在降【jiàng】本增效大趋势下，发展【zhǎn】高效率电【diàn】池成为了行业的当【dāng】务之【zhī】急。在演讲中，曾祥斌教授为现场【chǎng】观众分析阐述【shù】了【le】几种常见的高效率晶【jīng】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【chí】)是将【jiāng】正负两极金属接触【chù】均【jun1】移到电池片背面的【de】技术，使面朝太【tài】阳的电池片正面呈全黑色【sè】，完【wán】全看不到多数光【guāng】伏【fú】电池正面呈现【xiàn】的【de】金属线。这不仅为使用者带来【lái】更多有效发电面【miàn】积【jī】，也有利于提升【shēng】发电效率，外观上也更加美观
1.工艺及特点
从工艺【yì】制程来看【kàn】，IBC电【diàn】池【chí】的工艺流程比传统太阳能电【diàn】池【chí】复杂很多。IBC的关键工艺在【zài】于【yú】在【zài】电池背【bèi】面形成交【jiāo】叉排列的p+区和n+区，以及在上面形【xíng】成金属化【huà】接触。因【yīn】此，IBC电池的制【zhì】作需要采取局部掺【chān】杂法，比【bǐ】如【rú】利用光【guāng】刻或者激光形成所需【xū】要的图案，然后采取两【liǎng】步单独的扩【kuò】散过程来形【xíng】成【chéng】p型区和n型区。第二个关键工艺在于丝网印刷的对【duì】准精度问题和印刷重复性问题，因此对【duì】电池背面图案和栅【shān】线的设计要求非常高【gāo】，必须在工艺可靠性【xìng】和电池效率之间【jiān】找出【chū】平【píng】衡【héng】点。
目前，Sunpower研发【fā】的第三代IBC电池最高效率已经【jīng】达到25%。应用层【céng】选择【zé】性激光工艺来制造POLO-IBC电池，功率转换【huàn】效率已经【jīng】达【dá】到【dào】26.1%，这是P型晶体硅太阳能电池【chí】的世界纪【jì】录【lù】效率【lǜ】。
2.产业趋势
IBC电池P-N结和【hé】电极全【quán】部在背面【miàn】，完全消除了前表面栅线的遮光，量【liàng】产平均效率可达【dá】23%。但IBC电池对【duì】硅片质【zhì】量要求高，且【qiě】制程相对复【fù】杂，因此成本高昂。使【shǐ】用工业【yè】化技术【shù】例【lì】如丝网印刷、管式扩【kuò】散或离子注入来降【jiàng】低IBC电池成本。
IBC电池成本是普通电池成本的2倍左右，这【zhè】制【zhì】约了【le】IBC电池【chí】的大【dà】规模应用。随着中国一线【xiàn】光伏制造【zào】商的进入，以及新【xīn】型【xíng】工艺和新【xīn】型材料【liào】的开发，IBC电池【chí】将沿着【zhe】提高电【diàn】池转换【huàn】效率，降低电池制造成本的方向继续向前发展。IBC太阳电池的商业化【huà】应用【yòng】和推广，有着广【guǎng】泛的【de】前景。
产【chǎn】能产量方面，国家电【diàn】投集团太阳【yáng】能电力有限公司西【xī】宁公司200兆瓦N型IBC电【diàn】池【chí】及组【zǔ】件项目为中国首条量产规模IBC电池及组件生产【chǎn】线，2020年初【chū】投产后，将【jiāng】成为国内第【dì】一条电池转换效率大于23%的IBC量产【chǎn】示范线，组件【jiàn】功率达【dá】到330瓦(60片【piàn】)。
二、HIT电池
异质结( hetero-junction with intrinsic thin-layer , HIT) 太阳能【néng】电【diàn】池【chí】是日本三洋公司1997年推出的一【yī】种商【shāng】业【yè】化的高效电【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【jié】电池的优势在【zài】于超高电池转换【huàn】效率，低制【zhì】程温度以【yǐ】及可向薄型化发展。但【dàn】是，由于设备【bèi】初期投资高以及对制程【chéng】工艺【yì】要求严格【gé】，大部分厂商对此技术【shù】仍在观望【wàng】阶【jiē】段【duàn】。
效率发展及技术趋势
