一、光伏技术原理
1、晶硅电池技术是以硅片为衬底，根据硅片差异分为P型电池和N型电池。两种电池的发电原理没有本质差别，都是依据PN结进行光生载流子分离。在P型半导体上扩散磷元素，形成n+/p型结构的P型电池片；在N型半导体上扩散硼元素，形成p+/n型结构的N型电池片。
2、光伏产业发展史几乎等于光伏组件的技术路线迭代史，最初光伏电池采用P型电池，工艺简单，成本低，主要包括BSF电池和PERC电池。2015年之前，BSF电池占据90%市场，2016年后到2020年，PERC电池占比超过85%。2025年上半年，N型TOPCon电池出货量占比88%，而PERC电池已跌至11%左右，BC类电池处于产业化早期，但有望提升，HJT类电池出货量在5%以内。
二、BSF电池
1、定义：BSF即Back Surface Field，又称铝背场电池。技术原理是，在P型硅片的PN结制造完成后，在背面沉积一层铝膜，形成P+层背电场，将光生电子反射回去，降低复合率，提升效率
2、组件结构：以多晶硅为主，成本较低。封装是标准结构“玻璃-EVA-电池片-EVA-背板”，用铝合金边框封装。
3、优点：技术成熟、产业链完整、成本低
4、缺点：效率有天花板，背光的铝背场和硅片衬底全面接触，对光的反射不理想，损失大量光子，理论效率极限约20%
5、产业化：2015年以前占据90%以上市场份额，BSF电池是光伏商业化的起点。
三、PERC电池
1、定义：PERC（Passivated emitter rear cell），指“发射极及背面钝化电池技术”。
2、技术原理：
（1）在P型硅片基底上进行磷掺杂，形成N型扩散区，和硅片共同构成PN结。
（2）采用钝化膜来钝化背面，取代全铝背场。即，在电池片背面沉积一层氧化铝钝化层，有钝化作用（降低背表面载流子的复合速率），也有反射作用（将未被吸收的长波光反射回去，进行二次吸收），使电池效率提升0.5%-1%。同时，电池表面的倒金字塔陷光结构和氮化硅膜，都可以减少表面光反射作用。
2020年，规模化生产的单晶硅电池平均转换效率为22.7%，多晶硅为19.4%。但P型单晶硅PERC电池的理论转换效率极限是24.5%，而且P型电池的光衰现象未能彻底解决，N型电池有转换效率高、双面率高、温度系数低、无光衰、弱光效应好、载流子寿命长的优点。
3、技术优化原理：相比BSF电池，优化了钝化结构（增加背面氧化铝层作为钝化结构）和电极接触方式（将铝背场与硅片的接触方式由面接触改为线接触），降低复合损失和欧姆损失。
4、相比BSF的产线区别：在BSF产线上增加背面膜沉积和激光开槽两道工序，改造成本较低。将单晶电池效率从BSF的19.5%提升到22.5%以上，突破BSF效率天花板
5、产业化情况：2016-2021年，PERC电池占比超过85%。
6、PERC生产工艺：
制绒和清洗-POCl3扩散-PSG刻蚀和背抛光-热氧化-背面钝化-正面钝化减反射-背面激光开膜-背面Ag电极印刷-背面Al电场印刷-正面Ag电极印刷-共烧结-Anti-LID
四、TOPCon电池
1、定义：即TOPCon（Tunnel Oxide Passivated Contact），隧穿氧化层钝化接触技术，最早在2013年第28届欧洲PVSEC光伏大会上由德国太阳能研究所提出。
