科普 | 什么是光伏电池片？光伏电池片的种类有哪些？

在碳中和的大背景下，新能源行业的发展迎来机遇。光伏是新能源发展中非常重要的一个方向，而光伏电池片在光伏产业链众多环节中占据重要地位。

什么是光伏电池片？

光伏电池片是指能够将太阳光转化为电能的半导体材料组件。它是太阳能光伏发电系统的关键组件之一。

这个过程中，光能的能量被转化为电能，产生直流电流。这个直流电流可以存储在电池中，用于供电或者通过逆变器转化为交流电，以满足家庭或企业的用电需求。

光伏电池片通过串联或并联的方式组成光伏电池组，以提高输出电压和电流。光伏电池组则通过安装在太阳能光伏发电设备上，如太阳能电池板，形成光伏电池组件。多个光伏电池组件可以组合成光伏电池阵列，以实现更大的电能输出。

光伏电池片的种类及优缺点介绍

光伏电池片是太阳能电池的核心组成部分，可分为多晶硅光伏电池片、单晶硅光伏电池片、薄膜光伏电池片三类。三类电池片优缺点具体如下：

光伏电池片的结构

光伏电池按结构大致可分为铝背场（BSF）电池片、PERC电池片、异质结(HJT)电池、TOPCon电池、IBC电池等。

1、铝背场（BSF）电池片

铝背场（BSF）电池片是一种常见的太阳能电池片结构。在这种结构中，铝是作为背电极使用的材料。铝背电极涂覆在电池片的背面，并提供背部的电场。有助于一些从光伏材料中产生的电子激发到背部电极，从而增强了光电转换效率。

铝背场电池片的制造过程是先在硅表面进行磷掺杂形成N型区域，再在N型区域上使用背场的化学蚀刻或物理蚀刻技术来形成铝背电极。

通过在正面应用适当的薄膜或涂层来形成P型区域，从而形成p-n结。最后，在电池片的正面和背面的电极上涂覆金属网格，以便收集电流。

铝背场电池片是最早实现产业化的晶硅电池结构，于1973年被首次提出，2016年时市占率超过90%，具有工艺流程简单、成本低廉、技术成熟等优点。

2、PERC电池片

PERC电池片也称为发射极背面钝化电池（Passivated Emitter and Rear Cell）

PERC电池在传统BSF电池的基础上增加背面钝化以及激光开工两道工艺来提高转换效率，性能实现明显提升。

PERC 电池片的主要工艺流程为硅片的清洗制绒、扩散制 PN 结、激光掺杂制备 SE、背面钝化、激光开孔/开槽、丝网印刷、烧结、测试等。具有结构简单、工艺流程短、设备成熟度高等优点。

3、TOPCon电池

TOPCon是一种基于选择性载流子原理的隧穿氧化层钝化接触的太阳能电池技术，实现更为良好的钝化效果。

TOPCon电池结构为N型硅衬底电池，在电池背面制备一层超薄氧化硅，然后再沉积一层掺杂硅薄层，二者共同形成了钝化接触结构，有效降低表面复合和金属接触复合，为N-PERT电池转换效率进一步提升提供了更大的空间。

TOPCon电池最大程度保留和利用现有传统P型电池设备制程，只需增加硼扩和薄膜沉积设备，无须背面开孔和对准，极大的简化了电池生产工艺，量产化难度低。工艺设备产线兼容性高，可与PERC、N-PERT双面电池的高温制备工艺产线相兼容。TOPCon电池拥有低衰减、高双面率、低温度系数等优点，在终端电站的发电增益效果明显。

4、异质结(HJT)电池

异质结电池，简称为HJT电池。HJT电池是一种利用晶体硅基板和非晶体硅薄膜制成的混合型太阳能电池。

由不同的半导体材料或同种材料不同结晶状态的PN结制备而来，通过在异质结界面插入本征非晶硅薄层来钝化电池的正、背表面，实现更为良好的钝化效果。

HJT电池的结构由N型单晶衬底、光照侧P－i型氢化非晶硅层(膜厚5～10nm) 、背面侧i－N型氢化非晶硅层(膜厚5～10nm)以及两侧透明电极和集电极构成具有对称结构，是一种双面电池。

