晶硅太阳电池的发展前景（小顺科普光伏晶硅太阳能电池）

一、什么是太阳能？

太阳能实际上是地球上最主要的能量来源。太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量，尽管太阳辐射到地球大气层外界的能量仅为其总辐射能量(约为3.75×10^14tw)的22亿分之一，但其辐射通量已高达1.73×10^5tw，即太阳每秒钟投射到地球上的能量相当5.9×10^6吨煤。地球上绝大部分能源皆源自于太阳能。风能、水能、生物质能、海洋温差能、波浪能和潮汐能等均来源于太阳。近20年来，太阳能已广泛应用于人们的生活，其中光伏应用发展迅速。

二、光伏晶硅电池的工作原理

太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。所谓光生伏特效应就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。

当光照射到PN结上时，产生电子--空穴对，在半导体内部P-N结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内部电场的吸引，电子流入N区，空穴流入P区，结果使N区储存了过剩的电子，P区有过剩的空穴。它们在P-N结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使P区带正电，N区带负电，在N区和P区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。

PN结形成原理

三、主流晶硅电池的分类

从晶体内部的微粒排列规整性来区分，晶硅电池分为单晶电池和多晶电池。目前行业中，单晶电池已经成为绝对主流，大致分为单晶P-PERC结构、N-TOPCon结构、N-HJT结构、IBC结构等，其中P-PERC占比约85%。

1、P-PERC晶硅电池

PERC（Passivated Emitter Rear Cell）——发射极及背面钝化电池技术，与常规电池不同之处在于背面，PERC电池采用了钝化膜来钝 化背面，取代了传统的全铝背场，增强光线在硅基的内背反射，降低了背面的复合速率，从而使电池的效率提升0.5%-1%。目前P型单晶电池均已采用PERC技术，厚度约180um，一般正面为负极，背面为正极。以22.8%效率电池为例，每一片182电池的功率7.53W左右，开路电压687mV左右，短路电流13.39A左右，工作电压为597mV，工作电流为12.61A。

顺风182电池的正背面图

P-PERC结构图

单双面PERC工艺流程图

2、N-TOPCon晶硅电池

TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）——氧化层钝化接触。正面与常规N型太阳能电池或N-PERT太阳能电池没有本质区别，电池核心技术是背面钝化接触。电池背面由一层超薄氧化硅（1~2nm）与一层磷掺杂的微晶非晶混合Si薄膜组成，二者共同形成钝化接触结构。钝化性能通过退火过程进行激活，Si薄膜在该退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶。

在850°C的退火温度下退火，iVoc>710mV,J0在9-13fA/cm2，显示了钝化接触结构优异的钝化性能。该结构可以阻挡少子空穴复合，提升电池开路电压及短路电流。超薄氧化层可以使多子电子隧穿进入多晶硅层同时阻挡少子空穴复合，超薄氧化硅和重掺杂硅薄膜良好的钝化效果使得硅片表面能带产生弯曲，从而形成场钝化效果，电子隧穿的几率大幅增加，接触电阻下降，提升了电池的开路电压和短路电流，从而提升电池转化效率。目前有LPCVD和PEALD两种工艺技术路线。

N-TOPCon电池结构图

两种工艺路线图

3、N-HJT异质结晶硅电池

HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin-film）——本征薄膜异质结电池。具备对称双面电池结构，中间为N型晶体硅。正面依次沉积本征非晶硅薄膜和P型非晶硅薄膜，从而形成P-N结。背面则依次沉积本征非晶硅薄膜和N型非晶硅薄膜，以形成背表面场。鉴于非晶硅的导电性比较差，因此在电池两侧沉积透明导电薄膜（TCO）进行导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极。主要得益于N型硅衬底以及非晶硅对基底表面缺陷的双重钝化作用。目前量产效率普遍已在24%以上；25%以上的技术路线已经非常明确，即在前后表面使用掺杂纳米晶硅、掺杂微晶硅、掺杂微晶氧化硅、掺杂微晶碳化硅取代现有的掺杂；HJT未来叠加IBC和钙钛矿转换效率或可提升至30%以上。

由于HJT电池衬底通常为N型单晶硅，而N型单晶硅为磷掺杂，不存在P型晶硅中的硼氧复合、硼铁复合等，所以HJT电池对于LID效应是免疫的。HJT电池的表面沉积有TCO薄膜，无绝缘层，因此无表面层带电的机会，从结构上避免PID 发生。HJT电池首年衰减1-2%，此后每年衰减0.25%，远低于PERC电池掺镓片的衰减情况(首年衰减2%，此后每年衰减0.45%)，也因此HJT电池全生命周期每W发电量高出双面PERC电池约1.9%-2.9%。

N-HJT电池结构及工艺流程图

4、N-IBC晶硅电池

IBC（Interdigitated Back Contact）——交叉指式背接触电池技术。将P/N结、基底与发射区的接触电极以交指形状做在电池背面。核心技术：如何在电池背面制备出质量较好、成叉指状间隔排列的p区和n区。通过在电池背面印刷一层含硼的叉指状扩散掩膜层，掩膜层上的硼经扩散后进入N型衬底形成p 区，而未印刷掩膜层的区域，经磷扩散后形成n 区。前表面制备金字塔状绒面来增强光的吸收， 同时在前表面形成前表面场（FSF）。

使用离子注入技术可获得均匀性好、结深精确可控的p区和n区，电池正面无栅线遮挡，可消除金属电极的遮光电流损失，实现入射光子的最大利用化，较常规太阳电池短路电流可提高7%左右；由于背接触结构，不必考虑栅线遮挡问题，可适当加宽栅线比例，从而降低串联电阻且有高的填充因子；可对表面钝化及表面陷光结构进行最优化的设计，可得到较低的前表面复合速率和表面反射，从而提高Voc和Jsc；外形美观，尤其适用于光伏建筑一体化；但IBC电池成本较高尚未产业化，IBC电池制程工艺复杂，多次使用掩膜、光刻等半导体技术，成本几乎为常规电池的两倍。

N-IBC电池结构

注释：SiNx Coating：氮化硅反层；N FSF：N 前表面场；n-Cz Wafer：N型基底硅片；P emitter：P 发射极；N BSF：N 背场；Al2O3 passivation layer：氧化铝钝化层；SiNx Coating：氮化硅减反层；Ag Grid：银电极

N-IBC工艺生产流程

5、P-IBC晶硅电池

早在16-17年TNO宣传P型IBC结构。P-IBC加了个LPCVD其他的与PERC兼容，激光有点差别，90%兼容。P-IBC技术，是以P型硅片为基底。正面效率有优势，目前还是偏向于单面，双面率不到50%，定位成分布式产品。P-IBC有机会成本与PERC接近，效率做上去就是24.5%-25%，实现1-3分人民币/W成本差距。

两种P-IBC电池结构

工艺流程①：刻蚀掩膜

工艺流程②：全激光

顺风光电及其子公司尚德电力目前拥有6GW 高效电池产能，2023年规划再新增10GWN型高效电池产能。尚德目前主流的Ultra-V系列组件采用的是主流高效P-PERC技术，电池转化效率23% ，组件转化效率21.3% ，批量供应单双玻组件550W 。

,