2、技术原理：采用N型硅片而不是P型，P型硅片主要掺杂硼或镓，少子是电子；N型主要掺入磷，少子是空穴。P型硅片中的硼元素与氧形成的复合体会捕捉光照产生的载流子，降低少子寿命，造成光致衰减（LID）现象。N型硅的硼含量低，可以有效减少光衰减效应的发生。
这个技术的核心是采用隧穿氧化硅层+掺杂多晶硅层的背面钝化接触技术。电池背面制备一层超薄二氧化硅，再沉积一层磷掺杂的N型多晶硅薄膜，共同形成钝化接触结构，钝化性能通过退火过程激活，使硅片表面能带产生弯曲。
这个超薄氧化层可以将金属电极和半导体隔离，并使多子电子隧穿进入多晶硅层，阻挡少子空穴复合，电子隧穿几率增加，接触电阻下降，同时起到“钝化”和“接触”的作用，提升电路的开路电压和短路电流，提升电池转化效率。
3、优点：单面钝化理论转换效率极限是27.1%，双面理论效率高28.7%，可以与现有的PERC产线进行改造升级，设备投资相对低，是当前扩产主流。
4、缺点：工艺步骤多，对工艺控制和一致性要求极高。
5、TOPCon和PERC的其他区别：
（1）TOPCon是N型硅片衬底，用硼掺杂，PERC是P型硅片衬底，用磷掺杂
（2）继续深耕钝化技术，隧穿氧化层和掺杂多晶硅层的制备
（3）由于硼掺杂浓度较低，造成前表面发射极区域的电阻较大，因此电池采用银铝浆制备前表面的金属细栅，使其中的铝原子在烧结环节进入发射区形成P+区域，与硅片本身的P型区域构成高低结，从而起到降低电阻的作用
（4）由于背面的钝化接触结构解决了载流子的传导问题，金属电极不再需要与硅基体接触，因此相较PERC电池省去了制备铝背场+激光开槽的环节
（5）TOPCon电池沿用了PERC电池的钝化膜和减反层结构（氧化铝+氮化硅），但位置由背面移到了前表面。
6、产业化情况：2022年至今，随着PERC技术效率逼近24.5%理论极限，技术路线从P型硅转向N型硅， 以TOPCon、XBC、HJT为代表的转换效率更高的新型高效电池片技术进入产业化进程。TOPCon电池是技术主流。
五、HJT异质结电池
1、定义：HJT，即Heterojunction with Intrinsic Thin-film，又称本征薄膜异质结电池，最早由日本三洋公司研究部门于1980年代提出
2、技术原理：PERC和TOPCon是在硅基体上通过掺杂直接形成PN结结构，即P型区和P型区域都是在同种半导体上形成，称为同质结。HJT电池的PN结是由N型硅片基底和掺杂的非晶硅薄膜两种半导体材料构成，所以被称为异质结，使用非晶硅薄膜作为钝化层。
因此，从电池结构来看，HJT电池是对称双面电池结构，以N型硅为衬底。正面依次沉积本征氢化非晶硅薄膜和P型掺杂的氢化非晶硅薄膜，与硅片衬底形成P-N结；背面依次沉积本征氢化非晶硅薄膜和N型氢化非晶硅薄膜，形成背表面场。由于非晶硅的导电性比较差，因此在电池两侧沉积透明导电薄膜TCO进行导电，最后采用丝网印刷技术形成双面电极。目前量产的转换效率普遍在24%以上。此外，由于氢化非晶硅对温度要求高，不得超过200摄氏度，因此HJT电池制备采取低温路线，制备金属电极的浆料从高温银浆改为低温银浆。
3、优点：效率高，工艺步骤比TOPCon少；对称结构，没有应力，适合薄片化；低温工艺，能耗低，转换效率理论极限值27.5%
4、缺点：设备投资成本高，需要专用的低温银浆，材料成本高
5、关键工艺：在衬底表面沉积本征和掺杂多晶硅，形成PN结与背场、TCO制备、金属化材料等
六、IBC技术路线（Interdigitated Back Contact交叉指状背接触电池）
