1.2.2　技术发展现状

光伏组件最初以单晶硅技术为主，后来随着技术升级和成本变化，多晶硅技术逐渐发展起来，并成为市场主流。近几年来，随着各种基于单晶硅技术的高效电池及组件的出现，单晶硅技术再一次得到发展与提升。

得益于半导体工业的发展与技术进步，太阳电池与光伏组件技术发展速度加快，生产制造工艺日臻成熟完善，目前已实现大规模生产。当前一条光伏组件生产线平均可以实现年产能200MW。世界上最大的几个光伏企业的组件产能已经达到GW量级。2017年，全世界光伏组件产能超过80GW，其中晶体硅光伏组件占了90%以上。

与非晶硅薄膜光伏组件相比，晶体硅光伏组件效率更高，而且由于硅片具有金刚石晶体结构，性能稳定，因而晶体硅光伏组件的使用寿命更长。多个工程实践表明，已经使用了25年以上的晶体硅光伏组件至今仍可以正常使用。就目前的封装技术而言，晶体硅光伏组件使用寿命超过30年是完全可以实现的。

1.2.2.1　单晶硅光伏组件

单晶硅光伏组件是用单晶硅太阳电池经过封装工艺加工而成的。早期的晶体硅光伏组件主要采用圆片状的单晶硅太阳电池，当时比较有代表性的生产企业是Siemens，国内则有宁波太阳能（日地）、云南半导体厂（天达）等企业生产。图1-1所示为日地公司生产的单晶硅圆片电池组件。随着单晶炉技术的提高，单晶拉棒的直径可以做得越来越大，这样就可以提高单晶硅片的直径和面积。单晶硅圆棒经切割加工而成的单晶电池片一般都是有圆角，通常也称为倒角，这个倒角的直径随着技术进步越来越小，这样就可以不断地提高单晶硅棒的利用率，提高电池和组件效率。而多晶硅电池没有倒角，是完全的正方形，这是单晶硅电池和多晶硅电池最容易识别的特征。早期的单晶硅电池因为单晶硅拉棒的直径限制，加工后的电池尺寸一般为100mm×100mm或125mm×125mm，而随着技术发展，现在一般单晶硅电池尺寸为156mm×156mm，所组装的组件产品通常采用6串×10片=60片串联和6串×12片=72片串联两种类型的电池排版方式。

1.2.2.2　多晶硅光伏组件

多晶硅光伏组件主要由多晶硅太阳电池组成。多晶硅太阳电池产业化是光伏产业一个重要的技术进步，也是实现晶体硅光伏组件低成本发展的一个关键性突破。多晶硅片之所以可以成功应用于太阳电池制作，主要归因于材料科学方面的进步，即多晶硅锭定向凝固晶体生长技术和与之配套的电池工艺中的含氢氮化硅薄膜材料钝化技术。多晶硅片由多晶硅锭切割而成，多晶硅锭一般采用定向凝固铸造生产，能耗较低、工艺简单。由于多晶硅片的生产成本比单晶硅片低得多，所以多晶硅光伏组件逐渐成为市场上的主流产品。多晶硅技术是在2008年前后快速发展起来的，多晶硅电池可直接做成156mm×156mm尺寸，通常也是采用6串×10片=60片串联和6串×12片=72片串联两种类型的电池排版方式。图1-2所示为采用60片电池串联的单晶硅与多晶硅光伏组件。

多晶硅太阳电池由于存在晶界、孪晶、层错等晶体缺陷，其效率比单晶硅低约1%～2%，但是由于多晶硅片几乎呈完美的正方形，因此多晶硅组件中电池的铺设密度较高。随着单晶硅片制作技术的提升，单晶硅片的倒角越来越小，两种组件的铺设密度差距有一定程度缩小，最终成品组件的效率主要取决于太阳电池效率、组件尺寸和封装工艺等。

1.2.2.3　高效光伏组件

光伏技术发展一直围绕着两个主要课题：一是提高光电转换效率；二是降低生产成本。如果在不增加生产成本的情况下提高太阳电池与光伏组件的效率，那是最佳的技术方向。因此发展高效光伏组件是进一步降低光伏发电成本的最有效措施之一。

高效晶体硅光伏组件主要依赖于电池本身的转换效率和输出功率，因此不管是单晶硅电池还是多晶硅电池，都需要发展特殊的工艺才能实现效率的进一步提升。目前市场上主流的高效电池类型主要有SE、PERC、PERT、HIT、IBC、MWT等，在此对这些电池作简单介绍，并对相应的封装技术与组件特点进行简要说明。

SE（Selective Emitter）电池即选择性发射极电池，主要采用选择性扩散工艺制造，主要特点是金属化区域磷高浓度掺杂，光照区域磷低浓度掺杂，以降低接触电阻，提高短波响应，从而提高电池效率。这类组件需考虑封装材料对短波光线的吸收，否则SE电池的短波响应优势得不到发挥。选择合适的材料进行匹配，SE电池组件的功率一般提高2W左右。

