2015年6月，國家能源局、工信部、認監(jiān)委三部委聯合發(fā)布了《關于促進光伏技術產品應用和產業(yè)升級的意見》(國能新能[2015]194號)，明確國家將通過“領跑者”計劃支持高效電池等先進光伏技術產品應用;2015年11月17日，工信部公布《產業(yè)關鍵共性技術發(fā)展指南(2015年)》，“高效電池生產技術”被明確為優(yōu)先發(fā)展的產業(yè)技術之一。何為“高效電池生產技術”?這些技術如何實現光電轉換效率提升?哪些企業(yè)掌握這些技術?這些技術產業(yè)化現狀及前景如何?

太陽電池的轉換效率

太陽電池的轉換效率是電池輸出電功率與入射光功率的比值。雖然太陽光包含了一個很寬的連續(xù)光譜范圍，但不管是哪種材料的太陽電池，都只能吸收一定波段的太陽光，因此太陽電池不能將照射到電池表面全部的太陽光轉換為電流，電池的最高轉換效率不可能達到100%。實際上由于額外的損失，太陽能電池的效率很低，只有通過理解并盡量減少損失才能開發(fā)出效率足夠高的太陽能電池。

對于單晶硅硅太陽能電池，其轉換效率的理論最高值是28%。目前，在實驗室最佳的條件下制作的單晶硅太陽電池效率最高能達到25%，行業(yè)內量產的單晶硅太陽電池效率已達到19%以上，而量產的多晶硅太陽電池效率則約為18%。

晶體硅太陽能電池光電轉換效率的影響因素

對于晶體硅太陽電池來說，只有波長小于1.1μm的光才能使晶硅材料產生電子-空穴對，而其余波段的太陽光不能被電池利用，直接轉變?yōu)闊崃?。另外，電?空穴對的復合、硅表面的光反射等都會影響電池的轉換效率。

總體來說，可將影響晶體硅太陽電池轉換效率的因素總結為兩大類：光學損失和電學損失。(1)光學損失，包括材料的非吸收損失(即硅材料的光譜響應特性)、硅表面的光反射損失以及前柵線電極的遮擋損失。(2)電學損失，包括半導體表面及體內的光生載流子(電子-空穴對)的復合損失、半導體與金屬電極接觸的歐姆損失。光學損失和電學損失中的歐姆接觸損失非常容易理解，而光生載流子復合損失是什么呢?光生載流子的復合主要是由于高濃度的擴散層在電池前表面引入大量的復合中心，此外，當少數載流子的擴散長度與硅片的厚度相當或超過硅片厚度時，電池背表面的復合速度對太陽能電池特性的影響也很明顯。

晶體硅太陽電池的轉換效率損失

提高晶體硅太陽電池光電轉換效率的方法

以減少各種損失為改善思路，提高晶硅太陽能電池轉換效率主要有如下方法：

1、制作光陷阱結構。

硅表面的光反射損失在損失比例中占了相當大的比重。為了降低光反射損失，通常會采用化學腐蝕法在電池表面制作絨面結構，可將電池表面的反射率降低到10%以下。目前較為先進的制絨技術是反應等離子蝕刻技術(RIE)。另外，也可通過光刻的手段制作倒置金字塔陷光結構，雖然此方法能更有效的地降低光反射率，但成本比化學腐蝕制絨法高，因此不適合在生產上大規(guī)模使用。

倒置金字塔陷光結構

2、制作減反射膜。

在晶體硅表面制作一層具有一定折射率的膜，可以使入射光產生的各級反射相互間進行干涉甚至完全抵消。減反射膜不但可進一步減少光反射損失，還能提高電池的電流密度并起到保護電池、提高電池穩(wěn)定性的作用。目前，一般采用TiO2、SiO2、SnO2、ZnS、MgF2等材料在晶體硅太陽電池表面制作單層或雙層減反射膜。

3、制作鈍化層。

通過制作鈍化層，可阻止載流子在一些高復合區(qū)域(如電池表面、電池表面與金屬電極的接觸處)的復合行為，從而提高電池的轉換效率。一般會采用熱氧鈍化、原子氫鈍化，或利用磷、硼或鋁在電池的表面進行擴散鈍化。熱氧鈍化是在電池的正面和背面形成氧化硅膜，可以有效地阻止載流子在表面處的復合;原子氫鈍化是因為硅的表面有大量的懸掛鍵，這些懸掛鍵是載流子的有效復合中心，而原子氫可以中和懸掛鍵，所以減弱了復合。

4、增加背場。

可通過蒸鋁燒結、濃硼或濃磷擴散的工藝在晶體硅電池上制作背場。如在P型材料的電池中，背面增加一層P+濃摻雜層，形成P+/P的結構，在P+/P的界面就產生了一個由P區(qū)指向P+的內建電場，不但可建立一個與光生電壓極性相同的內建電場，提高電池的開路電壓，還能增加光生載流子的擴散長度，提高電池的短路電流，同時可降低電池背表面的復合率，提高電池的轉換效率。

5、改善襯底材料。

使用高純的硅材料，可降低因晶體結構中缺陷所導致的光生載流子復合。比如，使用載流子壽命長、制結后硼氧反應小、電導率好、飽和電流低的n型硅材料制作高效電池。

當前高效晶硅電池生產技術

基于以上幾種提高晶體硅太陽電池轉換效率的工藝，目前在業(yè)界內應用較為廣泛的高效晶體硅太陽電池技術主要有：PERC電池技術、N型電池技術、IBC電池技術、MWT電池技術、HIT電池技術等。

“高效電池生產技術”主要技術內容：開發(fā)電池效率達到22%以上的高效電池生產技術，包括重點背場鈍化(PERC)電池、金屬穿孔卷繞(MWT)電池、N型電池、異質結電池(HIT)、背接觸電池(IBC)電池、疊層電池、雙面電池等，并實現產業(yè)化生產。