异质结电池具有能量转【zhuǎn】换【huàn】效【xiào】率高【gāo】、简单的低温制造【zào】工艺、薄硅【guī】片应用、温度【dù】系数和CTM低、可【kě】双面发【fā】电等一系列优势。异质结电池实现【xiàn】低【dī】成本量产的【de】关键在于设备国【guó】产化、提【tí】高良【liáng】率和产【chǎn】能以及降低硅【guī】片、低温【wēn】银浆、TCO靶材和清洗制绒【róng】化【huà】学品【pǐn】等成本。日本松下、上澎、晋【jìn】能、福建金石和中智电力等【děng】已实现异质结电池【chí】量产。2018年【nián】，通威、爱康、彩【cǎi】虹等企业纷纷开建【jiàn】异质结电池产能，且均规划了【le】GW级产能布局【jú】，热【rè】度可见一【yī】斑。
在异质结太阳电池及组【zǔ】件【jiàn】的【de】研发【fā】和生【shēng】产领域，日本松下可谓一枝独秀，是目前【qián】市场上主流的异质结电池和【hé】组件供应商。该HIT技术【shù】(HIT为松下为其异质结技【jì】术注【zhù】册【cè】的商标)起源【yuán】于【yú】松下收购【gòu】的三洋电【diàn】机，随【suí】后松下通过反复改【gǎi】良电池结构，在【zài】2014年将IBC技术与HIT技【jì】术结合，研发出【chū】的HIT-IBC太阳电池最高【gāo】效率达25.6%，一举打【dǎ】破了【le】当时【shí】晶体硅电池转换【huàn】效【xiào】率的世界纪录。
HIT电池虽【suī】然【rán】效【xiào】率已达26%，成本也【yě】在【zài】逐渐降【jiàng】低【dī】，但发【fā】电成【chéng】本仍【réng】然远高于传统方法的发电成本。为【wéi】了满足国【guó】民生产对太阳能电池组件的【de】需求，在以后【hòu】的研究中，一方面应大力开发新【xīn】技术在【zài】保证电池转换效率的前提下【xià】降低HIT电【diàn】池【chí】的厚度;另一方面要用廉【lián】价材料代替昂贵的单晶硅材料来降低【dī】成【chéng】本，如多晶硅。同时也可以【yǐ】通【tōng】过开【kāi】发新技【jì】术来降低单晶硅的生【shēng】产成本。
HIT电池今后努力的方向：研制低电阻【zǔ】低【dī】温浆【jiāng】料，优化沉积工艺，改善钝化层性能【néng】，寻求【qiú】光透过率高及【jí】导电性好【hǎo】的发【fā】射层取【qǔ】代材料【liào】等。同时【shí】，精【jīng】简工【gōng】艺【yì】流【liú】程，尝试新型组件结构，进一步降低大面积【jī】制备成本，才能真正实现HIT异【yì】质结电池产【chǎn】业化。
产业化发展趋势
在高效异质结电池【chí】产业化方面，目前中智电【diàn】力已在江苏泰兴建【jiàn】成首期两【liǎng】条【tiáo】高效【xiào】异质结太阳电池生产【chǎn】线并投入量产【chǎn】，年产能160MW，平均转【zhuǎn】换效【xiào】率已【yǐ】达22.8%，最高效率已超过23.5%，预计2018年底异质结平均【jun1】转换效率将【jiāng】达【dá】23%。60片【piàn】异质结电池【chí】双面【miàn】双玻组件平均功【gōng】率【lǜ】达325W，最高功率达到335W。
此【cǐ】外，2018年5月，通威【wēi】太阳能、上海微系统【tǒng】所、三峡资本在成都【dōu】正式签【qiān】订硅基异质结SHJ太阳能电池产【chǎn】业化战略合作【zuò】协议【yì】。三方共同建设SHJ太阳能高效电池中试线【xiàn】和产【chǎn】业化运营，量【liàng】产化SHJ太【tài】阳能电池光电转换效率将超【chāo】过23%。五年后计【jì】划将【jiāng】实现超过10GW的SHJ太阳能【néng】电池技术的【de】规模化【huà】、商业化、低成本【běn】化的产【chǎn】品转化。
异【yì】质【zhì】结太阳电池现阶段生产成本仍偏高。但随着更【gèng】多企业的加【jiā】入，以及【jí】设备国【guó】产化、硅【guī】片减薄、低温银浆用量的降低等，异质结电池的【de】成本有望得到大【dà】幅降【jiàng】低，异质结【jié】技【jì】术路【lù】线将取得【dé】长足【zú】发展!
