2024年10月15日，东方日升重磅推出了异质结伏曦组件的升级产品伏曦Pro，并公告了这款产品的730Wp+的量产功率。不同于现在行业里大家能够看到的各种效率、功率的世界纪录或者是实验室数据，这次东方日升强调的是“量产功率”。730Wp+量产功率达成的背后离不开电池效率的提升和一些新材料和封装工艺的优化应用，其中最重要的几个则是高迁移靶材、钢网印刷和光转膜技术几个关键材料和工艺的开发，优化和应用。在这篇文章里，我们将向大家揭晓730Wp+量产背后的秘密——高迁移靶材的应用。
很多人可能都听说过靶材，但是相信大部分不从事异质结电池研发和技术的人并不清楚究竟靶材是什么？什么又是高迁移靶材？为什么要选择高迁移靶材？接下来，我们会尽可能详细地为大家逐步进行解说。
什么是靶材？
靶材，也称为溅射靶材，是在材料科学和半导体制造领域中的关键材料。靶材作为镀膜过程中使用的原材料，通过高速离子束流的轰击，使其表面的原子被溅射飞散出来，并在基板上沉积形成薄膜（如图1所示）。靶材的选择和特性对薄膜的性能有着决定性的影响。
图1. 通过靶材溅射沉积成膜
在异质结电池的生产中，异质结电池最外层的TCO薄膜就是使用靶材（如图2所示），通过工艺方法沉积在电池上的。制作TCO薄膜的靶材材料和工艺选择对异质结电池的转换效率至关重要。
为什么是TCO？
和传统的热扩散型晶体硅太阳电池（包括BSF、PERC和TOPCon）相比，异质结电池的一个显著区别在于其发射极的低电导性，也就是-Si:H的低电导性，鉴于这一特性，如果只通过传统的电池正背面金属栅线从发射极收集电流显然是不够的，因此，对于异质结电池来说，需要考虑其他的电接触方案，而用既导电又透明的TCO薄膜来输运电荷便是一种有效解决方案。
TCO薄膜作为一种透明导电氧化物薄膜，同时具有导电性和透明性，可应用于很多场合，特别是光电子器件领域。在异质结电池中，TCO膜就应用在电池结构的最外层，起到导电和让光透过的作用，同时还起到了减反射层的作用，如图2所示。
图2. 异质结电池结构示意图
为什么要高迁移率？
鉴于TCO薄膜在HJT电池中的导电和透光作用，因此在异质结电池材料和工艺的开发中，TCO薄膜必须具有合适的电学和光学性能，而电学性能和光学性能是相互影响的，必须同时优化才能使电池的效率最大化。因此，这就要求应用在HJT上的TCO薄膜需要具备以下几点性能：1. 低电阻率；2. 高透光率；3. 低温生长。而在目前异质结技术提效的研发过程中，大部分工作都集中在如何降低TCO薄膜的电阻率上。
那降低电阻率和高迁移率有什么关系呢？
首先我们可以看这个公式，电阻率与自由载流子浓度和迁移率的关系可以用下面这个公式1来表示：
----------------------- 公式1
其中，为电阻率，q为电子电量，N就是自由载流子浓度，为载流子迁移率。从这个公式分析，我们可以很容易就知道，要获得更低的电阻率，可以通过增加自由载流子浓度N和提高载流子迁移率来实现。但是这里有一点需要说明的是，在异质结电池提效的过程中，科学家和工程师们更多的是通过优化TCO的载流子迁移率，使其尽量最大，而不是载流子浓度最大，这是因为如果载流子浓度过高，TCO薄膜本身对可见光的吸收就会增大，透过减少，反而会影响到电池效率的提升，所以不能单纯通过提高载流子浓度的方法来降低电阻率，而是需要尽可能地提高迁移率。
从另外一方面来讲，太阳电池通过吸收太阳光来进行光电转换，吸收的光线越多，转换的能量就越多。在太阳光的发光全波段范围（300~2500nm），其在可见光范围（400~760nm）的能量占43%，紫外区域（300~400nm）的能量占5%，而在近红外区域（760~2500nm）的能量却占总能量的52%。传统的TCO薄膜的红外反射率高，限制了以它作为透明电极的太阳电池对长波段太阳光能量的有效利用。如果能够改善TCO薄膜对红外这部分的透过，就可以提高电池的转换效率。从这一方面来讲，根据上面的公式1，我们就要考虑如何去降低载流子浓度，从而提高光的高透过率，但是这样，又有可能会造成TCO薄膜电阻率的上升。所以在TCO薄膜的材料和工艺开发的时候，就需要做到在降低载流子浓度的同时，尽可能提高载流子迁移率，这样一方面可以使TCO薄膜仍保持良好的导电性能，另一方面由于载流子浓度降低，吸收减少，可以实现从可见光到近红外范围的高透过率，从而提高异质结电池的转换效率。
东方日升异质结伏曦电池
高迁移靶材的研发与应用
1
显著降低TCO方阻有效提升载流子迁移率
东方日升在高迁移靶材的开发过程中，通过精准调控材料成分与工艺参数，成功将靶材的载流子迁移率提升至29.11%（如图3所示）。这一突破也使得高效异质结电池的光电转换效率相较于基线电池效率提升了0.05%。在保证电学性能一致的情况下，载流子浓度将显著减少膜层对光的吸收，使更多光能被有效转化为电能，提升电池的光电转换效率，如图4所示。
图3. 方阻和载流子浓度变化
图4. 电池效率提升
2
提升近红外波段的透过率，优化EQE性能
应用高迁移靶材的异质结电池在外部量子效率（EQE）方面表现优异。电池EQE在可见光到近红外波段相比基线较高，紫外波段较低。这种可见光和近红外波段EQE的提升，可有效提高电池的转换效率。
图5. 电池EQE变化
异质结电池TCO薄膜技术的未来展望
关于TCO薄膜的优化，其实行业的科学家们已经给出很明确的路径，关键在于如何能够在商业化量产中能够实现低成本的规模化应用。在目前商业化异质结生产阶段中，一些技术方案已经实现，还有一些仍在进一步的开发中。
比如在开始的时候，异质结电池正背面的TCO薄膜是采用相同成分和相同结构的材料。但是随着技术的发展，尤其是现在主流的背结异质结电池，正背面的TCO薄膜可以采用不同的材料成分来分别满足性能的需求；再比如传统的TCO薄膜基本就是单层的结构，但是单层结构几乎很难同时具备优良的光学、电学以及界面接触特性，所以双层，甚至多层的TCO结构也已经成为进一步提升异质结电池效率的重要手段（如图6所示），目前这一技术在行业商业化量产中，已经开始有应用。
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