一、什麼是太陽能？

太陽能實際上是地球上最主要的能量來源。太陽能是太陽内部連續不斷的核聚變反應過程産生的能量，盡管太陽輻射到地球大氣層外界的能量僅為其總輻射能量(約為3.75×10^14tw)的22億分之一，但其輻射通量已高達1.73×10^5tw，即太陽每秒鐘投射到地球上的能量相當5.9×10^6噸煤。地球上絕大部分能源皆源自于太陽能。風能、水能、生物質能、海洋溫差能、波浪能和潮汐能等均來源于太陽。近20年來，太陽能已廣泛應用于人們的生活，其中光伏應用發展迅速。

二、光伏晶矽電池的工作原理

太陽能電池工作原理的基礎是半導體PN結的光生伏特效應。所謂光生伏特效應就是當物體受到光照時，物體内的電荷分布狀态發生變化而産生電動勢和電流的一種效應。當太陽光或其他光照射半導體的PN結時，就會在PN結的兩邊出現電壓，叫做光生電壓。

當光照射到PN結上時，産生電子--空穴對，在半導體内部P-N結附近生成的載流子沒有被複合而到達空間電荷區，受内部電場的吸引，電子流入N區，空穴流入P區，結果使N區儲存了過剩的電子，P區有過剩的空穴。它們在P-N結附近形成與勢壘方向相反的光生電場。光生電場除了部分抵消勢壘電場的作用外，還使P區帶正電，N區帶負電，在N區和P區之間的薄層就産生電動勢，這就是光生伏特效應。

PN結形成原理

三、主流晶矽電池的分類

從晶體内部的微粒排列規整性來區分，晶矽電池分為單晶電池和多晶電池。目前行業中，單晶電池已經成為絕對主流，大緻分為單晶P-PERC結構、N-TOPCon結構、N-HJT結構、IBC結構等，其中P-PERC占比約85%。

1、P-PERC晶矽電池

PERC（Passivated Emitter Rear Cell）——發射極及背面鈍化電池技術，與常規電池不同之處在于背面，PERC電池采用了鈍化膜來鈍 化背面，取代了傳統的全鋁背場，增強光線在矽基的内背反射，降低了背面的複合速率，從而使電池的效率提升0.5%-1%。目前P型單晶電池均已采用PERC技術，厚度約180um，一般正面為負極，背面為正極。以22.8%效率電池為例，每一片182電池的功率7.53W左右，開路電壓687mV左右，短路電流13.39A左右，工作電壓為597mV，工作電流為12.61A。

順風182電池的正背面圖

P-PERC結構圖

單雙面PERC工藝流程圖

2、N-TOPCon晶矽電池

TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact）——氧化層鈍化接觸。正面與常規N型太陽能電池或N-PERT太陽能電池沒有本質區别，電池核心技術是背面鈍化接觸。電池背面由一層超薄氧化矽（1~2nm）與一層磷摻雜的微晶非晶混合Si薄膜組成，二者共同形成鈍化接觸結構。鈍化性能通過退火過程進行激活，Si薄膜在該退火過程中結晶性發生變化，由微晶非晶混合相轉變為多晶。

在850°C的退火溫度下退火，iVoc>710mV,J0在9-13fA/cm2，顯示了鈍化接觸結構優異的鈍化性能。該結構可以阻擋少子空穴複合，提升電池開路電壓及短路電流。超薄氧化層可以使多子電子隧穿進入多晶矽層同時阻擋少子空穴複合，超薄氧化矽和重摻雜矽薄膜良好的鈍化效果使得矽片表面能帶産生彎曲，從而形成場鈍化效果，電子隧穿的幾率大幅增加，接觸電阻下降，提升了電池的開路電壓和短路電流，從而提升電池轉化效率。目前有LPCVD和PEALD兩種工藝技術路線。

