黑硅對光伏行業來講，不是一個新技術。十年前RIE黑硅在京瓷就已經進入批量生產。2010年左右，中國的少數企業也在評估RIE技術，但未進入量產。最近一兩年，國內又有企業在重新挖掘這個技術。黑硅技術近期的進展可能歸結于兩個主要因素：大家對金剛線切割導入的預期。金剛線切割能夠大幅度的降低多晶硅片成本，但傳統的酸制絨導致電池效率降低，而黑硅制絨可以很大幅度上解決金剛線切割帶來了制絨工藝上的困難。另外黑硅技術的設備成本降低，電池和組件端的進步也促進了該技術的發展。
　　常規多晶電池的工藝流程。第一步是酸制絨，即通過氫氟酸和硝酸做表面刻蝕形成絨面結構，把光線反射率從原來的~50%左右降低到~25%。圖中黑硅納米的相關結構，實際上可以從仿生學談起，它的折射率沿著深度做一個漸變的過程，從而減少光的損失。
　　黑硅可以分為兩大類，第一個是用干法，用得最多的是等離子刻蝕，同時還有一些激光技術。第二類是濕法刻蝕。我今天會講到MCCE，就是用貴金屬催化來做化學腐蝕。
　　我們下面講一下RIE。RIE是ReactiveIonEtching的簡稱，它可以是各向同性的，也可以是各向異性的刻蝕。同時它是一個物理法和化學法相結合的一個刻蝕過程。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是常規制絨形成的不規則表面結構。圖2是在常規制絨的基礎上做了RIE的處理，可以看到在原來基礎上有納米級結構。RIE電池的工藝流程在原來的基礎上加了兩步：等離子體的轟擊會對表面產生損害，所以要在后續加一個DRE（DamageRemovalEtch）。當然后續擴散和氮化硅鍍膜等工藝都要做相應的調整，才能達到最好的電池結果。 　　這是硅表面在四個過程后的反射率曲線，最高的就是我們剛才說的正常制絨，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刻蝕后又有進一步的提升，這也是反映了絨面結構的一些細微變化。 　　這張圖是常規電池和RIE電池IQE比較。RIE“黑硅”體現在藍光波段的反射率大幅度下降。RIE電池IQE在藍光區域是比較低的，大家努力的方向是把RIE電池IQE在藍光的部分能夠與Baseline越接近越好。
　　RIE實際上有兩種微觀結構。一種是凹下去的（pits），另一種是凸出來的（pins）。這個跟不同的等離子源和實際工藝參數相關。 　　這兩種不同的RIE微觀結構在電池和組件的表現，我們在表中做了羅列。在優化之前不管是TypeA和TypeB，Voc相對常規技術都有小幅度下降。而優化以后Voc實際上是有小幅度提升的。判斷一個RIE技術集成的好和壞，在很大程度上就要看Voc相對于Baseline的提高。優化后我們的RIE電池相對常規達到0.6%（絕對值）的提高。通過技術進步這些提高能夠有75%左右轉化為組件瓦數的提高。
　　阿特斯濕法黑硅的進展。MCCE不是一個新技術，國內外的大學及研究所做了非常多的研究工作。這個技術基本上是通過把貴金屬顆粒沉積在硅的表面，形成催化化學反應，可以表征為硅和雙氧水及HF反應形成硅氟酸。這種刻蝕的方向性非常好，可以達到非常高的AspectRatio,如圖所示。我們的工藝流程，基本上是用HF、HNO3酸來做第一道制絨，然后做MCCE黑硅制絨。后續工藝跟RIE類似也做了相應的優化。MCCE電池比我們傳統的電池要黑很多，并且這種顏色深淺是可以通過制絨和減反膜控制的。
　　通過如圖的MCCE的形貌可以看到它比RIE更規則一些。我們第一代濕法黑硅已經在量產，效率提升在0.25%左右。第二代已經在中試，目標是提高效率提升0.45%以上，組件提高5W以上。
　　作為總結我們認為黑硅技術是提高多晶太陽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應該完全可以進入量產。阿特斯自主開發的MCCE濕法黑硅第一代已經進入量產，第二代也正在中試。我認為任何一個好的技術都一定是在量產規模上體現出來的。我們的目標是把黑硅技術作為我們多晶生產未來的Baseline。RIE技術伴隨組件CTM的進步也會逐步進入大批量生產。這都為金剛線切割硅片的導入和成本的下降打下堅實的基礎。我們致力于黑硅技術的不斷進步和完善，使其成為未來多晶量產的主流工藝。
　　作者：阿特斯（中國）投資有限公司 首席技術官 邢國強博士