摘要: 目前P型晶硅电池占据晶硅电池市场的绝对份额。然而，不断追求效率提升和成本降低是光伏行业永恒的主题。N型单晶硅较常规的P型单晶硅具有少子寿命高、光致衰减小等优点，具有更大的效率提升空间，同时，N型单晶组件具有弱光响应好、温度系数低等优点。因此，N型单晶系统具有发电量高和可靠性高的双重优势。根据国际光伏技术路线图（ITRPV2015）预测：随着电池新技术和工艺的引入，N型单晶电池的效率优势会越来越明显，且N型单晶电池市场份额将从2014年的5%左右提高到2025年的35%左右。本文论述了N 型单晶硅及电池组件的优势，并介绍了各种N型单晶高效电池结构和特点，及相关技术发展现状和产业化前景。

关键词：N型电池，高效电池

 

       由于晶硅太阳电池成熟的工艺和技术、高的电池转换效率及高达25年以上的使用寿命，使其占据全球光伏市场约90%份额。理论上讲，不管是掺硼的P型硅片还是掺磷的N型硅片都可以用来制备太阳能电池。但由于太阳能电池是基于空间航天器应用发展而来的，较好的抗宇宙射线辐照能力使得P型晶硅电池得到了充分的研究和空间应用[1]。技术的延续性使目前地面用太阳能电池90%是掺硼P型晶硅电池[2]。而且，研究还发现N型晶硅电池由于p+发射结均匀性差导致填充因子较低[3,4]，并且长期使用或存放时，由于发射结表面钝化不理想等原因电池性能会发生衰退[5]。另外，B2O3的沸点很高，扩散过程中始终处于液态状态，扩散均匀性难以控制，且与磷扩散相比，为了获得相同的方块电阻需要更长的时间和更高的温度，导致材料性能变差[6]。所以与在N型硅片上形成掺硼p+发射结在工业生产中比较困难。

       然而，地面应用并不存在宇宙射线辐照的问题，而且随着技术的发展，原来困扰N型晶硅电池的发射结浓度分布、均匀性、表面钝化等技术难题已经解决。随着市场对电池效率的要求越来越高，P型电池的效率瓶颈已越发明显。N型晶硅电池由于其高少子寿命和无光致衰减等天然优势，具有更大的效率提升空间和稳定性，成为行业关注和研究的热点。根据图1和2国际光伏技术路线图ITRPV2015的预测[7]，随着背接触（BC）、异质结（HIT）等电池新结构，及激光、离子注入等新技术的引入，N型单晶电池的效率优势会越来越明显，且单晶硅在今后几年的市场份额会逐步增加，到2025年将超过多晶硅，占据光伏市场份额首位，其中80%以上为N型单晶。表1列举了Panasonic, SunPower, Sharp不同电池结构实验室的电池转化效率记录，大面积HBC电池最高效率已达到25.6%[8]，展现了强大的发展潜力。

图1  ITRPV2015晶硅电池效率预测

表1  部分机构N型单晶电池的最高转换效率

       本文论述了n型单晶硅及电池组件的优势，并介绍了各种N型单晶高效电池结构和特点，相关技术发展现状及产业化前景。