2015年6月，国家能源局、工信部、认监委三部委联合发布了《关于促进光伏技术产品应用和产业升级的意见》（国能新能[2015]194号），明确国家将通过“领跑者”计划支持高效电池等先进光伏技术产品应用；2015年11月17日，工信部公布《产业关键共性技术发展指南（2015年）》，“高效电池生产技术”被明确为优先发展的产业技术之一。何为“高效电池生产技术”？这些技术如何实现光电转换效率提升？哪些企业掌握这些技术？这些技术产业化现状及前景如何？ 太阳电池的转换效率 太阳电池的转换效率是电池输出电功率与入射光功率的比值。虽然太阳光包含了一个很宽的连续光谱范围，但不管是哪种材料的太阳电池，都只能吸收一定波段的太阳光，因此太阳电池不能将照射到电池表面全部的太阳光转换为电流，电池的最高转换效率不可能达到100%。实际上由于额外的损失，太阳能电池的效率很低，只有通过理解并尽量减少损失才能开发出效率足够高的太阳能电池。 对于单晶硅硅太阳能电池，其转换效率的理论最高值是28%。目前，在实验室最佳的条件下制作的单晶硅太阳电池效率最高能达到25%，行业内量产的单晶硅太阳电池效率已达到19%以上，而量产的多晶硅太阳电池效率则约为18%。 晶体硅太阳能电池光电转换效率的影响因素 对于晶体硅太阳电池来说，只有波长小于1.1μm的光才能使晶硅材料产生电子-空穴对，而其余波段的太阳光不能被电池利用，直接转变为热量。另外，电子-空穴对的复合、硅表面的光反射等都会影响电池的转换效率。 总体来说，可将影响晶体硅太阳电池转换效率的因素总结为两大类：光学损失和电学损失。（1）光学损失，包括材料的非吸收损失（即硅材料的光谱响应特性）、硅表面的光反射损失以及前栅线电极的遮挡损失。（2）电学损失，包括半导体表面及体内的光生载流子（电子-空穴对）的复合损失、半导体与金属电极接触的欧姆损失。光学损失和电学损失中的欧姆接触损失非常容易理解，而光生载流子复合损失是什么呢？光生载流子的复合主要是由于高浓度的扩散层在电池前表面引入大量的复合中心，此外，当少数载流子的扩散长度与硅片的厚度相当或超过硅片厚度时，电池背表面的复合速度对太阳能电池特性的影响也很明显。 提高晶体硅太阳电池光电转换效率的方法 以减少各种损失为改善思路，提高晶硅太阳能电池转换效率主要有如下方法： 1、制作光陷阱结构。硅表面的光反射损失在损失比例中占了相当大的比重。为了降低光反射损失，通常会采用化学腐蚀法在电池表面制作绒面结构，可将电池表面的反射率降低到10%以下。目前较为先进的制绒技术是反应等离子蚀刻技术（RIE）。另外，也可通过光刻的手段制作倒置金字塔陷光结构，虽然此方法能更有效的地降低光反射率，但成本比化学腐蚀制绒法高，因此不适合在生产上大规模使用。 倒置金字塔陷光结构 2、制作减反射膜。在晶体硅表面制作一层具有一定折射率的膜，可以使入射光产生的各级反射相互间进行干涉甚至完全抵消。减反射膜不但可进一步减少光反射损失，还能提高电池的电流密度并起到保护电池、提高电池稳定性的作用。目前，一般采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2等材料在晶体硅太阳电池表面制作单层或双层减反射膜。 3、制作钝化层。通过制作钝化层，可阻止载流子在一些高复合区域（如电池表面、电池表面与金属电极的接触处）的复合行为，从而提高电池的转换效率。一般会采用热氧钝化、原子氢钝化，或利用磷、硼或铝在电池的表面进行扩散钝化。热氧钝化是在电池的正面和背面形成氧化硅膜，可以有效地阻止载流子在表面处的复合；原子氢钝化是因为硅的表面有大量的悬挂键，这些悬挂键是载流子的有效复合中心，而原子氢可以中和悬挂键，所以减弱了复合。 4、增加背场。可通过蒸铝烧结、浓硼或浓磷扩散的工艺在晶体硅电池上制作背场。如在P型材料的电池中，背面增加一层P+浓掺杂层，形成P+/P的结构，在P+/P的界面就产生了一个由P区指向P+的内建电场，不但可建立一个与光生电压极性相同的内建电场，提高电池的开路电压，还能增加光生载流子的扩散长度，提高电池的短路电流，同时可降低电池背表面的复合率，提高电池的转换效率。 5、改善衬底材料。使用高纯的硅材料，可降低因晶体结构中缺陷所导致的光生载流子复合。比如，使用载流子寿命长、制结后硼氧反应小、电导率好、饱和电流低的n型硅材料制作高效电池。 当前高效晶硅电池生产技术 基于以上几种提高晶体硅太阳电池转换效率的工艺，目前在业界内应用较为广泛的高效晶体硅太阳电池技术主要有：PERC电池技术、N型电池技术、IBC电池技术、MWT电池技术、HIT电池技术等。 “高效电池生产技术”主要技术内容：开发电池效率达到22%以上的高效电池生产技术，包括重点背场钝化（PERC）电池、金属穿孔卷绕（MWT）电池、N型电池、异质结电池（HIT）、背接触电池（IBC）电池、叠层电池、双面电池等，并实现产业化生产。 |
