什么是黑硅？

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简介编辑

黑硅（black silicon）是最新研究发现的一种能大幅提高光电转换效率的新型电子材料。

通俗来讲，黑硅就是把硅片弄成黑色，硅片还是原来的硅片，在表面用涂料做一层涂层，可以大量减少反射，这样硅片看起来就是黑色的了。制法就是刷涂层，让表面有一颗一颗的凸起，涂层的主要成份是二氧化硅。我们看现有的硅电池片，都是蓝色的，然后上面有格栅，这样的硅片已经做了钝化处理，钝化的目的是减少反射和去掉悬空键，但是我们看起来还是蓝色的，亮亮的，所以黑硅比现有的钝化要高明很多。 现有的钝化需要严格的温度要求，还要真空。

这种黑硅材料能够捕捉几乎全部日光。它就像一块吸收光的海绵，可见光和红外线都能吸收。这种材料能够提高光的使用效率，产生的电流是传统硅材料的几百倍。此外，黑硅还可以减少光传感器的硅使用量，使产品更加便宜、小巧和轻便。

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近来，专业设备公司Natcore Technology将扩散发射器技术“黑硅”（Black Silicon）与Natcore的液相沉积（LPD）技术结合使用，并已被美国能源部所属国家可再生能源实验室（NREL）授予了独家专利许可。Natcore的科学家和NREL研究人员称黑硅生产流程可将平均反射率降低到1.5%以下，而现行先进抗反射涂层只能将平均反射率降低到大约6%。该公司的目标是在2012年让该项技术上市。

Natcore公司首席技术官Dennis Flood博士表示：“Natcore有能力通过液相沉积技术实现黑硅电池的钝化，这在过去正是我们所缺少的。这种技术能够推动黑硅发挥它的潜力。在Natcore的钝化技术之前，必须将涂层电池置于1000度的熔炉中才能产生出热氧化层。”

据Natcore介绍，其LPD硅石涂层实现钝化的同时，无需额外的热处理流程，从而降低流程成本，同时提高电池效率。Natcore公司总裁兼首席执行官Chuck Provini就此表示：“我们将NREL的黑硅技术与LPD以及钝化技术相结合，将混合流程进行优化，并将他们融合到AR-Box中，实现具有超低反射率全液相流程，进而提高高性能硅太阳能电池的产量。”

                           【分析】黑硅技术是多晶针对单晶的大杀器？
导读： 黑硅技术为金刚线线切在多晶切片领域的大面积推广铺平了道路。黑硅技术还可以融合其他硅片及电池产业化技术，从根本上提升多晶电池的转换效率。黑硅技术势必取代常规多晶制绒，成为未来多晶电池制程的标配技术。那么黑硅技术到底是多晶的垂死挣扎还是多晶对单晶的大杀器呢？