PERC（Passivated Emitter and Rear Cell）是在常规全铝背场太阳电池的背面增加了AlO_x/SiN_x：H双层钝化膜，而背电极通过贯穿钝化膜的开孔与衬底接触。由于采用背面钝化，光生载流子在电池背表面的复合速率得到降低，太阳电池的长波响应得到提高，从而提高了太阳电池的转换效率，PERC可用于p型单晶和多晶电池，电池效率可以提高大约1%，相应的组件功率比普通电池组件高10W以上，适合在散射光占比较大的低辐照地区使用，该类组件目前已经实现了量产。PERC电池的组件封装工艺与常规晶体硅电池是完全相同的。

PERT（Passivated Emitter，Rear Totally-diffused）太阳电池是采用n型单晶硅片作为衬底的高效晶体硅太阳电池。由于采用磷掺杂的n型硅片作为衬底，因此不存在由“B-O对”（硼-氧对）引起的光致衰减。n型PERT太阳电池的正面为硼掺杂的p⁺发射极，背面为整体磷掺杂的n⁺背表面场。一般来说，n型PERT电池组件的功率可以比p型PERC的功率高5W以上。

p型PERC电池和n型PERT太阳电池可以在正面和背面都采用栅线电极，光线能从电池的正反两面射入电池，同时产生电能，这样的电池称为双面电池。早期双面电池背面采用透明背板，但由于背面发电会导致背板温度升高，容易产生较严重的黄变，所以现在通常都使用双面玻璃的结构来进行组件封装。

HIT（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）太阳电池采用了非晶硅与单晶硅的异质结结构，采用n型单晶硅片作为衬底，在其正面依次沉积了一层本征非晶硅薄膜和一层p型非晶硅薄膜作为发射极，在背面依次沉积了一层本征非晶硅薄膜和一层n型非晶硅薄膜作为背表面场。由于非晶硅的带隙大于单晶硅的带隙，而且非晶硅薄膜对单晶硅片表面有极好的钝化效果，所以HIT太阳电池的开路电压远超过单晶硅太阳电池，最高达750mV。因此HIT电池具有转换效率高、高温特性好等优点。HIT电池效率较常规电池高1%～1.5%，相应地，功率也高出15～20W，组件温度系数大约为-0.29%/℃（一般晶体硅电池为-0.44%/℃），温度稳定性更好，因此具有更好的发电效果，特别是在高温地区更有优势。HIT电池工序简单，制备温度低，但对设备要求非常高，目前还没有非常成熟的设备，所以导致良率比较低，成本相对较高。从技术发展趋势来看，HIT电池会成为一个新的主流技术方向。HIT太阳电池同样可以做成双面电池，由于HIT电池材料的特殊性，建议光伏组件采用双层玻璃封装结构。

IBC（Interdigitated Back Contact）太阳电池即交指型背接触太阳电池，由R.J.Schwartz和M.D.Lammert于1975年发明。IBC太阳电池采用高少子寿命的n型单晶硅片作为衬底，其发射极和背场都位于电池的背面，并被设计成交指形排列，而电池的正面则没有任何栅线，完全消除了光线遮挡。因此IBC太阳电池有着非常高的短路电流和转换效率。IBC电池效率比常规电池高1.5%以上，因此组件功率高出15W以上，同时IBC电池的温度系数大约为-0.38%/℃，优于普通晶体硅电池，户外实际发电性能有较大优势。IBC太阳电池可以将发射极和基极电极汇集到电池的两端，焊接时采用专门设计的镀锡铜片将相邻两片电池串联起来，其层压方式则与常规电池一致。此外IBC光伏组件正面没有任何金属栅线与互连条，颜色一致，非常美观。

MWT（Metal Wrap Through）太阳电池和EWT（Emitter Wrap Through）太阳电池是另外两类背接触太阳电池。其中MWT太阳电池保留了电池正面的细栅，把主栅通过贯穿硅片的小孔引到电池的背面，消除了主栅对太阳光的遮挡。EMT电池则更进一步，将正面发射极通过贯穿硅片的小孔引入到电池的背面，从而使电池正面完全没有栅线电极。这两种电池由于发射极的电极被背面的铝背场所包围，因此不能采用常规电池的电极焊接方法，通常采用一种交指形导电背板，使用导电的粘合剂或低温焊接导电浆料将电池的电极同导电背板粘合在一起，在随后层压的过程中使电池与导电背板之间形成有效连接，最终被封装成组件。

如上所述，SE电池、PERC电池与常规太阳电池一样，其组件生产工艺完全相同。IBC太阳电池的焊接方式与常规太阳电池有所差异，但封装工艺则基本相同。PERT电池和HIT电池一般封装成双面组件，即将常规组件中使用的不透光背板换为玻璃或透明背板，从而使光线可以从组件的背面进入电池，提高组件的实际发电效率。MWT太阳电池和EWT太阳电池的封装方式改变较大，导电背板的成本较高，使得这两种技术的推广遇到了较大的困难。

以上几种高效太阳电池都受到研发人员与生产企业的高度重视。目前PERC太阳电池已经成功量产，在最近几年内会得到迅速的发展，成为主流产品。MWT和EWT太阳电池近几年的发展则遇到一些挫折，但是也在不断改进和发展。PERT和HIT太阳电池的发展开始提速，其市场份额在未来几年也将稳步上升。IBC太阳电池一直以来都是Sunpower的独家产品，但近几年国内几家企业开始掌握IBC太阳电池的关键技术，很有可能进行量产，只是目前其成本比较高，主要用于赛车、高档游艇、飞行器以及BIPV（Building integrated PV）等高端市场。