HJT电池具有效率高、低衰减、温度系数低、双面率高、工艺简单、薄片化等优势。

5、IBC电池

IBC电池，也称为交叉背接触电池，是将电池正面的电极栅线全部转移到电池背面，PN 结和金属接触都处于电池背部，呈叉指状方式排列，从而减少电池栅线对阳光的遮挡，提高电池转换效率。

IBC电池是一种较为纯粹的单面电池，主要通过结构的改变来提高转换效率，IBC电池没有遮蔽电池的正面金属触点，因此具有更高的光子撞击转换面积。

IBC电池结构可以与PERC、TOPCon、HJT、钙钛矿等多种技术叠加，因此有望成为新一代的平台型技术。IBC与TOPCon技术的叠加被称为“TBC”电池，与HJT技术的叠加则被称为“HBC”电池。

IBC电池外形美观，尤其适用于光伏建筑一体化，具有较好的商业化前景。

光伏电池片生产工艺流程

工序一：硅片清洗制绒

单晶硅绒面的制备是利用硅的各向异性腐蚀，在每平方厘米硅表面形成几百万个四面方锥体即金字塔结构。由于入射光在表面的多次反射和折射，增加了光的吸收，提高了电池的短路电流和转换效率。

硅的各向异性腐蚀液通常用热的碱性溶液，可用的碱有氢氧化钠，氢氧化钾、氢氧化锂和乙二胺等。大多使用廉价、浓度约为1%的氢氧化钠稀溶液来制备绒面硅，腐蚀温度为70-85℃。

为了获得均匀的绒面，还应在溶液中酌量添加醇类如乙醇和异丙醇等作为络合剂，以加快硅的腐蚀。制备绒面前，硅片须先进行初步表面腐蚀，用碱性或酸性腐蚀液蚀去约20～25μm，在腐蚀绒面后，进行一般的化学清洗。

工序二：扩散制结

硅片的单/双面液态源磷扩散，制作N型发射极区，以形成光电转换的基本结构：PN结。POCl3 液态分子在N2 载气的携带下进入炉管，在高温下经过一系列化学反应磷原子被置换，并扩散进入硅片表面，激活形成N型掺杂，与P型衬底形成PN结。主要的化学反应式如下：POCl3+ O2 → P2O5 + Cl2；P2O5+ Si → SiO2 + P

工序三：等离子刻蚀

由于在扩散过程中，即使采用背靠背扩散，硅片的所有表面包括边缘都将不可避免地扩散。PN结的正面所收集到的光生电子会沿着边缘扩散有磷的区域流到PN结的背面，而造成短路。

因此，必须对太阳能电池周边的掺杂硅进行刻蚀，以去除电池边缘的PN结。通常采用等离子刻蚀技术完成这一工艺。等离子刻蚀是在低压状态下，反应气体CF4的母体分子在射频功率的激发下，产生电离并形成等离子体。

等离子体是由带电的电子和离子组成，反应腔体中的气体在电子的撞击下，除了转变成离子外，还能吸收能量并形成大量的活性基团。活性反应基团由于扩散或者在电场作用下到达SiO2表面，在那里与被刻蚀材料表面发生化学反应，并形成挥发性的反应生成物脱离被刻蚀物质表面，被真空系统抽出腔体。

工序四：去除磷硅玻璃

该工艺用于太阳能电池片生产制造过程中，通过化学腐蚀法即把硅片放在氢氟酸溶液中浸泡，使其产生化学反应生成可溶性的络和物六氟硅酸，以去除扩散制结后在硅片表面形成的一层磷硅玻璃。

在扩散过程中，POCL3与O2反应生成P2O5淀积在硅片表面。P2O5与Si反应又生成SiO2和磷原子，这样就在硅片表面形成一层含有磷元素的SiO2，称之为磷硅玻璃。

