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%。本文简述影

响常规晶体硅电池转换效率的几个方面，重点介绍目前欧美，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，并对每种技术的优缺点和工艺难度进
行进行评价。

1、 硅太阳能电池转换效率的影响因素

太阳能电池转换效率受到光吸收、载流子输运、载流子收集的限制。对于单晶硅硅太阳能电池，

由于上光子带隙的多余能量透射给下带隙的光子，其转换效率的理论最高值是

28%。实际上由

于额外的损失太阳能电池的效率很低。只有通过理解并尽量减少损失才能开发出效率足够高的太
阳能电池。

1.1 转换效率损失机理:

提高太阳能电池的转换效率是太阳光电产业最重要的课题之一。一般而言太阳能电池效率每

提升

1%，成本可下降 7%，其对于降低成本的效果相当显著。研究结果表明，影响晶体硅太阳

能电池转换效率的原因主要来自两个方面，如图

1 所示：（1）光学损失，包括电池前表面反

射损失、接触栅线的阴影损失以及长波段的非吸收损失。（

2）电学损失，它包括半导体表面及

体内的光生载流子复合、半导体和金属栅线的接触电阻，以及金属和半导体的接触电阻等的损失。

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