光伏晶硅电池技术的简单介绍

首先是一些高效晶硅电池量产方面的总结

数据来源：公司公开财报、投资者会议

实际上，实验室中很早就达到了比较高的效率。前一段时间微博上有多位大佬参与的一场口水战中，一位同学紧咬说光伏是很早就发现的技术，而光伏产品生产能耗高（但实际上目前的能耗和污染都大大减少了），因此光伏产业是国外资本的阴谋blablabla。其实一直以来设备局限了大规模的低成本量产。技术早就摆在那里的确是事实，但是在化石燃料还很便宜的时候没人会投资如此昂贵的光伏发电产业。如何大量生产出成本低过传统能源的光伏产品，正是光伏行业在努力的，而现在连利润都没有，整个一活雷锋啊

目前高效硅晶电池的路线图比较主流的就是三种：PERL（钝化发射极背面局部扩散）电池（以尚德Pluto为商业化代表），IBC背触电池（Sunpower为商业化代表）和HIT异质结电池（Sanyo公司为商业化代表）。而相关的一些技术与工艺还有比如：N or P型硅基础的选择、选择性掺杂 (selective emitter)、蚀刻埋栅、双面发电、细栅线、金属穿孔缠绕(metal wrap through)等等，三大主流有运用其中一些，其他厂商则有选择地运用一种或多种技术来提高自己品牌电池的转换效率。

1. 尚德Pluto

Pluto电池是采用PERL结构的、基于P型硅的高效晶硅电池。

根据尚德的Pluto白皮书的介绍，其主要的设计特点在于：

1）选择性掺杂 (selective emitter)：Pluto应该是利用激光将电池片表面磷源作选择性掺杂，从而在电极形成重掺杂区以降低欧姆接触，结合轻掺杂的发射结和电镀铜栅极以达到提高电池效率的目的。传统的晶硅电池是一视同仁式的较重掺杂，而选择性掺杂，提高了轻掺杂区的量子效率（吸收光能力增强, 尤其是蓝光），在栅线处重掺杂降低了电极的欧姆接触，提高导电性能并降低复合速率，从而延长少子寿命。

图片来源：尚德冥王星白皮书

图示可以看到，在短波段，pluto的表现要大大好于普通的丝网印刷电池。

2）

改进的正面栅线：pluto的栅线相比普通的丝网印刷栅线要窄：丝网印刷栅线的高宽比典型的是1:4，而Pluto为1:2。较窄的正面电极可以减少阳光的遮挡并减少与硅片的接触面积。减少遮挡这一点很容易理解；而减少接触主要是因为任何与硅的直接接触会导致较高的表面复合速率，使少子寿命减少。因此pluto的这种栅线设计可以明显提高转化效率。

图片来源：尚德冥王星白皮书 

还有比如倒金字塔正表面制绒、钝化背发射极（降低复合速率，延长少子寿命）、背面点接触（减少与硅基接触，降低复合速率）这些，都是已经运用非常广的技术

最终的结果自然就是以Pluto电池制造的组件功率要大大高于常规电池。

图片来源：尚德冥王星白皮书
 

Pluto白皮书里提到下一代电池的方向是进一步优化正面性能，同时探索一些改进背面的方法，努力使单晶Pluto效率超过20%。尚德用P型硅能做到什么程度，拭目以待了。

2. SunPower背触电池

图片来源：Sunpower

顾名思义，电极全部在背面，因此正面完全没有遮挡地吸收阳光。这是最为直观的一大优势。

1）N型硅，薄硅片

由于电极全部在背面，表面产生的少子需要穿过整个硅片到达电极，因此需要少子的寿命比普通的正面发电电池更长(>1ms)。选用N型硅是因为N型硅的少子寿命比P型硅更长。另一方面，如果硅片更薄，也可以使得少子需要穿过的距离变短，也就间接延长了少子的寿命，因此sunpower使用的N型硅片非常薄（据说是卡姆丹克供货），每瓦用硅量比业内领先的保利协鑫、昱辉阳光还要低一些。总结来说，如果要使用背面进行发电，N型薄硅片才能达到最好的效果，因此英利的双面Panda（至少在往薄的方向走），Sanyo的HIT都是这种路径。

Sunpower电池其他比如正面轻掺杂、钝化背极、点接触等等的技术，各种电池都在使用。Sunpower的电池主要是商业化上以前遇到了比较大的困难，一个就是薄硅片制造比较昂贵（直到目前据说仍比普通硅片要贵30%以上），另外一个就是以前没有好的丝网印刷机、湿法蚀刻机等等设备，所以我们可以看到，基本上，Baccini，Roth&Rau等设备厂决定了光伏企业能生产出什么样的量产电池。国内的电池相关设备厂这两年也跟上来了，但是在某些环节上比如快速烘干机、煅烧炉仍与国外厂商有差距。

3. Sanyo的HIT
 

图片来源：2011硅材料与电池研讨会

HIT电池将非晶硅a-Si沉积在已制绒的N型晶硅片上形成异质结，再加一层TCO后印刷栅线制成。

HIT高效的原因就在于图中5nm的两层intrinsic非晶硅层，改善了异质结的效果，并且降低了复合速率，延长少子寿命。

而由于发电的其实还是N型晶硅片，因此减少TCO以及a-Si对光的吸收也很重要，Sanyo当然是改进过这一点。

最后，Sanyo应该是使用了double printing，减少了电极的宽高比，进一步减少遮挡，提高效率。

三大主流之外，国内一些一线厂家的做法有：

图片来源：天合光能网站

我们看到天合Honey系列主要就是采用窄栅线和更好的制绒。当然可以猜想，他们肯定还应用了比如选择性掺杂和钝化背极等等。

而英利的熊猫系列自己宣传的是采用了N型硅，双面发电（背面可发10瓦左右），其他一些特点不详。
 

图片来源：阿特斯investor presentation

而阿特斯目前已经投产的加强型选择性掺杂ESE系列看起来应该是同时还运用了埋栅。ELPS比较有意思，因为使用了MWT技术，就是激光在硅片上打孔，然后用印刷浆料填充连接前后两面来提高电池效率，算是国内难得一见的另类技术运用了。阿特斯的路线图里有提到未来会使用N型硅和异质结技术，但是究竟是否采用就不得而知了。

总结起来，未来不出现革命性技术（直接沉积薄硅片，碳纳米管电极等）的情况下，降低N型薄硅片的制造成本并大规模使用N型硅片进行电池生产应该是许多厂家会选择的单晶电池路线，多晶方面则几乎肯定是准单晶的天下了。说到底，除了异质结和背触是比较特殊的电池设计外，大部分厂家的技术都大同小异，无非就是选择性掺杂、细栅线等等，而这些都是因为目前有比较好的设备能够大规模低成本生产这种特性的电池。另外，印刷浆料作为比较重要的一环，长期被杜邦控制着，本文就不详解了
 
光伏行业中游没有独特技术的情况下，拼的还是设备，设备都一样的话，就只能价格战了。

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