1、電池原理及提效原則

太陽能電池整體結(jié)構(gòu)是基于大面積的 PN 結(jié)，在光照條件下，能量大于帶隙的光子可以激發(fā)半導(dǎo)體材料中的電子由價 帶躍遷至導(dǎo)帶，形成電子-空穴對（電子吸收光子能量），在 PN 結(jié)內(nèi)建電場的作用下，光生電子-空穴對分離，產(chǎn)生電勢，當(dāng)外電路接通，電子將通過外電路對外做功，實現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化（電子能量下降后回到負(fù)極，完成完整的 電路循環(huán)）。

組件全生命周期發(fā)電量與項目投資運營成本是計算光伏電站項目收益的主要變量，光伏電池環(huán)節(jié)技術(shù)迭代也在持續(xù)圍 繞“增效”+“降本”展開。從發(fā)電量角度看，光電轉(zhuǎn)換效率、衰減率、雙面率、弱光表現(xiàn)、溫度系數(shù)等是主要的影響因素。

1）光電轉(zhuǎn)化效率

光電轉(zhuǎn)換效率指到達(dá)太陽能電池表面的光能有效轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋壤处?Pm/Pin=VOCISCFF/Pin。光伏電池效率損失 的主要來源可以分為 1）光學(xué)損失（低能光子損失等）、2）電學(xué)損失（接觸電壓損失等）兩類，提效的技術(shù)方案多從增加入射光照量（減反射）、減少復(fù)合（鈍化）、降低電學(xué)損失等幾個維度入手。

2）衰減率：太陽能電池在應(yīng)用過程中效率逐漸下降，相同光照條件下發(fā)電量隨時間增長下滑：

PID（電勢誘導(dǎo)衰減，Potential Induced Degradation）：光伏組件受外界條件影響，玻璃與 EVA 等封裝材料間 在負(fù)偏壓下存在漏電流，造成電荷積聚在電池表面，惡化電池表面鈍化效果，造成載流子復(fù)合，影響 VOC、ISC 及 FF。

LID（光致衰減，Light Induced Degradation）：狹義光衰指初始光衰（大部分組件首年的 1-2%的衰減受到 BO-LID 影響），由于硅片中存在氧元素留存，摻硼 P 型硅片中，硼氧產(chǎn)生復(fù)合體，成為捕獲少子的缺陷中心，降低少子 壽命。

LeTID（熱輔助衰減，Light and elevated Temperature Induced Degradation）：LeTID 普遍存在于多種類型電 池中，其機理有多種解釋，如 UNSW 將 LeTID 衰減原因歸結(jié)于氫誘導(dǎo)劣化（HID）。

1954 年美國貝爾實驗室實現(xiàn)單晶硅電池突破，光電轉(zhuǎn)換效率6%。而早期晶硅電池造價很高，主要應(yīng)用在航天領(lǐng)域。上世紀(jì)八十年代，減反射、鈍化、金屬化工藝的突破優(yōu)化，推動晶硅電池實驗室效率進(jìn)入 20+%的階段，加速了太陽 能電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，時至今日，晶硅太陽能電池規(guī)模化應(yīng)用的技術(shù)方案主要包括早期的 BSF 電池及當(dāng)前的 PERC 方案。

1）BSF：較早實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用的 Al-BSF（Aluminum-Back Surface Field）主體結(jié)構(gòu)基于 P 型襯底（基極），在表 面摻雜磷源，形成發(fā)射極，并與襯底形成 PN 結(jié)。其表面采取 SiNx 減反射，背面采用 Al 背場，實現(xiàn)了電池效率的大 幅提升，但 BSF 電池仍然存在背面復(fù)合率高、鋁背場對長波利用率低等問題。

2）PERC：1989 年由 UNSW 提出的 PERC（Passivated Emitter and Rear Cell，鈍化發(fā)射極和背面電池），其主要 的優(yōu)化點體現(xiàn)在：

1）選擇性發(fā)射極 SE：正面區(qū)別常規(guī)晶體硅電池在發(fā)射極均勻摻雜的思路，PERC 電池在金屬柵線附近進(jìn)行高濃 度摻雜深擴散，其他區(qū)域采取低濃度摻雜淺擴散，實現(xiàn)了接觸電阻的有效降低，提升 FF，降低載流子表面復(fù)合 速率改善鈍化，同時改善電池短波光譜響應(yīng)等，平衡接觸電阻和光子收集間的矛盾。

2）AlOx/SiNx 背面鈍化：背面沉積 AlOx/SiNx 疊層鈍化膜（P 型襯底），提升背面長波反射能力，飽和晶體硅 邊界的懸空鍵，且高負(fù)電荷密度形成高效場鈍化。

3）背面金屬局部接觸：PERC 在鈍化層局部開孔兼顧減小復(fù)合和電流傳導(dǎo)金屬化的要求。局部接觸造成了 PERC 電流傳導(dǎo)由 BSF 的單一縱向增加二維的橫向傳導(dǎo)，因而背面開孔深度、布局等對電阻、復(fù)合等有較大的影響。

光伏電池技術(shù)經(jīng)歷多輪迭代，按產(chǎn)業(yè)化成熟度分，可以大致分為 1）PERC 主流成熟期路線、2）TOPCon、HJT 發(fā) 展導(dǎo)入期路線、3）IBC、鈣鈦礦等前沿方案。目前 PERC 電池量產(chǎn)效率接近理論極限 24.5%，且降本進(jìn)程趨緩，進(jìn) 一步降本增效要在技術(shù)方案上突破。