在【zài】降本增效【xiào】大趋势下，发展【zhǎn】高【gāo】效率电池成为【wéi】了行业的当务之【zhī】急。在演讲【jiǎng】中，曾祥斌教授为现【xiàn】场观众分【fèn】析【xī】阐述了几种常见的高效率晶体硅太阳能电池，包括IBC电池、HIT电池、PERL电池。
一、IBC电池
IBC电池(全背【bèi】电极接触晶【jīng】硅光伏电池)是将正【zhèng】负两极金属接【jiē】触均移【yí】到【dào】电池片背面的技术，使面朝【cháo】太阳的电池片正面【miàn】呈全黑色，完全【quán】看不到多数光伏电池正面呈现的金【jīn】属线。这不【bú】仅【jǐn】为使【shǐ】用者【zhě】带来更多有效发【fā】电【diàn】面积，也有利于提升发电效率，外观上【shàng】也更【gèng】加【jiā】美观
1.工艺及特点
从工【gōng】艺制程来看，IBC电池【chí】的工艺【yì】流【liú】程比传【chuán】统太阳能电池复杂很多。IBC的关键工艺在于在【zài】电【diàn】池背面形【xíng】成交叉【chā】排列的p+区和n+区，以及在上面形成金属【shǔ】化【huà】接触。因此，IBC电池的【de】制作需要【yào】采取局【jú】部掺【chān】杂法，比如利用光刻或者激光形成所【suǒ】需要的图【tú】案，然后采取两【liǎng】步单独的扩散过程【chéng】来形成p型区和n型区。第二个【gè】关键工艺在【zài】于丝【sī】网【wǎng】印【yìn】刷的对准【zhǔn】精度问【wèn】题【tí】和印刷【shuā】重复【fù】性问题，因此对电池背面图案和栅线【xiàn】的设计要求【qiú】非常高【gāo】，必须在工艺可靠性和电池【chí】效率之间找出平衡【héng】点。
目【mù】前，Sunpower研发的第三代IBC电池【chí】最高效率已【yǐ】经【jīng】达到25%。应【yīng】用层选择性激光工【gōng】艺来制造POLO-IBC电池【chí】，功率转【zhuǎn】换效【xiào】率已【yǐ】经达到26.1%，这【zhè】是【shì】P型晶体硅【guī】太阳能电池的世界纪录效率。
2.产业趋势
IBC电池P-N结和【hé】电极全部在背面，完【wán】全【quán】消除了前表面【miàn】栅线【xiàn】的遮光，量【liàng】产【chǎn】平均【jun1】效【xiào】率【lǜ】可达23%。但IBC电【diàn】池对硅片质量要求高【gāo】，且制程相对【duì】复杂，因此成本高昂【áng】。使用工业化技术例【lì】如丝网印刷、管式扩散或【huò】离子注入来降低IBC电池成本。
IBC电池成本是普【pǔ】通电池成本的2倍左右，这制约了IBC电池的大【dà】规模【mó】应用【yòng】。随着【zhe】中【zhōng】国一【yī】线光伏制造商的进入，以【yǐ】及新型工艺【yì】和新型【xíng】材料的开发，IBC电池将沿着提高【gāo】电池转换效率，降低【dī】电池制【zhì】造成本【běn】的方【fāng】向继续【xù】向前发【fā】展。IBC太阳电池的商【shāng】业化应用和推广，有着广泛的【de】前景。
产能产【chǎn】量方面，国家电投【tóu】集团太阳能电【diàn】力有限公【gōng】司西宁【níng】公司200兆瓦N型IBC电池【chí】及组件项目为中国首条量产【chǎn】规【guī】模IBC电池及【jí】组【zǔ】件生产线，2020年初投产后，将成【chéng】为国内第一条【tiáo】电池【chí】转换效率大于23%的IBC量产示范线，组【zǔ】件功率达到330瓦(60片【piàn】)。
二、HIT电池
异质【zhì】结( hetero-junction with intrinsic thin-layer , HIT) 太阳能电池【chí】是日本三【sān】洋公司【sī】1997年推出的一种商【shāng】业化的高效【xiào】电【diàn】池设【shè】计和制造方法。
1.优势特点
相较于传统单晶硅太阳能电池，其具有的优点如下：
1.无需高温炉管制备，可降低生产耗能并缩短制备时间;
2.借助非晶硅材料的高带隙性，可有效增加短波长光的利用;
3.与传统单晶硅太阳能电池相比，其具有较高的转换效率;
4.温度稳定性好。
质结电池【chí】的优势【shì】在于超高【gāo】电池转换效率，低制【zhì】程温度以【yǐ】及可向薄型化发展。但是，由于设备【bèi】初期投资高以及对制程工【gōng】艺要求严格，大部分【fèn】厂【chǎng】商【shāng】对此【cǐ】技术仍在观【guān】望阶【jiē】段。
