黑硅對(duì)光伏行業(yè)來(lái)講，不是一個(gè)新技術(shù)。十年前RIE黑硅在京瓷就已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)。2010年左右，中國(guó)的少數(shù)企業(yè)也在評(píng)估RIE技術(shù)，但未進(jìn)入量產(chǎn)。最近一兩年，國(guó)內(nèi)又有企業(yè)在重新挖掘這個(gè)技術(shù)。黑硅技術(shù)近期的進(jìn)展可能歸結(jié)于兩個(gè)主要因素：大家對(duì)金剛線切割導(dǎo)入的預(yù)期。金剛線切割能夠大幅度的降低多晶硅片成本，但傳統(tǒng)的酸制絨導(dǎo)致電池效率降低，而黑硅制絨可以很大幅度上解決金剛線切割帶來(lái)了制絨工藝上的困難。另外黑硅技術(shù)的設(shè)備成本降低，電池和組件端的進(jìn)步也促進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。
　　常規(guī)多晶電池的工藝流程。第一步是酸制絨，即通過(guò)氫氟酸和硝酸做表面刻蝕形成絨面結(jié)構(gòu)，把光線反射率從原來(lái)的~50%左右降低到~25%。圖中黑硅納米的相關(guān)結(jié)構(gòu)，實(shí)際上可以從仿生學(xué)談起，它的折射率沿著深度做一個(gè)漸變的過(guò)程，從而減少光的損失。
　　黑硅可以分為兩大類，第一個(gè)是用干法，用得最多的是等離子刻蝕，同時(shí)還有一些激光技術(shù)。第二類是濕法刻蝕。我今天會(huì)講到MCCE，就是用貴金屬催化來(lái)做化學(xué)腐蝕。
　　我們下面講一下RIE。RIE是ReactiveIonEtching的簡(jiǎn)稱，它可以是各向同性的，也可以是各向異性的刻蝕。同時(shí)它是一個(gè)物理法和化學(xué)法相結(jié)合的一個(gè)刻蝕過(guò)程。等離子刻蝕所需要的氣體，基本上是有SF6，氯氣、氧氣等。 　　RIE制絨的形貌。圖1是常規(guī)制絨形成的不規(guī)則表面結(jié)構(gòu)。圖2是在常規(guī)制絨的基礎(chǔ)上做了RIE的處理，可以看到在原來(lái)基礎(chǔ)上有納米級(jí)結(jié)構(gòu)。RIE電池的工藝流程在原來(lái)的基礎(chǔ)上加了兩步：等離子體的轟擊會(huì)對(duì)表面產(chǎn)生損害，所以要在后續(xù)加一個(gè)DRE（DamageRemovalEtch）。當(dāng)然后續(xù)擴(kuò)散和氮化硅鍍膜等工藝都要做相應(yīng)的調(diào)整，才能達(dá)到最好的電池結(jié)果。 　　這是硅表面在四個(gè)過(guò)程后的反射率曲線，最高的就是我們剛才說(shuō)的正常制絨，制絨之后的平均百分率大概在25%左右。RIE刻蝕以后，有大幅度的降低，這里的反射率是可調(diào)控的。在做完了DRE后反射率有一些回升。最后PSG刻蝕后又有進(jìn)一步的提升，這也是反映了絨面結(jié)構(gòu)的一些細(xì)微變化。 　　這張圖是常規(guī)電池和RIE電池IQE比較。RIE“黑硅”體現(xiàn)在藍(lán)光波段的反射率大幅度下降。RIE電池IQE在藍(lán)光區(qū)域是比較低的，大家努力的方向是把RIE電池IQE在藍(lán)光的部分能夠與Baseline越接近越好。
　　RIE實(shí)際上有兩種微觀結(jié)構(gòu)。一種是凹下去的（pits），另一種是凸出來(lái)的（pins）。這個(gè)跟不同的等離子源和實(shí)際工藝參數(shù)相關(guān)。 　　這兩種不同的RIE微觀結(jié)構(gòu)在電池和組件的表現(xiàn)，我們?cè)诒碇凶隽肆_列。在優(yōu)化之前不管是TypeA和TypeB，Voc相對(duì)常規(guī)技術(shù)都有小幅度下降。而優(yōu)化以后Voc實(shí)際上是有小幅度提升的。判斷一個(gè)RIE技術(shù)集成的好和壞，在很大程度上就要看Voc相對(duì)于Baseline的提高。優(yōu)化后我們的RIE電池相對(duì)常規(guī)達(dá)到0.6%（絕對(duì)值）的提高。通過(guò)技術(shù)進(jìn)步這些提高能夠有75%左右轉(zhuǎn)化為組件瓦數(shù)的提高。
　　阿特斯?jié)穹ê诠璧倪M(jìn)展。MCCE不是一個(gè)新技術(shù)，國(guó)內(nèi)外的大學(xué)及研究所做了非常多的研究工作。這個(gè)技術(shù)基本上是通過(guò)把貴金屬顆粒沉積在硅的表面，形成催化化學(xué)反應(yīng)，可以表征為硅和雙氧水及HF反應(yīng)形成硅氟酸。這種刻蝕的方向性非常好，可以達(dá)到非常高的AspectRatio,如圖所示。我們的工藝流程，基本上是用HF、HNO3酸來(lái)做第一道制絨，然后做MCCE黑硅制絨。后續(xù)工藝跟RIE類似也做了相應(yīng)的優(yōu)化。MCCE電池比我們傳統(tǒng)的電池要黑很多，并且這種顏色深淺是可以通過(guò)制絨和減反膜控制的。
　　通過(guò)如圖的MCCE的形貌可以看到它比RIE更規(guī)則一些。我們第一代濕法黑硅已經(jīng)在量產(chǎn)，效率提升在0.25%左右。第二代已經(jīng)在中試，目標(biāo)是提高效率提升0.45%以上，組件提高5W以上。
　　作為總結(jié)我們認(rèn)為黑硅技術(shù)是提高多晶太陽(yáng)能電池效率非常有效途徑。不管是干法還是濕法黑硅在短期內(nèi)應(yīng)該完全可以進(jìn)入量產(chǎn)。阿特斯自主開(kāi)發(fā)的MCCE濕法黑硅第一代已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)，第二代也正在中試。我認(rèn)為任何一個(gè)好的技術(shù)都一定是在量產(chǎn)規(guī)模上體現(xiàn)出來(lái)的。我們的目標(biāo)是把黑硅技術(shù)作為我們多晶生產(chǎn)未來(lái)的Baseline。RIE技術(shù)伴隨組件CTM的進(jìn)步也會(huì)逐步進(jìn)入大批量生產(chǎn)。這都為金剛線切割硅片的導(dǎo)入和成本的下降打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。我們致力于黑硅技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，使其成為未來(lái)多晶量產(chǎn)的主流工藝。
　　作者：阿特斯（中國(guó)）投資有限公司 首席技術(shù)官 邢國(guó)強(qiáng)博士