　　OFweek太阳能光伏网讯：1、引言
　　多晶电池效率的提升受制于表面反射率的降低。常规多晶主要采用酸制绒，形成蠕虫状的坑洞；而单晶采用碱制绒，形成金字塔结构的绒面。相比单晶电池，常规多晶电池的表面反射率高3%~5%（绝对值）。降低表面反射率是提高多晶电池效率的关键。成本方面，单晶硅片受益于金刚线切割工艺的推广，成本大幅下降；而多晶硅片金刚线线切的推广受制于电池制绒工艺的匹配，具体讲，金刚线线切多晶硅片使用常规制绒工艺后，反射率更高并有明显的线痕等外观缺陷，严重降低电池效率。阿特斯开发的湿法黑硅技术完美的解决以上问题，既能提升电池效率又能降低电池成本，是多晶电池继续进步的必由之路。
　　制备黑硅所采用的技术主要有：
　　①激光刻蚀法；
　　②气相腐蚀法；
　　③反应离子刻蚀法（Reactive Ion Etching，RIE）；
　　④金属催化化学腐蚀法（Metal Catalyzed Chemical Etching，MCCE）。
　　目前，具有量产可能性的黑硅技术主要是RIE。但是，RIE黑硅由于需要昂贵的真空设备以及工艺均匀性较差等因素，尚未大规模进入量产。阿特斯历经3年的自主研发，攻克多道技术难关，于2014年12月成功将湿法黑硅技术推广到生产线，实现0.4%（绝对值）的电池效率增益，成为业界首家将该技术实现产业化的太阳能电池公司。如图1所示，这一技术大大加快了多晶电池效率的提升速度，使得多晶电池量产效率有望在2016年底提前达到19%。阿特斯开发的湿法黑硅成本优于RIE，反射率均匀性好，易于产线工艺升级。随着该技术的逐渐成熟，阿特斯的湿法黑硅技术势必将取代现有常规多晶制绒，为金刚线切割硅片的及时导入和多晶电池的降本增效提供原动力。
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　　图1业界主流多晶效率趋势
　　2、产业化黑硅电池技术概述
　　早在2004年，日本京瓷公司引入了RIE多晶制绒技术。在2008年，以韩国公司为代表的设备厂家开始在中国推广RIE技术。一些一线电池厂家对该技术也进行过小批量评估，由于较高的工艺成本以及组件功率收益不理想，该技术最终没能推广成功。近两年，基于硅片厂家对金刚线切片技术导入的预期以及电池、组件技术的快速发展，RIE黑硅技术又逐渐进入业内技术人员的视野。同时，国产RIE设备也促进了该技术发展。但RIE设备的综合性价比始终制约着该技术的大规模推广。
　　另外一种可大规模产业化的黑硅技术是湿法黑硅技术。早在2006年，德国的Stutzmann小组即提出了金属催化化学腐蚀的概念并在实验室进行了初步的研究；直到2009年，美国国家可再生能源实验室（NREL）的Branz博士提出了全液相黑硅制备方法，将湿法黑硅技术朝产业化方向又推进了一步。但是，他们一直未能解决好黑硅表面钝化难题，使得湿法黑硅技术一直停留在实验室阶段。湿法黑硅技术基本原理如图2所示，采用Au、Ag等贵金属粒子随机附着在硅片表面，反应中金属粒子作为阴极、硅作为阳极，同时在硅表面构成微电化学反应通道，在金属粒子下方快速刻蚀硅基底形成纳米结构。
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　　图2金属催化化学腐蚀原理图
　　以上两种产业化黑硅技术比较如下。
　　与常规的多晶电池相比，湿法黑硅电池不同之处在制绒这一工序，由于同样采用湿法化学腐蚀工艺，与现有的常规电池工艺能很好的兼容。而RIE黑硅是在常规酸腐蚀后，再进行RIE形成纳米绒面，最后通过化学腐蚀去除硅片表面的残留物和离子轰击带来的损伤层。比常规多晶电池制程，增加了至少两道工序。

　3、阿特斯湿法黑硅电池技术进展
　　阿特斯早在2009年开始黑硅技术调研，并选用湿法黑硅技术作为黑硅技术的首选，一直致力于产业化湿法黑硅技术的开发。
　　湿法黑硅技术产业化最关键的技术难点在于：一、通过纳米微结构的优化以及后道工序匹配，解决减反效果与其带来的表面钝化问题之间的矛盾；二、开发适合产业化的稳定工艺流程以及成本控制，提高净收益。如何设计合适的设备，确保该工艺能够全天候稳定运行，是产业化必须面对的问题。
　　阿特斯开发的湿法黑硅技术，可以实现不同类型的纳米绒面。这些绒面包括：纳米正金字塔、纳米倒金字塔、纳米柱、纳米凹坑等，如图3所示。对于不同类型的纳米结构，其光学特性以及电学特性是不同的。光学特性主要是封装后光学多次反射的角度和路径不同，从而导致组件端光学增益的不同；电学特性主要是不同纳米结构的尺寸以及表面积不同，从而导致表面钝化的不同，进而影响最终电池的电性能。湿法黑硅的优势就在于，它可以调控不同类型的纳米微结构，通过光学和电学性能上的匹配，实现湿法黑硅组件功率的最大化。
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　　图3不同类型的湿法黑硅纳米绒面结构
　　2012年底，阿特斯在实验室实现湿法黑硅技术效率上的突破，随后在向产业化转移的过程中，通过不懈努力解决了诸多技术难题，于2014年12月将该技术成功推广到生产线，在世界上首次实现湿法黑硅技术的产业化，使电池平均效率提升达到0.4%。表1是阿特斯产业化湿法黑硅电池典型电性能数据（所列各项均为与常规电池参照组相比的绝对增益）。控制好电池工艺，确保效率提升和关键电性能参数的稳定，对黑硅电池效率转化成组件CTM至关重要。
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　　湿法黑硅技术是通过提高电池的短波响应来提高光电流。图4是典型的湿法黑硅电池与常规多晶电池的量子效率以及反射率曲线。
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　　图4湿法黑硅电池与常规多晶电池的外量子效率以及反射率曲线
　　随着湿法黑硅技术的成熟，阿特斯已将此技术推广到多个生产基地。该技术已成为阿特斯多晶电池新增产能的标配技术。
　　4、结语
　　综上所述，黑硅技术为金刚线线切在多晶切片领域的大面积推广铺平了道路。黑硅技术还可以融合其他硅片及电池产业化技术，从根本上提升多晶电池的转换效率，并降低光伏组件的成本。黑硅技术势必取代常规多晶制绒，成为未来多晶电池制程的标配技术。那么黑硅技术到底是多晶的垂死挣扎还是多晶对单晶的大杀器呢                                    来源： 光伏新闻