效率发展及技术趋势
异质结电池具【jù】有能量【liàng】转换效率【lǜ】高、简单的【de】低温制造工艺、薄硅片应【yīng】用、温度系数和CTM低、可【kě】双面发电等一【yī】系列优势【shì】。异质【zhì】结电池实【shí】现低成本【běn】量产的关键在于【yú】设备国产【chǎn】化、提高良率和产能【néng】以及降低【dī】硅片、低温【wēn】银浆、TCO靶材和清洗制绒化学品等成本。日本【běn】松下【xià】、上澎、晋能、福建金【jīn】石和【hé】中智电力【lì】等已实现异质结电池量【liàng】产。2018年，通【tōng】威、爱【ài】康、彩虹等企业【yè】纷纷开建异质结电池产能，且均规【guī】划了【le】GW级产【chǎn】能布【bù】局，热度可见【jiàn】一斑。
在异质结太阳【yáng】电【diàn】池及组【zǔ】件【jiàn】的研【yán】发和生产领【lǐng】域，日【rì】本松下可谓一枝独秀，是目前市场上主流的异质结电池和【hé】组件供应商。该HIT技术(HIT为松下【xià】为其异【yì】质结【jié】技术注册的【de】商标【biāo】)起源于松下收购【gòu】的三【sān】洋【yáng】电【diàn】机，随后松下通过反【fǎn】复改良电池结【jié】构，在【zài】2014年将IBC技术【shù】与HIT技术结合，研发出的【de】HIT-IBC太阳【yáng】电池最高效率达25.6%，一举【jǔ】打破了【le】当时晶体硅电池【chí】转换效率的世界纪录。
HIT电池虽然效率已达26%，成本也在逐【zhú】渐降低，但发【fā】电成本【běn】仍然【rán】远高于传统方【fāng】法的发电成【chéng】本。为了满【mǎn】足国民生产【chǎn】对太【tài】阳能【néng】电池组件的需求，在【zài】以后的【de】研究中，一【yī】方面应大力开发【fā】新技【jì】术在保证电池转换效【xiào】率的前提下降低HIT电池的厚度【dù】;另【lìng】一方面要用廉【lián】价【jià】材料代【dài】替昂贵的单【dān】晶硅材料来降【jiàng】低成【chéng】本，如多晶硅。同时也可以通过【guò】开发新技术来降低单【dān】晶【jīng】硅的生产【chǎn】成本。
HIT电池今后努力的方向：研制低电【diàn】阻低温浆料，优化沉积工【gōng】艺，改善钝化层性能【néng】，寻【xún】求【qiú】光透过率【lǜ】高【gāo】及导电性【xìng】好【hǎo】的发射层取【qǔ】代材【cái】料等。同时【shí】，精简工艺【yì】流程，尝试新型组件【jiàn】结构，进一步降低大面【miàn】积制【zhì】备成本，才能【néng】真正实现HIT异质结电池产业化。
产业化发展趋势
在高效【xiào】异【yì】质结【jié】电池【chí】产【chǎn】业化方面，目前中智电力已在江苏泰兴建成首【shǒu】期两条【tiáo】高【gāo】效异质结太阳电【diàn】池生产【chǎn】线【xiàn】并投入量产，年产能160MW，平均【jun1】转换效率已达22.8%，最高效率已【yǐ】超过23.5%，预计2018年底异质结【jié】平均转【zhuǎn】换效率将达23%。60片异质【zhì】结电池【chí】双面【miàn】双玻组件平均功率达325W，最高功率达到【dào】335W。
此【cǐ】外，2018年5月，通威太阳能、上海微【wēi】系统【tǒng】所、三峡资【zī】本在成【chéng】都正式签订硅基【jī】异质【zhì】结SHJ太阳【yáng】能电池产业【yè】化战略合【hé】作协议。三方共同建设SHJ太【tài】阳能高【gāo】效电池【chí】中试线和【hé】产业化运营，量产【chǎn】化SHJ太阳能电池光电转换效率【lǜ】将超过23%。五年后计【jì】划【huá】将实现【xiàn】超过10GW的SHJ太阳能电池技术的规模化【huà】、商业化【huà】、低成本化的产品转【zhuǎn】化。
异质结太阳电池【chí】现阶【jiē】段生产成本仍【réng】偏【piān】高【gāo】。但随着更多企业的【de】加入，以【yǐ】及【jí】设【shè】备国产化【huà】、硅片减薄、低温银浆用量【liàng】的降低等，异质结电池的成本有望得到大幅降低，异质结技【jì】术路线将取得长足发展【zhǎn】!
