高效晶体硅电池技术综述以及商业化现状摘要：太阳能、风能、水能等清洁能源随着能源危机的初现端倪已经越来越为人们所重视和提倡，能源问题已经成为制约国家经济发展的重要战略问题。
其中太阳能不论从资源的数量、分布的普遍性、技术的成熟度和对环境的影响都体现出巨大的优势。
光伏发电也逐渐从传统发电的补充能源形式过渡到替代能源形式。
这当中发电成本始终是制约推广的首要因素。
寻求新技术、新材料、新工艺，以提高太阳电池转换效率，大幅度降低生产成本是整个光伏行业面临的紧迫课题。
晶体硅电池是目前商业化程度最高，制备技术最成熟的太阳能电池。
以晶体硅技术为基础，着力于降低生产成本，提高发电效率的高效晶体硅电池研发始终是国际光伏领域研究的热点之一。
本文旨在从影响常规晶体硅电池转换效率的几个可能方面出发，简介目前欧美，日本等光伏技术发达国家以及业界几种较为流行的高效晶体硅制备技术及其商业化现状。
关键词：高效、晶硅、太阳能电池、光伏发电前言太阳能光伏发电是太阳能利用的一种重要形式，随着技术不断进步，光伏发电成为最具发展前景的发电技术之一。
光伏发电的基本原理为半导体的光伏效应，即在太阳光照射下产生光电压现象。
20世纪50年代，美国贝尔实验室三位科学家首次研制成功具有实用价值的单晶硅太阳电池，诞生了将太阳的光能转换为电能的实用光伏发电技术，在太阳电池发展史上起到了里程碑的作用。
太阳能电池主要有两大类，一类是以单晶硅和多晶硅硅片为基础的晶体硅太阳能电池；另一类是非晶硅、铜铟硒和碲化鎘薄膜太阳能电池等。
晶体硅太阳能电池是目前应用技术最成熟、市场占有率最高的太阳能电池，至2009年止超过90%，薄膜太阳电池市场占有率不足10%[1]。
晶体硅太阳能电池在可预见的未来仍将占主导地位。
现行光伏发电技术推广的最大制约因素是发电成本，围绕降低生产成本的目标，以高效电池获取更多的能量来替代低效电池一直是科学研究的热门课题之一。
近年来高效单晶硅太阳能电池研究已取得巨大成就，在欧美，日本等商业化高效电池的转换效率已超过20%。
高效晶体硅太阳电池简介（1）PERC电池是澳大利亚新南威尔士大学光伏器件实验室最早研究的高效电池。
它的结构如图2-13a所示，正面采用倒金字塔结构，进行双面钝化，背电极通过一些分离很远的小孔贯穿钝化层与衬底接触，这样制备的电池最高效率可达到23.2％[26]。
由于背电极是通过一些小孔直接和衬底相接触的，所以此处没能实现钝化。
为了尽可能降低此处的载流子复合，所设计的孔间距要远大于衬底的厚度才可。
然而孔间距的增大又使得横向电阻增加（因为载流子要横向长距离传输才能到达此处），从而导致电池的填充因子降低。
另外，在轻掺杂的衬底上实现电极的欧姆接触非常困难，这就限制了高效PERC电池衬底材料只能选用电阻率低于0.5 Ωcm以下的硅材料。
为了进一步改善PERC电池性能，该实验室设想了在电池的背面增加定域掺杂，即在电极与衬底的接触孔处进行浓硼掺杂。
这种想法早已有人提出，但是最大的困难是掺杂工艺的实现，因为当时所采用的固态源进行硼掺杂后载流子寿命会有很大降低。
后来在实验过程中发现采用液态源BBr3进行硼掺杂对硅片的载流子寿命影响较小，并且可以和利用TCA制备钝化层的工艺有很好的匹配。
1990年在PERC结构和工艺的基础上，J.Zhao在电池的背面接触孔处采用了BBr3定域扩散制备出PERL电池，结构如图2.13b所示[27]。
定域掺硼的温度为900 ℃，时间为20 min，随后采用了drive-in step技术（1070 ℃，2 h）。
经过这样处理后背面接触孔处的薄层电阻可降到20 Ω/□以下。
孔间距离也进行了调整，由2 mm缩短为250 µm，大大减少了横向电阻。
如此，在0.5 Ωcm和2 Ωcm的p型硅片上制作的4 cm2的PERL电池的效率可达23-24％，比采用同样硅片制作的PERC电池性能有较大提高。
1993年该课题组对PERL电池进行改善，使其效率提高到24％，1998年再次提高到24.4％，2001年达到24.7％，创造了世界最高记录。
太阳能电池第一、二、三代发展进程目前的电池片技术绝大部分（大概96%）是硅晶技术，不管是PERC还是TOPCon，还是HJT都是基于硅晶材料。
他的优势是量产成本低，光电转换效率高，是市场主流技术。
还有部分（4%左右）是薄膜电池，包括碲化镉，铜铟镓硒，钙钛矿等技术。
但他的成本较高，光电效率低，所以量很少。
晶硅/薄膜电池技术路线：光电转化效率：HJT+钙钛矿，是行业趋势。
技术发展史：→ 第1代：铝背场BSF电池 (2017年以前)→ 第2代：PERC电池 (2017年至今)→ 第2.5代：PERC+/TOPCon（隧穿氧化钝化电池）→ 第3代：HJT电池（也叫HIT电池，俗称异质结电池，全称晶体硅异质结太阳能电池）→ 第4代：HBC电池(也称IBC，即叉指式背接触电池，可能潜在方向)→ 第5代：钙钛矿叠层电池 (可能潜在方向)。
材料发展史：第一代太阳能电池——以单晶硅、多晶硅为代表的硅晶太阳能电池。
目前这技术发展成熟且应用最为广泛，目前面对的问题是单晶硅太阳能电池对原料要求太高，以及多晶硅太阳能电池生产工艺过于复杂等问题。
第二代太阳能电池——薄膜太阳能电池，以CdTe、GaAs及CIGS为代表的的太阳能电池。
该技术与晶硅电池相比，优势在于所需材料较少且容易大面积生产，成本方面优势较明显。
第三代太阳能电池——基于高效、绿色环保和先进纳米技术的新型薄膜太阳能电池，如染料敏化太阳能电池（DSSCs）、钙钛矿太阳能电池（PSCs）和量子点太阳能电池（QDSCs）等。
钙钛矿电池钙钛矿是一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO3 ,呈八面体形状，结构特性优异；此类氧化物最早被发现，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙（CaTiO3）化合物，因此而得名。
钙钛矿晶体的制备工艺简单，光电转换效率高，在光伏、LED等领域应用广泛。
钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells），又被称作新概念太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。
