1、电池原理及提效原则

太阳能电池整体结构是基于大面积的 PN 结，在光照条件下，能量大于带隙的光子可以激发半导体材料中的电子由价 带跃迁至导带，形成电子-空穴对（电子吸收光子能量），在 PN 结内建电场的作用下，光生电子-空穴对分离，产生电势，当外电路接通，电子将通过外电路对外做功，实现光能向电能的转化（电子能量下降后回到负极，完成完整的 电路循环）。

组件全生命周期发电量与项目投资运营成本是计算光伏电站项目收益的主要变量，光伏电池环节技术迭代也在持续围 绕“增效”+“降本”展开。从发电量角度看，光电转换效率、衰减率、双面率、弱光表现、温度系数等是主要的影响因素。

1）光电转化效率

光电转换效率指到达太阳能电池表面的光能有效转变为电能的比例，即η=Pm/Pin=VOCISCFF/Pin。光伏电池效率损失 的主要来源可以分为 1）光学损失（低能光子损失等）、2）电学损失（接触电压损失等）两类，提效的技术方案多从增加入射光照量（减反射）、减少复合（钝化）、降低电学损失等几个维度入手。

2）衰减率：太阳能电池在应用过程中效率逐渐下降，相同光照条件下发电量随时间增长下滑：

PID（电势诱导衰减，Potential Induced Degradation）：光伏组件受外界条件影响，玻璃与 EVA 等封装材料间 在负偏压下存在漏电流，造成电荷积聚在电池表面，恶化电池表面钝化效果，造成载流子复合，影响 VOC、ISC 及 FF。

LID（光致衰减，Light Induced Degradation）：狭义光衰指初始光衰（大部分组件首年的 1-2%的衰减受到 BO-LID 影响），由于硅片中存在氧元素留存，掺硼 P 型硅片中，硼氧产生复合体，成为捕获少子的缺陷中心，降低少子 寿命。

LeTID（热辅助衰减，Light and elevated Temperature Induced Degradation）：LeTID 普遍存在于多种类型电 池中，其机理有多种解释，如 UNSW 将 LeTID 衰减原因归结于氢诱导劣化（HID）。

1954 年美国贝尔实验室实现单晶硅电池突破，光电转换效率6%。而早期晶硅电池造价很高，主要应用在航天领域。上世纪八十年代，减反射、钝化、金属化工艺的突破优化，推动晶硅电池实验室效率进入 20+%的阶段，加速了太阳 能电池的产业化进程，时至今日，晶硅太阳能电池规模化应用的技术方案主要包括早期的 BSF 电池及当前的 PERC 方案。

1）BSF：较早实现规模化应用的 Al-BSF（Aluminum-Back Surface Field）主体结构基于 P 型衬底（基极），在表 面掺杂磷源，形成发射极，并与衬底形成 PN 结。其表面采取 SiNx 减反射，背面采用 Al 背场，实现了电池效率的大 幅提升，但 BSF 电池仍然存在背面复合率高、铝背场对长波利用率低等问题。

2）PERC：1989 年由 UNSW 提出的 PERC（Passivated Emitter and Rear Cell，钝化发射极和背面电池），其主要 的优化点体现在：

1）选择性发射极 SE：正面区别常规晶体硅电池在发射极均匀掺杂的思路，PERC 电池在金属栅线附近进行高浓 度掺杂深扩散，其他区域采取低浓度掺杂浅扩散，实现了接触电阻的有效降低，提升 FF，降低载流子表面复合 速率改善钝化，同时改善电池短波光谱响应等，平衡接触电阻和光子收集间的矛盾。

2）AlOx/SiNx 背面钝化：背面沉积 AlOx/SiNx 叠层钝化膜（P 型衬底），提升背面长波反射能力，饱和晶体硅 边界的悬空键，且高负电荷密度形成高效场钝化。

3）背面金属局部接触：PERC 在钝化层局部开孔兼顾减小复合和电流传导金属化的要求。局部接触造成了 PERC 电流传导由 BSF 的单一纵向增加二维的横向传导，因而背面开孔深度、布局等对电阻、复合等有较大的影响。

光伏电池技术经历多轮迭代，按产业化成熟度分，可以大致分为 1）PERC 主流成熟期路线、2）TOPCon、HJT 发 展导入期路线、3）IBC、钙钛矿等前沿方案。目前 PERC 电池量产效率接近理论极限 24.5%，且降本进程趋缓，进 一步降本增效要在技术方案上突破。