三、PERL电池
PERL(钝化【huà】发射【shè】极背【bèi】部局域扩散【sàn】)(Passivated Emitter and Rear Locally-diffused)电池【chí】是钝化发【fā】射极、背面定域【yù】扩散太阳能电池的简称。1990年，新南威尔士大学的在PERC电池结构和【hé】工艺的基础【chǔ】上，在电池背面的【de】接【jiē】触孔处采用了【le】BBr3定域扩散制备出【chū】PERL电池。2001年，PERL电池效率达到24.7%，接近理论值，是迄今为止的【de】最高【gāo】记录【lù】。
效率发展及技术趋势
N型PERT双面电池在近【jìn】两年开始备受瞩目，其电池的特点是【shì】可以【yǐ】双面吸收入射光【guāng】线，从【cóng】而【ér】提【tí】升电池和组件的最【zuì】终发电量。在目前技术阶段，N型双面电池的【de】正面效率约为21.5%，背面效率约【yuē】为19%。封【fēng】装【zhuāng】成【chéng】双玻组件【jiàn】以后，如【rú】果【guǒ】假【jiǎ】设背面可以【yǐ】吸光20%，那么组件的【de】最终输出功率可【kě】以达【dá】到350W，然而行业内对双面电池和组件还【hái】没有一【yī】个统一的测量标【biāo】准。
在工艺制程【chéng】方面，N型PERT电【diàn】池比传统【tǒng】P型电池增【zēng】加了硼元【yuán】素掺杂(通过扩【kuò】散【sàn】diffusion或者APCVD工艺【yì】)和双面浆料印刷【shuā】等工艺。由【yóu】于N型PERT电池技术不需要使用激光工艺，因此制作工艺并不会对硅片造【zào】成额外【wài】晶【jīng】体伤【shāng】害。此外，N型电池具备零光致衰【shuāi】减【jiǎn】、弱光效应好以及组【zǔ】件稳定【dìng】性高等【děng】特点。最近两年，在【zài】N-PERT电池【chí】工艺的基础上，德国弗朗【lǎng】霍夫研【yán】究所开【kāi】发【fā】出【chū】TOPCon (隧穿氧化【huà】层钝化接触)技术。通【tōng】过【guò】在背面制备超薄氧化硅SiO2和掺杂【zá】多晶硅薄【báo】层Poly-Si，二者共同形成了【le】接触钝化结【jié】构。该技【jì】术【shù】可以极大地降低背面的【de】表面【miàn】复【fù】合和金【jīn】属复合，因【yīn】此大幅度【dù】的提升N型电池的VOC和转换效率。
PERL电池具有高效率的原因在于：
1.电池正面采用【yòng】“倒金【jīn】字塔”，这种结构受光效果优于【yú】绒面结构，具【jù】有很【hěn】低的反射率，从而【ér】提高了电【diàn】池的JSC;
2. 淡【dàn】磷、浓磷的分【fèn】区扩散【sàn】。栅指电极【jí】下的浓磷扩散可以【yǐ】减少栅指电极接触电阻;而受光区【qū】域的淡磷扩散能满足横【héng】向电阻功【gōng】耗小，且【qiě】短波响应好的【de】要求;
3.背面进行【háng】定域、小面【miàn】积【jī】的【de】硼扩【kuò】散P+区【qū】。这会减少背电极的【de】接【jiē】触电阻，又增加了硼背面场，蒸铝的背电【diàn】极本身【shēn】又是很好的背【bèi】反射器，从而进一步提高了电池【chí】的转化效【xiào】率;
4. 双面钝【dùn】化。发射极的表面【miàn】钝化降低表面态，同【tóng】时减少了【le】前表面【miàn】的少子复合【hé】。而背面钝化使反向饱【bǎo】和电流密度【dù】下降，同时光谱响应也得到改善;但是这种电【diàn】池【chí】的制【zhì】造过程相当繁琐【suǒ】，其中涉及到【dào】好几道【dào】光刻工艺，所以不是【shì】一个低成【chéng】本的生产工艺。
