺电池的SHJ组件在光浸润测试下的填充因子和Voc都有轻微的提升[38]。由于它们的双面率高达93%,可以比双面率为82%的标准组件多收集2%的能量[39]。最后,由于SHJ有着更高的电压,同时PN结内不存在金属杂质(带来更好的二极管理想因子),与丝网印刷PN结相反,根据应用环境的不同,在低辐照条件下可以获得0.3-1%的额外能量(因为相对压降更低)。需要注意的是,能被SHJ电池边界损失影响的最后一个因素,如果不仔细设计,将会比扩散结器件受到更大的影响。关于这最后一部分,合适的涂层工艺制程、载台开窗(例如溅射)和工艺参数(例如硅片边缘涂层)需要尽可能优化以将边界损失降低至最低。值得说明的是,据报道该技术在全尺寸硅片上已经取得了24%左右的效率成果。

表三:..........

根据安装方式的不同,高质量SHJ组件在20年工作寿命内产生5.5-10%的每瓦额外电能;对于6”电池等效组件设计来说,这一增益应该补充上10W/m2功率增益。对于大型光伏发电站,假设总的系统成本为70 美分/W,组件成本为25美分/W,则有可能在面积和工程相关成本上有进一步收益。如果基于表格三做出相对保守的7%的能源提升,这意味着SHJ组件会增加6美分/W成本,但仍然属于相同的LCOE。图七展示了基于Haschke et al. [40]文章讨论的上述收益,此文章还对比了位于阿联酋的钝化发射极、背部完整扩散(PERT)双面组件和SHJ双面组件[33]。

图七:..........

从实验室到发电站

表格一展示了一些最近的SHJ电池测试结果;这其中包括了最近由CSEM/EPFL制造的2cmx2cm丝网印刷器件。使用图一的工艺流程制造的N型和P型硅片电池分别取得24.24%和23.76%的认证效率。对于n型电池,在Cz硅片上也取得了相似的结果。表格一还给出了采用与本文描述相似的工艺流程的商用电池尺寸取得的各种结果,以及给出背接触记录电池的图示。

中试线与量产线上的电池

该技术领域已经有越来越多的厂商加入,一批50-200MW产线也已经开始生产,如表格二所示。除了松下之外,还有数家制造商也宣布计划将产能扩大至GW级别,有些甚至是第一期。对于所有c-Si技术来说,产量都是至关重要的,因为加大产量才能实现最低的$/W制造成本。在中等产能水平(100-500MW)区间,目前仍然有竞争性市场进入的空间。

在6”电池级别,一些中试线已经取得了22.5-24%水平的电池效率;例如,图三(b)展示了电镀之后的电池效率达到24.15%(四主栅测试法)。在其位于德国的示范产线,梅耶博格宣布其生产批的平均效率达到23.65%,并在无主栅模式(这是一种备受青睐的商业标准模式,即不考虑主栅遮光损失也不考虑子栅的电阻损失,比五主栅电池提高了0.5-0.6%的绝对效率)下达到了最佳的24.27%认证电池效率[12]。需要注意的是,这些仅仅是中试线电池结果,因此一些依赖于局部钝化接触的高效PERC电池结果不代表量产产品线的结果,也不代表能实现低成本。随着持续不断地工艺提升,CEA使用梅耶博格量产设备能够实现五主栅SHJ电池达到23.9%的认证效率。随着产线的优化和对印刷与TCO技术的进一步优化,预计可以将效率提升到24-24.5%。

从表格一可以看出实验室结果可以快速转化到量产设备上;例如,使用多细线技术,可以实现标准尺寸硅片(M2)下的认证组件功率分别为341W(60片电池)和412W(72片电池),其中FFs分别达到79.7%和80%以上的优异结果,证明了该技术的成熟性。近来,CEA和梅耶博格合作推出了348W标准60片电池组件,并通过半切片电池方式实现了高效率。与松下、sunpreme和Hevel类似,其他一些量产线目前也在使用6”电池并实现高效率,例如汉能取得了22.2-22.3%的效率,而CIE也取得23%的平均效率(所有值都是报道于2018年10月)。所有这些公司都还仍然处在效率学习曲线阶段:图八(a)展示了从2017到2018里10个月内平均电池效率从20.5%提升到了22.8%。在对部分设备进行改造后,平均效率正超过23%(2018年10月)。目前已由生产商或中试线得到的产品良率都达到了接近99%的较高水平,例如图八(b)所示的Sunpreme的结果。

图八:..........

扩展学习曲线

基于实验室和生产线的结果,可以预测丝网印刷、多主栅器件在进行完整优化的情况下效率将达到24-24.5%之间。

扩展效率曲线

下一步,SHJ将以两种方式朝向高效产品演进。

首先,通过增加一系列设备制备背接触电池,并提升5-8%的相对效率。该器件结构保持着c-Si基光伏产品由Kaneka保持的26.7%的世界纪录[26]。尽管促使实现这一高效率的工艺步骤可能无法直接实现工业化,图九(a)显示了使用隧道结方法制备的一块25cm2电池,该方法极大简化了IBC设备的工艺[42]。特别是该方法在原来栅极图案接触层只需要一层,以及一次金属电极对准步骤。目前已经取得了24.45%的认证效率,已经最近取得的24.8%[25cm2]的室内效率。

其次,SHJ太阳能电池是多结叠层电池理想的底层电池;该电池被应用在突破效率记录的四端硅基III-V族(其中两结效率为32.8%,三结效率为35.9%)电池上[44]。对于钙钛矿/硅多结叠层电池来说,这些电池也同样扮演着理想底层电池的作用(如图九(b)),最近认证效率达到25.24%[45]。就在最近,牛津光伏报道了效率达到27.3%甚至28.0%的电池,据猜测也是使用SHJ底部电池[46]。这些方法将使6”太阳能电池效率达到30%,但目前仍有成本和可靠性问题有待解决,之后才能实现大规模生产和销售。

图九:..........