1、技术原理：将原本分布在电池前表面和背面的正负极金属电极全部呈叉指状间隔排列在电池背面，即PN结和金属接触都在电池背面，正面完全无栅线遮挡，有更高的短路电流。与电极接触的PN结的P型区、高低结的N+区域也一并移动到电池背面并呈叉指状排布。由于BC电池在外观、发电增益方面有竞争优势，更适用于中高端分布式市场和BIPV市场。
优化原理：是一种结构改变的平台型技术，可以将IBC和TOPCon或HJT技术结合，形成TBC或HBC
2、优点：正面全黑，美观；完全消除栅线遮光，效率高
3、缺点：制造工艺复杂，成本高。背面栅线的结构使BC电池牺牲了部分双面性，无法达到与双面电池同等的吸收地面反射光并增加发电量的效果。
理论转换极限是29.1%
七、钙钛矿/晶硅叠层电池
1、定义：钙钛矿光伏电池与钙、钛、矿三个字都没有关系。之所以这样命名，是指的与钙钛矿晶体结构类似的化合物ABX3。
2、技术原理：利用不同材料对不同波长光响应的特性。钙钛矿电池负责吸收高能量的蓝紫光，晶硅电池负责吸收低能量的红光和红外光。钙钛矿电池分为五层：阳极层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层以及阴极层。电池吸收层吸收光照后，内部电子获得能量，挣脱吸光层的束缚，通过传输层的助力向外部传递，当带负电的电子离开后，留下带正电的空穴，朝着电子的反方向传递，电子和空穴流动起来，构成外部电流，实现光能向电能的转换。
2、优势：理论效率40%以上，实验室效率超过33%；成本低，钙钛矿材料便宜，能耗低；可以制作在柔性基底上，应用于BIPV、汽车、可穿戴设备。
3、缺点：钙钛矿材料对水和氧气敏感，需要长期稳定运行。从实验室到商业化，小电池到大电池组件，效率和均匀性可能下降
八、技术路径演变趋势
2024 年，P 型 PERC 单晶电池平 均转换效率达 23.5%，到 2026 年，转换效率或将达到 23.7%，但未来随着 P 型电池产线 逐步淘汰或完全切换至 N 型技术路线，P 型 PERC 单晶电池的转换效率将不再提升。相比 之下，2024 年 N 型 TOPCon、异质结和 XBC 电池片的转换效率分别为 25.4%、25.6%和 26.0%， 且未来仍有提升空间
2024 年，新投产的量产产线基本是 N 型电池片产线，N 型 TOPCon 电池 片市场占比达到 71.1%，成为占比最高的电池技术路线，PERC 电池片市场占比则降至 20.5%，异质结电池片市场占比约 3.3%。
九、光伏电池核心工艺和技术路线差异
1、清洗制绒
（1）清洗是第一道工序，指以碱液去除硅片在切割中表面产生的油污、污染和机械损伤，降低杂质对电池良率的影响。
（2）制绒是利用单晶硅片不同晶向上腐蚀速率不同的原理，将特定晶向的单晶硅片放入碱液中腐蚀，在表面形成起伏不平的倒金字塔绒面结构，进而增加硅片表面积，减少反射损失。
（3）目前主要是湿法工艺，设备清洗以单片清洗和槽式清洗为主。
（4）PERC和TOPCon的清洗制绒没有明显区别，但是HJT采取低温工艺，需要重新采购清洗设备。
（5）主流厂商：捷佳伟创、北方华创
2、扩散制结
（1）通过高温化学热扩散原理制备PN结合高低结，实质在于向P型硅片或N型硅片中掺入杂质元素，使杂质穿过硅基底的晶格结构，形成更高的空穴或电子浓度，浓度差形成内建电场。P型硅空穴浓度高，用磷掺杂；N型硅电子浓度高，用硼掺杂。
