世界上第一塊晶體硅太陽能電池是1954年貝爾實(shí)驗(yàn)室做出來的，到今天已經(jīng)有60多年的時(shí)間了，轉(zhuǎn)換效率在4.5%左右；到1958年，世界上推出了BSR結(jié)構(gòu)，也就是背面反射結(jié)構(gòu)的太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率接近10%；前些年行業(yè)里大規(guī)模應(yīng)用的全鋁背場(chǎng)結(jié)構(gòu)，所謂的BSF結(jié)構(gòu)電池，是1976年推出的，當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到15%。

全鋁背場(chǎng)結(jié)構(gòu)電池在行業(yè)里大規(guī)模量產(chǎn)持續(xù)了很多年，比較有里程碑意義的是2014年，PERC技術(shù)局部量產(chǎn)，并在2016—2017年逐漸成為主流電池技術(shù)。PERC是對(duì)背場(chǎng)做了改進(jìn)，采用的是背鈍化技術(shù)和局部背電極的技術(shù)方案。

晶硅電池的原理比較簡(jiǎn)單，以晶體硅作為載體，就是硅片以晶體硅為材料，通過擴(kuò)散的形式形成PN結(jié)，通過歐姆接觸的方式形成電路。由于硅材料的含量在地球上僅次于氧氣，有著其它材料無可比擬的豐度，而且穩(wěn)定性強(qiáng)，在轉(zhuǎn)換效率、成本、產(chǎn)品可靠性方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，所以一直是主流的電池技術(shù)，通過去年的基本數(shù)據(jù)看，市場(chǎng)占有率95%。

從2010年到2020年，晶硅電池的量產(chǎn)效率提升非?？?。在2010年，單晶的量產(chǎn)效率大概是17.5%，多晶大概是16.2%，后續(xù)每年有0.4—0.5%的提升；2011年，隨著SE技術(shù)在單晶技術(shù)上的應(yīng)用，單晶的效率突破了18%，后續(xù)隨著高方阻漿料的提升，單晶效率一路提升，到2018年，常規(guī)單晶的效率提升到20.2%，到2019年，多晶的效率提升到18.7%。而從2016年開始，行業(yè)里PERC電池大規(guī)模量產(chǎn)，效率在常規(guī)鋁背場(chǎng)基礎(chǔ)上又有大幅度提升，截至到2020年底，PERC電池的量產(chǎn)效率，先進(jìn)企業(yè)已經(jīng)接近23%。

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前行業(yè)里出現(xiàn)了幾種主流的電池結(jié)構(gòu)。首先是PERC，是主流技術(shù)，目前全球產(chǎn)能已經(jīng)超過200GW，年產(chǎn)量超過150GW。在PERC基礎(chǔ)上，如果背面不用鋁漿，改成局部鋁柵線，可以簡(jiǎn)單升級(jí)成雙面PERC結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到70—80%，已經(jīng)成主流趨勢(shì)。

其次是PERT，是一種全擴(kuò)散背場(chǎng)鈍化結(jié)構(gòu)，通常PN結(jié)在正面，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，是最早的N型電池，是天然的雙面結(jié)構(gòu)，雙面率可以達(dá)到80—95%，但是在量產(chǎn)效率和成本上，這兩年已經(jīng)不具備優(yōu)勢(shì)。大部分廠家在考慮技術(shù)升級(jí)，其中的一種升級(jí)方案，就是Topcon結(jié)構(gòu)。

Topcon是一種鈍化接觸結(jié)構(gòu)，基本原理是在N型硅片背面沉積一層很薄氧化硅，然后再沉積一層重?fù)诫s的多晶硅薄膜，實(shí)現(xiàn)背面的鈍化接觸，提高開路電壓，提升轉(zhuǎn)化效率。目前行業(yè)里Topcon的量產(chǎn)效率已經(jīng)超過24%，雙面率相對(duì)于PERC略低，但PERC產(chǎn)線只需要添加設(shè)備，就可以升級(jí)成Topcon產(chǎn)線，相當(dāng)于一部分還有利用空間。

還有一種這兩年行業(yè)熱議的技術(shù)路線，就是異質(zhì)結(jié)。異質(zhì)結(jié)的基本原理是在N型硅片基底上采用非晶硅沉積的方式形成異質(zhì)結(jié)并作為鈍化層。這種結(jié)構(gòu)的電池開路電壓更高，效率也會(huì)相應(yīng)的比較高，同時(shí)外部最外一層有TCO透明導(dǎo)電層。工藝采用的是低溫工藝，銀漿的溫度通常在200度左右，便于采用更薄的N型硅片，使未來有比較大的硅片成本下降空間。