产业化发展趋势
N-PERT和N-PERL电池结构简单，效率提升【shēng】潜力大，可双面发电。英利、中来【lái】、林洋、LG等【děng】已经实现了【le】N型单晶双面高效电池的量产。2018年9月【yuè】底，在比利时布鲁塞尔举【jǔ】行的EU PVSEC大会【huì】上，Imec宣【xuān】布【bù】，最【zuì】新【xīn】一【yī】代大面积单【dān】面丝网印【yìn】刷背【bèi】面发射极nPERT电【diàn】池【chí】的转换效率达到了23.03%，已经通过弗劳恩霍夫【fū】ISE研究所认证。
Imec表示，预计今年年底【dǐ】，nPERT技术的【de】效【xiào】率会达到23.5%，这种技【jì】术清【qīng】晰的路【lù】线图【tú】指向的【de】最终效率超过了24%。
PERT/PERL电池由于【yú】比较大【dà】的效率提升【shēng】潜力，相【xiàng】对【duì】比较简单的电池结【jié】构，且与现有产【chǎn】业【yè】化【huà】生产比较好的兼容性，成为近些【xiē】年【nián】行业研究的热点，不【bú】同国家不同机构的研究人【rén】员开展了大量富有成效的工作【zuò】。
中国英利公司与【yǔ】ECN合作【zuò】开发的PANDA双面电池【chí】已经实现大规模量产【chǎn】，并充【chōng】分利用了原有电池线【xiàn】的生【shēng】产设备;韩国LG公司【sī】利【lì】用离子注【zhù】入【rù】工艺和丝网【wǎng】印刷【shuā】实现量产的电池【chí】效率【lǜ】达到21.5~22%，是比较高的量产效率。
需要特别指出的是【shì】德国Fraunhofer利【lì】用Topcon技术制备的【de】n-PERT电池【chí】转化效率达25.1%，是非常【cháng】值得产业界期待【dài】的【de】技术【shù】路线。
总结
最后【hòu】，经过一【yī】系列的分析，曾祥斌【bīn】认为当下的高效电池具【jù】备以【yǐ】下5大趋势：
1.高效率电池种类很多，产业化前景良好的主要是硅基电池。
2.硅基【jī】电池中，发展空【kōng】间大的是基于【yú】PERC(PERLPERT)系【xì】列太阳能电池。
3.异质结电池是【shì】效率最高的一种硅基【jī】电池，目前是电池【chí】性【xìng】能记录保持者，但【dàn】市【shì】场空间【jiān】有【yǒu】待进一步扩大。
4.N型电池【chí】越【yuè】来越受到重视和发展。到2020之【zhī】前【qián】，预测【cè】可实现低【dī】成【chéng】本批【pī】产【chǎn】平均效率大于23%的均为【wéi】N型【xíng】电池;到2021年，N型电池市场占有率将超过30%。
5.新技术【shù】开发和先进技术的【de】融【róng】合进一步【bù】提【tí】升电【diàn】池性能。HJ-IBC，TOP-contact，N型衬底的【de】结合等。
4.N型【xíng】电池越来越受【shòu】到重【chóng】视和发展【zhǎn】。到2020之前，预测可实现低成本批产平均效率大【dà】于23%的均为N型【xíng】电池;到【dào】2021年【nián】，N型电池【chí】市场占有率将超过【guò】30%。
5.新技术开【kāi】发和先进【jìn】技术【shù】的融合进一步提【tí】升电【diàn】池性【xìng】能。HJ-IBC，TOP-contact，N型衬底的结合等。