总结

在过去10年,SHJ领域的技术已经取得了显著的提升,包括:

  • 能兼容低成本工业化生产的工艺开发。
  • 该技术的推广正变得日益普及,越来越多的团队取得了超过23%的电池发电效率。
  • 先进金属化和互连技术的开发。
  • N型硅片质量的提升。
  • 在量产产品线设备上也能取得高效率。
  • 广泛生产解决方案的实施。

致谢

本文作者要感谢来自欧盟地平线2020研究与创新计划通过其编号为745601(Ampere)、727529(Disc)和727523(NextBase)的基金支持,以及来自瑞士联邦能源办公室、瑞士联邦科技创新署、瑞士联邦科学基金会、PNR70、Bridge和Nanotera的支持,以及来自商业伙伴梅耶博格、3Sun和INDEOtec的支持。特别感谢EPFL光伏实验室、CSEM光伏中心和CEA-Ines的辛勤工作,以及感谢所有学院同仁、RTOs和为本文提供数据或信息支持的公司。

作者简介

Christophe Ballif于1998年获得EPFL的博士学位。在2004年被聘为瑞士Neuchâtel大学微电子工程学院全职教授,并掌管光伏与薄膜电子实验室,如今已经成为EPFL的一部分。从2013年开始,他便担任CSEM光伏中心的主任。他的研究领域包含了光伏技术、高效c-Si太阳能电池技术、组件技术、BIPV和能源系统等。

Mathieu Boccard依靠其在光伏实验室里对薄膜硅叠层太阳能电池方面的工作,于2012年取得了EPFL的博士学位。他随后加入位于美国坦佩的亚利桑那州立大学担任博士后研究员,致力于高效晶体硅、CdTe和钙钛矿/硅叠层太阳能电池的研究。从2017年开始,他就开始带领光伏实验室的硅异质结研发工作,主要集中在用于选择性电极、多结器件和位置相关的太阳电池基本与新型材料。

Antoine Descoeudres分别于2001年和2006年获得EPFL的理学硕士和物理学博士学位。之后分别于2007年到2009年和2009年到2013年期间在日内瓦欧洲核子研究中心CERN和Neuchâtel光伏实验室担任博士后研究员。在2013年他加入位于CSEM的光伏中心,并负责硅异质结太阳能电池的研发工作。

Christophe Allebé曾取得比利时鲁文天主教大学的物理学硕士学位。从2000到2011年分别在欧洲微电子研究中心IMEC及其衍生公司负责晶体硅基同质结太阳能电池的研发工作。随后在日本kaneka工作时转至硅基异质结方向。在2013年他加入CSEM光伏中心,致力于提升太阳能电池性能的工艺和方法。

Antonin Faes依靠其在EPFL的跨学科电子显微镜中心(CIME)和工业能源系统实验室(LENI)在固体氧化燃料电池方面的工作,于2010年取得了EPFL的博士学位。在2012年他加入Neuchâtel大学的CSEM光伏中心,负责c-Si太阳能电池金属化和互连技术研发工作,并主要致力于硅异质结太阳能电池技术。

Olivier Dupré依靠其在光伏器件热性能方面的工作于2015年取得法国里昂国立应用科学学院(INSA Lyon)的博士学位。目前他担任EPFL光伏实验室的研究员,致力于硅异质结和钙钛矿/硅叠层太阳能电池的研发。他的研究领域包括了特定地点和工作条件下使电池和组件输出能量最大化的解决方案。

Jan Haschke于2014年获得柏林工业大学电气工程博士学位。他目前在Neuchâtel的EPFL光伏实验室担任博士后研究员。他的研究兴趣包括高效硅异质结太阳能电池器件和制造工艺的研发。

Pierre-Jean Ribeyron依靠其在多晶硅晶体化在光伏领域的应用于1998年获得法国Grenoble-Alps大学的博士学位。在2000年,他加入CEA并参与建设首个硅太阳能电池技术研发平台。在2005年创建INES后,他便致力于高效太阳能电池特别是异质结电池的研发。他目前主要从事从硅材料到组件到光伏系统完整产业链的研究。

Matthieu Despeisse依靠其在先进检测仪方面的工作于2006年取得了日内瓦欧洲核子研究中心CERN的博士学位。随后2009年他加入EPFL担任薄膜硅光伏研究团队的领导。从2013年起他开始领导CSEM在晶体硅光伏和金属化方面的研究工作,并主要集中于硅异质结技术、钝化电极、硅基多结电池、金属化和互连方面。

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