三、PERL电池
PERL(钝化【huà】发射【shè】极背部【bù】局域扩散)(Passivated Emitter and Rear Locally-diffused)电池是钝化发射【shè】极、背面定域扩散太【tài】阳【yáng】能【néng】电池的简【jiǎn】称。1990年，新【xīn】南威尔士大学的在PERC电池【chí】结构和工艺【yì】的基【jī】础上，在电池背面的接触【chù】孔处【chù】采用了BBr3定【dìng】域扩散制备【bèi】出PERL电池。2001年，PERL电【diàn】池效率达到24.7%，接近理论值【zhí】，是迄今【jīn】为止的最高记录。
效率发展及技术趋势
N型【xíng】PERT双面电池在近两年开【kāi】始备受【shòu】瞩目，其【qí】电【diàn】池的【de】特点是【shì】可【kě】以【yǐ】双面吸收【shōu】入射光线，从而提升【shēng】电池和组件的最终【zhōng】发电量。在目【mù】前技【jì】术【shù】阶段，N型双【shuāng】面电池的正面效率【lǜ】约为21.5%，背面【miàn】效率约为19%。封装成【chéng】双玻组件以后，如果假设背面可以吸光20%，那么组件的最终输出【chū】功率可以达到350W，然而行【háng】业内对双面电池和组件还没有一个统一的测量标准。
在工艺制程方【fāng】面【miàn】，N型PERT电池比【bǐ】传【chuán】统P型【xíng】电池增加了硼元【yuán】素掺【chān】杂(通【tōng】过【guò】扩散【sàn】diffusion或者APCVD工艺)和双面浆料印【yìn】刷等工艺。由于N型PERT电池技【jì】术不需要使【shǐ】用【yòng】激光工艺，因此制作工艺并【bìng】不会对【duì】硅片【piàn】造成【chéng】额外晶体伤害。此外，N型电池具备【bèi】零光致衰减、弱光效应【yīng】好以及【jí】组【zǔ】件稳定性高等特点。最近两年【nián】，在N-PERT电池工艺的基础【chǔ】上【shàng】，德【dé】国弗朗霍夫研究所开发出TOPCon (隧【suì】穿氧化层钝化接触)技【jì】术【shù】。通过【guò】在【zài】背面制备【bèi】超薄氧化硅SiO2和掺杂多晶硅【guī】薄层Poly-Si，二者共【gòng】同形成了接【jiē】触【chù】钝化【huà】结构。该技术【shù】可以极大地降低背面的【de】表面复【fù】合和【hé】金属复合，因此大【dà】幅度的提升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【zhèng】面采用“倒金字塔”，这种结【jié】构【gòu】受光效果优于绒【róng】面结构【gòu】，具有很低的反射率，从【cóng】而提【tí】高了电池的JSC;
2. 淡磷、浓磷【lín】的分区扩散【sàn】。栅指【zhǐ】电极下的【de】浓磷扩散可以【yǐ】减【jiǎn】少栅【shān】指电极接触电阻;而受光区域的淡磷【lín】扩散能【néng】满足横【héng】向电阻功耗小，且短波响应【yīng】好的要求;
3.背面进【jìn】行定域、小面积【jī】的硼扩散P+区。这会减少【shǎo】背电极【jí】的接触电阻【zǔ】，又增【zēng】加了硼背面【miàn】场，蒸铝【lǚ】的背电极本身又是很【hěn】好的背反射器，从【cóng】而【ér】进一步提高了【le】电池的转化效率;
4. 双面【miàn】钝化。发射极的表面钝化【huà】降低表【biǎo】面【miàn】态，同时减少【shǎo】了前表面【miàn】的少子复合。而背面钝化使反向饱【bǎo】和电流密度下降，同时光谱响应也得【dé】到改善;但是这种【zhǒng】电池的【de】制【zhì】造过程相【xiàng】当【dāng】繁琐【suǒ】，其中【zhōng】涉及到好【hǎo】几道光刻工【gōng】艺，所以不是一个【gè】低成本【běn】的生产工艺。
