根据晶硅太阳能电池的工作原理，要实现高转换效率(η=FF*Voc*Jsc/Pin)需要高的填充 因子(FF)、开路电压(Voc)和短路电流密度(Jsc)。目前产业化主要是通过增大光生电流如 IBC、HBC 电池(增加光照面积，提高 Jsc) ，以及提高少子寿命如异质结、TOPCon(优化钝 化性能，提高 Voc)实现。
主要新型高效电池介绍
异质结电池(Heterojunction，HJT)： 由两种不同的材料组成，即在晶硅和非晶硅薄膜之间形成PN 结，因此它兼具晶硅电池优异的光吸收性能和薄膜电池的钝化性能。具体是在 N 型晶 体硅片正反两面依次沉积厚度为 5-10nm 的本征和掺杂的非晶硅薄膜，以及透明导电氧化物 (Transparent Conductive Oxide，TCO) 薄膜，从上到下依次形成了 TCO-N-i-N-i-P-TCO 的对称 结构。
隧穿氧化钝化接触电池(Tunnel Oxide Passivated Contact，TOPCon)：前表面与 N-PERT 电池没有本质区别，主要区别在于采用超薄二氧化硅(SiO2)隧道层和掺杂非晶硅钝化背面。其 中 SiO2 厚度 1-2nm，可使多子隧穿通过同时阻挡少子复合;掺杂的非晶硅厚度 20-200nm，经 过退火工艺使非晶硅重新结晶为多晶硅，可同时加强钝化效果，避免了在钝化膜上激光开槽，能有效减少少子复合，提高电池的开路电压和填充因子，进而提高电池效率。
交叉背接触或全背电极接触电池(Interdigitated Back Contact，IBC)：前表面是 N+的前场 区 FSF 和 SiNx 减反层，背表面为交叉排列的 P 区和 N 区，正面无金属栅线电极遮挡，因此可 以更高的短路电流。IBC 电池工艺的难点是背面交叉分布的 P 区和 N 区，以及背部金属电极的 制作。
异质结背接触电池(Heterojunction Back Contact，HBC)： 将 HJT 非晶硅薄膜技术应用 于 IBC 电池结构，可同时获得高的短路电流和开路电压。2016 年、2017 年日本 Kaneka 公司研 发的 HBC 电池分别创下 26.33%和 26.63%的转化效率世界纪录。该电池正面无金属电极遮挡， 背部 P、N 区呈现交叉排列，本征非晶硅薄膜(i:a-Si)作为双面钝化层，具有优异的钝化效果。
双/多结叠层电池(Tandem / Multi-junction)： 将带隙不同的两个或多个子电池按带隙大小 依次串联在一起. 当太阳光入射时, 高能量光子先被带隙大的子电池吸收, 随后低能量光子再被 带隙较窄的子电池吸收，既增加了对低能量端光谱的吸收率，又降低了高能量光子的能量损失， 可以显著提高电池效率。PERC、HJT 等均为单结电池，理论极限效率仅为 29.43%，而由钙钛 矿(Perovskite)和晶体硅构成的双结叠层电池理论效率最高可提高到 43%，是未来太阳能电池 效率大幅提升的重要技术路线。
根据 ISFH 的测算，PERC、HJT、TOPCon 电池的理论极限效率分别为 24.5%、27.5%、 28.7%，其中 TOPCon 十分接近单结电池的极限效率 29.43%。目前 PERC、HJT、TOPCon 电 池的最高效率纪录依次为 24.06%(隆基)、25.11%(汉能)、25.70%(Fraunhofor)， 平均量产 效率依次为 22.5%、23.7%、23.5%左右，其中 HJT 和 TOPCon 效率均处于起步阶段，未来具 有非常大的提升空间。
新型高效电池量产工艺比较
目前实现小规模量产(>1GW)的新型高效电池主要包括 TOPCon、 HJT 和 IBC 三种， HBC、 叠层电池暂时还处于实验室研发阶段。
从生产工艺来看，IBC 电池工艺最难最复杂，TOPCon 次 之，HJT 电池工艺最简单、步骤最少(核心工艺仅 4 步)。从生产设备来看，TOPCon电池兼容性最高，可从 PERC/PERT 产线升级，IBC次之，HJT电池完全不兼容现有设备，需要新建产线。
1) TOPCon 电池采用 N 型硅片，需要在 PERC 产线上增加硼扩设备，背面的 SiO2隧穿层 和掺杂多晶硅层，分别采用原位热氧和原位掺杂的方式在 LPCVD(低压化学气相沉积) 中沉积，因此还需要在 PERC 产线上增加 LPCVD 和湿法刻蚀设备。
2) HJT 电池由于采用晶硅/非晶硅异质结结构(PN 结由不同材料构成)，最高工艺温度不 能超过非晶硅薄膜形成温度(<200℃)，因此在后续采用低温固化工艺替代高温烧结。低温工艺对设备、工艺、材料和洁净度提出更高的要求(高温工艺可吸除杂质)，因此需要重新新建产线，且相关设备投资成本较高，是PERC 的 2~4 倍。但是 HJT 电池天然的对称结构有利于自动化生产，减少生产步骤，更适合大规模生产。
3) IBC电池需要在背面制成交叉分布的P区和N区，增加了制作掩膜和激光开槽两道工序， 同时由于掺杂区面积较小，采用 PERC工艺中的热扩散炉不易控制精度，需要使用半导 体生产中的离子注入工艺，提高了生产的技术门槛和成本。
新型高效电池经济性分析
在目前可量产的新型高效电池中，HJT电池的设备投资成本最高，约为5~10 亿元/GW，而 PERC仅需 2.5~3 亿元/GW，HJT 电池设备成本为 PERC 投资成本的2~4 倍。
TOPCon 电池与 PERC产线兼容度高，可从PERC 产线改造升级，改造成本为 0.5~1 亿元 /GW 左右，新建产线设备投资成本约 3~3.2亿元/GW，较 PERC 高 20%~30%左右，是目前初始投资成本最低的 N 型高效电池之一。
根据 PVInfolink 估计，目前异质结和 TOPCon 成本接近 PERC 的两倍，毛利率显著低于 PERC 电池。一方面是因为前期设备主要依赖进口，国产设备导入后，初始投资成本有望下降 30%~50%左右;另一方面是因为现在新技术产线大多为中试线，无论设备还是耗材均未形成规模优势。随着更多资本进入，有望加快浆料、靶材等耗材的国产化进程，同时提高单线产能，进一步降低生产成本。
责任编辑：肖舟