去磷硅玻璃的设备一般由本体、清洗槽、伺服驱动系统、机械臂、电气控制系统和自动配酸系统等部分组成，主要动力源有氢氟酸、氮气、压缩空气、纯水，热排风和废水。

氢氟酸能够溶解二氧化硅是因为氢氟酸与二氧化硅反应生成易挥发的四氟化硅气体。若氢氟酸过量，反应生成的四氟化硅会进一步与氢氟酸反应生成可溶性的络和物六氟硅酸。

工序五：减反射膜制备

适合作为抗反射层的材料，包括氧化钛（TiO2）、氮化硅（SiNx）、一氧化硅（SiO）、氧化铝（Al2O3）、氧化铯（CeO2）等。抗反射层的涂布技术，以化学蒸镀法（简称CVD）最普遍被工业界采用。CVD法又可分为APCVD （Atomspheric Pressure CVD）、PECVD(Plasma Enhanced)及RPCVD(Reduced Pressure CVD)。

在工业界上，APCVD和PECVD被普遍采用。物理蒸镀法虽也可被用来制造抗反射层，但普及率不高。

PECVD法一般是被用来产生氮化硅（SiNx）的抗反射层，在做法上，是在反应炉内通入SiH4及NH3（或N2）气体，使它在硅晶表面产生一层非晶质结构的氮化硅（ SiNx ）抗反射层。在这抗反射层里，会含有将近40%原子比例的氢原子，所以虽然我们把非晶质结构的氮化硅化学式写成SiNx，但它实际上应该是a-SiNx:H。

PECVD法示意图

工序六：丝网印刷

用丝网印刷的方法，完成背场、背电极、正栅线电极的制作，以便引出产生的光生电流。工艺原理：给硅片表面印刷一定图形的银浆或铝浆，通过烧结后形成欧姆接触，使电流有效输出；

正面电极用Ag金属浆料，通常印成栅线状，在实现良好接触的同时使光线有较高的透过率；背面通常用Al金属浆料印满整个背面，一是为了克服由于电池串联而引起的电阻，二是减少背面的复合；

背电极印刷及烘干（银浆或铝浆）；背电场印刷及烘干（铝浆）；正面电极印刷（银浆）

工序七：烧结

完成网印的晶片，要置于高温炉内进行烧结的过程，这目的在于烧掉金属膏里的有机化合物，并使得金属颗粒烧结在一起，形成好的导体，同时也要借着高温与晶片表面形成很好的接合，正面的金属膏是涂在ARC层上面，而背面的金属膏是涂在N型硅上面。

在烧结过程，金属膏内的活性物质必须要穿透ARC层，而与N+发射极接触。所以烧结的温度与时间是很重要的，过度的烧结会使得银原子穿透N+发射极而进入底部的P型基板。反之，不足的烧结程度，则会导致过高的接触电阻。

工序八：检验和分级

通过模拟太阳光脉冲照射PV电池表面产生光电流，光电流流过模拟负载，在负载两端产生电压，负载装置将采样到的电流、电压传送给SCLoad计算,得到IV曲线及其它指标。SCLoad 根据测试结果，按照给定的分类规则分类。

哪些企业在做电池片？

根据Infolink Consulting数据，2024年上半年中润光能、捷泰科技、通威股份、爱旭股份与英发睿能拿下全球电池出货量Top5，总出货量为77.96GW。

此外，晶科能源、晶澳科技、天合光能在电池片方面也有布局。

数据来源：各企业财报

光伏电池片未来发展趋势

根据中国光伏行业协会公布的数据，截至2023年底，全球电池片总产能达到1032GW，突破TW大关；全球电池片总产量达643.6GW。

光伏电池作为光伏产业的核心技术环节，主导着整个行业的技术进步。随着技术的不断演进，企业纷纷寻求降低成本的新途径。2023年，大尺寸产品已成为市场主流，矩形片产能或将陆续释放。

2023-2030 年不同电池技术路线市场占比变化

趋势来源：中国光伏行业协会

展望未来，2024年主流厂商将继续聚焦于矩形片的降本增效，通过提升组件功率来进一步增强市场竞争力。随着TOPCon电池片生产设备成本的不断降低和生产效率的持续提升，预计到2024年，TOPCon电池片和PERC电池片的市场占有率将发生显著变化。

内容资料参考来源：能课堂、中国光伏行业协会CPIA、常州君合科技、碳排放与碳中和等