目前行業(yè)量產(chǎn)效率24%左右，雙面率90%以上。主要問題是設(shè)備與材料的成本比較高，工藝控制難度比較大。

另外還有一種IBC的結(jié)構(gòu)，所謂的差指狀背接觸電池，特點(diǎn)是PN結(jié)都在背面做差指狀接觸，正面沒有柵線遮擋，正面受光面積增加，電流也增加，主要問題是工藝比較復(fù)雜，成本也比較高。潛在的一個(gè)方面是可以和異質(zhì)結(jié)結(jié)合，采用非晶硅鈍化層結(jié)構(gòu)或隧穿鈍化層來形成HBC結(jié)構(gòu)。目前實(shí)驗(yàn)室狀況下，HBC效率可以高達(dá)26%。

對(duì)于PERC電池來說，從目前的研究情況來看，兩年內(nèi)量產(chǎn)效率有望提升到23.5%，理論上有望提升到24%，再往上提升難度非常大，特別是面臨大尺寸挑戰(zhàn)的情況下。

大尺寸硅片下，擴(kuò)散和鍍膜的均勻性更難控制，SE、激光、印刷的控制要求更為精準(zhǔn)，版圖優(yōu)化要求更高，良率會(huì)相應(yīng)下降。不過在行業(yè)的努力下，目前182硅片下電池的效率和良率和166基本能達(dá)到一致水平。以晶澳為例，182電池的效率已經(jīng)超過了23%。

回顧完P(guān)ERC電池的發(fā)展歷程，接下來展望一下下一代電池的量產(chǎn)前景。

首先來看Topcon技術(shù)。它的機(jī)遇是行業(yè)內(nèi)有大于200G的產(chǎn)能可以以較低的成本進(jìn)行升級(jí)。它的挑戰(zhàn)是效率要對(duì)PERC保持1%以上的領(lǐng)先；成本要持續(xù)下降；對(duì)良率提升做相應(yīng)的改進(jìn)，現(xiàn)在的良率偏低；要做好大尺寸下硼擴(kuò)散均勻性和多晶硅鍍膜均勻性的控制。

對(duì)異質(zhì)結(jié)技術(shù)來說，它的機(jī)遇是工序簡(jiǎn)單，效率更高，在薄片化上比較有優(yōu)勢(shì)，在發(fā)電性能上由于溫度系數(shù)低、雙面率高，更有優(yōu)勢(shì)。它的挑戰(zhàn)主要在于設(shè)備和材料成本偏高，最好能和PERC保持1.5%以上的效率領(lǐng)先，在組件封裝上由于采用低溫焊接，造成效率損失偏高，所以在焊接和電池切割上需要做工藝的更多優(yōu)化。另外異質(zhì)結(jié)采用版式平鋪工藝，產(chǎn)能增加有限，也需要應(yīng)對(duì)大尺寸的挑戰(zhàn)。

除了以上兩種技術(shù)，還可以考慮電池的迭代，綜合Topcon與異質(zhì)結(jié)的優(yōu)勢(shì)，有兩種方案可以作為未來的考慮。

當(dāng)然，從更為長(zhǎng)遠(yuǎn)的未來考慮，效率有望達(dá)到30%的多層電池疊加也是一種考慮，但需要花費(fèi)的時(shí)間更長(zhǎng)，至少在5—10年以上，而且需要考慮成本的瓶頸、產(chǎn)業(yè)化的穩(wěn)定性和實(shí)際光譜對(duì)效率的影響。

最后分享一下晶澳的電池技術(shù)路線圖，按照現(xiàn)有規(guī)劃，在2021年年底，PERC效率能接近23.5%，最終有希望能達(dá)到24%的量產(chǎn)水平；N型電池到2022年底，有希望做到25%的轉(zhuǎn)換效率；異質(zhì)結(jié)到2023年底，轉(zhuǎn)換效率有希望超過26%；后續(xù)也在做迭代電池的技術(shù)儲(chǔ)備，目標(biāo)是到2024年，實(shí)驗(yàn)室的轉(zhuǎn)換效率達(dá)到29%。