                                                                               论黑硅技术的必要性
核心提示：11月的寒冬，保利协鑫在第八届中国（无锡）国际新能源大会上发布了全新高效多晶硅片产品---TS系列黑硅片，在光伏寒冬时期再次点
    11月的寒冬，保利协鑫在第八届中国（无锡）国际新能源大会上发布了全新高效多晶硅片产品---TS系列黑硅片，在光伏寒冬时期再次点了一把火，引燃另一波业界的热烈讨论，红极一时的黑硅片，终于走上了多晶高效领域的舞台。  
被中国光伏业称为“630”，是中国光伏应用史上的重要时刻。中国首个光伏“领跑者”技术基地——大同采煤沉陷区1GW项目全部并网，单晶组件绝地狂奔，占比超过60%，相比2015年国内单晶不到20%的市场占比提高了3倍多，将此前市场份额稳定在八成的多晶占比压制到不足四成。单晶组件在“领跑者”技术基地的反超，除了“技术标准门槛设定偏低”之外，主要原因是在系统端价格差距，多晶PERC组件与一般单晶组件价格竞争激烈，在双方成本差异不大的情况下，单多晶同时使用PERC技术，单晶多出10W输出，在系统端能卖出好价格，故理论上多晶仅仅采用PERC技术并无出色之处。2012年至2013年期间，光伏行业曾陷入全面萧条，产能急剧扩张导致价格暴跌，同时行业恶性价格竞争，让曾经风光无限的几大光伏巨头倒在这一时期。历史总是惊人的相似，“630”后同样面临如此情形，好在大家已从上次自杀式价格战术中走了出来，大型光伏企业引导行业技术升级，从单纯追求规模向追求质量和效率的转变，下半年市场燃起了金刚线切多晶硅片的热潮，来降低多晶产业链制造成本。
   从目前各厂公开的信息可以看到金刚线切割在技术层面已无障碍，并且单片节省成本0.6~0.7元，但此切割方法会让硅片表面过于光亮，使电池片外观产生线痕，反射率过高而降低转换效率，故金刚线切割多晶片须再多加一道表面制绒工艺处理，业界称之为“黑硅”技术。黑硅除了能解决金刚线切片外观问题之外，还能形成纳米级的凹坑，增加入射光的捕捉量，增加光吸收，大幅提升电池片Isc，转换效率提升0.6%以上，降低了切片成本，提升了电池的效率，此技术同时兼顾硅片端降本与电池端提效两方面，黑硅+PERC可实现“1+1>2”效果，带来更大的电池性能增益。
   比太科技是一家集RIE干法黑硅产品研发、生产和销售于一体的综合性企业，也是国内外少有的能够提供金刚线切割多晶硅片制绒解决方案的高端装备制造企业。该公司的TYSOL-3000系列干法制绒设备深受国内外光伏市场追捧，目前在国内多家知名光伏企业进行了量产。比太科技自成立以来，一直十分重视技术研发，每年投入大量资金用于产品研发和技术改进，目前已拥有多项国家发明专利和国际专利。2015年公司还设立了江西分公司，使得生产能力得到优化，力量得以组合，同时积极联合国内外大型玻璃厂、膜液厂以及EVA厂商开发黑硅产品封装材料，为客户提供解决封装CTM值损失的技术方案，以期短时间内将干法黑硅技术全面推广
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谢谢楼主分享，不错的资料

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多谢楼主的好文章，之前对这块了解很少，看了后大有裨益:D