引言

硅仍然是光伏的首選材料，因?yàn)樗S富、無毒、電池效率高且穩(wěn)定、生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施成熟，而且硅器件的技術(shù)水平深厚且廣泛。模塊價(jià)格的快速下降意味著與面積相關(guān)的系統(tǒng)成本平衡在光伏系統(tǒng)價(jià)格中所占比例越來越大。這使得高效電池更受重視。近年來，在高質(zhì)量晶片的大規(guī)模生產(chǎn)、處理薄晶片的能力、保持高少數(shù)載流子壽命、表面鈍化、光學(xué)損耗最小化、器件特性以及其他領(lǐng)域都有了很大的改進(jìn)。其中許多改進(jìn)在大規(guī)模生產(chǎn)中是可行的。硅太陽能電池效率上限為29%，大大高于最好的實(shí)驗(yàn)室(25%) [1]和大面積商用(24%) [2，3]電池。在實(shí)驗(yàn)室和商業(yè)環(huán)境中，電池效率高于25%似乎是可行的。由于薄襯底與非常高的少數(shù)載流子壽命的結(jié)合，這種電池將具有最小的體復(fù)合；極好的表面鈍化；符合低接觸復(fù)合、自由載流子吸收和接觸電阻的小面積電接觸；通過使用紋理、防反射涂層和后表面反射器，實(shí)現(xiàn)出色的光學(xué)控制；通過使用更薄的晶片、更大的電池和邊緣鈍化來輔助低邊緣復(fù)合；和足夠的金屬覆蓋以最小化電阻損耗。本文將概述目前在高性能硅太陽能電池設(shè)計(jì)和制造方面的工作，并討論提高效率的方法。

介紹

成千上萬的研究人員和公司在晶體硅領(lǐng)域工作，將他們的能力投入到晶體硅材料、電池和模塊的制造中。迅速出現(xiàn)的問題和機(jī)會(huì)引起了許多技術(shù)人員和公司的注意，從而產(chǎn)生了商業(yè)解決方案。公司迅速創(chuàng)新，創(chuàng)造出可以在商業(yè)環(huán)境中實(shí)施實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)的機(jī)器。幾十年來，滿足認(rèn)證要求的晶體硅光伏模塊被廣泛認(rèn)為性能符合預(yù)期。他們的失敗模式是很好理解和可以避免的。晶體硅模塊具有比市場(chǎng)上任何非集中模塊高得多的效率，這降低了系統(tǒng)組件的面積相關(guān)平衡的成本。隨著模塊成本的下降，后者成為光伏發(fā)電的主要成本。這些屬性在競(jìng)爭(zhēng)材料中的共享程度不同。

在主導(dǎo)技術(shù)具有許多有利屬性的情況下很難改變，晶體硅就是這種情況。許多分析師預(yù)計(jì)，晶體硅技術(shù)過去和現(xiàn)在對(duì)光伏市場(chǎng)的主導(dǎo)將持續(xù)到無限的未來。

晶體硅太陽能電池在非聚集陽光下的理論極限效率約為29%。對(duì)于任何單結(jié)太陽能電池來說，這都不會(huì)遠(yuǎn)低于理論極限。最大效率的計(jì)算假設(shè)零反射損耗、朗伯光俘獲、零電阻損耗、零表面復(fù)合和僅由俄歇和輻射模式產(chǎn)生的體積復(fù)合。串聯(lián)太陽能電池和其他理論概念可能有更高的效率。在集中陽光照射下，最好的ⅲ-ⅴ串聯(lián)電池達(dá)到44%(NREL報(bào)道的太陽能結(jié))。然而，單位面積的成本比晶體硅電池高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。目前最好的實(shí)驗(yàn)室和商用硅太陽能電池在非集中日光下達(dá)到24-25%的效率，約為理論極限的85%。

開發(fā)更高電池效率的主要商業(yè)動(dòng)機(jī)是降低面積相關(guān)成本。這些包括模塊材料(硅、電池制造、電池互連、玻璃、陶瓷、背板、框架)和系統(tǒng)成本(運(yùn)輸、圍欄、土地準(zhǔn)備、支撐結(jié)構(gòu)、模塊安裝、布線)。次要?jiǎng)訖C(jī)包括從建筑物屋頂?shù)刃^(qū)域獲得更大的功率輸出，以及從高開路電壓電池獲得降低的效率溫度系數(shù)。鑒于上文總結(jié)的晶體硅的誘人屬性，提高效率的兩個(gè)預(yù)期途徑是改進(jìn)電池設(shè)計(jì)和制造，以及基于硅的串聯(lián)電池。

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結(jié)論

使用背接觸太陽能電池中的當(dāng)前工藝技術(shù)，在論文(上文)中討論的參數(shù)實(shí)際上是可以實(shí)現(xiàn)的。背接觸設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是降低了電阻損耗。高于720毫伏(35法/平方厘米)的開路電壓兼容26%的效率?？紤]到陽光電源、三洋和其他公司的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)這種效率的過程要求很可能在商業(yè)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，盡管會(huì)有成本溢價(jià)。總之，未來幾年，實(shí)驗(yàn)室和商業(yè)效率可能會(huì)提高到26-27%。

　　審核編輯：湯梓紅