（2）PERC和TOPCon制结采用热扩散法，使用设备是低压管式扩散炉；HJT电池采用异质PN结结构，掺杂环节和薄膜沉积环节一起完成，主要通过离子注入、气相沉积的方式。PERC电池的磷扩散设备已经完全国产化。硼扩散难度更高，所以TOPCon掺杂工艺设备要求更高，比如需要更高的均匀性、扩散温度（1000摄氏度以上）及更长的扩散时间（240min），因此TOPCon电池在扩散环节的成本也更高。
（3）除了用低压管式扩散炉，还可以用激光设备进行局部加热完成扩散，目前主要应用在选择性发射极SE的制备中。通过对硼或磷在硅片表面形成的硼硅玻璃BSG、磷硅玻璃PSG进行线性加热，使电极接触位置的硼原子、磷原子向硅基体扩散，形成局部高浓度掺杂。
硅片表面的BSG、PSG会对后续工艺产生不良影响，因此掺杂完成后需要进行刻蚀清洗。
（4）电池SE相关公司：海目星、帝尔激光、英诺激光、杰普特、大族激光
3、沉积镀膜
（1）指薄膜层的制备。比如PERC电池的氧化铝、氮化硅薄膜，TOPCon电池的隧穿氧化硅及掺杂多晶硅层，HJT电池中的氢化非晶硅层和透明导电层等，是光伏电池制备的核心环节。
沉积镀膜主要在真空气相中进行。如物理气相沉积PVD、化学气相沉积CVD和原子层沉积ALD。
（2）
PVD：将材料源制结气化成原子、分子、离子，通过低压过程沉积在基体表面
CVD：通过化学反应，在机体表面生成沉积物
ALD：将物质以单原子层一层一层地沉积在基底表面
（3）PERC电池背面、TOPCon电池前表面的氧化铝钝化结构，主要用ALD、PEVCD。
TOPCon的隧穿氧化硅层可以通过LPCVD、PECVD或ALD制备，掺杂多晶硅层通过LPCVD或PEVCD制备。
HJT的非晶硅层采用PEVCD或Cat-CVD热丝法制备，透明导电层通过PVD溅射镀膜或RPD蒸发镀膜制备。
（4）在实际的产线中，会结合不同膜层的制备工艺，综合考虑制膜效果、制膜效率、设备投入、产线适配性等因素，搭配出性价比最高的工艺路线。
A、PERC电池与TOPCon前表面的氧化铝膜
氧化铝薄膜厚度在3-5nm时钝化效果最好。因此，从氧化铝膜层质量出发，ALD工艺更优，PERCVD沉积氧化铝厚度一般需大于15nm；但由于PECVD可以在同一设备内完成氧化铝和氮化硅薄膜的沉积，因此具有更好的工艺集成性。
B、TOPCon电池-隧穿氧化层和掺杂多晶硅膜
TOPCon电池与PERC的关键区别在于，在沉积镀膜环节，会加入隧穿氧化层和掺杂多晶硅膜层的制备。主流路线是LPCVD和PECVD。
多晶硅层沉积采用LPCVD、PECVD，膜层厚度100-150nm，非晶硅薄膜在沉积后的退火过程中结晶性发生变化，由微晶非晶混合相转变为多晶，激活薄膜的钝化性能。在掺杂时，LPCVD路线是非原位掺杂，PECVD路线是原位掺杂
制备隧穿氧化硅层时，LPCVD采用热氧化法，PECVD采用PECVD、PEALD及热氧化法。PEALD路线制膜的钝化效果最佳，但设备成本较高；热氧化法和PECVD的制膜效果虽然不如PEALD路线，但胜在经济性。LPCVD路线成熟度更高，在此前已有大规模工业应用的经验，优势包括控制简单、成膜质量较高（均匀性好、致密度高）等，劣势在于生产过程会在电池前表面边缘形成一层掺杂多晶硅层，被称为“绕镀层”，对电池的电性能与光性能产生负面影响，因此在完成多晶硅薄膜沉积后需对绕镀进行化学清洗处理，同时成膜速率慢，效率相对较低。