N-TOPCon電池結構圖

兩種工藝路線圖

3、N-HJT異質結晶矽電池

HJT（Heterojunction with Intrinsic Thin-film）——本征薄膜異質結電池。具備對稱雙面電池結構，中間為N型晶體矽。正面依次沉積本征非晶矽薄膜和P型非晶矽薄膜，從而形成P-N結。背面則依次沉積本征非晶矽薄膜和N型非晶矽薄膜，以形成背表面場。鑒于非晶矽的導電性比較差，因此在電池兩側沉積透明導電薄膜（TCO）進行導電，最後采用絲網印刷技術形成雙面電極。主要得益于N型矽襯底以及非晶矽對基底表面缺陷的雙重鈍化作用。目前量産效率普遍已在24%以上；25%以上的技術路線已經非常明确，即在前後表面使用摻雜納米晶矽、摻雜微晶矽、摻雜微晶氧化矽、摻雜微晶碳化矽取代現有的摻雜；HJT未來疊加IBC和鈣钛礦轉換效率或可提升至30%以上。

由于HJT電池襯底通常為N型單晶矽，而N型單晶矽為磷摻雜，不存在P型晶矽中的硼氧複合、硼鐵複合等，所以HJT電池對于LID效應是免疫的。HJT電池的表面沉積有TCO薄膜，無絕緣層，因此無表面層帶電的機會，從結構上避免PID 發生。HJT電池首年衰減1-2%，此後每年衰減0.25%，遠低于PERC電池摻镓片的衰減情況(首年衰減2%，此後每年衰減0.45%)，也因此HJT電池全生命周期每W發電量高出雙面PERC電池約1.9%-2.9%。

N-HJT電池結構及工藝流程圖

4、N-IBC晶矽電池

IBC（Interdigitated Back Contact）——交叉指式背接觸電池技術。将P/N結、基底與發射區的接觸電極以交指形狀做在電池背面。核心技術：如何在電池背面制備出質量較好、成叉指狀間隔排列的p區和n區。通過在電池背面印刷一層含硼的叉指狀擴散掩膜層，掩膜層上的硼經擴散後進入N型襯底形成p 區，而未印刷掩膜層的區域，經磷擴散後形成n 區。前表面制備金字塔狀絨面來增強光的吸收， 同時在前表面形成前表面場（FSF）。

使用離子注入技術可獲得均勻性好、結深精确可控的p區和n區，電池正面無栅線遮擋，可消除金屬電極的遮光電流損失，實現入射光子的最大利用化，較常規太陽電池短路電流可提高7%左右；由于背接觸結構，不必考慮栅線遮擋問題，可适當加寬栅線比例，從而降低串聯電阻且有高的填充因子；可對表面鈍化及表面陷光結構進行最優化的設計，可得到較低的前表面複合速率和表面反射，從而提高Voc和Jsc；外形美觀，尤其适用于光伏建築一體化；但IBC電池成本較高尚未産業化，IBC電池制程工藝複雜，多次使用掩膜、光刻等半導體技術，成本幾乎為常規電池的兩倍。

N-IBC電池結構

注釋：SiNx Coating：氮化矽反層；N FSF：N 前表面場；n-Cz Wafer：N型基底矽片；P emitter：P 發射極；N BSF：N 背場；Al2O3 passivation layer：氧化鋁鈍化層；SiNx Coating：氮化矽減反層；Ag Grid：銀電極

N-IBC工藝生産流程

5、P-IBC晶矽電池

早在16-17年TNO宣傳P型IBC結構。P-IBC加了個LPCVD其他的與PERC兼容，激光有點差别，90%兼容。P-IBC技術，是以P型矽片為基底。正面效率有優勢，目前還是偏向于單面，雙面率不到50%，定位成分布式産品。P-IBC有機會成本與PERC接近，效率做上去就是24.5%-25%，實現1-3分人民币/W成本差距。

兩種P-IBC電池結構

工藝流程①：刻蝕掩膜

工藝流程②：全激光

順風光電及其子公司尚德電力目前擁有6GW 高效電池産能，2023年規劃再新增10GWN型高效電池産能。尚德目前主流的Ultra-V系列組件采用的是主流高效P-PERC技術，電池轉化效率23% ，組件轉化效率21.3% ，批量供應單雙玻組件550W 。

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