光伏發電中異質結電池效率實現路徑解析

看這篇研報的時候，就想把大學的物理書拿出來翻翻。真看不懂。反正這玩意就是提高光伏發電的效率和降低成本的。

異質結電池結構及發電原理分析

光伏發電的主要原理是半導體的光電效應，即光照能量可以被電子吸收，從而電子移動形成電流。

矽原子有4 個外層電子，如果在純矽中摻入有5 個外層電子的原子如磷原子，就成為N 型半導體；若在純矽中摻入有3 個外層電子的原子如硼原子，形成P 型半導體。

當P 型和N 型半導體接觸在一起時，N 型半導體中磷原子多餘的電子填補了P 型半導體中硼原子的空穴，從而在交介面形成了穩定區域，接觸面就會形成電勢差即P-N 結，當太陽光照射到P-N 結後，空穴由P 極區往N 極區移動，電子由N 極區向P 極區移動，形成電流。

N 型電池片轉化效率高於P 型。

但由於實際光伏電池生產工藝中，難以實現P 型和N 型半導體的直接結合，因此一般需要在矽片上進行擴散摻雜處理，透過擴散爐進行擴散摻入磷，從而形成P-N 結；而N 型電池則反之。

P 型相較於N型電池製作工藝簡單、成本較低，是當前電池片的主流技術。但N 型電池少子壽命較大，電池效率更高，因此是下一代高效電池的路線方向。

N 型異質結電池效率及效能優勢領先。

目前行業主流的PERC 電池技術，所採用的P 型和N型半導體都是在同種半導體材料（例如均為晶體矽）中摻雜進行製備，因此屬於同質結技術。而

採用兩種不同的半導體材料製備的P-N 結（例如晶體矽和非晶矽），則被定義為異質結電池

。由於異質結能夠隔絕金屬化電極與晶體矽基底的直接接觸，從而降低少數載流子複合損失，進一步提高電池的轉化效率。

異質結電池概念

異質結電池通常指

HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）

電池，全稱晶體矽異質結太陽電池，最早由日本三洋公司於1990 年開發，後因HIT 被三洋註冊為商標，

又被稱為HJT、HDT、SHJ

。

HJT 電池主要由N 型矽片、雙面非晶矽層、雙面TCO 膜和雙面金屬化組成，其中P-N 結是由非晶矽（a-Si）和晶體矽（c-Si）材料構成。

HJT 電池的優勢一方面體現在其高轉化效率有效降低發電端成本，並在高階市場具備高溢價，更重要的是，考慮到衰減率低、雙面率高、溫度係數低、弱光效應等諸多優勢，根據solarzoom，

HJT 雙面電池相較於PERC 雙面電池的全生命週期每W發電量高出5~11。8%。有望規模替代現有PERC 產能。

三大路徑助力異質結電池效率繼續提升

當前HJT 產線平均量產效率為24。5%，後續效率提升主要存在微晶化、HBC、鈣鈦礦疊層三大路徑。

HJT 升級微晶化效率可提升至25%以上

未來HJT 電池進一步提高效率的方向是使用摻雜微晶矽或者摻雜微晶氧（碳）化矽替代目前的摻雜非晶矽，這樣可以進一步提高摻雜濃度、增加透光效能，同時降低摻雜層的電阻。綜合的效果就是增大了HJT 電池的電流密度。

HJT 的PECVD 裝置透過升級和最佳化能夠沉積微晶矽，主要需要1）提高氫稀率；2）提高頻率；3）提高氣壓；4）提高功率；

HJT 升級HBC 效率可提升至26%以上

叉指式背接觸（IBC）太陽電池最大特點是正面無柵線，PN 結和金屬接觸都處於電池背部，呈叉指狀方式排列。。為了進一步最佳化IBC 電池的整體複合，可將HJT 非晶矽鈍化技術與IBC 相結合，開發出HBC 電池。

HJT 技術應用IBC 結構，結合兩種電池優點。

2014 年起直到目前為止，HBC 就一直佔據晶矽太陽電池最高效率紀錄的位置。

HJT 升級鈣鈦礦疊層效率可提升至30%以上

鈣鈦礦是一種晶體結構的代名詞。鈣鈦礦材料具備較高的吸光效能和電荷傳導率，具備優異的光電效能。單結鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率（PCE）在過去的十年中實現了從3。8%到25。2%的飛越發展。

因此鈣鈦礦電池能夠在光伏電池基礎上做頂電池，形成疊層電池

，其中鈣鈦礦/矽兩端疊層電池最高理論效率可以達到42。5%。