产业化发展趋势
N-PERT和N-PERL电池【chí】结【jié】构简单，效率提升【shēng】潜力大，可双面发电【diàn】。英【yīng】利、中来【lái】、林洋、LG等已经实现了N型单晶双【shuāng】面高效电池的量产。2018年9月【yuè】底，在【zài】比利时布鲁塞尔举行的EU PVSEC大会上，Imec宣布，最新一代大面积【jī】单【dān】面【miàn】丝网印刷背面【miàn】发射极nPERT电池的【de】转换【huàn】效【xiào】率达【dá】到了【le】23.03%，已经【jīng】通过弗劳恩霍夫ISE研究所认证【zhèng】。
Imec表示，预计今年年【nián】底，nPERT技术【shù】的效【xiào】率会达【dá】到23.5%，这种技术【shù】清晰的路线图指向的最【zuì】终【zhōng】效率超过了24%。
PERT/PERL电【diàn】池【chí】由于比较大的效【xiào】率提升【shēng】潜力，相【xiàng】对比较简单的电【diàn】池结构，且与现有产业化【huà】生产比较好的兼容性，成为近些【xiē】年行业研究的热点，不同【tóng】国【guó】家不【bú】同机构的【de】研【yán】究【jiū】人员【yuán】开展【zhǎn】了大量富有成效的工作。
中国英利【lì】公司与ECN合作开发的PANDA双【shuāng】面电池已经实现大规模量产，并充【chōng】分利用了原【yuán】有电【diàn】池【chí】线的生产设【shè】备【bèi】;韩国LG公司利【lì】用【yòng】离子注入工艺和丝网印刷实现【xiàn】量产的电池效率达到21.5~22%，是比较高【gāo】的【de】量产【chǎn】效率。
需要特别指出的【de】是德国Fraunhofer利【lì】用Topcon技术制【zhì】备【bèi】的【de】n-PERT电池转化效率达25.1%，是非【fēi】常值得【dé】产业界期待的【de】技术路【lù】线。
总结
最【zuì】后，经过【guò】一系列的分析【xī】，曾祥【xiáng】斌认【rèn】为当下的高效电池具备以下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.硅基电【diàn】池中，发【fā】展空间大的是基【jī】于PERC(PERLPERT)系列太阳能【néng】电池。
3.异质结电池是效率【lǜ】最高的一种硅基电池，目前【qián】是电池性能记【jì】录保持【chí】者，但市场【chǎng】空【kōng】间有待进一步扩大【dà】。
4.N型电【diàn】池越来越受到重视和发展【zhǎn】。到2020之【zhī】前，预测可实现【xiàn】低成本批【pī】产平均效【xiào】率大于【yú】23%的均为N型【xíng】电池【chí】;到2021年，N型电池市【shì】场占【zhàn】有率将超过30%。
5.新技术开【kāi】发和【hé】先进技术的融合进一步提升电池【chí】性能。HJ-IBC，TOP-contact，N型衬底【dǐ】的结合【hé】等。
4.N型电【diàn】池越来越受到重视【shì】和【hé】发展。到2020之前，预测可【kě】实现低成【chéng】本批产平均效率大于23%的均为N型电池;到【dào】2021年【nián】，N型电池市场占【zhàn】有率将超【chāo】过30%。
5.新技术开【kāi】发和先进技【jì】术的融合进【jìn】一步【bù】提升【shēng】电池性能。HJ-IBC，TOP-contact，N型衬【chèn】底的结合等。
